使用透視目標結構的編碼表面的制作方法

專利名稱：使用透視目標結構的編碼表面的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及與計算機系統交互作用的方法、系統和裝置，具體地說，涉及支持這種交互作用的編碼表面。
同在審查過程中的申請與本發明有關的各種方法、系統和裝置公開在以下的同在審查過程中的申請中，這些申請是由本發明的申請人或受讓人與本發明一起同時遞交的PCT/AU00/01442，PCT/AU00/01444，PCT/AU00/01446，PCT/AU00/01445，PCT/AU00/01450，PCT/AU00/01453，PCT/AU00/01448，PCT/AU00/01447，PCT/AU00/01459，PCT/AU00/01451，PCT/AU00/01454，PCT/AU00/01452，PCT/AU00/01443，PCT/AU00/01455，PCT/AU00/01456，PCT/AU00/01457，PCT/AU00/01458和PCT/AU00/01449。
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與本發明有關的各種方法、系統和裝置公開在以下的同在審查過程中的申請中，這些申請是由本發明的申請人或受讓人在2000年10月20日遞交的PCT/AU00/01273，PCT/AU00/01279，PCT/AU00/01288，PCT/AU00/01282，PCT/AU00/01276，PCT/AU00/01280，
PCT/AU00/01274，PCT/AU00/01289，PCT/AU00/01275，PCT/AU00/01277，PCT/AU00/01286，PCT/AU00/01281，PCT/AU00/01278，PCT/AU00/01287，PCT/AU00/01285，PCT/AU00/01284和PCT/AU00/01283。
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與本發明有關的各種方法、系統和裝置公開在以下的同在審查過程中的申請中，這些申請是由本發明的申請人或受讓人在2000年9月15日遞交的PCT/AU00/01108，PCT/AU00/01110和PCT/AU00/01111。
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與本發明有關的各種方法、系統和裝置公開在以下的同在審查過程中的申請中，這些申請是由本發明的申請人或受讓人在2000年6月30日遞交的PCT/AU00/00762，PCT/AU00/00763，PCT/AU00/00761，PCT/AU00/00760，PCT/AU00/00759，PCT/AU00/00758，PCT/AU00/00764，PCT/AU00/00765，PCT/AU00/00766，PCT/AU00/00767，PCT/AU00/00768，PCT/AU00/00773，PCT/AU00/00774，PCT/AU00/00775，PCT/AU00/00776，PCT/AU00/00777，PCT/AU00/00770，PCT/AU00/00769，PCT/AU00/00771，PCT/AU00/00772，PCT/AU00/00754，PCT/AU00/00755，PCT/AU00/00756和PCT/AU00/00757。
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與本發明有關的各種方法、系統和裝置公開在以下的同在審查過程中的申請中，這些申請是由本發明的申請人或受讓人在2000年5月24日遞交的PCT/AU00/00518，PCT/AU00/00519，PCT/AU00/00520，PCT/AU00/00521，PCT/AU00/00522，PCT/AU00/00523，PCT/AU00/00524，PCT/AU00/00525，PCT/AU00/00526，PCT/AU00/00527，PCT/AU00/00528，PCT/AU00/00529，PCT/AU00/00530，PCT/AU00/00531，PCT/AU00/00532，PCT/AU00/00533，PCT/AU00/00534，PCT/AU00/00535，PCT/AU00/00536，PCT/AU00/00537，PCT/AU00/00538，PCT/AU00/00539，PCT/AU00/00540，PCT/AU00/00541，PCT/AU00/00542，PCT/AU00/00543，PCT/AU00/00544，PCT/AU00/00545，PCT/AU00/00547，PCT/AU00/00546，PCT/AU00/00554，PCT/AU00/00556，PCT/AU00/00557，PCT/AU00/00558，PCT/AU00/00559，PCT/AU00/00560，PCT/AU00/00561，PCT/AU00/00562，PCT/AU00/00563，PCT/AU00/00564，PCT/AU00/00565，PCT/AU00/00566，PCT/AU00/00567，PCT/AU00/00568，PCT/AU00/00569，PCT/AU00/00570，PCT/AU00/00571，PCT/AU00/00572，PCT/AU00/00573，PCT/AU00/00574，PCT/AU00/00575，PCT/AU00/00576，PCT/AU00/00577，PCT/AU00/00578，PCT/AU00/00579，PCT/AU00/00581，PCT/AU00/00580，PCT/AU00/00582，PCT/AU00/00587，PCT/AU00/00588，PCT/AU00/00589，PCT/AU00/00583，PCT/AU00/00593，PCT/AU00/00590，PCT/AU00/00591，PCT/AU00/00592，PCT/AU00/00594，PCT/AU00/00595，PCT/AU00/00596，PCT/AU00/00597，PCT/AU00/00598，PCT/AU00/00516，PCT/AU00/00517和PCT/AU00/00511。
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背景技術：
在所描述的系統中，筆或輸入筆之類的裝置檢測它們本身相對于一個表面的運動，通過檢測不可見的但機器可讀的編碼在表面的信息，用于向計算機系統提供輸入。例如，美國專利5477012、美國專利5652412和PCT申請WO99/50787。用于人類消費的可視信息也可放在表面上，盡管這通常是通過一個分離的步驟，但因此需在兩類信息之間記錄一種關聯。編碼信息不包括可視信息內容的知識，并且在用戶與編碼信息交互作用期間提供給用戶的任何具體內容的反饋必須根據記錄的關聯來提供。如果記錄的關聯在遠程或無法獲得，則不可能提供及時的反饋。

發明內容
根據第一特征，本發明提供一種用于與計算機系統交互的頁面，該頁面包括表面；相對于所述表面限定的區域；和印刷在所述區域內的編碼數據，其特征在于，所述編碼數據包括多個印刷在所述表面的透視目標結構，其中，至少一些編碼數據是所述區域的許多位置的指示，并且包括指示一部分區域的至少一個功能屬性的第一數據，其中，第一數據的值與所述區域內的各部分的位置無關。
優選地，功能屬性是指下面組中的至少一項，所述組包括超鏈接、超文本鏈接、按鈕、繪圖區、文本區和簽名區。
一些編碼數據可包括指示位置的數據、指示身份的數據或指示身份和位置的數據。
身份是指區域中的位置或者是區域的身份。
根據第二特征，本發明提供了一種產生上述頁面的方法，該方法包括將編碼的數據應用到所述頁面的表面上的一定區域內，至少一些編碼數據是所述區域的許多位置的指示并且包括多個印刷在所述表面的透視目標結構和第一數據，該第一數據至少指示一部分所述區域的功能屬性，第一數據的值與所述區域內的各部分的位置無關。
優選地，功能屬性指下面組中的至少一項，所述組包括超鏈接、超文本鏈接、按鈕、繪圖區、文本區和簽名區。
根據第三特征，本發明提供了一種用于與計算機系統交互的表面的檢測裝置，該表面包括在其上具有編碼數據的區域，至少一些編碼數據是所述區域的許多位置的指示并且包括第一數據，該第一數據至少指示一部分區域的功能屬性，其特征在于，所述第一數據的值與所述區域內的各部分的位置無關，所述檢測裝置包括用于檢測所述的第一數據并對所述的第一數據作出反應的裝置。
優選地，當檢測裝置檢測到指示一部分區域功能屬性的數據時，它至少為用戶提供一種指示。
優選地，從包括視覺的、聽覺的、觸覺的、振動的和任何其它的人類感覺形式的組中選擇指示。
且優選地，當檢測裝置檢測到指示一部分區域的功能屬性的數據時，檢測裝置將所述的檢測到的數據或至少部分基于所述檢測到的數據的數據傳送到計算機系統。
根據第四特征，本發明提供的一種系統，包括計算機系統；以及用于與計算機系統交互的表面的檢測裝置，該表面包括在其上具有編碼數據的區域，至少一些編碼數據是所述區域的許多位置的指示并且包括第一數據，該第一數據至少指示一部分區域的功能屬性，其中，第一數據的值與所述區域內的各部分的位置無關，所述的檢測裝置用于檢測所述的第一數據，并將所述檢測到的第一數據或至少部分基于所述檢測到的第一數據的數據傳送到計算機系統；其特征在于，計算機系統執行或者開始執行與檢測到的第一數據的功能屬性相關的功能。
優選地，計算機系統驗證功能屬性與區域各個部分預期屬性的一致性。


現在參考附圖，通過僅僅是非限定性的實例，描述本發明優選的和其它實施例。圖中圖1示出打印的網頁樣本和它的在線網頁描述間的關系；圖2為具有附加網頁編碼傳感器附件的筆、網頁打印機、網頁頁面服務器和網頁應用服務器之間交互作用的示意圖；圖3是高水平結構的打印網頁與它的在線網頁描述的示意圖；圖4a是表示網頁標簽結構的平面圖；圖4b是表示圖4a中一套標簽和網頁檢測裝置觀察區之間的關系的平面圖；圖5a是表示另一個網頁標簽結構的平面圖；圖5b是表示圖5a中一套標簽和網頁傳感裝置觀察區之間的關系的平面圖；圖6a是表示在零傾轉時尖端與傳感裝置觀察區之間的標簽對角線關系的示意圖；圖6b是表示在最大傾轉時尖端與傳感裝置觀察區之間的標簽對角線關系的示意圖；圖6c是表示在零傾轉時尖端與傳感裝置觀察區之間的標簽偏離對角線關系的示意圖；圖6d是表示在最大傾轉時尖端與傳感裝置觀察區之間的標簽偏離對角線關系的示意圖；圖6e是表示在零傾轉時尖端與傳感裝置觀察區之間的標簽平行關系的示意圖；圖6f是表示在最大傾轉時尖端與傳感裝置觀察區之間的標簽平行關系的示意圖；圖7a是表示一套被功能區位圖覆蓋的標簽的示意圖；圖7b是表示一套被功能區位圖覆蓋的微區的示意圖。
具體實施例方式
在優選的實施例中，本發明的設計是用于聯網的計算機系統的網頁，下面將對其概括描述，對其詳細描述參見我們的共同專利申請，特別包括申請PCT/AU00/00565、PCT/AU00/00561、PCT/AU00/00569和PCT/AU00/00578。應該理解的是，在這些專利申請中并不是每個實施例都必須體現與基本系統相關的所有的或者絕大多數具體的細節和外延。但是，以最完整的形式描述此系統有助于理解本發明優選實施例和特征在上下文中的工作。
簡要地說，網頁系統優選的形式使用具有位圖表面的計算機界面，即，一個在計算機系統中包含表面地圖坐標的物理表面。位圖參考點能被適當的檢測裝置查詢。根據特定的實施例，位圖坐標可進行可視地或不可視地編碼，并按以下方式定義，即，對已繪圖表面的局部查詢在此地圖中以及在不同地圖中產生明確的地圖坐標。計算機系統包含關于已繪圖表面特征的信息，并且根據檢測裝置提供的地圖坐標并使用已繪圖表面能提取出這些信息。這樣提取的信息可以是動作的形式，即計算機系統代表操作者根據操作者對表面特征的交互作用而啟動。
在優選的形式中，網頁系統依賴于網頁的制作和人與網頁的交互作用。這些是打印在普通紙上或其它介質上的文字、圖形和圖像頁面，但其作用與交互式網頁類似。在每張頁面上用墨水將信息編碼，它用肉眼基本上是看不到的。但是，墨水，也就是編碼的數據，能被光學圖像筆檢測并傳送到網頁系統。
在優選的形式中，用筆點擊每張頁面上的激活按鈕和超鏈接，從網絡中申請信息或者將優先選擇發信號到網絡服務商。在一個實施例中，自動識別在網頁上手寫的文本并轉換成網頁系統中的計算機文本，允許填寫表格。在其它的實施例中，自動驗證記錄在網頁上的簽名，使電子商務交易被安全授權。
如圖1所示，打印的網頁1代表交互作用表格，用戶可以用手寫填寫打印的頁面，也可以借助筆與網頁系統間的通訊進行“電子”填寫。實施例中給出的“請求”表中包含姓名和地址區以及遞交按鈕。網頁包括用可見墨水打印的圖形數據2，以及用不可見墨水打印的作為標簽4匯集的編碼數據3。存儲在網頁網絡中的相應頁面描述5，描述了網頁的各個元素。特別是，它描述了每個交互作用元素(即實施例中的文本區或按鈕區)的類型和空間范圍(區域)，使網頁系統能通過網頁正確地解釋輸入。例如，遞交按鈕6具有區域7，該區域7對應于相應圖形8的空間范圍。
如圖2所示，網頁筆101，在我們的同在審查過程中的申請PCT/AU00/00565中對其優選的形式作了描述，與網頁打印機601共同工作，網頁打印機601是一種與互聯網連接的打印工具，應用于家庭、辦公室或移動用途。筆是無線的，能與網頁打印機通過短途無線通訊鏈接9安全通訊。
網頁打印機601，在我們的同在審查過程中的申請PCT/AU00/00561和PCT/AU00/01281中對其優選的形式作了描述，能夠定期地或根據需求傳送個性化的報紙、雜志、目錄、小冊子和其它出版物，所有這些都被打印成高質量的交互作用式網頁。與個人電腦不同，網頁打印機，例如，可以是一種壁掛式的工具，安裝在最先閱讀早晨新聞區域的附近，如用戶的廚房中，靠近早餐桌，或全家人每天離開的地方。它也可以是放在臺面上，桌面上，便攜式的和微型的。
在使用地點打印的網頁將方便使用的紙與交互式介質的適時性和交互性結合在一起。
如圖2所示，網頁筆101與打印的網頁1上的編碼數據交互作用并通過短途無線通訊鏈接9將交互作用傳送到網頁打印機。打印機601將交互作用傳送到相應的網頁頁面服務器10進行翻譯。在適當的情況下，頁面服務器將相應的信息傳送到在網頁應用服務器13上運行的應用計算機軟件。隨后應用服務器發送一個響應信息，在初始打印機上打印出來。
通過與基于高速微機電系統(MEMS)的噴墨打印機聯合使用，網頁系統非常方便，例如在我們的同在審查過程中的申請PCT/AU00/00578(摘要號IJ52)中所述。在此技術優選的形式中，用戶能更加負擔得起非常高速度和高質量的打印。在其優選的形式中，網頁出版物具有傳統新聞雜志自身的特性，例如一套信紙大小的平滑的頁面，兩側以全彩色印刷，裝訂在一起易于攜帶和舒適地處理。
網頁打印機使用了日益增加的寬帶網接口。網頁打印機也能在慢速連接下工作，但傳輸時間長，圖像質量低。網頁系統也能使用目前用戶使用的噴墨和激光打印機，但系統工作速度較慢，從用戶觀點看較不易于被接受。在另外的實施例中，網頁系統用于私人的內部網絡中。在別的實施例中，網頁系統用于單一的計算機或計算機驅動的設備，如打印機。
在網頁網絡中的網頁出版服務器14能將印刷質量的出版物傳送到網頁打印機。定期出版物通過單點傳送和多點傳送互聯網協議自動傳送到訂購的網頁打印機。個性化的出版物根據各個用戶的特征進行過濾和格式化。
網頁打印機能支持任意數量的筆，一支筆能與任意數量的網頁打印機工作。在優選的實施例中，每支網頁筆有一個單獨的識別器。一家人可以有一套彩色的網頁筆，家庭中的每個成員擁有一支。這使每個用戶在網頁出版服務器或應用服務器中保持明顯的特征。
網頁筆也可在網頁注冊服務器11中注冊，并連接到一個或多個付費卡帳戶。利用這種網頁筆使電子商務付費被安全授權。網頁注冊服務器將網頁筆捕捉的簽名與先前的注冊簽名進行對比，以鑒別到達電子商務服務器的用戶身份。其它的生物測定學也能用于識別身份。網頁筆的一個版本中包括指紋掃描，并按相似的方式被網頁注冊服務器鑒別。
盡管網頁打印機可以在用戶不干預的情況下傳送期刊，例如早報，但它從不傳送未被請求的垃圾郵件。在優選的實施例中，它僅傳送來自訂購處或其它授權處的期刊。在這一方面，網頁打印機與傳真機或電子郵件帳戶不同，因為傳真機或電子郵件帳戶對于知道電話號碼或電子郵件地址的任何垃圾郵件者都是可見的。
使用統一模型語言(UML)類圖描述了系統中的每個目標模型。一個類圖包括一系列按照關系連接的目標類，這里關心兩類關系關聯和衍生。關聯代表目標之間，即類的實例之間的一些關系。一般與實際的類有關，可以按下面的方式理解如果一個類被認為是那個類的所有目標系，并且類A是類B的概括，那么簡單地說B是A的子系。每個類畫成矩形，標明類的名字。它包含一個類屬性的列表，按名稱用水平線隔開，以及包含一個類操作的列表，按屬性列表用水平線隔開。但在后面的類圖中，根本不將操作模型化。關聯用線畫出，連接兩個類，可選擇在線任一末端用關聯的多樣性標出。缺省的多樣性是1。星號(*)表示多樣性為“很多”，即0或更多。每個關聯可以選擇性地用其名稱標出，也可選擇在線任一末端用相應類的作用標出。空心的菱形表示集合關聯(“是部分”)，并畫在關聯線的集合末端。衍生關系(“是某個”)用實線連接兩個類，在后代端用箭頭表示(空心三角形)。當一個類圖分成多個圖時，任何復制的類在除了主圖外的所有圖中用虛線表示，此類在主圖中定義。僅在定義的位置表示出其屬性。
網頁是建立起網頁網絡的基礎。它們向出版信息和交互式服務提供了基于紙的用戶界面。網頁包括參考在線頁面描述的不可見標記的打印頁面(或其它表面區域)。在線頁面描述始終由網頁頁面服務器維護。頁面描述敘述可見的頁面設計和內容，包括文字、圖形和圖像。它也在頁面上描述輸入元素，包括按鈕、超鏈接和輸入區。網頁允許用網頁筆在其表面上作標記，以便網頁系統能同時捕捉及處理。
多個網頁能共享相同的頁面描述。但是，為了使輸入的其它相同的網頁能區分開，每個網頁分配一個單獨的頁面標識符ID。這個頁面ID具有足夠的精度以區分非常大量的網頁。
在打印標簽中對每個頁面描述的參考進行編碼。標簽標識出它上面顯示的惟一的頁面，從而間接地識別頁面描述。標簽也標識它自己在頁面上的位置。下面詳細描述標簽的特征。
標簽用吸收紅外線的墨水印在任何反射紅外線的基體上，例如普通的紙張。近紅外波長的光是人眼看不到的，但很容易被帶有適當過濾器的實體圖像傳感器檢測到。
用網頁筆中的區域圖像傳感器檢測標簽，并將標簽數據通過最近的網頁打印機傳送到網頁系統。筆是無線的，并與網頁打印機通過短途無線通信連接通訊。標簽足夠小并排列稠密，以使筆即使在頁面上一次點擊也能對至少一個標簽可靠成像。B，因為交互作用是不定的，在每次與頁面交互作用時筆能識別頁面ID和位置。對標簽予以能糾錯地編碼，以使它們部分允許表面的損壞。
網頁頁面服務器對于每個打印的網頁保持一個獨特的頁面實例，以便與每個打印網頁的頁面描述的輸入區中用戶提供的值保持區別。
頁面描述、頁面實例和打印網頁的關系表示在圖3中。打印網頁可以是打印網頁文件45的一部分。頁面實例與打印它的網頁打印機以及申請它的網頁用戶有關，如果知道用戶的話。
在優選的形式中，每個標簽標識它出現的區域，以及它在區域中的位置。標簽也可包含總體上與區域有關的標記或包含與標簽有關的標記。例如，一個或多個標記位可與標簽檢測裝置通信以提供反饋，指示與標簽緊靠區域有關的功能，而檢測裝置不必查詢此區域的描述。例如，網頁筆也可在超鏈接區域內時點亮“激活區”LED。
在優選實施例中，每個標簽包含容易識別的不變的結構，幫助初始探測，并幫助將由表面或檢測過程引起的任何偏差影響減小到最小。標簽優選地貼在整個頁面上，并且標簽足夠小并排列稠密，以使筆即使在頁面上一次點擊也能對至少一個標簽可靠成像。在每次與頁面交互作用時筆能識別頁面ID和位置是非常重要的，因為交互作用是不定的。
在優選的實施例中，標簽所指向的區域與整個頁面相符，因而編碼在標簽中的區域ID與標簽出現的頁面的頁面ID是同義的。在另外的實施例中，標簽所指向的區域可以是頁面或其它表面的任意子區域。例如，它能與交互式元素的區域相符，在這種情況下區域ID能直接識別交互式元素。
每個標簽通常包含16位的標簽ID，至少90位的區域ID，以及許多的標記位。假如最大的標簽密度是每平方英寸64個，一個16位標簽ID支持的區域大小高達1024平方英寸。簡單地通過使用鄰接的區域和地圖，也能連續地繪制較大的區域而不增加標簽ID的精度。區域ID和標簽ID的差別是主要的一個方便之處。對于大多數的用途，將兩個連接起來可認為是全球惟一的標簽ID。相反地，將結構引入到標簽ID中也是方便的，例如，定義標簽的x和y坐標。一個90位的區域ID能使290(～1027或一千萬億萬億)不同區域被惟一地識別。標簽也包含類型信息，區域可用混合標簽類型標記。例如，可以用一套編碼x坐標的標簽和另一套與第一套交錯的編碼y坐標的標簽進行標記。
在一個實施例中，使用(15，5)Reed-Solomon編碼對120位的標簽數據進行了冗余的編碼。這產生了360編碼位，包括15個4位符號的6個編碼字。(15，5)編碼允許每個編碼字校正高達5個符號錯誤，即，允許每個編碼字的符號錯誤率高達33％。每個4位符號以空間相干的方式表示在標簽中，6個編碼字的符號在標簽內空間上相互交錯。這可保證字符組錯誤(一種影響多個空間相鄰位的錯誤)破壞最少數量的所有符號和最少數量的任一編碼字中的符號，這樣使字符組錯誤能被完全校正的可能性變得最大。
任何適當校正錯誤的編碼都能用于代替(15，5)Reed-Solomon編碼，例如，具有多或少冗余位、相同或不同符號和編碼字大小的Reed-Solomon編碼；另外的塊碼；或者不同類型的編碼，例如卷積碼(例如，參考Stephen B.Wicker，用于數字通訊和存儲的錯誤控制系統，Prentice-Hall 1995，這里交叉引用其中的內容)。
標簽物理表示的一個實施例示于圖4a，并在我們的同在審查過程中的申請PCT/AU00/00569中描述，包括固定的目標結構15、16、17和變量數據區18。固定目標結構允許檢測裝置如網頁筆檢測標簽并推斷它相對于傳感器的三維取向。數據區包括編碼標簽數據各個位的表示。為了使它的尺寸最大化，用徑向楔形表示每個數據位，徑向楔形是由兩條徑向線和兩條同心圓弧圍成的區域。每個楔形具有最小的尺寸在1600dpi(點每英寸)下8個點，并且設計時其基線(內側弧)至少等于這個最小尺寸。楔形在徑向上的高度一直等于其最小尺寸。每個4位數據符號用2×2楔形陣列表示。6個編碼字的每一個的15個4位數據符號以交錯的方式位于4個同心符號環18a到18d。符號交替位于標簽周圍的圓周上。設計的交錯放置是為了使相同編碼字的任兩個符號間的平均空間距離達到最大。
為了通過檢測裝置支持與標記區域的“單擊”交互作用，無論它位于哪個區域或者位于哪個取向，檢測裝置必須能在它的檢測范圍內檢測到至少一個完整的標簽。因此檢測裝置所需的檢測區域的直徑是標簽大小和距離的函數。假設標簽是圓形的，當標簽按等邊三角形網格排列時，能達到的傳感器最小檢測直徑為193，如圖4b所示。
如圖6所示，標簽圖像處理和解碼由檢測裝置完成，例如網頁筆。當圖像傳感器獲得捕捉的圖像時，圖像的動態范圍就確定了(在20)。接著選擇此范圍的中心作為圖像21的二進制閾值。隨后對圖像取閾值并分割成連接的像素區(即形狀23)(在22)。太小的而不能表示標簽目標結構的形狀被拋棄。并計算每個形狀的大小和重心。
接著計算每個形狀的二進制形狀矩25(在24)，這為隨后定位目標結構奠定了基礎。中心形狀矩本身是固定的位置，可以容易地處理成固定的大小、形狀比和轉動。
首先定位環形目標結構15(在26)。環形的優點在于當透視失真時有很好的表現。通過形狀標準化和轉動標準化每個形狀矩完成匹配。一旦其二級矩標準化，即使在透視失真很明顯時也能很容易識別環形。環形原始的形狀和轉動27一起提供了有用的透視轉換估計。
其次定位軸目標結構16(在28)。通過將環形的標準化應用到每個形狀矩并轉動標準化得到的矩完成匹配。一旦其二級矩標準化，則軸目標容易識別。應注意的是需要1/3級矩以消除軸的兩個可能取向。故意將形狀歪斜到一側以使此過程可能完成。還應注意的是僅有的可能性是在軸目標應用環形標準化后再對其進行轉動標準化，因為透視失真能掩蓋軸目標的軸。軸目標的原始轉動提供了有用的標簽轉動的估計，標簽轉動是由于筆偏轉29形成的。
最后定位的是四個透視目標結構17(在30)。根據已知的它們與環形和軸目標的空間關系、環形的形狀和轉動以及軸的轉動計算對它們位置的良好估計。通過將環形標準化應用到每個形狀矩完成匹配。一旦二級矩標準化，就容易識別圓的透視目標，并且靠近每個估計位置的目標被認為是匹配的。接著四個透視目標的原始重心被定位在標簽空間內已知尺寸的方形的透視失真角31，并且根據解決公知的與四個標簽空間和圖像空間點對相關的方程推斷出8度自由的透視轉換33(在32)(參見Heckbert，P.，織構繪圖和圖像扭曲的基本原理，碩士論文，加利福尼亞大學伯克利分校EECS系，技術報告號UCB/CSD89/516，1989年6月，其內容在此作為參考文獻)。
推斷出的標簽空間到圖像空間的透視轉換用于將標簽空間內每個已知數據位的位置投影到圖像空間(在36)，在圖像空間真實值的位置用于將四個相對靠近的像素雙線性內插(在36)在輸入圖像中。先前計算的圖像閾值21用于對結果限制以得出最終的位值37。
一旦按這種方式得到所有360個數據位37，則對6個60位Reed-Solomon編碼字中的每個進行解碼(在38)，產生20個解碼位39，或者總共120個解碼位。應注意的是編碼字符號按編碼字順序制成樣本，這樣在取樣過程中編碼字不明顯地取消了相互交錯。
僅在圖像的子區中搜索環形目標15，它與圖像的關系保證環形是完整圖像的一部分，如果發現環形的話。如果沒有發現完整的標簽以及成功地解碼，則對于當前的方框不記錄筆的位置。假如有足夠的處理能力和理想的非最小檢測區193，則可選擇的方法包括在當前圖像中搜索另外的標簽。
得出的標簽數據指示出包含標簽和標簽在區域中的位置的區域身份。接著從在標簽上觀察到的透視轉換33以及已知的筆的物理軸和筆的光學軸之間的空間關系推導(在34)筆尖在區域中的精確位置35以及筆的所有取向35。
上述標簽結構的設計能同時允許平面的規則平鋪和非平面的不規則平鋪。規則平鋪一般不可能在非平面上。在標簽規則平鋪可能存在的平面更普遍的情況下，即像薄的紙張之類的表面，可使用更有效的標簽結構，該結構利用了平鋪的規則特性。
圖5a示出了另一種可選擇的適于規則平鋪的標簽結構。標簽4是方形的并具有四個透視目標17。這與Bennett等人在美國專利5051746中所描述的標簽結構類似。標簽表示出60個4位Reed-Solomon符號47，總共240位。標簽用一個點48代表每一位，每個0位用缺少相應的點表示。透視目標設計成與鄰近的標簽共享，如圖5b所示。圖5b表示16個標簽的方形平鋪以及相應的最小觀察區域193，該區域193必須跨越兩個標簽的對角線。標簽，例如9個標簽，可以方形平鋪，其中目標落在相鄰的標簽之間。
使用(15，7)Reed-Solomon編碼，112位標簽數據冗余編碼，產生240個編碼位。4個編碼字空間上在標簽內相互交錯以使字符組錯誤的恢復力達到最大。假設一個如前所述的16位標簽ID，就能使區域ID高達92位。標簽含有數據的點48，其設計不與鄰近的點重疊，這樣標簽組不能產生類似目標的結構。這也節省了墨水。因此透視目標允許標簽的檢測，從而不需要其它的目標。標簽圖像處理如前所述，不同之處在于省去了步驟26和28。
盡管標簽可以包含取向特征以使標簽相對于傳感器的四個可能取向消除，但也可能在標簽數據中嵌入取向數據。例如，4個編碼字的排列可以使每個標簽取向包含一個編碼字放在那個取向上，其中每個符號用它的編碼字(1-4)的數字和符號在編碼字(A-O)中的位置標記出來。接著，標簽解碼包括對每個取向上的一個編碼字解碼。每個編碼字包含一個單獨的位指示它是否是第一編碼字，或者包含兩位指示它是哪個編碼字。后者的優點在于，如果僅需要一個編碼字的數據內容，那么至多需要解碼兩個編碼字就能得到所需的數據。這即是如果不希望區域ID在一次過程中改變并僅在一次過程的開始解碼區域ID時的情況。這樣在一次過程中僅需要包含標簽ID的編碼字。并且，由于在一次過程中檢測裝置的轉動慢慢地、可預測地改變，因此通常每個方框僅需解碼一個編碼字。
將透視目標一起省去而依賴于自注冊的數據表示也是可能的。在這種情況下，每個位的數值(或多個位的數值)通常表示為清楚的符號，即沒有位的數值用沒有符號表示。這可保證數據格子被很好地填充，這樣能可靠地識別格子，檢測到其透視失真并在隨后數據采樣過程中校正。為了檢測到標簽的邊界，每個標簽數據必須包含標記圖案，這些邊界必須被冗余編碼以便可靠地檢測。這種標記圖案的消耗與清楚的透視目標的消耗相近。一種這樣的方案使用的點位于相對格子最高處的各個點上，以表示不同的符號進而表示不同的多個位的數值(參見Anoto技術說明，Anoto，2000年4月)。
解碼一個標簽導致產生區域ID、標簽ID和與標簽相關的筆的轉換。在標簽ID和與標簽相關的筆的位置被翻譯成標記區域內的絕對位置之前，標簽在區域內的位置必須是已知的。這是由標簽圖和函數給出的，函數將標記區域內的每個標簽ID定位到對應的位置。標簽圖反映出用標簽平鋪表面區域的方案，這可根據表面類型的不同而變化。當多個標記區域共享相同的平鋪圖和相同的標簽數字標記圖時，它們也能共享相同的標簽圖。一個區域的標簽圖必須能通過標簽ID檢索。這樣，給出區域ID、標簽ID和筆的轉換時，就能得出標簽圖，能將標簽ID翻譯成區域內的絕對標簽位置，與標簽相關的筆的位置能加入到標簽位置中以產生筆在區域內的絕對位置。
標簽ID的結構有助于通過標簽圖進行翻譯。例如，根據標簽出現的表面類型，標簽ID可以解碼成笛卡爾坐標或極坐標。標簽ID的結構由標簽圖指定并且對標簽圖是已知的，因此與不同標簽圖相關的標簽ID有不同的結構。
兩個獨特的表面編碼方案值得注意，這兩個方案都使用前面所述的標簽結構。優選的編碼方案使用前面討論過的“位置指示”標簽。另外的編碼方案使用“目標指示”(或“功能指示”)標簽。
位置指示標簽包含標簽ID，當通過與標記區域有關的標簽圖翻譯時將產生區域內惟一的標簽位置。將筆與標簽相對的位置加入到這個標簽位置以產生區域內筆的位置。這依次用于確定筆相對于與區域有關的頁面描述中用戶界面元素的位置。不但用戶界面元素自身被識別，而且相對用戶界面元素的位置也被識別。因此，位置指示標簽一般支持捕捉特殊用戶界面元素區中筆的絕對路徑。
目標指示(或功能指示)標簽包含標簽ID，可直接識別與區域(或者等價地，功能)有關的頁面描述中的用戶界面元素。所有用戶界面元素區內的標簽識別用戶界面元素，使它們都相同，因而不能區別。因此，目標指示標簽不支持捕捉筆的絕對路徑。但是，它們支持捕捉筆的相對路徑。只要位置采樣頻率超過兩倍的遇到標簽的頻率，在一次過程中從一個筆的采樣位置到下一個的位移就能明確地確定下來。作為另一種選擇，網頁筆101包含一對運動檢測加速器，這在我們的同在審查過程中的申請PCT/AU00/00565中有描述。
下面描述本發明的一個實施例，它是編碼功能屬性的標簽形式。
標簽包含與整體區域相關的或與標簽相關的標記。
例如，一個或多個標記位為標簽檢測裝置發信號提供反饋，指示與緊靠標簽區域有關的函數，而檢測裝置不必查詢區域的描述。
標簽可包含一個或多個“激活區”位，指示標簽附近中的特別子區在超鏈接區(例如圖1中“遞交”按鈕的區域7)或其它的激活的頁面元素。只要檢測裝置位于與特別設定位相關的子區，檢測裝置就提供反饋給用戶，例如通過點亮“激活區”LED。當用戶點擊子區時檢測裝置提供進一步的反饋，以指示點擊在“激活”子區。即使用戶是離線操作，這也能為用戶提供確認信息，即點擊超鏈接成功。當捕捉到點擊時，最終處理相關數字信息輸入的頁面服務器能知道用戶接收到確認反饋，從而即使在點擊和精確定義超鏈接區之間的擊中測試失敗時也能保證點擊成功。頁面服務器參考頁面描述從數字信息位置樣本中推斷用戶接收到了何種反饋。可選擇地，每個位置樣本包括實際遇到的相應“激活區”位的數值。
在“激活區”的點擊或其它與“激活區”的交互作用也能向移動檢測裝置和/或基礎站發信號以連接到網絡，使點擊或交互作用及時得到處理。
標簽也包含一個或多個“簽名區”位，指示標簽附近的特殊子區是簽名區。只要檢測裝置位于與特別設定位相關的子區，檢測裝置就能為用戶提供反饋，例如通過點亮“簽名區”LED。這能為用戶提供反饋，說明系統已經捕捉到了簽名。據此，用戶知道反饋與真的簽名區相關，從而知道不信任那個聲稱是簽名區的區域，但不能產生恰當的反饋。沒有這樣的反饋，就能使用“特洛伊木馬”通過一個畫出區域假裝是簽名區偷取用戶的簽名。為了防止畫出區域的標簽中假“簽名區”位的出現，位是由系統自動產生的。但是，為了防止假頁面的成功使用，每個位置樣本理想地包括實際遇到的相應“簽名區”位的數值。如果頁面服務器接收意料之外的“簽名區”位，它就能報告是偽造品，并且最低限度它能將輸入以真實簽名對待，它的數字信息根本不作為申請，但反而用作鑒別用戶身份和產生表格內容中數字簽名的基礎。
當然也能簡單地根據頁面描述在缺少標簽中的功能區位的情況下產生“簽名區”反饋，盡管有較大的執行時間。
通常標簽的直徑為幾毫米。因此，在標簽分辨率下定義功能區(例如激活區和簽名區)是不理想的。為了克服這個問題，標簽中很多標記位能用于定義特殊功能區，每個標記位對應標簽附近的一個子區。一組這種標記位能定義一個位圖，位圖組織對應于相應子區的空間組織。子區通常完全平鋪標簽區，使任何標簽區的子區都包括在一個功能區內。假設一個細分因子n，即一個方形標簽由n×n個子區平鋪成，則需要n2位的位圖。
檢測裝置觀察區的設計能保證在任何表面的位置捕捉到完整的標簽，這僅在檢測裝置允許的平鋪范圍。因此觀察區的中心位于完整標簽的內部。而且，觀察區的設計不保證一個以上的完整標簽在任何特殊的位置成像。由于筆尖偏離光軸的距離至少是標簽的直徑，即為了防止它遮蓋標簽，它的位置位于成像的完整標簽之外是可能的。
作為筆尖偏離觀察區中心的結果，標簽內的任何功能區位圖實際上必須覆蓋比標簽區域大的區域。
如果假定筆尖的偏移為S，筆傾斜角為θ，則筆傾斜時的偏移為S′＝S/cosθ當傾斜增大時筆尖偏移也增大，當最大間距引起的傾斜為48度時，如我們的同在審查過程中的申請PCT/AU00/00569中描述的，最大筆尖偏移為S′＝3S/2如果標簽直徑為k，筆尖偏移S最小時等于標簽直徑，最大筆尖偏移為S′＝3k/2根據這個假設，觀察區域(FOV)中心和筆尖跨越的最大數量的標簽(或標簽子區)可通過考慮各種中心到筆尖的矢量相對于方形標簽陣列的排列進行分析。
在圖中FOV表示為具有適當直徑的圓，其中心用一個小的空心圓表示。包含FOV中心的激活標簽用粗邊框的方形表示。其它相關的標簽用細邊框的方形表示。筆尖的位置用實心圓表示。在表示零傾斜的圖中，中心與筆尖的分離與標簽直徑相同；而在表示最大傾斜的圖中，中心與筆尖的分離已在上面給出。FOV中心總是位于使跨越中心到筆尖矢量的標簽數量最多的位置。筆尖所處的標簽中示出了4個子區。
當中心到筆尖的矢量沿著標簽對角線且筆是零傾斜時，如圖6a所示，筆尖所處的標簽沿對角線靠近激活標簽。當筆處于最大傾斜時，如圖6b所示，筆尖處于沿對角線下一個鄰近的標簽中。因為中心到筆尖的分離隨著傾斜的增大迅速增大，而FOV的尺寸僅是緩慢增大，位于激活標簽和筆尖所處標簽之間的標簽不能足夠快地進入FOV以提供另外可供選擇的激活標簽。
當中心到筆尖矢量偏離標簽對角線排列并且筆為零傾斜時，如圖6c所示，筆尖所處的標簽不在沿對角線靠近激活標簽的標簽上。當筆處于最大傾斜時，如圖6d所示，筆尖處于相同的標簽內，但在不同的子區內。
當中心到筆尖的矢量與標簽平行并且筆處于零傾斜時，如圖6e所示，筆尖處于超出激活標簽兩個標簽的標簽內。當筆處于最大傾斜時，如圖6f所示，筆尖處于超出激活標簽三個標簽的標簽內。但在這種情況下，靠近激活標簽的標簽提供了一個另外可供選擇的激活標簽，如圖6e和6f所示。
圖7a表示，當每個標簽有一個子區時功能區位圖的必然延伸。存儲它需要25位。圖7b表示當每個標簽有4個子區時功能區位圖的延伸。存儲它需要96位。
總之，功能區位圖中的一個位不必表示標簽的一個子區，子區也沒必要不重疊。這有時取決于功能區的意義以及它所用于控制的行為。例如，在“激活區”功能區用于指向應當聯網的移動檢測裝置和/或基礎站以使輸入得到及時處理的情況中，不需要將功能區精確繪圖，只要繪圖在內即可。每個標簽一個位能用于指示，當特殊標簽激活時(即包含FOV中心)筆尖位于“激活區”是可能的。在此情況下，“子區”是半徑為2S、中心位于標簽上的圓，這符合前面的討論。很明顯，每個標簽多于一個的位仍能用于定義多個子區。
通過將每個標簽的子區數量減小到最少，功能區位圖的大小明顯被減小到最低程度。也可通過限制筆的允許傾斜范圍將它減小到最低程度。相反地，如果筆尖偏移增大，位圖的大小也能增大。
根據頁面服務器通過基礎站提供到筆的頁面描述中的信息，筆當然也能提供基于功能區如激活區和簽名區的反饋。盡管這個程序需要長的執行時間并且當筆離線時不起作用，但它的優點在于不消耗潛在的稀少的標簽數據位。
參考優選的實施例和幾個具體的可供選擇的實施例對本發明進行了描述。但是，對于相關領域技術人員應該意識到，與這些具體描述的實施例不同的很多其它實施例也落在本發明的精神和范圍內。因此，應該理解的是，本發明并不局限在本說明書中描述的具體實施例中，包括不局限在交叉引用的作為參考用的文獻中。本發明的范圍儀被所附的權利要求所限定。
權利要求
1.一種用于與計算機系統交互的頁面，該頁面包括表面；相對于所述表面限定的區域；和印刷在所述區域內的編碼數據，其特征在于，所述編碼數據包括多個印刷在所述表面的透視目標結構，其中，至少一些編碼數據是所述區域的許多位置的指示，并且包括指示一部分區域的至少一個功能屬性的第一數據，其中，第一數據的值與所述區域內的各部分的位置無關。
2.如權利要求1所述的頁面，其特征在于，功能屬性是指下面組中的至少一項，所述組包括超鏈接、超文本鏈接、按鈕、繪圖區、文本區和簽名區。
3.如前述任一權利要求所述的頁面，其特征在于，所述的第一數據的值對于同一個功能屬性是相同的。
4.如前述任一權利要求所述的頁面，其特征在于，一些編碼數據也表示身份。
5.如權利要求4所述的頁面，其特征在于，所述的身份表示區域中的位置。
6.如權利要求4所述的頁面，其特征在于，所述的身份表示區域的身份。
7.一種產生如前面任一權利要求所述頁面的方法，該方法包括將編碼的數據應用到所述頁面的表面上的一定區域內，至少一些編碼數據是所述區域的許多位置的指示并且包括多個印刷在所述表面的透視目標結構和第一數據，該第一數據至少指示一部分所述區域的功能屬性，第一數據的值與所述區域內的各部分的位置無關。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，功能屬性指下面組中的至少一項，所述組包括超鏈接、超文本鏈接、按鈕、繪圖區、文本區和簽名區。
9.如權利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述的第一數據的值對于同一個功能屬性是相同的。
10.如權利要求7到9之一所述的方法，其特征在于，一些編碼數據也表示身份。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述的身份表示區域中的位置。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述的身份表示區域的身份。
全文摘要
一種用于與計算機系統交互的表面，包括多個印刷在所述表面的透視目標結構，用以相對于所述表面的一定區域定位編碼數據。一些編碼數據是所述區域的許多位置的指示，并且包括指示一部分區域的至少一個功能屬性的第一數據，其中，第一數據的值與所述區域內的各部分的位置無關。
文檔編號H04N1/32GK1664768SQ20041008216
公開日2005年9月7日 申請日期2000年11月27日 優先權日1999年12月1日
發明者基亞·西爾弗布魯克, 保羅·拉普斯頓 申請人:西爾弗布魯克研究有限公司