智能电视和触控屏人机交互遥控装置与方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置与方法，用操作遥控器指向“触控屏”发射线激光束，用其“激光斑点”在显示屏中选取人机交互操作区域，用其激光线在边框区的光电接收器上产生定位信息发送给“触控屏”控制器，计算出“激光斑点”的平面坐标值，依该坐标值控制显示屏对“激光斑点”所处位置进行指示光标显示；用“激光斑点”或指示光标选定人机交互操作区域后操作遥控器通过发射红外线或无线电“触控屏”操作信号，控制器依据获得的操作区域坐标值和“触控屏”操作信号进行“触控屏”的操作控制处理，并通过通信接口与智能电视或计算机的主系统通信，实现大屏幕智能电视和“触控屏”的人机交互遥控操作和遥控“手写”输入。
【专利说明】智能电视和触控屏人机交互遥控装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大屏幕智能电视和“触控屏”的人机交互遥控系统与方法。
【背景技术】
[0002]智能电视作为一个“娱乐中心”，用户可以录制电视节目、选择网络视频及互动游戏。具有网络搜索、IP电视、视频点播(VOD)、数字音乐、网络新闻、网络视频电话等各种应用服务。用户可随时访问自己需要的信息，实现电视、网络和程序之间跨平台搜索。智能电视(互动方式)的人机交互操作是通过遥控器实现的，很多复杂项目的(互动方式)人机交互应用采用电视遥控器操作起来十分的繁杂和困难。智能电视(互动方式)的人机交互操作是制约电视机智能化发展的瓶颈……智能电视不能像智能平板电脑那样通过“触控屏”触摸操作进行智能化的人机交互操作实现各种互动方式的应用，对大屏幕电视而言“触控屏”触摸操作并不是人机交互的最好方式。乔布斯用iPhone的触摸屏实现了手持终端设备的智能化人机交互应用，但很遗憾用触摸屏却无法实现电视的智能化人机交互应用，要实现电视机的智能化人机交互应用，就必须要对电视机(互动方式)的人机交互方式进行革命性的改变。
[0003]目前许多世界著名大型企业都在开展智能电视(互动方式)的人机交互系统开发研究，最具代表性的技术有几类:
[0004]1、手势感应控制技术(运动感知技术):通过手势感应识别控制技术实现电视机的智能化人机交互操作，手势控制技术主要有人体手势控制和遥控器的手势控制两种。遥控器的手势控制采用MEMS惯性传感器的技术，通过蓝牙或者RF射频信号来传输信号，遥控器是一个位于空中的鼠标，在空中通过移动鼠标来实现手势控制。人体手势控制技术在电视机身内置CMOS摄像头，不需要借助遥控器就可以实现简单的2D手势控制和对动作进行3D识别的手势控制。目前该技术得到了进一步的发展，这对智能电视的手势控制产生深远的影响。但是基于视觉系统的手势、体感识别也存在很多问题，用户收看电视时背景可能差异很大，而且可能会存在很多干扰，手势控制存在识别困难和干扰等问题制约着手势感应控制技术的发展。
[0005]2、遥控器或者无线鼠标键盘控制:应用遥控器或者无线鼠标键盘实现智能电视的人机交互操作。为了应对智能电视不断增长的交互需求，遥控器按键数目增加，但是密集的按键往往会使用户感到困惑，甚至对某些功能的使用产生困难。通过键盘输入信息，通过鼠标选择目标。这种交互方式虽然解决了功能扩展带来的交互需求，但是由于观看电视时没有了固定的操作平面，所以鼠标、键盘的操作方式并不适合直接应用到电视平台上。
[0006]3、语音操作控制:应用语音识别技术操作控制实现智能电视的人机交互操作，解决了复杂的人机交互输入问题，但是基于语音的交互方式也存在很多问题，电视节目中的声音与用户的语音指令发生冲突和混淆时会造成识别困难；用户的发音模糊、不标准，甚至使用方言时也会造成识别困难等等。
[0007]4、多屏互动控制:应用智能手机或手持平板电脑等充当遥控器对电视机进行控制，通过多屏互动实现智能电视的人机交互操作，但是多屏幕互动也存在操作和观看不方便等问题。
[0008]以上这些智能电视的人机交互控制技术和系统都还存在着使用不方便和干扰等问题，效果还达不到(像使用手持终端设备那样的)触摸屏智能化人机交互操作的效果。直到现在智能电视还没有真正的流行起来，最关键原因是智能电视的操作控制方面不够简单方便，不如电脑、智能手机和平板电脑那样智能化。有调查显示近8成消费者对电视上的智能系统的繁杂操作不满意。提高电视人机交互的智能化操作性是智能电视必须要解决的主要技术难题。
【发明内容】
[0009]大屏幕智能电视和“触控屏”观看距离比较远，超出了 “触控屏”人机交互(触摸)操作的距离范围，造成大屏幕智能电视和“触控屏”人机交互操作很不方便。针对现有大屏幕智能电视机和“触控屏”不能方便的实现人机交互操作，遥控器操作繁杂困难，操作距离远，不能使用“触控屏”的触摸控制方式实现智能化的人机交互操作应用等问题，本发明提供了一种大屏幕智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置和方法，可以远距离的使用遥控器遥控操作大屏幕智能电视和“触控屏”，实现智能化(简单化)的人机交互操作的互动方式应用，效果可达到触摸屏触摸操作控制的人机交互应用的效果。
[0010]为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的:
[0011]一种智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置，其特征在于，包括一个“触控屏”、一个红外线或无线电接收器、一个“触控屏”操作遥控器和一个“触控屏”控制器，所述“触控屏”由一个处在中间位置的显示屏和在四周边框区直线排列布置的多个光电接收器构成；所述红外线或无线电接收器设置在“触控屏”四周边框区的任一位置，或设置在“触控屏”控制器上；所述光电接收器的电信号输出、红外线或无线电接收器的电信号输出连接“触控屏”控制器的对应输入接口电路，所述“触控屏”控制器通过通信接口与智能电视或计算机的主系统连接；所述“触控屏”操作遥控器包括一个遥控处理器、与其连接的一个激光发射器和一个红外线或无线电发射器，其中，激光发射器向“触控屏”发射线激光束，用该线激光束在显示屏中选取人机交互操作区域和在四周边框区的光电接收器上产生定位信息；红夕卜线或无线电发射器向红外线或无线电接收器发射“触控屏”操作信号，“触控屏”控制器依据所获得的定位信息和“触控屏”操作信号执行“触控屏”操作控制处理，实现智能电视和“触控屏”的人机交互遥控操作。
[0012]上述装置中，所述的多个光电接收器在“触控屏”的四周边框区均直线排列成等间距的一排或者直线排列成等间距且相互平行的两排，每排接收器相互之间交错1/2间距。
[0013]所述的激光发射器与“触控屏”操作遥控器的壳体之间固定连接或以重力平衡方式动态连接。
[0014]所述的激光发射器与操作遥控器的壳体之间设有一个防抖装置。
[0015]所述“触控屏”操作遥控器还包括一个语音接收器，其跨接在遥控处理器与红外线或无线电发射器之间，用于进行“触控屏”语音控制的人机交互。
[0016]所述的“触控屏”控制器内置在“触控屏”上或独立外置在“触控屏”之外。
[0017]所述的“触控屏”控制器包括“触控屏”控制处理器、一个红外线或无线电接收器输入接口电路和多组光电接收器输入接口电路，其中，多组光电接收器输入接口电路布置在“触控屏”控制器上或作为“触控屏”控制器的外部扩展部分与各个分组的光电接收器一起通过PCB电路板分别布置在“触控屏”的四周边框上。
[0018]一种智能电视和“触控屏”人机交互遥控方法，其特征在于，采用前述的智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置实现，包括下述步骤:
[0019](I)用“触控屏”操作遥控器从前方向“触控屏”发射线激光束，该线激光束在“触控屏”上形成90°垂直正交十字线形的激光线，或者其它角度相交线形的激光线，激光线相交处在显示屏上形成一个“激光斑点”，激光线照射到四周边框区的光电接收器上产生定位信息，定位“激光斑点”在显示屏上的平面位置，光电接收器将该定位信息发送给“触控屏”控制器，“触控屏”控制器根据该定位信息计算出“激光斑点”在显示屏上的平面坐标值；
[0020](2)依据“激光斑点”在显示屏上的平面坐标值，“触控屏”控制器控制在显示屏中该坐标值对应的位置处增加显示一个指示光标；
[0021](3)用“激光斑点”或指示光标指向显示屏中的触控操作区域，通过“激光斑点”或指示光标的指向获得触控操作区域在显示屏中的平面座标值；
[0022](4)再用“触控屏”操作遥控器的红外线或无线电发射器向“触控屏”的红外线或无线电接收器发射“触控屏”操作信号，红外线或者无线电接收器接收到“触控屏”操作信号，转换成红外线或者无线电接收器的输出信号，通过对应接口送给“触控屏”控制器；
[0023](5)“触控屏”控制器依据获得的触控操作区域在显示屏中的平面座标值和获得的“触控屏”操作信号执行“触控屏”操作控制处理，并通过通信接口与智能电视或计算机的主系统通信，实现智能电视和“触控屏”的人机交互遥控操作。
[0024]上述方法中，所述激光发射器发射的线激光束，为发射频率范围在30khz-60khz的高亮可见光或不可见光的线激光束。
[0025]本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0026]1，人机交互遥控操作灵活方便，遥控操作的人机交互的应用效果达到了触摸屏触摸操作控制的人机交互的应用效果。
[0027]2，抗干扰能力强，性能稳定可靠，遥控操作不受环境因素影响，可以用指示光标改善“激光斑点”的可视效果，通过修正“激光斑点”的坐标值可以滤除指示光标的操作抖动。
[0028]3，显示屏幕不采用电阻、电容触摸屏的多层复合膜结构，透光率、色彩失真度和清晰度都比电容、电阻触摸屏好。
[0029]4，本发明比现有的智能电视的各类人机交互操作技术(如:手势感应控制技术；遥控器或者无线鼠标键盘控制；语音操作控制；多屏互动控制等)使用方便灵活，交互操作效果好。
[0030]5，本发明的人机交互遥控装置和方法能完成大屏幕智能电视和“触控屏”的复杂的遥控“手写”输入。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]下面结合附图及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0032]图1为本发明大屏幕智能电视和“触控屏”人机交互遥控系统示意图。
[0033]图中:1、光电接收器；2、四周边框区；3、定位接收器；4、线激光束十字横线；5、触控操作区域(点)；6、激光斑点；7、线激光束十字纵线；8、线激光束；9、“触控屏”操作信号；
10、红外线或无线电接收器的电信号输出；11、光电接收器的电信号输出；12、键盘接口 ；13、串行接口。
[0034]图2为图1中“触控屏操作遥控器”功能结构框图。
[0035]图3为图1中“光电接收器”功能结构框图。
[0036]图4为图1中“触控屏控制器”功能结构框图。
【具体实施方式】
[0037]如图1所示，一种智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置，包括一个“触控屏”、一个“触控屏”操作遥控器、一个“触控屏”控制器、一个红外线接收器或者无线电接收器。其中，“触控屏”包括一个处在中间部位的显示屏和直线排列布置在“触控屏”四周边框区2中的多个光电接收器1，光电接收器在每个边框区直线排列成等间距的一排或者直线排列成等间距且相互平行的两排，每排接收器相互之间交错1/2间距，所有接收器按照所处的位置和分组形成确定的位置坐标信息；红外线接收器或无线电接收器布置在“触控屏”边框区下边沿；光电接收器的电信号输出11、红外线或者无线电接收器的电信号输出10连接“触控屏”控制器的对应的输入接口电路，“触控屏”控制器通过通信接口:串行接口 13、键盘接口 12与“触控屏”的智能电视或者计算机的主系统连接。“触控屏”操作遥控器包括遥控处理器、激光发射器、红外线或者无线电发射器和语音接收器。其中:激光发射器从前方向“触控屏”发射线激光束8，用线激光束在显示屏中指向(选取)触控操作区域(点)5——人机交互操作区域和在边框区的光电接收器上产生定位信息；红外线或无线电发射器向红外线或无线电接收器发射“触控屏”操作信号9，红外线或无线电接收器接收到“触控屏”操作信号，转换成红外线或无线电接收器的电信号输出10通过对应接口电路发送给“触控屏”控制器。“触控屏”控制器依据所获得的定位信息和“触控屏”操作信号执行“触控屏”的操作控制处理，实现智能电视和“触控屏”的人机交互遥控操作。该人机交互遥控操作能完成复杂的遥控“手写”输入。
[0038]大屏幕智能电视和“触控屏”的人机交互遥控方法:
[0039]1、如图1所示，激光发射器从前方向“触控屏”屏幕显示区及四周边框区2发射高亮可见光或不可见光的线激光束8，线激光束在“触控屏”上形成90°垂直正交十字线形的激光线(线激光束十字横线4和线激光束十字纵线7)，或者其它角度相交线形的激光线，激光线相交处在显示屏上形成一个激光斑点6，激光线4、7照射到四周边框区的光电接收器(定位接收器3)上产生定位信息，定位激光斑点6在显示屏上的平面位置。光电接收器的电平信号输出11通过光电接收器输入接口电路送给“触控屏”控制器，“触控屏”控制器根据该定位信息(定位接收器所处的位置和分组信息)计算出“激光斑点”在显示屏上的平面坐标值。
[0040]2、依据该坐标值，“触控屏”控制器可以控制在显示屏中该坐标值对应的区域(点)处增加显示一个指示光标(指针、图标等)。用指示光标改善“激光斑点”6的可视效果，通过修正“激光斑点”的坐标值滤除指示光标的操作抖动。
[0041]3、用激光斑点6或指示光标指向(选定)显示屏中的触控操作区域(点)5——人机交互操作区域，通过激光斑点6或指示光标定位获得触控操作区域(点)5在显示屏中的平面座标值。
[0042]4、需要对选定的触控操作区域(点)5进行“触控屏”人机交互操作时，再用“触控屏”操作遥控器的红外线或无线电发射器向“触控屏”的红外线接收器或无线电接收器发射“触控屏”操作信号9，红外线或者无线电接收器接收到“触控屏”操作信号9，转换成红外线或者无线电接收器的电信号输出10，通过对应接口送给“触控屏”控制器。
[0043]5、“触控屏”控制器依据获得的触控操作区域(点)在显示屏中的平面座标值和获得的“触控屏”操作信号执行“触控屏”的操作控制处理，并通过通信接口:串行接口 13、或键盘接口 12等与智能电视或者计算机的主系统通信，实现大屏幕智能电视和“触控屏”的人机交互遥控操作。该人机交互遥控操作能完成复杂的遥控“手写”输入。
[0044]如图2所示，“触控屏”操作遥控器包括遥控处理器、连接该遥控处理器的激光发射器、红外线或者无线电发射器和语音接收器。其中，激光发射器由频率范围在30khz-60khz之间的一个特定频率的激光驱动电源对发射高亮可见光或者不可见光的激光管进行驱动，发射高亮可见光或者不可见光的激光束，激光束经过光学透镜(如:玻璃柱面透镜等)处理变换成线激光束(图1)，该线激光束在“触控屏”上形成的激光线形状为90°垂直正交十字线形的激光线4、7，也可为其它角度相交线形状的激光线，激光线相交处在“触控屏”的显示区形成一个激光斑点6，激光线照射到“触控屏”边框区的光电接收器(定位接收器3)上产生定位信息，定位“激光斑点”在显示屏中的平面位置。红外线或无线电发射器在进行“触控屏”人机交互遥控操作时向“触控屏”的红外线或者无线电接收器发射“触控屏”操作信号9 ο
[0045]激光发射器与“触控屏”操作遥控器的壳体之间固定连接或者以重力平衡方式动态连接，手持遥控器时重力平衡动态连接可以始终保持线激光束处在重力平衡的(水平和垂直)位置上。
[0046]激光发射器与操作遥控器的壳体之间还可以加装“镜头”防抖装置，防抖装置可以采用照相机的惯性防抖“镜头”装置也可以采用电磁防抖“镜头”装置等，防抖装置减缓操作遥控器时引起的激光束抖动。
[0047]操作遥控器中的语音接收器用于进行“触控屏”语音控制的人机交互应用，该语音接收器接收语音输入，通过红外线或者无线电发射器发送语音信号给“触控屏”的红外线或者无线电接收器，红外线或者无线电接收器接收到该语音信号后将其转换成红外线或者无线电接收器的电信号输出10，送给“触控屏”控制器，“触控屏”控制器可利用语音识别控制技术，实现语音控制的人机交互。
[0048]如图3所示，光电接收器包括光电转换器、放大器、带通滤波器和电平输出电路，激光发射器发出的线激光束照射到光电接收器上，光电接收器把接收到的线激光束信息转化成与线激光束发射频率相同的电信号，经过放大、抗干扰滤波和电平输出转换处理变换成标志定位的有效电平信号(高电平或低电平)输出给“触控屏”控制器的对应输入接口电路。
[0049]如图4所示，“触控屏”控制器包括“触控屏”控制处理器、一个红外线或无线电输入接口电路和多组光电接收器输入接口电路，光电接收器的电平信号输出分别与“触控屏”控制器的对应的光电接收器输入接口电路相连，该输入接口电路作为“触控屏”控制器的输入接口布置在控制器上或作为“触控屏”控制器的外部扩展部分与各个分组的光电接收器一起通过PCB电路板分别布置在“触控屏”的周边。“触控屏”控制器可以内置在“触控屏”中或独立外置在“触控屏”之外(图1)。
[0050]光电接收器的输出电平信号通过其输入接口电路检测处理后送给“触控屏”控制处理器。“触控屏”控制处理器依据获得的信号计算出“激光斑点”在显示屏中的平面坐标值。依据该坐标值，“触控屏”控制器可以控制显示屏在显示屏中该坐标值对应的区域(点)上增加显示一个指示光标(指针、图标等)，用指示光标改善“激光斑点”的可视效果，通过修正“激光斑点”的坐标值滤除指示光标的操作抖动。
[0051]“触控屏”操作遥控器的红外线或无线电发射器向“触控屏”的红外线或无线电接收器发射“触控屏”操作信号9时，红外线或者无线电接收器把接收到的“触控屏”操作信号9转换成红外线或者无线电接收器的输出信号10，通过红外线或者无线电接收器输入接口电路送给“触控屏”控制处理器。“触控屏”控制器依据获得的触控操作区域(点)在显示屏幕中的平面座标值和获得的“触控屏”操作信号执行“触控屏”的操作控制处理，并通过通信接口:串行接口 13、键盘接口 12等与智能电视或者计算机的主系统通信，实现大屏幕智能电视和“触控屏”的人机交互遥控操作。该大屏幕智能电视和“触控屏”的人机交互遥控操作能实现复杂的“触控屏”遥控“手写”输入。
[0052]进行“触控屏”语音控制的人机交互应用时，“触控屏”操作遥控器的语音接收器接收语音输入，通过红外线或者无线电发射器发送该语音输入的语音信号给“触控屏”的红外线或者无线电接收器，红外线或者无线电接收器接收语音信号，转换成红外线或者无线电接收器的电信号输出10，送给“触控屏”控制器，“触控屏”控制器利用语音识别控制技术，实现语音控制的人机交互应用。
【权利要求】
1.一种智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置，其特征在于，包括一个“触控屏”、一个红外线或无线电接收器、一个“触控屏”操作遥控器和一个“触控屏”控制器，所述“触控屏”由一个处在中间位置的显示屏和在四周边框区直线排列布置的多个光电接收器构成；所述红外线或无线电接收器设置在“触控屏”四周边框区的任一位置，或设置在“触控屏”控制器上；所述光电接收器的电信号输出、红外线或无线电接收器的电信号输出连接“触控屏”控制器的对应输入接口电路，所述“触控屏”控制器通过通信接口与智能电视或计算机的主系统连接；所述“触控屏”操作遥控器包括一个遥控处理器、与其连接的一个激光发射器和一个红外线或无线电发射器，其中，激光发射器向“触控屏”发射线激光束，用该线激光束在显示屏中选取人机交互操作区域和在四周边框区的光电接收器上产生定位信息；红外线或无线电发射器向红外线或无线电接收器发射“触控屏”操作信号，“触控屏”控制器依据所获得的定位信息和“触控屏”操作信号执行“触控屏”操作控制处理，实现智能电视和“触控屏”的人机交互遥控操作。
2.如权利要求1所述的智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置，其特征在于，所述的多个光电接收器在“触控屏”的四周边框区均直线排列成等间距的一排或者直线排列成等间距且相互平行的两排，每排接收器相互之间交错1/2间距。
3.如权利要求1所述的智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置，其特征在于，所述的激光发射器与“触控屏”操作遥控器的壳体之间固定连接或以重力平衡方式动态连接。
4.如权利要求1所述的智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置，其特征在于，所述的激光发射器与操作遥控器的壳体之间设有一个防抖装置。
5.如权利要求1所述的智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置，其特征在于，所述“触控屏”操作遥控器还包括 一个语音接收器，其跨接在遥控处理器与红外线或无线电发射器之间，用于进行“触控屏”语音控制的人机交互。
6.如权利要求1所述的智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置，其特征在于，所述的“触控屏”控制器内置在“触控屏”上或独立外置在“触控屏”之外。
7.如权利要求1所述的智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置，其特征在于，所述的“触控屏”控制器包括“触控屏”控制处理器、一个红外线或无线电接收器输入接口电路和多组光电接收器输入接口电路，其中，多组光电接收器输入接口电路布置在“触控屏”控制器上或作为“触控屏”控制器的外部扩展部分与各个分组的光电接收器一起通过PCB电路板分别布置在“触控屏”的四周边框上。
8.一种智能电视和“触控屏”人机交互遥控方法，其特征在于，采用权利要求1所述的智能电视和“触控屏”人机交互遥控装置实现，包括下述步骤: (1)用“触控屏”操作遥控器从前方向“触控屏”发射线激光束，该线激光束在“触控屏”上形成90°垂直正交十字线形的激光线，或者其它角度相交线形的激光线，激光线相交处在显示屏上形成一个“激光斑点”，激光线照射到四周边框区的光电接收器上产生定位信息，定位“激光斑点”在显示屏上的平面位置，光电接收器将该定位信息发送给“触控屏”控制器，“触控屏”控制器根据该定位信息计算出“激光斑点”在显示屏上的平面坐标值； (2)依据“激光斑点”在显示屏上的平面坐标值，“触控屏”控制器控制在显示屏中该坐标值对应的位置处增加显示一个指示光标； (3)用“激光斑点”或指示光标指向显示屏中的触控操作区域，通过“激光斑点”或指示光标的指向获得触控操作区域在显示屏中的平面座标值； (4)再用“触控屏”操作遥控器的红外线或无线电发射器向“触控屏”的红外线或无线电接收器发射“触控屏”操作信号，红外线或者无线电接收器接收到“触控屏”操作信号，转换成红外线或者无线电接收器的输出信号，通过对应接口送给“触控屏”控制器； (5)“触控屏”控制器依据获得的触控操作区域在显示屏中的平面座标值和获得的“触控屏”操作信号执行“触控屏”操作控制处理，并通过通信接口与智能电视或计算机的主系统通信，实现智能电视和“触控屏”的人机交互遥控操作。
9.如权利要求8所述的智能电视和“触控屏”人机交互遥控方法，其特征在于，所述激光发射器发射的线激光束，为发射频率范围在30khz-60khz的高亮可见光或不可见光的线激光 束。
【文档编号】H04N21/422GK103702151SQ201310613737
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】何文林, 何月, 冯学亮, 何永平 申请人:何文林