體感觸控操作系統及方法

專利名稱：體感觸控操作系統及方法
技術領域：
本發明系有關于影像顯示幕的碰觸互動操作，特別是關于一種體感觸控操作系統及一種體感觸控操作方法。
背景技術：
以電腦裝置及投影裝置進行簡報時，使用者常面臨的問題是，光筆與影像顯示幕之間，并無互動關系，因此無法通過光筆于投影畫面中的移動對電腦裝置產生操作命令。為了解決前述問題常見的方法之一，是于影像顯示幕投影于一大型觸控板，直接以觸控板判斷影像顯示幕是否被碰觸。但大型觸控板成本高，且其設置使得投影裝置不利于在不同場所之間搬運使用。
在其他的先前技術中，亦有通過影像擷取裝置取得取樣畫面后，分析取樣畫面而判斷使用者是否以手或光筆碰觸影像顯示幕的技術手段。例如中華民國新型專利M396446系先定義一偵測區域，當該偵測區域的影像被遮斷時，即代表使用者點觸該區域，但偵測區域被遮斷時，使用者并不必然點觸該區域。中國大陸專利CN03102675. 3系利用多個影像擷取裝置取得手或光筆位置，并判斷手或光筆是否碰觸影像顯示幕；中國大陸CN200510009897. 5、美國專利US6，760, 009也是利用多個影像擷取裝置取得手或光筆位置，但并無法判斷手或光筆是否碰觸影像顯示幕。前述先前技術都必須使用多個影像擷取裝置，且該些影像擷取裝置都必須通過校正程序，使得觸控操作系統使用前還必須進行校正程序，因而不利于在不同場所之間搬運使用。

發明內容
鑒于上述問題，本發明提出一種體感觸控操作系統及一種體感觸控操作方法，系以相對簡單的技術手段判別影像顯示幕是否被碰觸。本發明提出一種體感觸控操作系統，用以判別一影像顯示幕是否被碰觸，以產生一對應該碰觸的執行動作。體感觸控操作系統包含一指定波長光投射裝置、一影像擷取裝置、一選擇性濾光元件、一數據處理裝置。指定波長光投射裝置用以朝向影像顯示幕投射一指定波長光，使指定波長光被影像顯示幕反射為一特定波長影像。影像擷取裝置與指定波長光投射裝置之間保持一間隔距離而設置。影像擷取裝置通過選擇性濾光元件而朝向影像顯示幕持續擷取影像，且選擇性濾光元件使得影像擷取裝置只取得特定波長影像；其中特定波長影像包含多個像素，且每一像素可定義特定波長影像中的一個座標。數據處理裝置，用以自特定波長影像中分離一前景影像及一落在影像顯示幕的陰影影像，同時于該前景影像中定義一特征點，并于陰影影像中定義一對應于特征點的陰影點。數據處理裝置中更設定一距離門檻值，當特征點座標及陰影點座標之間的相對距離小于距離門檻值，數據處理裝置決定影像顯示幕被碰觸而產生對應碰觸的執行動作。本發明更提出一種體感觸控操作方法，用以判別一影像顯示幕是否被碰觸，以產生一對應該碰觸的執行動作，包含下列步驟朝向影像顯示幕投射一指定波長光，使指定波長光被該影像顯示幕反射；朝向影像顯示幕持續擷取由該指定波長光反射所形成的特定波長影像；以特定波長影像的像素矩陣于特定波長影像上建立一座標系；自特定波長影像中分離一前景影像及一落在影像顯示幕的陰影影像；于前景影像中定義一特征點，并于陰影影像中定義一對應于特征點的陰影點；設定一距離門檻值，比對特征點的座標及陰影點的座標之間的相對距離，判斷相對距離是否小于距離門檻值；及當相對距離小于距離門檻值，決定前景影像的特征點于三維空間中已碰觸影像顯 示幕，而產生對應碰觸的執行動作。本發明的功效在于，影像顯示幕上不需要設置感測器，而是利用影像分析的方式，偵測人體對于影像顯示幕的碰觸，簡化觸控操作所需要的技術手段。此外，本發明判斷座標時，系以特定波長影像本身的像素矩陣作為座標系，并不需要對外部座標系進行校正程序，也大幅簡化了操作體感觸控操作系統的前置程序。


圖I及圖2為本發明第一實施例的體感觸控操作系統的示意圖。圖3及圖4為本發明第一實施例中，特定波長影像的示意圖。圖5及圖6為本發明第一實施例中，體感觸控操作系統的變化例。圖7為本發明第二實施例的體感觸控操作系統的示意圖。圖8為本發明第三實施例的體感觸控操作系統的示意圖。圖9、圖10及圖11為本發明的投影系統的體感觸控操作方法的流程圖。主要元件符號說明100 體感觸控操作系統110 指定波長光投射裝置120 影像擷取裝置130 選擇性濾光元件140 數據處理裝置150 投影裝置160 顯示裝置170 框架F影像顯示幕I指定波長光G間隔距離S 特定波長影像O前景影像B陰影影像C 特征點C” 陰影點
具體實施例方式請參閱「圖I」所示，為本發明第一實施例所揭露的一種體感觸控操作系統100，用以判別一影像顯示幕F是否被碰觸，以產生一對應該碰觸的執行動作。體感觸控操作系統100包含一指定波長光投射裝置110、一影像擷取裝置120、一選擇性濾光元件130、一數據處理裝置140。請參閱「圖I」所示，影像顯示幕F的具體實施例包含液晶投影裝置150、DLP投影裝置150所投影的影像畫面，或為液晶顯示器、電漿顯示器等非投影式顯示裝置160的顯示面，且以大尺寸者為最佳。請參閱「圖I」及「圖2」所示，指定波長光投射裝置110系用以朝向該影像顯示幕F投射一指定波長光I，使該指定波長光I被該影像顯示幕F反射為特定波長影像S。指定 波長光I為影像顯示幕F不會發出的波長光，以避免影像顯示幕F本身的顯示動作干擾體感觸控操作系統100 ;較佳地，指定波長光I為不可見光，從而避免指定波長光I干擾使用者觀看影像顯示幕F ;指定波長光I的具體實施例為紅外線，其中紅外線為影像顯示幕F在正常顯示作業下不會發出的波長光，且為不可見光并且對人眼無害。請參閱「圖I」及「圖2」所示，影像擷取裝置120與指定波長光投射裝置110之間保持一間隔距離G，并朝向影像顯示幕F擷取影像。選擇性濾光元件130位于影像擷取裝置120與指定波長光投射裝置110之間，且選擇性濾光元件130可使得影像擷取裝置120只取得特定波長影像。于具體實施態樣中，影像擷取裝置120可為互補型金氧半導體(COMPLEMENTARY METAL-OXIDE SEMICONDUCTOR, CMOS)或感光耦合元件(CHARGE COUPLEDDEVICE, CCD)。請參閱「圖I」及「圖2」所示，影像擷取裝置120電性連接于數據處理裝置140，使該數據處理裝置140接收影像擷取裝置120所取得的特定波長影像S，該特定波長影像S包含多個像素，且每一像素可定義該特定波長影像S中的一個座標。參閱「圖3」及「圖4」所示，數據處理裝置140于取得特定波長影像S之后，自該特定波長影像S中分離一前景影像O及一落在該影像顯示幕F的陰影影像B，同時于該前景影像O中定義一特征點C，并于該陰影影像B中定義一對應于該特征點C的陰影點C”。分離前景影像O的方式系由指定波長光I的反射強度判斷之。一般而言，影像顯示幕F所反射的指定波長光I的反射強度，會落在一平均反射強度區間中，而前景影像O系由一障礙物，例如一站在影像顯示幕F前的使用者所形成，其所反射的指定波長光I的反射強度，則會落在該平均反射強度區間之外，且大于一反射強度下限值；如此一來，該數據處理裝置140便可由特定波長影像S分離出該前景影像O。而陰影影像B則是因為投射至影像顯示幕F的指定波長光I被該障礙物阻擋，而形成于影像顯示幕F上的暗部區域，其反射的指定波長光I的反射強度，會落在該平均反射強度區間之外，且小于該反射強度下限值；如此一來，數據處理裝置140便可由特定波長影像S分離出陰影影像B。前述的反射強度下限值小于平均反射強度區間的最小值。參閱「圖3」及「圖4」所示，該前景影像O中定義的特征點C，可為使用者的手部。找出該特征點C的方式，系于數據處理裝置140中儲存特征模型，比對該特征模型與該前景影像0，即可找出前景影像O中符合特征模型的像素群，以作為特征點C。同樣地，以手部為特征點C的應用例，對應于該特征點C的陰影點C”為手部的陰影，因此也可以比對該特征模型與該陰影影像B，而于該陰影影像B中找出符合特征模型的像素群，以作為陰影點C”。前述找出特征點C及陰影點C”的方式僅是一范例，于影像處理領域中，具有通常知識者當可依據特征點C及陰影點C”的解釋，完成定義特征點C及陰影點C”的技術手段。前述的特征點C并不必然為使用者的手部，亦可為筆、桿體等。當特征點C于特定波長影像S中不斷移動時，陰影點C”也會隨的變化位置。如前所述，該特定波長影像S包含多個像素，且每一像素可定義該特定波長影像S中的一個座標。因此數據處理裝置140可以通過分析特征點C及陰影點C”位于特定波長影像S的位置，而分別產生特征點C座標及陰影點C”座標。數據處理裝置140中更設定一距離門檻值，當特征點C座標及陰影點C”座標之間的相對距離小于該距離門檻值，則將特征點C座標及陰影點C”座標視為重疊。
如「圖4」所示，當特征點C座標及陰影點C”座標相對距離小于該距離門檻值，甚至等于零而重疊時，代表產生前景影像O的使用者以手接觸該影像顯示幕F，此時，數據處理裝置140便決定該前景影像O的特征點C于三維空間中已碰觸影像顯示幕F，而產生對應該碰觸的執行動作。例如，于使用投影片進行簡報時，使用者可以采用碰觸一下，作為「換下一頁」的操作，使得數據處理裝置140執行「換下一頁」，而改變影像顯示幕F顯示的投影片；或使用者可以采用連續碰觸一下，作為「回上一頁」的操作，使得數據處理裝置140執行「回上一頁」。如「圖5」所示，數據處理裝置140的具體實施例可為一電腦主機，載入并執行一作業系統，并根據使用者的操作，而載入并執行一應用程式。數據處理裝置140產生一顯示信號。如前所述，影像顯示幕F的具體實施例為一投影裝置150所投影的影像畫面。投影裝置150接收該數據處理裝置140的顯示信號，從而進行投影而產生該影像顯示幕F上的影像畫面。如「圖6」所示，影像顯示幕F的另一具體實施例為一顯示裝置160的顯示面。顯示裝置160接收該數據處理裝置140的顯示信號，從而以顯示面產生影像畫面而成為該影像顯示幕F。參閱「圖5」及「圖6」，如前述應用例，數據處理裝置140執行「換下一頁」，或「回上一頁」的執行動作時，便可改變其所輸出的顯示信號，從而使得投影裝置150或顯示裝置160改變影像顯示幕F的內容。請參閱「圖7」所示，為本發明第二實施例所揭露的一種體感觸控操作系統100，用以判別一影像顯示幕F是否被碰觸，以產生一對應該碰觸的執行動作。體感觸控操作系統100包含一指定波長光投射裝置110、一影像擷取裝置120、一選擇性濾光元件130、一數據處理裝置140。如「圖7」所示，影像擷取裝置120與該指定波長光投射裝置110之間保持一間隔距離G。是以，第二實施例的體感觸控操作系統100進一步包含一框架170，該影像擷取裝置120與該指定波長光投射裝置110設置于該框架170上，而維持該間隔距離G。請參閱「圖8」所示，為本發明第三實施例所揭露的一種體感觸控操作系統100，包含一指定波長光投射裝置110、一選擇性濾光元件130、一影像擷取裝置120、一數據處理裝置140、一投影裝置150及一框架170。影像擷取裝置120、指定波長光投射裝置110及投影裝置150，設置于該框架170上，而維持該間隔距離G。如「圖9」所示，系為本發明所提出的一種體感觸控操作方法，用以判別一影像顯不幕F是否被碰觸，以產生一對應該碰觸的執行動作。依據本發明提出的指示光點的座標定位方法的實施方式，系提供一程式碼，供數據處理裝置140載入并執行，而執行下列步驟；所述程式碼儲存于一電腦可讀取儲存媒體，或通過一電腦程式產品傳送。以一指定波長光投射裝置110，朝向該影像顯示幕F投射一指定波長光I，使該指定波長光I被該影像顯示幕F反射為一特定波長影像S，如步驟St印110所示。該指定波長光I可以是持續地投射于該影像顯示幕F，也可以采用閃頻方式斷續地投射于該影像顯示幕F。如前所述，指定波長光I較佳地為影像顯示幕F不會發出的特定波長光，且為不可見光，例如紅外線。 接著，數據處理裝置140以影像擷取裝置120朝向該影像顯示幕F持續擷取由指定波長光I反射所形成的特定波長影像S，如步驟Step 120所示。擷取由指定波長光I反射所形成的特定波長影像S的方式，系于影像擷取裝置120及影像顯示幕F之間設置一選擇性濾光元件130 ;其中，選擇性濾光元件130可使得影像擷取裝置120只取得特定波長影像S。數據處理裝置140接收該特定波長影像S，并以該特定波長影像S的像素矩陣，于該特定波長影像S上建立一座標系，如步驟Step 130所示。接著，數據處理裝置140自該特定波長影像S中分離一前景影像O及一落在該影像顯示幕F的陰影影像B，如步驟St印140所示。如「圖10」所示，于步驟St印140中，分離前景影像O及該陰影影像B的方式包含下列步驟。數據處理裝置140設定一平均反射強度區間及一反射強度下限值，如步驟St印141所示；其中該反射強度下限值小于該平均反射強度區間的最小值。該數據處理裝置140由特定波長影像S中，分離出指定波長光I的反射強度落在該平均反射強度區間之外且大于該反射強度下限值的像素群組，定義為該前景影像0，如步驟Step 142所示。同時，該數據處理裝置140由特定波長影像S中，分離出指定波長光I的反射強度落在該平均反射強度區間之外且小于該反射強度下限值的像素群組，定義為該陰影影像B，如步驟Step 143所示。再參閱「圖9」所示，數據處理裝置140于該前景影像O中定義一特征點C，并于該陰影影像B中定義一對應于該特征點C的陰影點C”，如步驟St印150所示。如「圖11」所示，于步驟St印150中，定義特征點C及陰影點C”的方式包含下列步驟。數據處理裝置140載入特征模型，如步驟St印151所示。該特征模型系依據特定標的物的外廓所建立，例如使用者的手部、筆、桿體。且前述外廓包含由不同視角觀察特定標的物所取得者。數據處理裝置140比對該特征模型與該前景影像0，找出前景影像O中符合特征模型的像素群，定義該像素群為特征點C，如步驟Step 152所示。
數據處理裝置140比對該特征模型與該陰影影像B，找出陰影影像B中符合特征模型的像素群，定義該像素群為陰影點C”，如步驟Step 153所示。再參閱「圖9」所示，數據處理裝置140設定一距離門檻值，如步驟St印160所示。數據處理裝置140持續比對特征點C座標及陰影點C”座標之間的相對距離，判斷該相對距離是否小于該距離門濫值，如步驟Step 171及步驟Step 172所示。當該相對距離是否小于該距離門檻值，則該數據處理裝置140決定該前景影像O的特征點C于三維空間中已碰觸影像顯示幕F，而產生對應該碰觸的執行動作，如步驟St印180所示。于本發明提出的體感觸控操作系統100及體感觸控操作方法中，影像顯示幕F上不需要設置感測器。本發明通過影像分析的方式，即可偵測人體對于影像顯示幕F的碰觸，前述的影像分析中，亦可結合其他分析步驟，更進一步地取得碰觸座標等資訊，簡化觸控操作所需要的技術手段。此外，本發明判斷座標時，系以特定波長影像S本身的像素矩陣作 為座標系，并不需要對外部座標系進行校正程序，也大幅簡化了操作體感觸控操作系統100的前置程序。
權利要求
1.一種體感觸控操作系統，用以判別一影像顯示幕是否被碰觸，以產生一對應該碰觸的執行動作，其特征在于，該體感觸控操作系統包含 一指定波長光投射裝置，用以朝向該影像顯示幕投射一指定波長光，使該指定波長光被該影像顯示幕反射為一特定波長影像； 一影像擷取裝置，與該指定波長光投射裝置之間保持一間隔距離，并朝向該影像顯示幕擷取影像； 一選擇性濾光元件，用以使得該影像擷取裝置只取得該特定波長影像；其中該特定波長影像包含多個像素，且每一像素可定義該特定波長影像中的一個座標；及 一數據處理裝置，用以自該特定波長影像中分離一前景影像及一落在該影像顯示幕的陰影影像，同時于該前景影像中定義一特征點，并于該陰影影像中定義一對應于該特征點的陰影點； 其中，該數據處理裝置中更設定一距離門檻值，當該特征點座標及該陰影點座標之間的相對距離小于該距離門檻值，該數據處理裝置決定該影像顯示幕被碰觸而產生對應該碰觸的執行動作。
2.如權利要求I所述的體感觸控操作系統，其特征在于，該指定波長光為紅外線。
3.如權利要求I所述的體感觸控操作系統，其特征在于，該數據處理裝置設一平均反射強度區間及一小于平均反射強度區間的最小值的反射強度下限值，該數據處理裝置由該特定波長影像中，分離出該指定波長光的反射強度落在該平均反射強度區間之外且大于該反射強度下限值的像素群組，定義為該前景影像，并且該數據處理裝置由該特定波長影像中，分離出該指定波長光的反射強度落在該平均反射強度區間之外且小于該反射強度下限值的像素群組，定義為該陰影影像。
4.如權利要求I所述的體感觸控操作系統，其特征在于，該數據處理裝置中儲存特征模型，用以比對該特征模型與該前景影像，以找出該前景影像中符合該特征模型的像素群，以作為該特征點；并且該數據處理裝置比對該特征模型與該陰影影像，而于該陰影影像中找出符合特征模型的像素群，以作為陰影點。
5.如權利要求I所述的體感觸控操作系統，其特征在于，更包含一框架，該影像擷取裝置與該指定波長光投射裝置設置于該框架上，而維持該間隔距離。
6.一種體感觸控操作方法，用以判別一影像顯示幕是否被碰觸，以產生一對應該碰觸的執行動作，其特征在于，包含 朝向該影像顯示幕投射一指定波長光，使該指定波長光被該影像顯示幕反射； 朝向該影像顯示幕持續擷取由該指定波長光反射所形成的特定波長影像； 以該特定波長影像的像素矩陣于該特定波長影像上建立一座標系； 自該特定波長影像中分離一前景影像及一落在該影像顯示幕的陰影影像； 于該前景影像中定義一特征點，并于該陰影影像中定義一對應于該特征點的陰影點；設定一距離門檻值，比對該特征點的座標及該陰影點的座標之間的相對距離，判斷該相對距離是否小于該距離門檻值；及 當該相對距離小于該距離門檻值，決定該前景影像的特征點于三維空間中已碰觸影像顯示幕，而產生對應該碰觸的執行動作。
7.如權利要求6所述的體感觸控操作方法，其特征在于，該指定波長光持續地投射于該影像顯示幕。
8.如權利要求6所述的體感觸控操作方法，其特征在于，該指定波長光采用閃頻方式斷續地投射于該影像顯示幕。
9.如權利要求6所述的體感觸控操作方法，其特征在于，分離前景影像及該陰影影像的方式包含下列步驟 設定一平均反射強度區間一反射強度下限值；其中該反射強度下限值小于該平均反射強度區間的最小值； 由該特定波長影像中，分離出該指定波長光的反射強度落在該平均反射強度區間之外且大于該反射強度下限值的像素群組，定義為該前景影像；及 由該特定波長影像中，分離出該指定波長光的反射強度落在該平均反射強度區間之外且小于該反射強度下限值的像素群組，定義為該陰影影像。
10.如權利要求6所述的體感觸控操作方法，其特征在于，定的該特征點及陰影點的方式包含下列步驟 載入特征模型； 比對該特征模型與該前景影像，找出該前景影像中符合該特征模型的像素群，定義該像素群為該特征點 '及 比對該特征模型與該陰影影像，找出該陰影影像中符合該特征模型的像素群，定義該像素群為該陰影點。
全文摘要
一種體感觸控操作系統，用以判別一影像顯示幕是否被碰觸，以產生一對應碰觸的執行動作。體感觸控操作系統包含一指定波長光投射裝置、一影像擷取裝置、一選擇性濾光元件、一數據處理裝置。指定波長光投射裝置用以朝向影像顯示幕投射一指定波長光，使指定波長光被影像顯示幕反射為特定波長影像。影像擷取裝置通過選擇性濾光元件而朝向影像顯示幕擷取影像，且選擇性濾光元件可使得影像擷取裝置只取得特定波長影像。數據處理裝置用以自特定波長影像中分離一前景影像及一落在影像顯示幕的陰影影像，當前景影像的特征點及陰影影像中對應特征點的陰影點重疊，數據處理裝置決定影像顯示幕被碰觸而產生對應碰觸的執行動作。
文檔編號G06F3/042GK102929435SQ20111023822
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月12日 優先權日2011年8月12日
發明者朱哲田 申請人:東友科技股份有限公司