交互式显示系统中的运动补偿的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明在交互式显示系统的领域中。本发明的实施例更具体来说是针对控制装置 在计算机系统的交互式操作期间所指向的显示器处的位置的定位。
【背景技术】
[0002] 一般通过使用视觉信息结合口头语言来增强演讲者向观众传达消息的能力。在当 代，使用计算机及相关联的显示系统产生且向观众显示视觉信息已变得普遍，举例来说，借 助例如可从微软公司（Microsoft Corporation)购得的POWERPOINT演示软件程序的应用 程序。对于大量观众（例如，在礼堂环境中），显示系统通常为投影系统（正面投影或背面 投影）。对于较少量观众（例如，在会议室或教室环境中），平板（例如，液晶）显示器已成 为流行，尤其随着这些显示器的成本近年来已下降。不需要特殊屏幕且因此甚至更容易部 署的新显示技术（例如，小型投影仪（"微型投影仪"））现正进军市场。对于向非常少的 观众（例如，一个或两个人）的演示，膝上型计算机的图形显示器可满足演示视觉信息的需 要。在任何情形中，增大的计算机能力与更好且更大的显示器（其均以更低的成本实现）的 组合已增加基于计算机的演示系统在各种背景（例如，商业、教育、法律、娱乐）中的使用。
[0003] 典型的基于计算机的演示需要演讲者远离显示系统而站立以便不阻挡观众到视 觉信息的视线。因为视觉演示是计算机产生并且是计算机控制的，所以所述演示能够被交 互式地控制以允许演讲者在演示期间选择对特定观众特别重要的视觉内容、视觉信息的注 释或说明，且允许调用效果（例如，缩放、选择到所述演示中的其它地方的（或网上的）信 息的链接、将显示元素从一个显示位置移动到另一显示位置及类似者）。此交互性极大地增 强了演示，使其对观众来说更有趣且更具吸引力。
[0004] 因此，需要演讲者在隔开一段距离的情况下与被显示的视觉内容交互的能力。更 具体来说，因此需要远程定位的操作者可用来指向被显示的视觉信息且与被显示的视觉信 息交互的手持装置。
[0005] 与本专利共同转让且以引用的方式并入本文中的2012年7月10日颁布的标题为 "交互式显不系统（Interactive Display System) "的第8, 217, 997号美国专利描述一种 交互式显示系统，其包含构造为包含相机或其它视频捕获系统的手持指向装置的无线人性 化接口装置（"HID")的交互式显示系统。所述指向装置捕获由计算机显示的图像（包含由 计算机插入到被显示的图像数据中的一或多个人类不可感知的定位目标）。经恢复的定位 目标的位置、大小及定向识别远程指向装置相对于显示器的瞄准点。
[0006] 以对应于显示系统的帧速率的速率执行根据描述于上文引用的第8, 217, 997号 美国专利中描述的方式的指向装置的瞄准点的定位。更具体来说，通过组合新帧（及其定 位目标）及紧邻的先前帧（及其互补定位目标），可在显示每一新数据帧时确定新位置。此 方式在许多情形中十分奏效，尤其在在计算机系统中浏览及控制图形用户接口（例如，指 向并"单击"图标、涉及被显示的窗口及帧的单击并拖动操作及类似者）的背景中。描述于 第8, 217, 997号美国专利中的此方式的特定益处为定位是"绝对的"，在这个意义上，确定 的结果为显示器上的特定位置（例如，像素坐标）。根据此方式实行的定位的准确性在显示 器与手持装置之间的各种距离（例如，范围从与显示屏物理接触变化到距离数十英尺）上 是十分准确的。
[0007] 基于运动传感器的常规人性化接口装置在此项技术中也是已知的。运动传感器感 测装置在一序列取样时间上的运动。运动传感器的实例包含惯性传感器（例如，加速度计、 陀螺仪）、磁场传感器（例如，磁力计）及视觉系统（例如，用于光电鼠标中的视觉系统）。基 于运动传感器的定位结果是相对的，在这个意义上，不直接确定显示器的绝对位置，而是， 运动传感器确定装置的位置及姿态，且从所述位置及姿态确定相对于先前时间点处的被指 向位置的被指向位置。然而，基于运动传感器的指向装置进行操作的取样速率不受显示器 的帧速率限制且可高得多，从而呈现相对定位的适当配准。此外，与绝对定位需要的计算相 比，需要更少的计算来导出相对定位结果。然而，遗憾的是，因为由这些装置提供的定位是 相对的，所以漂移或其它误差可随时间积累。对于依赖加速度计运动感测的那些装置来说 误差加剧，这是因为需要两个积分来将感测到的加速度转换成线性距离。因而，基于运动传 感器的相对定位的准确性通常比绝对定位方式的准确性差。
[0008] 与本专利共同转让且以此引用方式并入本文中的2013年9月5日申请的第 S.N. 14/018, 695号共同待决的美国专利申请案描述一种交互式显示系统，其包含无线指向 装置及能够确定指向装置所瞄准的显示器的绝对位置及相对位置的定位电路。给定时间处 的绝对位置与相对位置之间的比较用于补偿通过运动传感器确定的相对位置，从而实现由 运动传感器提供的迅速且频繁的定位以及由绝对定位提供的优秀准确性。
【发明内容】
[0009] 本发明的实施例提供一种用于快速且准确地确定手持人性化接口装置在交互式 显示系统的操作期间所指向的显示器处的位置的绝对位置的系统及方法。
[0010] 本发明的实施例提供此系统及方法，其中可使用以显示系统的帧速率获取的视觉 信息在系统中执行此绝对定位，甚至在用户正迅速移动指向装置的情形中也可执行此绝对 定位。
[0011] 参考以下说明书连同其图式的所属领域的一般技术人员将明白本发明的实施例 的其它目标及优点。
[0012] 本发明的实施例可实施为交互式显示系统及操作所述交互式显示系统的方法，其 中远程人性化接口装置包含用于识别所述装置所指向的显示器处的绝对位置的图像捕获 子系统以及用于检测指向装置的相对运动的一或多个运动传感器。绝对定位是基于显示在 第一及第二帧中的互补定位目标的感测；将来自第一及第二帧的帧数据相减恢复定位目标 图案同时消去人类可见内容。如由运动传感器感测的指向装置的帧间相对运动补偿帧中的 后一者中的定位目标的位置以对准第一及第二帧中的定位目标，从而促进绝对定位确定。
【附图说明】
[0013] 图Ia及Ib为使用根据本发明的实施例的交互式显示系统实行的演讲者演示的示 意透视图。
[0014] 图2a及2b为各自说明根据本发明的实施例的交互式显示系统的呈框形式的电气 图。
[0015] 图3a到3d为说明其中可实施本发明的实施例的视觉绝对定位系统的操作的显示 器的视图。
[0016] 图4a到4d为说明在相对运动背景中且可在其中实施本发明的实施例的视觉绝对 定位系统的操作的显示器的视图。
[0017] 图5为说明根据本发明的实施例的交互式显示系统中的定位子系统的功能架构 的呈框形式的功能图。
[0018] 图6为说明根据本发明的实施例的图4的架构的操作的流程图。
[0019] 图7为根据本发明的实施例的如用于绝对定位与相对定位之间的协作的指向装 置的定向轴的透视图。
[0020] 图8为说明根据本发明的替代实施例的交互式显示系统中的定位子系统的功能 架构的呈框形式的功能图。
[0021] 图9为根据本发明的替代实施例的说明图4的架构的操作的流程图。
[0022] 图IOa及IOb为说明基于帧的任一侧上的帧之间所感测到的相对运动在所述帧的 图像捕获时间处的位置的确定的标绘图。
[0023] 图IOc为说明根据本发明的实施例的替代实施方案的图4的架构中的相对定位子 系统的操作的流程图。
[0024] 图11为说明根据本发明的实施例的另一替代实施方案的图4的架构中的相对定 位子系统的操作的流程图。
【具体实施方式】
[0025] 将结合本发明的实施例中的一或多者描述本发明，即，如实施为包含观众可见的 显示器的计算机化演示系统，这是因为预期本发明在应用于此系统时将是特别有益的。然 而，还预期本发明可结合其它应用来使用，例如游戏系统、由用户输入到计算机系统中的通 用事物（general)及类似者。因此，应理解，以下描述仅作为实例提供且不希望限制如所主 张的本发明的真实范围。
[0026] 图Ia说明其中可使用本发明的实施例的环境的简化实例。如图Ia中展示，演讲 者SPKR正使用视觉辅助向观众A给出现场演示。在此情形中，视觉辅助呈计算机图形及文 本的形式，所述计算机图形及文本由计算机22产生且以对观众A可见的方式显示在房间大 小的图形显示器20上。如此项技术中已知，此演示在商业、教育、娱乐及其它背景中是普遍 的，其中特定观众规模及系统元件差异巨大。图Ia的简化实例说明其中观众A包含观看演 示的若干成员或更多成员的商业环