專利名稱：在投射圖像上定位光斑的雙模投影裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明涉及用來向顯示屏投射數(shù)字圖像的數(shù)字圖像投影機。更具體地 講，本發(fā)明涉及一種具有投射和捕捉圖像能力、以定位投射圖像中的光斑的雙模投影裝置 及方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字圖像投影機是向投射表面投射顯示給觀眾的數(shù)字圖像的設(shè)備。其中，數(shù)字圖 像是來自與投影機相連的個人電腦或其它圖像源設(shè)備，如DVD播放機、刻錄機(DVR)、錄像 機、衛(wèi)星接收機、有線電視系統(tǒng)、視頻游戲播放機，等等。投射表面可以是一個顯示屏、墻壁 或者任何其它表面，只要對于觀眾來說投射圖像在該表面上是可見的。目前，已經(jīng)存在若干數(shù)字圖像投影機，例如液晶(IXD)投影機、數(shù)字光學(xué)處理 (DLP)投影機、硅基液晶(LCoS)投影機等等。這些數(shù)字圖像投影機一般用來向大型顯示屏 投射圖像，以供大量觀眾觀看，如會議、講座、座談會、家庭影院以及其它需要大型展示區(qū)的 場合。在這些演示過程中，一個理想的特征是使得演示者或觀眾注意投射表面上特定的 位置或目標(biāo)物，如通過使用激光指示器(激光筆)。激光指示器是手持的、筆形的裝置，可 以向表面區(qū)域投射激光光束，從而在該表面產(chǎn)生觀眾可見的激光光斑。在演示材料顯示在 顯示屏上的場合，它們的使用是司空見慣的。大多數(shù)常見的激光指示器通常發(fā)射1毫瓦或 5毫瓦的紅光、綠光或藍光，以避免傷害人的眼睛。激光指示器還可以包括指令開關(guān)或按鈕，以在演示過程中實現(xiàn)對電腦基本功能的 遠(yuǎn)程控制。例如，美國專利申請公開2007/0030460、2006/0227107、2006/0197756和美國專 利6，417，840中，都描述了安裝有指令開關(guān)、以在演示電腦上遠(yuǎn)程啟動各種指令的激光指 示器。例如，這些指令可以包括“至上一頁”和“至下一頁”的指令，以指示演示電腦，使得 演示材料的新的圖像或頁面顯示出來并投射至投射區(qū)域。在一些情況下，由激光指示器產(chǎn) 生的激光光斑可以起到控制光標(biāo)的作用。演示者可以弓I導(dǎo)該控制光標(biāo)至顯示屏中的一個位 置，并通過開關(guān)模擬與位置相關(guān)的指令。這些與位置相關(guān)的指令要求檢測到激光光斑并在投射表面上確定其位置。已經(jīng)使 用了各種各樣的方法在投射表面上定位激光光斑，包括將圖像傳感器與投射表面或投影設(shè) 備集成在一起。激光光斑的位置可以由圖像傳感器檢測、并通過與該圖像傳感器相連的遙 控器或電腦確定。例如，在美國專利申請公開2004/0012565中，投射表面是一個有機發(fā)光二極管 (Organic Light Emitting Diode,0LED)顯示屏，其集成了感光器(photosensor)陣列，以 檢測激光光斑是否在顯示屏的一給定區(qū)域上。顯示控制器與顯示屏相連，以產(chǎn)生一個代表 激光光斑位置的信號。該位置從控制器傳送至演示電腦，而該電腦則被編程為能響應(yīng)該信 號而選擇性地改變顯示的圖像。例如，在美國專利6，050, 690與美國專利公開007/0030460、及2006/0170874中均提供了集成于投影設(shè)備中的圖像傳感器的實例。這些圖像傳感器可用來檢測在投射表面上 由激光指示器所產(chǎn)生的激光光斑。激光光斑的位置可以與由激光指示器上的指令開關(guān)產(chǎn)生 的脈沖信號一起使用，來模擬投射設(shè)備或演示電腦的鼠標(biāo)點擊操作或其它指令。在一實例 中，使用者可以按下安裝在激光指示器上的按鈕，使其以特定的頻率產(chǎn)生脈沖。該脈沖指示 投影設(shè)備，為鼠標(biāo)“拖拽”而檢測激光指示器位置，直到使用者再次按下按鈕、停止脈沖。不 同頻率的脈沖可以觸發(fā)不同的鼠標(biāo)指令。這些以及其它現(xiàn)有的投影設(shè)備要么需要一個基于用戶的(custom-based)投射表 面(如上述的平鋪的OLED顯示屏)，要么需要一個帶有指令開關(guān)、以向演示設(shè)備提供位置相 關(guān)指令的激光指示器。使用激光指示器上的指令開關(guān)以模擬鼠標(biāo)指令，對于使用者操作激 光指示器可能會有些麻煩。使用者必須將注意力從演示文件轉(zhuǎn)移到操作開關(guān)上。在演示過 程中開關(guān)可能會出錯或者完全失效。此外，現(xiàn)有的投影設(shè)備及激光指示器，可能只是用來協(xié)助對演示電腦的遠(yuǎn)程控制。 它們并不能協(xié)助對其它設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，如視頻游戲播放機、DVD播放機、衛(wèi)星接收器等等。因此，有必要提供一種投影設(shè)備，其不必使用指令開關(guān)而能夠模擬遠(yuǎn)程控制設(shè)備， 如無線鼠標(biāo)。特別地，有必要提供一種投影裝置和方法，其能夠定位由激光指示器所產(chǎn)生的 激光光斑的位置，并利用該位置信息來控制與投影裝置相連的遠(yuǎn)程設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種雙模投影裝置，其具有一投射模塊，以向投射表面投射圖像； 一圖像傳感模塊，以捕捉投射表面上的圖像并確定疊加于該投射表面上的可見光光斑的空 間特征和時間特征；一通信模塊，以傳送該可見光光斑的空間特征和時間特征至遠(yuǎn)程設(shè)備， 從而基于該可見光光斑的空間特征和時間特征而遠(yuǎn)程控制該設(shè)備。在本發(fā)明的一實施方式中，其包括一具有光指示器的光學(xué)裝置，該光指示器具有 0N/0FF電源開關(guān)以打開或關(guān)閉該光指示器。一投射裝置，其向投射表面投射圖像。該投射 裝置具有一圖像傳感模塊，以捕捉投射表面的圖像并確定可見光光斑的空間特征和時間特 征，該可見光光斑由光指示器產(chǎn)生并疊加于投射表面上。該投射裝置還具有一通信模塊，以 傳送可見光光斑的空間特征和時間特征至以遠(yuǎn)程設(shè)備，以便根據(jù)該可見光光斑的空間特征 和時間特征而遠(yuǎn)程控制該設(shè)備。在本發(fā)明的另一實施方式中，其包括一種通過雙模投影裝置和光指示器來控制遠(yuǎn) 程設(shè)備的方法。第一個圖像通過雙模投影裝置中的投射模塊投射至投射表面上。第二個圖 像通過集成于雙模投影裝置中的圖像傳感模塊從投射表面捕捉。第二個圖像中的可見光光 斑由圖像傳感模塊檢測，該可見光光斑由光指示器產(chǎn)生。該可見光光斑的時間和空間特征 由圖像傳感模塊確定，并傳送至遠(yuǎn)程設(shè)備。遠(yuǎn)程設(shè)備基于該可見光光斑的空間特征和時間 特征而受控。


下面通過附圖以及相關(guān)詳細(xì)說明，可以更好的理解本發(fā)明；圖中相同的附圖標(biāo)記 代表相同的部件，其中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式構(gòu)建的一雙模投影裝置。
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圖2顯示了根本本發(fā)明一實施方式，雙模投影裝置使用的一示范環(huán)境。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實施方式構(gòu)建的一雙模投影裝置。圖4顯示了圖1所示雙模投影裝置的細(xì)節(jié)。圖5顯示了圖1所示雙模投影裝置的更多的細(xì)節(jié)。圖6顯示了圖1所示雙模投影裝置更進一步的細(xì)節(jié)。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式，通過一雙模投影裝置和一光指示器控制一遠(yuǎn) 程設(shè)備的流程圖。圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的雙模投影裝置進行操作的一示范環(huán)境。圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的雙模投影裝置在圖8所示環(huán)境中檢測到的示 范圖像。圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的雙模投影裝置進行操作的另一示范環(huán)境。圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的雙模投影裝置，在圖10所示示范環(huán)境中控 制的一遠(yuǎn)程設(shè)備。圖12顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的雙模投影裝置進行操作的進一步示范實施 方式。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種雙模投影裝置。如通常一樣，此處的投影設(shè)備或投影機是一種 投射數(shù)字圖像至投射表面、從而展示給觀眾看的設(shè)備。例如，投射表面可以是顯示屏、墻壁 或者任何其它表面，投射圖像在該表面上變得可見于觀眾。該數(shù)字圖像可以由連接于投影 設(shè)備的個人電腦或者其它任何圖像源設(shè)備產(chǎn)生，如DVD播放機、刻錄機、錄像機、衛(wèi)星接收 機、有線電視系統(tǒng)、視頻游戲播放機，等等。雙模投影裝置還包括圖像傳感模塊，該模塊具有圖像傳感器和任選的處理器。該 雙模投影裝置能夠向投射表面投射圖像，也能夠從投射表面捕捉圖像。如通常一樣，此處的 傳感器是一種具有像素陣列以捕捉和處理光學(xué)圖像成為電信號的裝置或電路。圖像傳感器 或處理器可以處理電信號，從而確定與可見光光斑對應(yīng)的位置，該可見光光斑重疊于投射 表面的數(shù)字圖像上?？梢姽夤獍哂赡軌蛳蛲渡浔砻姘l(fā)射光束的光指示器產(chǎn)生，以強調(diào)該投 射表面上感興趣的特定位置或者目標(biāo)物。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式構(gòu)建的雙模投影裝置。投影設(shè)備100具有投影 模塊105、圖像傳感模塊110、通信模塊115及校準(zhǔn)模塊120。投影模塊105包括硬件和/或 軟件程序，用于向投射表面125上投射數(shù)字圖像，如數(shù)字圖像130。投射表面125可以是顯 示屏、墻壁或者任何其它表面，投射圖像在該表面上變得可見于觀眾。數(shù)字圖像130可以由遠(yuǎn)程設(shè)備135產(chǎn)生，該遠(yuǎn)程設(shè)備可以是連接于投影設(shè)備100 的個人電腦或者任何其它圖像源設(shè)備，如DVD播放機、刻錄機、錄像機、衛(wèi)星接收機、有線電 視系統(tǒng)、視頻游戲播放機，等等。數(shù)字圖像130，通過遠(yuǎn)程設(shè)備135上的無線模塊(未示出) 和投影設(shè)備100上的通信模塊115間的無線連接，由遠(yuǎn)程設(shè)備135傳送至投影設(shè)備100。通信模塊115可以是無線通信模塊，其具有從遠(yuǎn)程設(shè)備135接收數(shù)字圖像的無線 接收器及向遠(yuǎn)程設(shè)備135發(fā)送信息的無線傳送器。例如，通信模塊115可以是WIFI或者藍 牙無線模塊。
可以理解的是，投影設(shè)備100和遠(yuǎn)程設(shè)備135間的通信，還可以通過有線連接進 行，這并不偏離本發(fā)明的范圍和原則。例如，通信模塊115可以是一種在投影設(shè)備100和遠(yuǎn) 程設(shè)備135間提供以太網(wǎng)(Ethernet)通信的通信模塊。傳送至遠(yuǎn)程設(shè)備135的信息keyi包括如投射表面125上的可見光光斑的空間特 征和時間特征，如由光指示器145產(chǎn)生的光斑140的空間特征和時間特征。光指示器145 可以是任何一種具有能夠發(fā)射特定波長(如與紅光、綠光或者藍光相對應(yīng)的波長)光束之 光源的光指示器，從而產(chǎn)生可見光光斑140?？梢姽夤獍?40能夠以不同圖案和形狀出現(xiàn)在 投射表面125上，如圓形、蝴蝶形狀、指針形狀等。在一實施方式中，光指示器145可以是一個具有激光器以發(fā)射相干光束 (coherent light beam)的激光指示器。在另一實施方式中，光指示器145可以是一個具有 發(fā)光二極管(LED)以發(fā)射非相干光束的光指示器。其它用來發(fā)射光束并在投射表面125上 產(chǎn)生可見光光斑的光源，也在本發(fā)明的范圍和原則內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明一實施方式，當(dāng)光指示器145面向投射表面125并向其上投射光束從 而產(chǎn)生可見光光斑140時，光從投射表面125反射，并由投影設(shè)備100中的圖像傳感模塊 110檢測到。圖像傳感模塊110檢測投射表面125及其上的可見光光斑140，并捕捉投射表 面125的圖像，從而確定可見光光斑140的空間特征和時間特征。上述的空間特征和時間特征可以包括可見光光斑140在投射表面125上的位置、 光斑140移動穿過投射表面125時的速度及加速度、由圖像傳感模塊110隨時間推移捕捉 的圖像序列而產(chǎn)生的光斑140的位置序列、以及其它特征等等。這些特征可以通過處理和 分析捕捉的圖像而計算出來。在一示范實施方式中，光斑140的位置可以作為一個二維(x，y)坐標(biāo)點進行檢測， 并以表面125上的一點作為參照點(0，0)。或者，光斑140的位置可以是當(dāng)前位置和先前位 置的位移，其初始位置則在光指示器145第一次啟動時予以確定。可以理解的是，圖像傳感模塊110可以僅僅適合檢測光指示器145發(fā)出的波長的 光。例如，圖像傳感器Iio可以包括一個光學(xué)濾波器，從而只能捕捉可見光光斑140的波長 光信息，并拒絕所有其它波長的光信息，包括數(shù)字圖像130、投射表面125、投射表面125周 圍環(huán)境的光等等。還可以理解的是，圖像傳感模塊110可以檢測所有波長的光。在此情況 下，圖像傳感模塊110既捕捉可見光光斑140，也捕捉投射表面125上的數(shù)字圖像130?？梢赃M一步理解的是，投影設(shè)備100是一個雙模投影裝置，因為其既能夠向投射 表面125投射圖像(通過投影模塊105)，也能夠從投射表面125上捕捉圖像(通過圖像傳 感模塊110)。投影設(shè)備100還可以包括校準(zhǔn)模塊120，使得圖像傳感模塊110與投射模塊105 和投射表面12保持準(zhǔn)直(align)，從而使圖像傳感模塊110可以精確地捕捉光斑140在投 射表面125上的位置。校準(zhǔn)模塊120可以包括硬件和/或軟件程序，以實現(xiàn)圖像傳感模塊 110的準(zhǔn)直。這種準(zhǔn)直可以在投影設(shè)備100打開開關(guān)以投射圖像至投射表面125時而自動 進行，不需使用者輸入指令。校準(zhǔn)模塊120還可以包括硬件和/或軟件程序，用來自動校準(zhǔn)投射模塊105， 從而準(zhǔn)確定位圖像使得其顯示在投射表面125上，如通過進行梯形失真校正(keystone correction)和準(zhǔn)直圖像，以適當(dāng)配合投射表面125的水平和垂直邊界。
在一實施方式中，投射模塊105的自動校準(zhǔn)可以與圖像傳感模塊110的自動校準(zhǔn) 一起進行。這可以通過使圖像傳感模塊110捕捉由投射模塊105投射而顯示在投射表面 125上的圖像，并利用該捕捉到的圖像來準(zhǔn)直圖像傳感模塊110和投射模塊105，使得該圖 像準(zhǔn)確地顯示在投射表面125上，從而實現(xiàn)共同進行的自動校準(zhǔn)。這樣做，校準(zhǔn)模塊120確 定了投射模塊105、圖像傳感模塊110及投射表面125間的幾何對應(yīng)關(guān)系，從而準(zhǔn)確定位可 見光光斑140在投射表面125上的位置坐標(biāo)。光斑140的空間特征和時間特征可以通過無線通信模塊115傳送至遠(yuǎn)程設(shè)備135。 遠(yuǎn)程設(shè)備135接收光斑140的空間特征和時間特征，并使用它們從而控制該設(shè)備的一個或 更多功能。根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，遠(yuǎn)程設(shè)備135僅僅根據(jù)光斑140的位置而受控。在此 情況下，與目前的配合投影設(shè)備以控制演示電腦的光指示器不同，光指示器145沒有安置 任何開關(guān)來模擬鼠標(biāo)點擊指令，或者向遠(yuǎn)程設(shè)備發(fā)射不同脈沖信號來模擬鼠標(biāo)點擊指令?？梢岳斫獾氖牵h(yuǎn)程設(shè)備135可以具有無線模塊(未示出)，以便通過通信模塊 115將傳送數(shù)字圖像至投影設(shè)備100以及從投影設(shè)備100接收信息。還可以理解的是，遠(yuǎn)程 設(shè)備135可以包含控制程序，從而根據(jù)光斑140的位置而控制一個或更多該設(shè)備的功能。在本發(fā)明的一示范實施方式中，遠(yuǎn)程設(shè)備135可以是電腦，該電腦產(chǎn)生圖像，并通 過投影設(shè)備100顯示在投射表面125上，該表面可以是如在演示過程中顯示圖像給觀眾觀 看的顯示屏。使用者可以在顯示屏上投射光斑140，從而指示遠(yuǎn)程電腦135執(zhí)行一個給定指 令，如改變投射表面125上的數(shù)字圖像的顯示。光斑140的位置由投影設(shè)備100中的圖像 傳感模塊110檢測，并通過通信模塊115傳送至遠(yuǎn)程電腦135。例如，如果光斑140的位置在投射表面125的給定位置中，如對應(yīng)指示演示文件圖 像或頁碼的圖標(biāo)的區(qū)域，上述指令可以是一個進入下一演示圖片的指令?；蛘?，光指示器 145還可以連續(xù)移動穿過投射表面125，從而指示遠(yuǎn)程電腦135顯示一個新的演示圖像。在此示范實施方式中，遠(yuǎn)程電腦135可以具有比例縮放程序，從而使得投射表面 125上的位置按比例對應(yīng)于表面125上所顯示圖像上的位置。光斑140在投射表面125上 的位置，可以按投射表面125的比例尺度，通過二維坐標(biāo)來確定。當(dāng)接收了光斑140的位置 時，遠(yuǎn)程電腦135通過使用比例縮放程序，將接收到的位置，按表面125上所顯示圖像的比 例尺度，映射成二維坐標(biāo)?？梢岳斫獾氖?，遠(yuǎn)程電腦135具有從投射表面變?yōu)檠菔緢D像的預(yù)設(shè)映射。還可以 理解的是，當(dāng)與投影設(shè)備100相連以將圖像投射至顯示屏?xí)r，遠(yuǎn)程電腦135可以確定映射?？梢赃M一步理解的是，將光斑140定位于圖標(biāo)上或者連續(xù)移動光指示器145，和點 擊與遠(yuǎn)程電腦135相連的鼠標(biāo)上的按鈕，具有相同的效果，可以進入演示的下一圖像。在此 示范實施方式中，光指示器145連同投影設(shè)備100可以作為一個與遠(yuǎn)程電腦135相連的無 線鼠標(biāo)而有效地進行操作。在另一示范實施方式中，遠(yuǎn)程設(shè)備135可以是一個視頻游戲播放機。光指示器145 可以根據(jù)需要的指令，去定位光斑140，從而可以作為視頻游戲播放機的遙控器而被使用。 例如，視頻游戲播放機135可以是一個互動的動作游戲，光指示器145可以用來在投射表面 125上定位一個目標(biāo)。例如，當(dāng)光斑140的位置由投影設(shè)備100中的圖像傳感模塊110檢測 到、并通過通信模塊115傳送至視頻游戲播放機135時，可以引導(dǎo)視頻游戲播放機135在對 應(yīng)于該位置的目標(biāo)上進行一個動作，如射擊或行駛到該目標(biāo)。
在另一示范實施方式中，遠(yuǎn)程設(shè)備135可以是一個電視設(shè)備，例如，遠(yuǎn)程設(shè)備135 可以是一個衛(wèi)星接收器、有線電視接收器或機頂盒。例如，可以通過將光斑140定位于投射 表面125的一個指示電視頻道的區(qū)域上，例如定位于投影設(shè)備100所顯示的、對應(yīng)某一頻道 的、在投射表面125上的一個圖標(biāo)上，而將光指示器145作為電視遙控器使用。當(dāng)光斑140 的位置由投影設(shè)備100中的圖像傳感模塊110檢測到，并通過通信模塊115傳送至電視設(shè) 備時，引導(dǎo)電視設(shè)備135改變電視頻道。在進一步的示范實施方式中，遠(yuǎn)程設(shè)備135可以是一個與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接的控制 器。例如，控制器135可以是一個演示電腦，用來在演示室中在投射屏幕125上演示圖像給 觀眾看?？刂破?35可以連接于演示室外的計算機網(wǎng)絡(luò)。光指示器145可以在網(wǎng)絡(luò)中作為 電腦遙控器使用。例如，引導(dǎo)這些遠(yuǎn)程電腦執(zhí)行與演示室里的演示相關(guān)的動作，如通過將光 斑140定位于演示過程中顯示的給定圖像上，從而在這些電腦上播放動畫。當(dāng)投影設(shè)備100 中的圖像傳感模塊110探測到光斑140在該特定圖像上、并將其位置傳送至控制器135時， 控制器135就可以向網(wǎng)絡(luò)中的電腦發(fā)送指令，從而播放動畫?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明前述的這些示范實施方式僅是為了說明的目的，其它的示 范實施方式當(dāng)然也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。還可以理解的是，根據(jù)每一示范實施方式，遠(yuǎn)程設(shè)備 135可以包括控制程序，以根據(jù)光斑140的位置而控制一個或更多該設(shè)備的功能。還可以理 解的是，遠(yuǎn)程設(shè)備135可以使用光斑140的位置，來控制另外一個與遠(yuǎn)程設(shè)備135相連的設(shè) 備，如在上述控制器的示范實施方式中。可以進一步理解的是，遠(yuǎn)程設(shè)備135可以包括訓(xùn)練和調(diào)試程序，用來把由光指示 器145產(chǎn)生的光斑的不同位置解釋成不同的指令。例如，遠(yuǎn)程設(shè)備135將投射表面125左 上角上的位置對應(yīng)解釋成“至下一頁”的指令，投射表面125左下角的位置對應(yīng)解釋成“至 上一頁”的指令，投射表面125的右上角的位置對應(yīng)解釋成“動畫播放”的指令，等等。圖2顯示了使用雙模投影裝置的另一示范實施方式。在此實施方式中，投影設(shè)備 100可以用來顯示圖像源設(shè)備200產(chǎn)生的圖像，該圖像源設(shè)備通過通信模塊115與投影設(shè)備 100相連。可見光光斑140的位置可以用來控制遠(yuǎn)程設(shè)備205，該設(shè)備也通過通信模塊115 與投影設(shè)備100相連。這可以參照上述圖1所示的遠(yuǎn)程設(shè)備135。本實施方式也可以用在被控制的設(shè)備并非產(chǎn)生投射模塊105所顯示圖片的設(shè)備。 例如，遠(yuǎn)程設(shè)備205可以是一個玩具、游戲、或其它可以根據(jù)投射表面125上的可見光光斑 140的位置，引導(dǎo)其執(zhí)行指令的設(shè)備，如，飛行模擬器或其它根據(jù)投射表面125上的可見光 光斑140的位置，而能夠進行與位置相關(guān)的動作的互動游戲。可以理解的是，遠(yuǎn)程設(shè)備135與遠(yuǎn)程設(shè)備205的“遠(yuǎn)程”是指它們離開投射表面 125和光指示器145。例如，遠(yuǎn)程設(shè)備135和205可以與投影設(shè)備100集成于一個單獨的設(shè) 備中，如一個帶有集成的投射模塊的視頻游戲播放器，這并沒有偏離本發(fā)明的范圍和原則。圖3顯示了這樣一個雙模投影裝置。雙模投影裝置300包括投射模塊305、圖像傳 感模塊310、通信模塊315及校準(zhǔn)模塊320，與圖1_2所示的雙模投影裝置100相似。雙模 投影裝置300還包括控制模塊325，使其對應(yīng)于在投射表面340上顯示的數(shù)字圖像335上的 可見光光斑330的空間特征和時間特征，來控制設(shè)備300的功能和操作?？梢姽夤獍?30 由光指示器345產(chǎn)生，該指示器作為設(shè)備300的一個遙控器。在一示范實施方式中，設(shè)備300可以是一個集成的電腦/投影設(shè)備。例如，光指示器345可以作為一個無線鼠標(biāo)使用，從而控制設(shè)備300，例如，在投射表面340上演示數(shù)字圖 像的過程中來控制設(shè)備300。在另一示范實施方式中，設(shè)備300可以是一個集成的視頻播放 機/投影設(shè)備。光指示器345可以作為一個視頻游戲控制臺使用，從而控制在設(shè)備300上 進行的視頻游戲。例如，光指示器345可以用來向投射表面340投射可見光光斑330，從而 可以追蹤或射擊在設(shè)備300所進行的視頻游戲中的一個目標(biāo)物?？梢岳斫獾氖?，設(shè)備300的這些示范性的使用方式，僅僅是為了說明的目的。也可 以按照其它方式來使用設(shè)備300，以根據(jù)投射表面中可見光光斑的空間特征和時間特征對 其功能進行控制，其中，來自設(shè)備300的圖像投射至該投射表面上。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式構(gòu)建的雙模投影裝置的進一步的細(xì)節(jié)。雙模投 影裝置100中的圖像傳感模塊110包括圖像傳感器400。圖像傳感器400可以是CMOS或 CCD圖像傳感器，或者任何其它類型能夠捕捉光學(xué)圖像的傳感器。在一示范實施方式中，圖像傳感器400可以包括一個光學(xué)濾波器，以便只用于捕 捉可見光光斑，如圖1中投射表面125上的可見光光斑140。在另一示范實施方式中，圖像 傳感器400可以捕捉所有波長的光。圖像傳感器400可以具有內(nèi)置的處理能力，以便在檢測到可見光光斑140在投射 表面125上時，用來確定可見光光斑140在投射表面125上的位置。在此情況下，不需要額 外的處理器來確定可見光光斑140的位置。所有的處理直接由圖像傳感器400進行。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式構(gòu)建的雙模投影裝置的另一細(xì)節(jié)。在此情況 下，圖像傳感模塊110包括圖像傳感器500和處理器505。如圖所示，圖像傳感器500和處 理器505裝在不同的芯片上。圖像傳感器500可以是CMOS或CXD圖像傳感器，或者任何其 它類型能夠捕捉光學(xué)圖像的傳感器。處理器505可以是數(shù)字信號處理器(DSP)、圖像信號處 理器(ISP)或者其它和圖像傳感器500可整合的處理器。在一示范實施方式中，傳感器500捕捉可見光光斑140在投射表面125上的圖像， 并將該圖像傳送至處理器505以分析和處理。然后，處理器505執(zhí)行圖像處理程序，檢測并 定位捕捉到的圖像上的光斑140。如上所述，光斑140在投射表面125上的二維坐標(biāo)或位 移，能夠由處理器505計算出來，從而用來遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程設(shè)備，如圖1所示遠(yuǎn)程設(shè)備135及 圖2所示遠(yuǎn)程設(shè)備205。圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式構(gòu)建的雙模投影裝置的進一步的細(xì)節(jié)。雙模投 影裝置100中的圖像傳感模塊110包括集成的圖像傳感器/處理器芯片600。集成芯片600 在同一芯片上具有圖像傳感器和處理器。該圖像傳感器可以與圖5所示圖像傳感器500相 似，該處理器可以與圖5所示處理器505相似。在此實施方式中，一單一集成芯片600可以 用來捕捉顯示光斑140的圖像，以及檢測光斑140在該捕捉圖像上的位置。參照圖7，是根據(jù)本發(fā)明一上述實施方式，通過雙模投影裝置及光指示器控制遠(yuǎn)程 設(shè)備的流程圖。由雙模投影裝置中的投射模塊，如雙模投影裝置100中的投射模塊105，向 投射表面投射一圖像。在步驟700中，通過集成在雙模投影裝置中的圖像傳感模塊，如雙模 投影裝置100中的圖像傳感模塊110，從該投射表面捕捉圖像。然后，在步驟705中，校準(zhǔn)該 雙模投影裝置中的投射模塊與圖像傳感模塊，從而使得該圖像與投射表面精確準(zhǔn)直。然后， 在步驟710中，檢測該捕捉圖像上的光斑。該光斑由面向投射表面的光指示器產(chǎn)生。在步驟715中，利用圖像傳感模塊，首先確定可見光光斑在投射表面上的空間特征和時間特征，以實現(xiàn)對遠(yuǎn)程設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。在步驟720中，通過通信模塊，如雙模投影 裝置100中的通信模塊115，將該空間特征和時間特征傳送至遠(yuǎn)程設(shè)備。然后，在步驟725 中，根據(jù)該可見光光斑在投射表面上空間特征和時間特征，如位置、速度、加速度，來控制遠(yuǎn) 程設(shè)備?？梢岳斫獾氖?，如果投影裝置集成到遠(yuǎn)程設(shè)備中，如圖3所示的設(shè)備300的例子， 那么，可以將空間特征和時間特征傳送至該集成設(shè)備中的控制模塊，以控制該設(shè)備的功能。圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的雙模投影裝置進行操作的示范環(huán)境。雙模投 影裝置800可以用來向投射表面810上投射一數(shù)字圖像，如數(shù)字圖像805。投射表面810可 以是一顯示屏，用來顯示由遠(yuǎn)程電腦815產(chǎn)生的圖像。在演示過程中，光指示器820通過其發(fā)射光柱產(chǎn)生的可見光光斑，如可見光光斑 825，來強調(diào)數(shù)字圖像中的位置或目標(biāo)物。光指示器820可以是任何能夠在投射表面產(chǎn)生可 見光光斑的光指示器。根據(jù)本發(fā)明一實施方式，雙模投影裝置800具有投射模塊830、圖像傳感模塊835、 通信模塊840及校準(zhǔn)模塊845。投射模塊830向投射表面810上投射數(shù)字圖像805，與圖1 所示的投影設(shè)備100中的投射模塊105相似。圖像傳感模塊835檢測投射表面810上的可見光光斑825，并確定其位置。如上所 述，圖像傳感模塊835可以包括一圖像傳感器和任選的處理器，如圖4-5所示的圖像傳感模 塊 110。光斑825的位置可由通信模塊840傳送至遠(yuǎn)程電腦，該通信模塊可以是有線通信 模塊或無線通信模塊，與投影設(shè)備100中的通信模塊115相似。校準(zhǔn)模塊845使投射模塊 830與圖像傳感模塊835準(zhǔn)直，以準(zhǔn)確地定位和檢測數(shù)字圖像805。遠(yuǎn)程電腦815可以使用光斑825的位置來控制其一個或更多功能。例如，遠(yuǎn)程電 腦815可以利用光斑825的位置，引導(dǎo)在演示文件上進行的操作，如翻回前一圖像或進入下 一圖像、開始播放動畫、在目前的圖像805上疊加另一圖像，等等?？梢岳斫獾氖牵h(yuǎn)程電腦815可以具有比例縮放程序(SCalingrOutine)850，用來 將顯示屏810上的光斑825的位置，按比例尺度映射(map)成顯示屏810上所顯示的圖像 的位置。例如，顯示屏810上的二維坐標(biāo)(Xl，yi)對應(yīng)于所顯示圖像上的二維坐標(biāo)(x2，y2)。 還可以理解的是，遠(yuǎn)程電腦815可以具有訓(xùn)練和調(diào)試程序855，用來將由光指示器820產(chǎn)生 的光斑的不同位置解釋成上述的不同指令。圖9顯示了由圖8所示的雙模投影裝置800捕捉和處理的示范圖像。圖像900顯 示了當(dāng)光指示器820向顯示屏810上投射光斑825時，投影儀800的圖像傳感模塊835中 的圖像傳感器檢測到的光學(xué)圖像。在一實施方式中，圖像傳感模塊835中的圖像傳感器可以具有一光學(xué)濾波器，從 而只捕捉在所示圖像900上光斑825的波長；在另一實施方式中，圖像傳感模塊835中的圖 像傳感器除了可見光光斑825，也能夠捕捉圖像805。光斑825可以作為一個區(qū)域905由圖 像傳感器檢測，該區(qū)域可能是顯示屏上一個與背景不同的彩色區(qū)域。例如，光斑825可以以單色顯示(如紅色、綠色或藍色)，通常是給定直徑和亮度的 近圓形區(qū)域905。圖像傳感模塊835處理圖像900，來檢測并定位光斑825的二維坐標(biāo)或者 位移。處理過的圖像910可以包括一個用來指示光斑825位置的標(biāo)記，如十字形標(biāo)記915。
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可以理解的是，圖像傳感模塊835可以包括圖像處理程序，以便確定區(qū)域905是否 為光斑825，以及計算光斑825的二維坐標(biāo)或者位置。例如，這些程序可以包括物體及圖形 辨認(rèn)程序、邊緣探測程序、以及其它電腦可視和圖像處理程序，以將區(qū)域905 (光斑825)與 捕捉圖像的其它部分區(qū)分開并定位。圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式，雙模投影裝置操作的另一實施方式。雙模投 影裝置1000可以與光指示器1005 —起使用，作為遠(yuǎn)程電腦1010的遙控器。與遠(yuǎn)程電腦 1010相連的雙模投影裝置1000，在演示過程中可以用來向顯示屏1015投射圖像。例如， 光指示器1005用來投射一光束以形成光斑1020，疊加在顯示屏1015顯示的圖像上的圖標(biāo) 1025 上。雙模投影裝置1000中的圖像傳感模塊，檢測顯示屏1015上顯示的、帶有疊加于圖 標(biāo)1025上的光斑1020的圖像，并檢測光斑1020的位置。投影設(shè)備1000中的傳送模塊將該 位置傳送至遠(yuǎn)程電腦1010。當(dāng)遠(yuǎn)程電腦1010接收到光斑1020的位置并確定光斑1020是 在圖標(biāo)1025中時，遠(yuǎn)程電腦1010自動顯示演示文件的下一圖像，并通過雙模投影裝置1000 投射至顯示屏1015上。圖11顯示了當(dāng)通過圖10所示的投影設(shè)備1000和光指示器105進行控制時，遠(yuǎn)程 電腦1010的反應(yīng)。一旦接收到光斑1020的位置在圖標(biāo)1025上時，則指示在顯示屏1015 上顯示一新圖像，那么遠(yuǎn)程電腦1010進入到演示文件的下一圖像。然后，下一圖像通過投 影設(shè)備1000投射至顯示屏1015上，作為圖像1100。顯示在顯示屏1015上的圖像1100包括頁碼圖標(biāo)1105，該圖標(biāo)指示演示文件的新 頁碼2。然后，演示者可以使用光指示器1005來強調(diào)圖像1100上的目標(biāo)物，如通過將光指 示器1005指向顯示屏1015而產(chǎn)生光斑1110?？梢岳斫獾氖牵庵甘酒?005可以與投影設(shè)備1000 —起作為遠(yuǎn)程電腦1010的無 線鼠標(biāo)進行操作。還可以理解的是，遠(yuǎn)程電腦1010可以包括將光指示器1005產(chǎn)生的光斑 位置對應(yīng)解釋成不同鼠標(biāo)操作的程序，如選擇、右擊、左擊、移動等等。圖12顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施方式，光指示器操作的另一實施方式。在此實施方 式中，投影設(shè)備1000與光指示器1200 —起作為與投影設(shè)備1000連接的視頻游戲播放機 1205的視頻游戲控制臺使用；光指示器1200與投影設(shè)備1000 —起，作為視頻游戲播放機 1205的一個遙控器。在所示的例子中，視頻游戲播放機1205與投影設(shè)備1000相連，以向顯示屏1215 投射視頻游戲播放機播放的“射擊鴨子”的視頻游戲的圖像1210。視頻游戲玩家可以使用光 指示器1200與游戲進行互動，如通過投射光柱形成光斑1220來射擊圖像1210上的鴨子。光斑1220的位置通過投影設(shè)備1000中的圖像傳感模塊檢測，并通過投影設(shè)備 1000中的通信模塊傳送至視頻游戲播放機1205。一旦接收到該位置時，視頻游戲播放機 1205引導(dǎo)視頻游戲記錄光斑1220，作為使用者打鴨子目標(biāo)的一次失敗嘗試。可以理解的是，所示光指示器1200、視頻游戲播放機1205及視頻游戲圖像1210僅 僅是為了說明的目的。使用本發(fā)明的投影設(shè)備可以控制其它遠(yuǎn)程設(shè)備，其并不偏離本發(fā)明 的范圍和原則。本發(fā)明的雙模投影裝置使得使用者能夠遠(yuǎn)程控制一設(shè)備，這種控制只需簡單地將 光指示器指向需要的位置及利用投影設(shè)備檢測該位置。光指示器可以是任何的光指示器，包括那些沒有指令開關(guān)的光指示器。遠(yuǎn)程設(shè)備可以僅僅根據(jù)可見光光斑的位置而受控，光 斑則由光指示器產(chǎn)生并由雙模投影裝置檢測。 前述說明的目的是為了解釋本發(fā)明，所使用的特定的術(shù)語是為了更徹底的解釋本 發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在實施本發(fā)明時，一些特定細(xì)節(jié)并不是必須的。因 此，前述本發(fā)明特定實施方式的敘述目的是為了說明及描述，而并非是為了窮盡或限制本 發(fā)明于特定的公開形式；顯而易見的是，經(jīng)本發(fā)明的以上啟示，就完全可能做出許多其它的 改進和改變。所選擇描述的實施方式，是為了最好地描述本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用；其使 得本領(lǐng)域技術(shù)人員可利用本發(fā)明以及本發(fā)明的各種實施方式并作出修改，以適應(yīng)各種特定 用途。本發(fā)明的范圍應(yīng)由權(quán)利要求的范圍及等同物所定義。
權(quán)利要求
一種雙模投影裝置，其包括用于向投射表面投射圖像的投射模塊；用于捕捉所述投射表面的圖像、并確定疊加在所述投射表面上之可見光光斑的空間特征和時間特征的圖像傳感模塊；及用于將所述可見光光斑的空間特征和時間特征傳送至遠(yuǎn)程設(shè)備的通信模塊，以便根據(jù)所述可見光光斑的空間特征和時間特征來遠(yuǎn)程控制所述設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的雙模投影裝置，其中，所述的空間特征和時間特征選自于如下 一組特征所述可見光光斑在所述投射表面上的位置；所述可見光光斑在所述投射表面上 的速度；所述可見光光斑在所述投射表面上的加速度；以及與投射至所述投射表面之圖像 序列相對照的所述可見光光斑在所述投射表面上之位置序列。
3.如權(quán)利要求2所述的雙模投影裝置，其中，所述的遠(yuǎn)程設(shè)備只受所述可見光光斑之 位置的控制。
4.如權(quán)利要求1所述的雙模投影裝置，其進一步包括用于準(zhǔn)直所述圖像傳感模塊與所 述投射模塊的校準(zhǔn)模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的雙模投影裝置，其中，所述的圖像傳感模塊包括圖像傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的雙模投影裝置，其中，所述的圖像傳感器只適用于檢測給定波 長的光。
7.如權(quán)利要求5所述的雙模投影裝置，其中，所述的圖像傳感模塊進一步包括處理器。
8.如權(quán)利要求1所述的雙模投影裝置，其中，所述的通信模塊包括無線通信模塊。
9.如權(quán)利要求8所述的雙模投影裝置，其中，所述的通信模塊包括用于從所述遠(yuǎn)程設(shè) 備接收所述圖像的接收器。
10.如權(quán)利要求1所述的雙模投影裝置，其中，所述的位置包括位移。
11.如權(quán)利要求10所述的雙模投影裝置，其中，所述的位移是參照在所述投射表面中 的一個參照點而確定的。
12.如權(quán)利要求10所述的雙模投影裝置，其中，所述的位移是參照所述光斑的先前位 置而確定的。
13.如權(quán)利要求1所述的雙模投影裝置，其中，所述的遠(yuǎn)程設(shè)備選自于如下一組設(shè)備 演示電腦；視頻游戲播放機；DVD播放機；數(shù)字視頻錄像機；機頂盒；有線電視接收器；衛(wèi)星 接收器；娛樂裝置；控制器；以及電視機。
14.一種光學(xué)裝置，其包括具有用于打開/關(guān)閉之on/off開關(guān)的光指示器；及用于向投射表面投射圖像的投射裝置，該投射裝置包括用于捕捉所述投射表面的圖像、并確定疊加在所述投射表面上之可見光光斑的空間特 征和時間特征的圖像傳感模塊，該可見光光斑由所述的光指示器產(chǎn)生；及用于將所述可見光光斑的空間特征和時間特征傳送至遠(yuǎn)程設(shè)備的通信模塊，以便根據(jù) 所述可見光光斑的空間特征和時間特征來遠(yuǎn)程控制所述設(shè)備。
15.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)裝置，其中，所述的投射裝置包括用于向所述投射表面 投射所述圖像的投射模塊。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)裝置，其中，其進一步包括用于準(zhǔn)直所述圖像傳感模塊與所述投射模塊的校準(zhǔn)模塊。
17.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)裝置，其中，所述的圖像傳感模塊包括圖像傳感器。
18.如權(quán)利要求17所述的光學(xué)裝置，其中，所述的圖像傳感模塊進一步包括處理器。
19.如權(quán)利要求18所述的光學(xué)裝置，其中，所述的圖像傳感器與所述的處理器安裝在 不同的芯片上。
20.圖權(quán)利要求18所述的光學(xué)裝置，其中，所述的圖像傳感器與所述的處理器集成在 單一的芯片上。
21.一種通過雙模投影裝置與光指示器控制遠(yuǎn)程設(shè)備的方法，其包括 利用所述雙模投影裝置中的投影模塊，向投射表面投射第一圖像；利用集成在所述雙模投影裝置中的圖像傳感模塊，捕捉投射表面的第二圖像； 利用所述圖像傳感模塊，檢測所述第二圖像中的可見光光斑，該可見光光斑是由所述 光指示器產(chǎn)生的；利用所述圖像傳感模塊，確定所述可見光光斑的空間特征和時間特征； 將所述可見光光斑的空間特征和時間特征傳送至遠(yuǎn)程設(shè)備；及 根據(jù)所述可見光光斑的空間特征和時間特征，控制所述遠(yuǎn)程設(shè)備。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其進一步包括用所述投射模塊校準(zhǔn)所述圖像傳感模塊。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其進一步包括將所述可見光光斑的位置映射成在所述 第一圖像中的位置。
24.一種設(shè)備，其包括向投射表面投射圖像的投射模塊；捕捉所述投射表面圖像、并確定疊加在所述投射表面上之可見光光斑的空間特征和時 間特征的圖像傳感模塊；以及根據(jù)所述可見光光斑的空間特征和時間特征，控制所述設(shè)備的控制模塊。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，所述的設(shè)備選自于如下一組設(shè)備電腦；視頻 游戲播放機；DVD播放機；數(shù)字視頻錄像機；機頂盒；有線電視接收器；衛(wèi)星接收器；娛樂裝 置；控制器；以及電視機。全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙模投影裝置，其具有向投射表面投射圖像的投射模塊。該投影裝置還具有圖像傳感模塊，其用于捕捉投射表面圖像，并確定疊加在投射表面上的可見光光斑空間特征和時間特征。該投影裝置還具有通信模塊，其用于將可見光光斑的空間特征和時間特征傳送至遠(yuǎn)程設(shè)備，以便根據(jù)該可見光光斑的空間特征和時間特征來遠(yuǎn)程控制該設(shè)備。
文檔編號H04N5/74GK101919241SQ200880123279
公開日2010年12月15日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者單繼章, 李進 申請人:豪威科技有限公司