[发明专利]视觉系统

说明书

技术领域

本发明涉及从放置在导向物体、笔或指示器上的投影装置将红外或近红外图像投影到参考面上，以便能够找出并连续跟随图像位置和导向物体、笔或指示器相对于参考面的取向。本发明也涉及发现并跟随图像位置和导向物体、笔或指示器的取向的设备、系统和方法。

背景技术

公开的国际专利申请WO0227461涉及用于数据显示、计算机支持办公司工作和/或计算机的其它交互使用的绘画、书写和指示装置。本发明也涉及用来与用于数据显示、计算机支持办公司工作和/或计算机的其它交互使用的绘画、书写和指示装置相互作用的相机和识别系统。现有发明进一步涉及用来绘画、书写和指示的系统，该系统适合用于数据显示、计算机支持办公室工作和/或计算机的其它交互使用，包括绘画、书写和指示装置，除了具有投影屏幕的计算机系统之外的相机和识别系统，计算机屏幕，平坦屏幕或虚拟屏幕。本发明也涉及在数据显示时的绘画、书写或指示，计算机支持办公室工作或计算机的其它交互使用的方法，并且也涉及连续检测一个或多个被标记的物体的位置和取向的方法。每个被标记的物体包括一个或多个编码图。每个编码图适合于由相机和识别系统检测。选择编码图使得编码图具有良好的自动相关和交叉相关特性。

美国专利No.5938308描述了手持式指示器，该指示器能够将图像投影到另一图像上以便辅助人描述该第二图像。这涉及使用激光源或另一连贯光源和衍射光学元件以产生例如复杂图样图像(即箭头或公司标志)的希望的图像。与在图像产生过程中将一部分光阻挡在外的蒙片或幻灯片的使用相比，通过使用这种衍射光学元件将大体上所有产生的光重新定向，从而节约能量。WO0227461以及美国专利No.5938308的训导以参考的方式并入这里，因此这里不需要解释已经在这两个专利说明书中描述的原理和方法。美国专利No.5938308的目的是给出箭头等的具有高度可视性的复杂图样图像，该复杂图样图像容易被观众看到。它的目的不是通过相机识别系统跟踪图样图像。

发明内容

本发明在一方面涉及从由导向物体、笔或指示器所包括的投影装置将红外或近红外图像或可能的低强度可见光图像投影到参考面上，以便能够找出并连续跟随图像位置和导向物体、笔或指示器相对于参考面的取向。在这一点上，重要的是，通过使用红外或近红外光或通过使用低强度可见光，使图样图像对于人类不可见或几乎不看见。在此文中的参考面可取为任何形式的显示表面等等，包括任意三维表面、平面、后投影屏幕(在背面具有投影仪)、例如或多或少竖直取向的LCD或CRT屏幕的前投影或显示屏幕以及桌面表面。

本发明的另一方面是通过如WO0227461中的相机识别系统跟踪图样图像，以及连续地发现并报告图像位置和取向，作为计算机系统的输入装置。可预想到，被投影的图像包括一个或多个编码图样，该编码图样具有良好的自动相关和交叉相关特性，如WO0227461中所描述的。根据本发明，通过使用很低的强度水平改变或通过使用处于相对窄的波长段的红外或近红外光，使图样图像对于人类几乎不可见或基本上不可见。尤其是，通过提供包括本领域中本身已知的衍射光学元件的投影装置，实现了这个目的。

通过如WO0227461中的相机和识别系统，可检测被投影的图像位置，从而连续地发现并报告图像位置和取向，作为计算机系统的输入装置。

在权利要求中，陈述了根据本发明的系统以及用在该系统中的设备和导向物体的新颖的和具体的特征。

本发明的又一方面是用于不同的显示装置，该显示装置包括用来远距离操作和用来接近屏幕操作的前投影系统和后投影系统。远距离操作将通常是但不限于指示、选择、拖放操作。接近屏幕操作将通常是但不限于指示、选择、拖放、书写、绘画和擦除。

本发明获得的重要优点在于从导向物体、笔或指示器投射的图样图像对于人类不是直接可见的，或者仅是几乎不可见的。几乎不可见或基本上不可见在此文中意味着对于所有实用目的，显示给观众或用户的总图像内将忽略图样图像。因此，图像将不会分散呈献者和观众的注意力，而接收该图样的位置和取向的计算机系统可向呈现者和观众提供希望的视觉反馈，如箭头、绘图或书写动作次序、或者例如在计算机产生的屏幕上选择物体。

此外，根据本发明，使用的波长可以是红外或近红外辐射，大大处于数据投影系统中使用的人类视觉波长范围之外。因此，使图像可由相机识别系统检测所需的能量大大低于在存在来自数据投影仪的很高的光强度的情况下，为了使可见光的箭头或标志对于呈献者或观众清楚可见所需的能量。