专利名称：互动式指向装置与切换撷取范围的方法
技术领域：
本发明涉及一种互动式指向装置与指向方法，特别是一种可切换撷取范围的互动式指向装置与切换撷取范围的方法。
背景技术：
近年来，由于科技的发展快速，互动式多媒体设备也跟着越来越普及。互动式多媒体设备可让使用者与声音影像进行互动，以达到娱乐的效果。互动式多媒体设备需要搭配一控制装置使用。控制装置除了可以用按钮来控制外，更进阶的控制装置还具有指向定位及动作感应的技术。指向定位就如同鼠标一般可以控制屏幕上的光标，而动作感应可侦测三维空间当中的移动及旋转。指向定位的技术，需要使用一影像感测元件，来侦测控制装置所指的方向。然而， 一般的影像感测元件皆具有固定的撷取范围，当影像感测元件所感测的目标物离开其撷取范围时，影像感测元件将无法顺利的进行指向定位。也就是说，使用者必须迁就影像感测元件有限的撷取范围，来操作此互动装置。若是撷取范围过小时，使用者在使用的便利性上将被大幅的限制。另一方面，若是将撷取范围扩大，则需要增加影像感测元件在电力的消耗。且影像感测元件电力消耗的幅度与撷取范围的平方成正比。也就是说，若是将撷取范围增大为原本的二倍，则其电力消耗则变为原本的四倍。此外，因为上述的控制元件通常为手持式，这些控制元件需电池作为电源。若是电力消耗越多时，其电池的寿命也就越短。因此，控制装置在设计上，会遇到撷取范围的大小与电力消耗之间的矛盾。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明提出一种可切换撷取范围的互动式指向装置。此互动式指向装置包括一影像撷取元件与一处理单元。一影像撷取元件可操作于一第一撷取范围与一第二撷取范围。且影像撷取元件用以撷取一光源，并输出一影像信号。当互动式指向装置至光源的一距离小于一参考值时，处理单元控制影像撷取元件以第一撷取范围侦测光源， 并且处理单元将影像信号转换成一第一坐标数据。当距离大于一参考值，处理单元控制影像撷取元件以第二撷取范围侦测光源，并且处理单元将影像信号转换成一第二坐标数据。此外，本发明另外提出一种用于互动式指向装置的切换撷取范围的方法，包括以下步骤提供一影像撷取元件与一处理单元；利用影像撷取元件侦测点光源，并输出一影像信号；取得点光源至互动式指向装置之间的一距离；当距离小于一参考值时，控制影像撷取元件操作于第一撷取范围以侦测光信号，处理单元将影像信号转换成一第一坐标数据。当距离大于参考值时，控制影像撷取元件操作于第二撷取范围以侦测光信号，处理单元将影像信号转换成一第二坐标数据。综合以上所述，本发明所提出的互动式指向装置可自动地改变撷取范围，以对应不同的撷取角度，以降低互动式指向装置无法撷取到信号的状况。此外，此一互动式指向装置侦测小范围吋，可以较高的取样频率进彳丁侦测。
图1为根据本发明的互动式指向装置的第一实施例的方块架构图；图2为根据本发明的影像撷取元件的撷取范围示意图；图3为根据本发明的互动式指向装置的第二实施例的方块架构图；图4为根据本发明的指向装置应用于互动系统的第一实施例的示意图；图5为根据本发明的指向装置应用于互动系统的第二实施例的示意图；以及图6为根据本发明的切換撷取范围的方法流程图。其中，附图标记10互动式指向装置20影像撷取元件30处理单元40信号发送元件60第一撷取范围 70第二撷取范围80主机90显示屏幕92光源A第一感测角度B第二感测角度 Dl第一距离D2第二距离R參考值
具体实施例方式以下在实施方式中进ー步详细说明本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任 何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、申 请专利范围及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。请參照图1与图2，图1为根据本发明的互动式指向装置的第一实施例的方块架构 图，图2为根据本发明的影像撷取元件的撷取范围示意图。互动式指向装置10包含一影像 撷取元件20以及ー处理单元30。影像撷取元件20用以撷取一光源，并输出一影像信号。影像撷取元件20可 以是ー电荷耦合元件(Charge-coupled Device, CCD)或是ー互补式金属氧化层半导体 (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)。影像撷取元件 20 撷取光源时，可操 作于第一撷取范围60或第二撷取范围70。第一撷取范围60可包括第二撷取范围70。举 例而言，第一撷取范围60对应的范围为160X 160个像素，而第二撷取范围70对应的范围 为96XU8个像素。处理单元30电性连接至影像撷取元件20，用以接收来自于影像撷取元件20的影 像信号。处理单元30将影像撷取元件20在不同时间点输出的影像信号加以对比，处理单 元30并根据一切換信号，将影像信号处理与分析，并产生ー坐标数据。当互动式指向装置 10至光源的距离小于參考值时，处理单元30控制影像撷取元件20以第一撷取范围60侦测 光源，处理单元30将影像信号转换成第一坐标数据。当距离大于ー參考值吋，处理单元30 控制影像撷取元件20以第二撷取范围70侦测光源，处理单元30将影像信号转换成第二坐 标数据。影像撷取元件20与处理单元30可整合于ー单芯片。
互动式指向装置10至光源之间的距离，可由处理单元30进行估计。处理单元 30可利用下述的方式进行距离的估计(一)根据影像信号中的光源的大小来判断距离； (二)根据光源至影像撷取元件20的抵达时间来判断距离；(三)根据影像信号中的第一点光源与第二点光源的间距来判断距离。在第一种方法中，当光源距离互动式指向装置10越近时，此光源影像撷取元件20 上所显示的面积也就越大，反之亦然。因此，可利用影像撷取元件20上对应为光点的像素数目进行判断。当对应于光点的像素数目越多时，光源距离互动式指向装置10也就越近。在第二种方法中，当光源至影像撷取元件20的抵达时间越长时，也就代表光源距离互动式指向装置10越远。因此，处理单元30可控制使光源于一固定时间发出信号，并且计算信号发出后到此信号被影像撷取元件20所接收的时间，即可判断光源至影像撷取元件20的距离。在第三种方法中，光源为二个以上的点光源所组成，比如说第一点光源与第二点光源。第一点光源与第二点光源实际上相距一个固定的距离。第一点光源与第二点光源也会被影像撷取元件20所撷取。第一点光源与第二点光源在影像撷取元件20上所显示的距离，会与光源至影像撷取元件20的距离成正比。也就是说，判断影像撷取元件20所撷取到的第一点光源与第二点光源之间的距离，即可判断光源至影像撷取元件20的距离。请参照图3，图3为根据本发明的互动式指向装置的第二实施例的方块架构图。互动式指向装置10包含一影像撷取元件20、一处理单元30以及一信号发送元件40。信号发送元件40电性连接至处理单元30，通过信号发送元件40，处理单元30所产生的坐标数据可以被传送给一主机。在此实施例中，信号发送元件40可以是有线或是无线的信号收发元件。比如说是符合蓝牙规格的无线传输元件。请参照图4与图5，图4为根据本发明的指向装置应用于互动系统的第一实施例的示意图，图5为根据本发明的指向装置应用于互动系统的第二实施例的示意图。互动系统包括显示屏幕90、主机80、光源92与互动式指向装置10。光源92可配置于显示屏幕90的上方或下方，并包含多个红外线光源。互动式指向装置10内设有可撷取光源92所发出的影像撷取元件20，通过可切换撷取范围的互动式指向装置10的影像撷取元件20在不同时间点撷取的光信号，经过处理单元30计算出相对应的坐标，并反映于显示屏幕90上。如图4所示，互动式指向装置10至光源92距离为一第一距离Dl，且第一距离Dl 小于一参考值R时，互动式指向装置10具有第一感测角度A。如图5所示，互动式指向装置 10至光源92距离为一第二距离D2，且第二距离D2大于一参考值R时，互动式指向装置10 具有第二感测角度B。其中，第一感测角度A大于第二感测角度B。当使用者操作此互动式指向装置10时，若是互动式指向装置10由第一感测角度 A转换成第二感测角度B，或是由第二感测角度B转换成第一感测角度A时，处理单元30所产生的坐标数据也需要进行数值转换的处理。若是坐标数据没有经过数值转换的处理，因为影像撷取元件20用以撷取的撷取范围不同，因此输出的坐标数据也会随着变动。也就是说，假如坐标数据没有经过数值转换，当互动式指向装置10由第一感测角度A转换成第二感测角度B，或是由第二感测角度B转换成第一感测角度A时，显示屏幕90上所显示的光标会快速的跳动，而造成使用者使用上的不便。因此，处理单元30所输出的坐标值，需要经坐标转换，才能使互动式指向装置10 不管操作于第一感测角度A或是第二感测角度B之下，都能够产生相同的坐标数据。此外，当互动式指向装置10至光源92距离小于一参考值R时，影像撷取元件20 利用第一撷取范围60撷取信号。因为第一撷取范围60大于第二撷取范围70，因此每次利用第一撷取范围60撷取信号将会消耗比较多的电力。为了使影像撷取元件20不管是利用第一撷取范围60或是第二撷取范围70都保持固定的电力消耗，当影像撷取元件20利用第一撷取范围60撷取信号时，影像撷取元件20会利用较低的取样频率进行撷取。而当影像撷取元件20利用第二撷取范围70撷取信号时，影像撷取元件20会利用较高的取样频率进行撷取。请参照图6，图6为根据本发明的切换撷取范围的方法流程图。在步骤SlOl中，提供一影像撷取元件20与一处理单元30。在步骤S102中，影像撷取元件20用以撷取一光源92，并输出一影像信号。处理单元30电性连接至影像撷取元件20，用以接收来自于影像撷取元件20的影像信号。在步骤S103中，取得光源92至互动式指向装置10之间的一距离。取得距离的方法为可由处理单元30执行。处理单元30可利用下述的方式进行距离的估计(一)根据影像信号中的光源92的大小来判断距离；(二)根据光源92至影像撷取元件20的抵达时间来判断距离；(三)根据影像信号中的第一点光源与第二点光源的间距来判断距离。在步骤S104中，根据此距离，控制影像撷取元件20操作于第一撷取范围60或第二撷取范围70以侦测光源92。也就是说，当此距离小于一参考值R时，影像撷取元件20以第一撷取范围60侦测此光源92。而当此距离大于一参考值R时，影像撷取元件20以第二撷取范围70侦测此光源92。在步骤S105中，根据影像撷取元件20侦测的影像信号，处理单元30将此影像信号转换为第一坐标数据或第二坐标数据。为了使光标位置保持固定，第一坐标数据或第二坐标数据需做转换，使其对应到相同的位置。综合以上所述，本发明所提出的互动式指向装置可自动地改变撷取范围，以对应不同的撷取角度，以降低互动式指向装置无法撷取到信号的状况。此外，此一互动式指向装置不管在进行大范围的侦测或是小范围的侦测，均可以保持相同的电能消耗。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，包括一影像撷取元件，操作于一第一撷取范围与一第二撷取范围，以撷取一光源，并输出一影像信号；以及一处理单元，当一互动式指向装置至该光源的一距离小于一参考值时，该处理单元控制该影像撷取元件以该第一撷取范围侦测该光源，该处理单元将该影像信号转换成一第一坐标数据，当该距离大于该参考值时，该处理单元控制该影像撷取元件以该第二撷取范围侦测该光源，该处理单元将该影像信号转换成一第二坐标数据。
2.根据权利要求1所述的可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，该第一撷取范围包括该第二撷取范围。
3.根据权利要求1所述的可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，该处理单元根据该影像信号中的该光源的大小，以判断该互动式指向装置至该光源的该距离。
4.根据权利要求1所述的可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，该处理单元根据该光源至该影像撷取元件的一抵达时间，以判断该互动式指向装置至该光源的该距1 O
5.根据权利要求1所述的可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，该光源包括一第一点光源与一第二点光源，该处理单元根据该影像信号中的该第一点光源与该第二点光源的一间距，以判断该互动式指向装置至该光源的该距离。
6.根据权利要求1所述的可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，当该距离小于该参考值时，该处理单元以一第一取样频率取样该影像撷取元件的该影像信号，当该距离大于该参考值时，该处理单元以一第二取样频率取样该影像撷取元件的该影像信号， 其中该第一取样频率小于该第二取样频率。
7.根据权利要求1所述的可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，更包括一信号发送元件，该信号发送元件用以传送该第一坐标数据或该第二坐标数据。
8.根据权利要求7所述的可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，该信号发送元件相容于一蓝牙传输标准。
9.根据权利要求1所述的可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，该影像撷取元件与该处理单元整合于一单芯片。
10.根据权利要求1所述的可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，该处理单元将该影像撷取元件不同时间点输出的该影像信号对比，以计算该第一坐标数据或该第二坐标数据。
11.根据权利要求1所述的可切换撷取范围的互动式指向装置，其特征在于，该影像撷取元件为一电荷耦合元件或是一互补式金属氧化层半导体。
12.一种用于一互动式指向装置的切换撷取范围的方法，其特征在于，包括提供一影像撷取元件与一处理单元；利用该影像撷取元件侦测一光源，并输出一影像信号；取得该光源至该互动式指向装置之间的一距离；以及当该距离小于一参考值时，控制该影像撷取元件操作于一第一撷取范围以侦测该光源，该处理单元将该影像信号转换成一第一坐标数据，当该距离大于该参考值时，控制该影像撷取元件操作于一第二撷取范围以侦测该光源，该处理单元将该影像信号转换成一第二坐标数据。
13.根据权利要求12所述的切换撷取范围的方法，其特征在于，该第一撷取范围包括该第二撷取范围。
14.根据权利要求12所述的切换撷取范围的方法，其特征在于，在取得该光源至该互动式指向装置之间的一距离的该步骤中，根据该影像信号中的该光源的大小，以判断该互动式指向装置至该光源的该距离。
15.根据权利要求12所述的切换撷取范围的方法，其特征在于，在取得该光源至该互动式指向装置之间的一距离的该步骤中，根据该光源至该影像撷取元件的一抵达时间，以判断该互动式指向装置至该光源的该距离。
16.根据权利要求12所述的切换撷取范围的方法，其特征在于，该光源包括一第一点光源与一第二点光源，其中在取得该光源至该互动式指向装置之间的一距离的该步骤中， 根据该影像信号中的该第一点光源与该第二点光源的一间距，以判断该互动式指向装置至该光源的该距离。
17.根据权利要求12所述的切换撷取范围的方法，其特征在于，该当该距离小于该参考值时，以一第一取样频率取样该影像撷取元件的该影像信号，当该距离大于该参考值时， 以一第二取样频率取样该影像撷取元件的该影像信号，其中该第一取样频率小于该第二取样频率。
18.根据权利要求12所述的切换撷取范围的方法，其特征在于，更包括一步骤传送该第一坐标数据或该第二坐标数据。
19.根据权利要求12所述的切换撷取范围的方法，其特征在于，该处理单元将该影像撷取元件不同时间点输出的该影像信号对比，以计算该第一坐标数据或该第二坐标数据。
全文摘要
本发明公开一种互动式指向装置。此互动式指向装置包括一影像撷取元件与一处理单元。影像撷取元件可操作于一第一撷取范围与一第二撷取范围。且影像撷取元件用以撷取一光源，并输出一影像信号。当互动式指向装置至光源的一距离小于一参考值时，处理单元控制影像撷取元件以第一撷取范围侦测光源，并且处理单元将影像信号转换成一第一坐标数据。当距离大于一参考值，处理单元控制影像撷取元件以第二撷取范围侦测光源，并且处理单元将影像信号转换成一第二坐标数据。同时本发明亦公开一种切换撷取范围的方法。
文档编号G06F3/033GK102375532SQ20101025120
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者吕志宏, 林卓毅, 简士期, 许恩峰, 陈信嘉, 高铭璨, 黄昭荐 申请人:原相科技股份有限公司