屏幕输入系统.pdf

本发明提供一种屏幕输入系统，所述系统包括：屏幕输入装置及处理装置，所述屏幕输入装置包括：至少两个图像采集单元、至少三个发光源及控制单元。其中一个发光源的移动轨迹与输入对象在所述屏幕操作区的输入轨迹对应；除所述其中一个发光源外，其他发光源及所述图像采集单元分布于所述屏幕的四周；所述图像采集单元，适于采集发光源的相对位置图像；所述控制单元，适于在满足预设的条件时，启动分布于所述屏幕四周的发光源及所述图像采集单元；所述处理装置电性连接所述图像采集单元，且适于定位所述其他一个发光源在屏幕操作区的绝对位置。采用上述系统可以降低屏幕输入装置制作成本，以便于普遍应用于大尺寸的屏幕上。

权利要求书
1.  一种屏幕输入系统，其特征在于，包括：屏幕输入装置及处理装置，所述屏幕输入装置包括：至少两个图像采集单元、至少三个发光源及控制单元；
其中一个发光源适于设置于输入对象上，其移动轨迹与输入对象在所述屏幕操作区的输入轨迹对应；
除所述其中一个发光源外，其他发光源及所述图像采集单元分布于所述屏幕的四周；
所述图像采集单元，适于采集所述设置在输入对象上发光源与所述分布于屏幕四周的发光源的相对位置图像；
所述控制单元，适于在满足预设的条件时，启动分布于所述屏幕四周的发光源发光，且启动所述图像采集单元分别采集所述设置于输入对象上的发光源与分布于所述屏幕四周的发光源的相对位置图像；
所述处理装置电性连接所述图像采集单元，且适于根据所述图像采集单元采集到的图像的相对关系定位出所述设置于输入对象上的发光源在屏幕操作区中的相对位置，并转换为在屏幕操作区的绝对位置。

2.  根据权利要求1所述的屏幕输入系统，其特征在于，除所述设置在输入对象上发光源外，其他发光源及所述图像采集单元均匀分布于所述屏幕的四周。

3.  根据权利要求2所述的屏幕输入系统，其特征在于，所述屏幕为矩形结构，所述图像采集单元包括第一图像采集单元及第二图像采集单元，所述其他发光源包括第一发光源及第二发光源，所述第一图像采集单元及第二图像采集单元、所述第一发光源及第二发光源分别位于所述屏幕的四角。

4.  根据权利要求1所述的屏幕输入系统，其特征在于，所述其他发光源及所述图像采集单元数量相等。

5.  根据权利要求1所述的屏幕输入系统，其特征在于，所述图像采集单元的图像采集广角小于或等于180度。

6.  根据权利要求5所述的屏幕输入系统，其特征在于，所述图像采集单元的图像采集广角为90度。

7.  根据权利要求1所述的屏幕输入系统，其特征在于，所述预设的条件为所述设置于输入对象上的发光源出现在所述屏幕的操作区。

8.  根据权利要求1所述的屏幕输入系统，其特征在于，采集图像相对关系为采集图像之间的夹角关系。

9.  根据权利要求1所述的屏幕输入系统，其特征在于，所述发光源为点光源。

10.  根据权利要求9所述的屏幕输入系统，其特征在于，所述发光源为红外点发光源。

11.  根据权利要求10所述的屏幕输入系统，其特征在于，所述发光源为经过频率调制后的红外点发光源。

12.  根据权利要求1所述的屏幕输入系统，其特征在于，所述处理装置，还适于将所述设置于输入对象上的发光源在屏幕操作区中的绝对位置转换为在所述显示屏幕的屏幕操作区显现的游标。

13.  根据权利要求1所述的屏幕输入系统，其特征在于，所述输入对象为手指。

说明书屏幕输入系统
技术领域
本发明涉及一种信息交互领域，特别是涉及一种屏幕输入系统。
背景技术
输入设备，是向信息处理系统输入数据和信息的设备，它是信息处理系统与人或其他外部对象之间进行信息交换的主要装置之一。信息处理系统能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到信息处理系统中，进行存储、处理和输出。
目前，在显示屏或触控屏上使用比如电容式触摸板的屏幕输入装置，但是随着电容式触摸板的制作尺寸越大，其制作成本及其增加的幅度越大。
发明内容
本发明解决的问题是如何降低屏幕输入装置制作成本，使得所述屏幕可以应用于大尺寸的屏幕上。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种屏幕输入系统，所述系统包括：屏幕输入装置及处理装置，所述屏幕输入装置包括：至少两个图像采集单元、至少三个发光源及控制单元；
其中一个发光源适于设置于输入对象上，其移动轨迹与输入对象在所述屏幕操作区的输入轨迹对应；
除所述其中一个发光源外，其他发光源及所述图像采集单元分布于所述屏幕的四周；
所述图像采集单元，适于采集所述设置在输入对象上发光源与所述分布于屏幕四周的发光源的相对位置图像；
所述控制单元，适于在满足预设的条件时，启动分布于所述屏幕四周的发光源发光，且启动所述图像采集单元分别采集所述设置于输入对象上的发 光源与分布于所述屏幕四周的发光源的相对位置图像；
所述处理装置电性连接所述图像采集单元，且适于根据所述图像采集单元采集到的图像的相对关系定位出所述设置于输入对象上的发光源在屏幕操作区中的相对位置，并转换为在屏幕操作区的绝对位置。
可选的，除所述设置在输入对象上发光源外，其他发光源及所述图像采集单元均匀分布于所述屏幕的四周。
可选的，所述屏幕为矩形结构，所述图像采集单元包括第一图像采集单元及第二图像采集单元，所述其他发光源包括第一发光源及第二发光源，所述第一图像采集单元及第二图像采集单元、所述第一发光源及第二发光源分别位于所述屏幕的四角。
可选的，所述其他发光源及所述图像采集单元数量相等。
可选的，所述图像采集单元的图像采集广角小于或等于180度。
可选的，所述图像采集单元的图像采集广角为90度。
可选的，所述预设的条件为所述设置于输入对象上的发光源出现在所述屏幕的操作区。
可选的，采集图像相对关系为采集图像之间的夹角关系。
可选的，所述发光源为点光源。
可选的，所述发光源为红外点发光源。
可选的，所述发光源为经过频率调制后的红外点发光源。
可选的，所述处理装置，还适于将所述设置于输入对象上的发光源在屏幕操作区中的绝对位置转换为在所述显示屏幕的屏幕操作区显现的游标。
可选的，所述输入对象为手指。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述方案中所述屏幕输入系统包括：屏幕输入装置及处理装置，所述屏幕输入装置包括：至少两个图像采集单元、至少三个发光源及控制单元，由于仅采用几个图像采集单元和发光源，而非一整个触摸板结构，即可实现屏 幕输入，因此可以有效降低制作成本，普遍应用于大尺寸的屏幕上。且通过使用光学图像捕捉的方法，可以提高屏幕输入装置的定位精度。
进一步，通过在满足所述设置于输入对象上的发光源出现在所述屏幕的操作区时启动分布于所述屏幕四周的发光源，可以使得所述屏幕输入系统节能环保。
进一步，通过使用红外点发光源，可以防止环境光的干扰，并降低所述处理装置的计算量，有效提高所述屏幕输入系统的可靠度。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种屏幕输入系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中的另一种屏幕输入系统的结构示意图；
图3是对应于图2的实施例中屏幕输入系统的工作原理示意图；
图4是本发明实施例中的另一种屏幕输入系统的工作原理示意图；
图5是本发明实施例中的又一种屏幕输入系统的工作原理示意图。
具体实施方式
目前，在显示屏或者触控屏上大部分采用电容屏和电阻屏的方式来获取输入对象在屏幕上的输入轨迹，但是随着电容式触摸板的制作尺寸越大，其制作成本在不断增大，而且其制作成本增加的幅度也在不断增大。
针对现有技术中屏幕输入装置制作成本大，且不便于普遍应用于大尺寸的屏幕上的问题，本发明实施例提供了一种屏幕输入系统，所述屏幕输入系统包括：屏幕输入装置及处理装置。其中所述屏幕输入装置可以包括：至少两个图像采集单元、至少三个发光源及控制单元。由于仅采用几个图像采集单元和发光源，而非一整个触摸板结构，即可实现屏幕输入，因此可以有效降低制作成本，普遍应用于大尺寸的屏幕上。且通过使用光学图像捕捉的方法，可以提高屏幕输入装置的定位精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
屏幕输入系统可以包括：屏幕输入装置及处理装置，所述屏幕输入装置可以包括：至少两个图像采集单元、至少三个发光源，控制单元。比如，参考图1示出的本发明一实施例中的一种屏幕输入系统的结构示意图。所述屏幕输入装置可以包括两个图像采集单元11及12、三个发光源13、14及15，控制单元16。其中：
所述发光源15可以设置于输入对象上。所述发光源15移动轨迹与输入对象在所述屏幕操作区的输入轨迹对应。
除了所述的发光源15外，其他的发光源，如所述发光源13及所述发光源14，以及所述图像采集单元11及12可以分布于所述屏幕的四周。
所述图像采集单元11及12，适于采集所述设置在输入对象上发光源15与所述分布于屏幕四周的发光源13及14的相对位置图像。
所述控制单元16与所述发光源13、所述发光源14、所述图像采集单元11及12分别连接，适于在满足预设的条件时，启动分布于所述屏幕四周的发光源13及14，且启动所述图像采集单元11及12，所述图像采集单元11及12可以分别采集所述设置于输入对象上的发光源15与分布于所述屏幕四周的发光源13及14的相对位置图像。
需要说明的是，所述控制单元16在图2中所在的位置不代表所述控制单元16在所述屏幕上的具体安装位置，而只是为了方便说明连接关系。
所述处理装置2电性连接所述图像采集单元11及12，且适于根据所述图像采集单元11及12采集到的图像的相对关系定位出所述设置于输入对象上的发光源15在屏幕操作区中的相对位置，并将。。。转换为在屏幕操作区的绝对位置。
在本发明一实施例中，为了减少屏幕操作区的盲区，除所述设置在输入对象上发光源15外，发光源13、14及所述图像采集单元11及12均匀分布于所述屏幕的四周。
在具体实施中，所述分布于屏幕四周的发光源13及14与所述图像采集单元11及12的数量相等，这样可以减少处理装置2的数据处理量。
在具体实施中，为了降低所述屏幕输入设备1的能耗，当所述设置于输入对象上的发光源15出现在屏幕操作区时，所述控制单元16才启动所述放置于屏幕四周的发光源13及14。
在本发明一实施例中，可以通过所述图像采集单元11及所述图像采集单元12采集到的两幅图像中的夹角关系来计算获取输入对象的输入轨迹。
在具体实施中，为了降低处理装置的计算量并且提高计算精度，所述发光源13、14及15均为点光源。
在本发明一实施例中，为了防止红外光的干扰，并且避免对操作用户有害，所述发光源13、14及15均为红外点发光源。
在本发明一实施例中，为了平衡降低处理装置2的计算量和提高采集图像的精确度两个目的，所述发光源13、14及15均可以采用经过频率调制后的红外点发光源。例如限于当前的技术水平和结合实验经验，所述发光源13、14及15可以选用频率范围为1K-4K的红外点发光源。
在具体实施中，为了提升用户体验，所述处理装置2还可以适于将所述设置于输入对象上的发光源在屏幕操作区中的绝对位置转换为在所述显示屏幕的屏幕操作区显现的游标。
需要说明的是，输入对象可以为人的手指，也可以为输入笔，对具体输入对象类型不做限定。
所述屏幕输入系统包括：屏幕输入装置及处理装置，所述屏幕输入装置包括：至少两个图像采集单元、至少三个发光源及控制单元。由于仅采用几个图像采集单元和发光源，而非一整个触摸板结构，即可实现屏幕输入，因而实现更加简便，故制作成本更低，因而便于普遍应用于大尺寸的屏幕上。且通过使用光学图像捕捉的方法，可以提高屏幕输入装置的定位精度。
需要说明的是，对所述屏幕的具体形状不做限定，比如，所述屏幕可以是矩形，也可以是圆形，也可以是其他形状。对应于每一种形状的屏幕，也可以相应的调整所述图像采集单元及所述发光源的具体数量或位置。为了使得本领域的技术人员更好地理解和实现本发明，以下提供矩形屏幕、圆形屏幕的屏幕输入系统的工作过程。
图2示出了本发明实施例中另一种屏幕输入系统的结构示意图。如图2所示，所述屏幕为矩形结构，且所述屏幕输入设备包括：设置于输入对象上的E、控制单元200及其他发光源，所述图像采集单元包括第一图像采集单元A及第二图像采集单元B，所述其他发光源包括第一发光源C及第二发光源D。
所述第一图像采集单元A及第二图像采集单元B、所述第一发光源C及第二发光源D分别位于所述屏幕的四角。处理装置201适于与所述第一图像采集单元A及第二图像采集单元B电性连接。
因为所述发光源E设置于输入对象上，从而所述E的移动轨迹与输入对象在所述屏幕操作区的输入轨迹对应，所以通过得到所述发光源E的移动轨迹就可得到所述输入对象的在屏幕操作区的输入轨迹。
所述控制单元200，适于在满足预设的条件时，启动所述第一发光源C、第二发光源D发光及所述发光源E发光，且启动所述第一图像采集单元A及第二图像采集单元B分别采集所述第一发光源C、第二发光源D发光及所述E的相对位置图像。
在具体实施中，第一图像采集单元A及第二图像采集单元B的图像采集广角小于或等于180度。
在本发明一实施例中，第一图像采集单元A及第二图像采集单元B的图像采集广角为90度。
在具体实施中，所述处理装置2可以包括：
定位控制单元201，适于根据所述第一图像采集单元A及所述第二图像采集单元B的采集图像相对关系定位出所述E在屏幕操作区中的相对位置；
关联控制单元202，适于依据所述相对位置与所述屏幕操作区的位置建立的对照关系将所述相对位置转换为屏幕位置，即所述E在屏幕操作区的绝对位置；
游标控制单元203，适于将所述E在屏幕操作区的绝对位置转换为在所述显示屏幕的屏幕操作区显现的游标。
为使得本领域的技术人员更好的理解和实现本发明，以下结合图3所示 的工作原理图介绍图2所示的屏幕输入系统的工作过程。
当所述设置于输入对象上的E处于屏幕操作区时，所述第一发光源C及所述第二发光源D启动发光，接着所述第一图像采集单元A及所述第二图像采集单元B启动采集E相对于所述第一发光源C及所述第二发光源D的相对位置图像。
因为所述第一图像采集单元A及所述第二图像采集单元B的图像采集广角为90度，所以类似于人用单只眼睛观察物体一样，仅仅依靠所述第一图像采集单元A及所述第二图像采集单元B中的任何一个，无法判断所述E在屏幕操作区的绝对位置。
所述第一图像采集单元A可以采集到的所述E的位置为所述E在所述第一发光源C及所述第二发光源D连线上的投影位置A”。同理，所述第二图像采集单元B可以采集到的所述E的位置为所述E在所述第一发光源C及所述第二发光源D连线上的投影位置B”。
又因为所述第一图像采集单元A及第二图像采集单元B、所述第一发光源C及第二发光源D分别位于所述屏幕的四角，而所述屏幕的长L及宽M是确定的。
所以当所述处理装置201从所述第一图像采集单元A及所述第二图像采集单元B获取图像之后，所述定位控制单元201根据正弦定理可以得到：W/sin(180°-α1-α2)＝L1/sin(α2)＝L2/sin(α1)。
其中，α1为所述第一图像采集单元A与所述E的连线与所述屏幕的宽所称的夹角，α2为所述第一图像采集单元B与所述E的连线与所述屏幕的宽所称的夹角。
因为根据所述第一图像采集单元A及所述第二图像采集单元B采集到的图像可以获知所述夹角α1及夹角α2的大小，所以所述定位控制单元201利用上述正弦定理的公式就可以计算得到所述E在屏幕操作区中的相对位置，也就是所述输入对象在屏幕操作区的相对位置L1及L2。
所述关联控制单元202可以依据所述相对位置与所述屏幕操作区的位置建立的对照关系将所述相对位置转换为屏幕位置，即得到所述E在屏幕操作 区的绝对位置，如果依据所述屏幕的长和宽的方向建立直角系的话，就可以得到所述E的绝对位置坐标为(X，Y)。
为了增强与输入对象之间的互动型，所述游标控制单元203还可以在所述E在屏幕操作区的绝对位置(X，Y)相应地显现游标，这样输入用户就获知手指所在屏幕操作区的具体位置。
图4是本发明实施例中的另一种屏幕输入系统的工作原理示意图。如图4所示，所述屏幕为矩形结构，E1为设置于输入对象上的发光源，所述图像采集单元包括第一图像采集单元A1、第二图像采集单元B1及第三图像采集单元A2，所述其他发光源包括第一发光源C1及第二发光源D1。
同于图2所示的实施例中的原理，所述第一图像采集单元A1可以采集到的所述发光源E1的位置为所述发光源E1在所述第一发光源C1及所述第二发光源D1连线上的投影位置A1”。所述第二图像采集单元B1可以采集到的所述发光源E1的位置为所述发光源E1在所述第一发光源C1及所述第二发光源D1连线上的投影位置B1”。
又因为所述第一图像采集单元A1及第二图像采集单元B1、所述第一发光源C1及第二发光源D1在所述屏幕的相对位置是确定的。
所以当所述处理装置201从所述第一图像采集单元A1及所述第二图像采集单元B1获取图像之后，所述定位控制单元201根据正弦定理可以得到：L/sin(180°-β1-β2)＝L2/sin(β2)＝L1/sin(β1)。
其中，β1为所述第一图像采集单元A1与所述发光源E1的连线及与所述第一图像采集单元A1及所述第二图像采集单元B1连线所称的夹角，β2所述第二图像采集单元B1与所述发光源E1的连线及与所述第二图像采集单元A1及所述第二图像采集单元B1连线所称的夹角。
因为根据所述第一图像采集单元A及所述第二图像采集单元B采集到的图像可以获知所述夹角β1及夹角β2的大小，所以所述定位控制单元201利用上述正弦定理的公式就可以计算得到所述发光源E1在屏幕操作区中的相对位置，也就是所述输入对象在屏幕操作区的相对位置L1及L2。
所述关联控制单元202可以依据所述相对位置与所述屏幕操作区的位置 建立的对照关系将所述相对位置转换为屏幕位置，即得到所述发光源E1在屏幕操作区的绝对位置，如果依据所述屏幕的长和宽的方向建立直角系的话，就可以得到所述发光源E1的绝对位置坐标为(X1，Y1)。
从图4中还可以看到，如果所述发光源E1出现在E11位置的时候，可以根据所述第三图像采集单元A2采集的图像与所述第一图像采集单元A1采集图像之间的相对位置关系得到所述发光源E11在屏幕中的相对位置。根据正弦定理可以得到：L”/sin(180°-γ1-γ2)＝L1”/sin(γ2)＝L2”/sin(γ1)。同样可以获知所述输入对象在屏幕操作区的相对位置L1”及L2”。并所述关联控制单元202可以得到所述发光源E11的绝对位置坐标为(X11，Y11)。
图5是本发明实施例中的又一种屏幕输入系统的工作原理示意图。如图5所示，所述屏幕为圆形结构，E2为设置于输入对象上的发光源，所述图像采集单元包括第一图像采集单元A2及第二图像采集单元B2，所述其他发光源包括第一发光源C2及第二发光源D2。
所以当所述处理装置2从所述第一图像采集单元A2及所述第二图像采集单元B2获取图像之后，所述定位控制单元201根据正弦定理可以得到：L5/sin(180°-θ1-θ2)＝L4/sin(θ2)＝L3/sin(θ1)。
其中，θ1为所述第一图像采集单元A2与所述发光源E2的连线及与所述第一图像采集单元A2及所述第二图像采集单元B2连线所称的夹角，θ2所述第二图像采集单元B2与所述发光源E2的连线及与所述第二图像采集单元A2及所述第二图像采集单元B2连线所称的夹角。
因为根据所述第一图像采集单元A及所述第二图像采集单元B采集到的图像可以获知所述夹角θ1及夹角θ2的大小，所以所述定位控制单元201利用上述正弦定理的公式就可以计算得到所述发光源E2在屏幕操作区中的相对位置，也就是所述输入对象在屏幕操作区的相对位置L3及L4。
所述关联控制单元202可以依据所述相对位置与所述屏幕操作区的位置建立的对照关系将所述相对位置转换为屏幕位置，即得到所述发光源E2在屏幕操作区的绝对位置，如果依据所述屏幕的长和宽的方向建立直角系，就可以得到所述发光源E2的绝对位置坐标为(X2，Y2)。
所述屏幕输入系统包括：屏幕输入装置及处理装置，所述屏幕输入装置包括：至少两个图像采集单元、至少三个发光源及控制单元。由于仅采用几个图像采集单元和发光源，而非一整个触摸板结构，即可实现屏幕输入，因而实现更加简便，故制作成本更低，因而便于普遍应用于大尺寸的屏幕上。且通过使用光学图像捕捉的方法，可以提高屏幕输入装置的定位精度。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。