專利名稱：互動式指向裝置與切換擷取范圍的方法
技術領域：
本發明涉及一種互動式指向裝置與指向方法，特別是一種可切換擷取范圍的互動式指向裝置與切換擷取范圍的方法。
背景技術：
近年來，由于科技的發展快速，互動式多媒體設備也跟著越來越普及。互動式多媒體設備可讓使用者與聲音影像進行互動，以達到娛樂的效果。互動式多媒體設備需要搭配一控制裝置使用。控制裝置除了可以用按鈕來控制外，更進階的控制裝置還具有指向定位及動作感應的技術。指向定位就如同鼠標一般可以控制屏幕上的光標，而動作感應可偵測三維空間當中的移動及旋轉。指向定位的技術，需要使用一影像感測元件，來偵測控制裝置所指的方向。然而， 一般的影像感測元件皆具有固定的擷取范圍，當影像感測元件所感測的目標物離開其擷取范圍時，影像感測元件將無法順利的進行指向定位。也就是說，使用者必須遷就影像感測元件有限的擷取范圍，來操作此互動裝置。若是擷取范圍過小時，使用者在使用的便利性上將被大幅的限制。另一方面，若是將擷取范圍擴大，則需要增加影像感測元件在電力的消耗。且影像感測元件電力消耗的幅度與擷取范圍的平方成正比。也就是說，若是將擷取范圍增大為原本的二倍，則其電力消耗則變為原本的四倍。此外，因為上述的控制元件通常為手持式，這些控制元件需電池作為電源。若是電力消耗越多時，其電池的壽命也就越短。因此，控制裝置在設計上，會遇到擷取范圍的大小與電力消耗之間的矛盾。
發明內容
鑒于以上的問題，本發明提出一種可切換擷取范圍的互動式指向裝置。此互動式指向裝置包括一影像擷取元件與一處理單元。一影像擷取元件可操作于一第一擷取范圍與一第二擷取范圍。且影像擷取元件用以擷取一光源，并輸出一影像信號。當互動式指向裝置至光源的一距離小于一參考值時，處理單元控制影像擷取元件以第一擷取范圍偵測光源， 并且處理單元將影像信號轉換成一第一坐標數據。當距離大于一參考值，處理單元控制影像擷取元件以第二擷取范圍偵測光源，并且處理單元將影像信號轉換成一第二坐標數據。此外，本發明另外提出一種用于互動式指向裝置的切換擷取范圍的方法，包括以下步驟提供一影像擷取元件與一處理單元；利用影像擷取元件偵測點光源，并輸出一影像信號；取得點光源至互動式指向裝置之間的一距離；當距離小于一參考值時，控制影像擷取元件操作于第一擷取范圍以偵測光信號，處理單元將影像信號轉換成一第一坐標數據。當距離大于參考值時，控制影像擷取元件操作于第二擷取范圍以偵測光信號，處理單元將影像信號轉換成一第二坐標數據。綜合以上所述，本發明所提出的互動式指向裝置可自動地改變擷取范圍，以對應不同的擷取角度，以降低互動式指向裝置無法擷取到信號的狀況。此外，此一互動式指向裝置偵測小范圍吋，可以較高的取樣頻率進彳丁偵測。
圖1為根據本發明的互動式指向裝置的第一實施例的方塊架構圖；圖2為根據本發明的影像擷取元件的擷取范圍示意圖；圖3為根據本發明的互動式指向裝置的第二實施例的方塊架構圖；圖4為根據本發明的指向裝置應用于互動系統的第一實施例的示意圖；圖5為根據本發明的指向裝置應用于互動系統的第二實施例的示意圖；以及圖6為根據本發明的切換擷取范圍的方法流程圖。其中，附圖標記10互動式指向裝置20影像擷取元件30處理單元40信號發送元件60第一擷取范圍 70第二擷取范圍80主機90顯示屏幕92光源A第一感測角度B第二感測角度 Dl第一距離D2第二距離R參考值
具體實施例方式以下在實施方式中進ー步詳細說明本發明的詳細特征以及優點，其內容足以使任 何本領域技術人員了解本發明的技術內容并據以實施，且根據本說明書所公開的內容、申 請專利范圍及附圖，任何本領域技術人員可輕易地理解本發明相關的目的及優點。請參照圖1與圖2，圖1為根據本發明的互動式指向裝置的第一實施例的方塊架構 圖，圖2為根據本發明的影像擷取元件的擷取范圍示意圖。互動式指向裝置10包含一影像 擷取元件20以及ー處理單元30。影像擷取元件20用以擷取一光源，并輸出一影像信號。影像擷取元件20可 以是ー電荷耦合元件(Charge-coupled Device, CCD)或是ー互補式金屬氧化層半導體 (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)。影像擷取元件 20 擷取光源時，可操 作于第一擷取范圍60或第二擷取范圍70。第一擷取范圍60可包括第二擷取范圍70。舉 例而言，第一擷取范圍60對應的范圍為160X 160個像素，而第二擷取范圍70對應的范圍 為96XU8個像素。處理單元30電性連接至影像擷取元件20，用以接收來自于影像擷取元件20的影 像信號。處理單元30將影像擷取元件20在不同時間點輸出的影像信號加以對比，處理單 元30并根據一切換信號，將影像信號處理與分析，并產生ー坐標數據。當互動式指向裝置 10至光源的距離小于參考值時，處理單元30控制影像擷取元件20以第一擷取范圍60偵測 光源，處理單元30將影像信號轉換成第一坐標數據。當距離大于ー參考值吋，處理單元30 控制影像擷取元件20以第二擷取范圍70偵測光源，處理單元30將影像信號轉換成第二坐 標數據。影像擷取元件20與處理單元30可整合于ー單芯片。
互動式指向裝置10至光源之間的距離，可由處理單元30進行估計。處理單元 30可利用下述的方式進行距離的估計(一)根據影像信號中的光源的大小來判斷距離； (二)根據光源至影像擷取元件20的抵達時間來判斷距離；(三)根據影像信號中的第一點光源與第二點光源的間距來判斷距離。在第一種方法中，當光源距離互動式指向裝置10越近時，此光源影像擷取元件20 上所顯示的面積也就越大，反之亦然。因此，可利用影像擷取元件20上對應為光點的像素數目進行判斷。當對應于光點的像素數目越多時，光源距離互動式指向裝置10也就越近。在第二種方法中，當光源至影像擷取元件20的抵達時間越長時，也就代表光源距離互動式指向裝置10越遠。因此，處理單元30可控制使光源于一固定時間發出信號，并且計算信號發出后到此信號被影像擷取元件20所接收的時間，即可判斷光源至影像擷取元件20的距離。在第三種方法中，光源為二個以上的點光源所組成，比如說第一點光源與第二點光源。第一點光源與第二點光源實際上相距一個固定的距離。第一點光源與第二點光源也會被影像擷取元件20所擷取。第一點光源與第二點光源在影像擷取元件20上所顯示的距離，會與光源至影像擷取元件20的距離成正比。也就是說，判斷影像擷取元件20所擷取到的第一點光源與第二點光源之間的距離，即可判斷光源至影像擷取元件20的距離。請參照圖3，圖3為根據本發明的互動式指向裝置的第二實施例的方塊架構圖。互動式指向裝置10包含一影像擷取元件20、一處理單元30以及一信號發送元件40。信號發送元件40電性連接至處理單元30，通過信號發送元件40，處理單元30所產生的坐標數據可以被傳送給一主機。在此實施例中，信號發送元件40可以是有線或是無線的信號收發元件。比如說是符合藍牙規格的無線傳輸元件。請參照圖4與圖5，圖4為根據本發明的指向裝置應用于互動系統的第一實施例的示意圖，圖5為根據本發明的指向裝置應用于互動系統的第二實施例的示意圖。互動系統包括顯示屏幕90、主機80、光源92與互動式指向裝置10。光源92可配置于顯示屏幕90的上方或下方，并包含多個紅外線光源。互動式指向裝置10內設有可擷取光源92所發出的影像擷取元件20，通過可切換擷取范圍的互動式指向裝置10的影像擷取元件20在不同時間點擷取的光信號，經過處理單元30計算出相對應的坐標，并反映于顯示屏幕90上。如圖4所示，互動式指向裝置10至光源92距離為一第一距離Dl，且第一距離Dl 小于一參考值R時，互動式指向裝置10具有第一感測角度A。如圖5所示，互動式指向裝置 10至光源92距離為一第二距離D2，且第二距離D2大于一參考值R時，互動式指向裝置10 具有第二感測角度B。其中，第一感測角度A大于第二感測角度B。當使用者操作此互動式指向裝置10時，若是互動式指向裝置10由第一感測角度 A轉換成第二感測角度B，或是由第二感測角度B轉換成第一感測角度A時，處理單元30所產生的坐標數據也需要進行數值轉換的處理。若是坐標數據沒有經過數值轉換的處理，因為影像擷取元件20用以擷取的擷取范圍不同，因此輸出的坐標數據也會隨著變動。也就是說，假如坐標數據沒有經過數值轉換，當互動式指向裝置10由第一感測角度A轉換成第二感測角度B，或是由第二感測角度B轉換成第一感測角度A時，顯示屏幕90上所顯示的光標會快速的跳動，而造成使用者使用上的不便。因此，處理單元30所輸出的坐標值，需要經坐標轉換，才能使互動式指向裝置10 不管操作于第一感測角度A或是第二感測角度B之下，都能夠產生相同的坐標數據。此外，當互動式指向裝置10至光源92距離小于一參考值R時，影像擷取元件20 利用第一擷取范圍60擷取信號。因為第一擷取范圍60大于第二擷取范圍70，因此每次利用第一擷取范圍60擷取信號將會消耗比較多的電力。為了使影像擷取元件20不管是利用第一擷取范圍60或是第二擷取范圍70都保持固定的電力消耗，當影像擷取元件20利用第一擷取范圍60擷取信號時，影像擷取元件20會利用較低的取樣頻率進行擷取。而當影像擷取元件20利用第二擷取范圍70擷取信號時，影像擷取元件20會利用較高的取樣頻率進行擷取。請參照圖6，圖6為根據本發明的切換擷取范圍的方法流程圖。在步驟SlOl中，提供一影像擷取元件20與一處理單元30。在步驟S102中，影像擷取元件20用以擷取一光源92，并輸出一影像信號。處理單元30電性連接至影像擷取元件20，用以接收來自于影像擷取元件20的影像信號。在步驟S103中，取得光源92至互動式指向裝置10之間的一距離。取得距離的方法為可由處理單元30執行。處理單元30可利用下述的方式進行距離的估計(一)根據影像信號中的光源92的大小來判斷距離；(二)根據光源92至影像擷取元件20的抵達時間來判斷距離；(三)根據影像信號中的第一點光源與第二點光源的間距來判斷距離。在步驟S104中，根據此距離，控制影像擷取元件20操作于第一擷取范圍60或第二擷取范圍70以偵測光源92。也就是說，當此距離小于一參考值R時，影像擷取元件20以第一擷取范圍60偵測此光源92。而當此距離大于一參考值R時，影像擷取元件20以第二擷取范圍70偵測此光源92。在步驟S105中，根據影像擷取元件20偵測的影像信號，處理單元30將此影像信號轉換為第一坐標數據或第二坐標數據。為了使光標位置保持固定，第一坐標數據或第二坐標數據需做轉換，使其對應到相同的位置。綜合以上所述，本發明所提出的互動式指向裝置可自動地改變擷取范圍，以對應不同的擷取角度，以降低互動式指向裝置無法擷取到信號的狀況。此外，此一互動式指向裝置不管在進行大范圍的偵測或是小范圍的偵測，均可以保持相同的電能消耗。當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，包括一影像擷取元件，操作于一第一擷取范圍與一第二擷取范圍，以擷取一光源，并輸出一影像信號；以及一處理單元，當一互動式指向裝置至該光源的一距離小于一參考值時，該處理單元控制該影像擷取元件以該第一擷取范圍偵測該光源，該處理單元將該影像信號轉換成一第一坐標數據，當該距離大于該參考值時，該處理單元控制該影像擷取元件以該第二擷取范圍偵測該光源，該處理單元將該影像信號轉換成一第二坐標數據。
2.根據權利要求1所述的可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，該第一擷取范圍包括該第二擷取范圍。
3.根據權利要求1所述的可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，該處理單元根據該影像信號中的該光源的大小，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
4.根據權利要求1所述的可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，該處理單元根據該光源至該影像擷取元件的一抵達時間，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距1 O
5.根據權利要求1所述的可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，該光源包括一第一點光源與一第二點光源，該處理單元根據該影像信號中的該第一點光源與該第二點光源的一間距，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
6.根據權利要求1所述的可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，當該距離小于該參考值時，該處理單元以一第一取樣頻率取樣該影像擷取元件的該影像信號，當該距離大于該參考值時，該處理單元以一第二取樣頻率取樣該影像擷取元件的該影像信號， 其中該第一取樣頻率小于該第二取樣頻率。
7.根據權利要求1所述的可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，更包括一信號發送元件，該信號發送元件用以傳送該第一坐標數據或該第二坐標數據。
8.根據權利要求7所述的可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，該信號發送元件相容于一藍牙傳輸標準。
9.根據權利要求1所述的可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，該影像擷取元件與該處理單元整合于一單芯片。
10.根據權利要求1所述的可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，該處理單元將該影像擷取元件不同時間點輸出的該影像信號對比，以計算該第一坐標數據或該第二坐標數據。
11.根據權利要求1所述的可切換擷取范圍的互動式指向裝置，其特征在于，該影像擷取元件為一電荷耦合元件或是一互補式金屬氧化層半導體。
12.一種用于一互動式指向裝置的切換擷取范圍的方法，其特征在于，包括提供一影像擷取元件與一處理單元；利用該影像擷取元件偵測一光源，并輸出一影像信號；取得該光源至該互動式指向裝置之間的一距離；以及當該距離小于一參考值時，控制該影像擷取元件操作于一第一擷取范圍以偵測該光源，該處理單元將該影像信號轉換成一第一坐標數據，當該距離大于該參考值時，控制該影像擷取元件操作于一第二擷取范圍以偵測該光源，該處理單元將該影像信號轉換成一第二坐標數據。
13.根據權利要求12所述的切換擷取范圍的方法，其特征在于，該第一擷取范圍包括該第二擷取范圍。
14.根據權利要求12所述的切換擷取范圍的方法，其特征在于，在取得該光源至該互動式指向裝置之間的一距離的該步驟中，根據該影像信號中的該光源的大小，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
15.根據權利要求12所述的切換擷取范圍的方法，其特征在于，在取得該光源至該互動式指向裝置之間的一距離的該步驟中，根據該光源至該影像擷取元件的一抵達時間，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
16.根據權利要求12所述的切換擷取范圍的方法，其特征在于，該光源包括一第一點光源與一第二點光源，其中在取得該光源至該互動式指向裝置之間的一距離的該步驟中， 根據該影像信號中的該第一點光源與該第二點光源的一間距，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
17.根據權利要求12所述的切換擷取范圍的方法，其特征在于，該當該距離小于該參考值時，以一第一取樣頻率取樣該影像擷取元件的該影像信號，當該距離大于該參考值時， 以一第二取樣頻率取樣該影像擷取元件的該影像信號，其中該第一取樣頻率小于該第二取樣頻率。
18.根據權利要求12所述的切換擷取范圍的方法，其特征在于，更包括一步驟傳送該第一坐標數據或該第二坐標數據。
19.根據權利要求12所述的切換擷取范圍的方法，其特征在于，該處理單元將該影像擷取元件不同時間點輸出的該影像信號對比，以計算該第一坐標數據或該第二坐標數據。
全文摘要
本發明公開一種互動式指向裝置。此互動式指向裝置包括一影像擷取元件與一處理單元。影像擷取元件可操作于一第一擷取范圍與一第二擷取范圍。且影像擷取元件用以擷取一光源，并輸出一影像信號。當互動式指向裝置至光源的一距離小于一參考值時，處理單元控制影像擷取元件以第一擷取范圍偵測光源，并且處理單元將影像信號轉換成一第一坐標數據。當距離大于一參考值，處理單元控制影像擷取元件以第二擷取范圍偵測光源，并且處理單元將影像信號轉換成一第二坐標數據。同時本發明亦公開一種切換擷取范圍的方法。
文檔編號G06F3/033GK102375532SQ20101025120
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月10日 優先權日2010年8月10日
發明者呂志宏, 林卓毅, 簡士期, 許恩峰, 陳信嘉, 高銘璨, 黃昭薦 申請人:原相科技股份有限公司