专利名称：空中鼠标及其红外线定位方法
技术领域：
本发明涉及一种空中鼠标，尤其是涉及一种空中鼠标的红外定位方法。
背景技术：
空中鼠标，顾名思义，是指能够在三维空间移动的鼠标。空中鼠标是平面鼠标的演进，它的基本功能是对屏幕上的光标进行操控。为了实现这一功能，需要对空中鼠标的移动进行捕捉，并将捕捉的移动信号输入给被操控的设备，从而将移动信号换算成屏幕上光标的移动。现有空中鼠标通常是使用三轴电子陀螺仪(又名角速度传感器)、三维加速度传感器来采集、计算鼠标的坐标、姿态参数，并将参数传送给电视机或机顶盒，由电视机、机顶盒控制光标的移动，从而实现空中鼠标功能。在此，空中鼠标的线性移动是依靠三维加速度传感器来测量的，但是这一测量方法有反应滞后、定位不准确、容易出现漂移、成本高等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种空中鼠标，其使用红外线定位方法进行鼠标的位置定位。本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种空中鼠标的红外线定位方法，包括以下步骤从设置于显示屏幕附近的红外光发射器发射红外光；在该空中鼠标的鼠标本体处持续地感应红外图像，该红外图像包含该红外光所形成的光点；在该鼠标本体移动过程中，持续地根据该光点在该红外图像上的坐标变化数据，计算该鼠标本体在一平面内的位置变化数据；以及将该位置变化数据传输至一被控设备，该被控设备用于驱动该显示屏幕。在本发明的一实施例中，该红外光发射器为单个，用于发射单束红外光。在本发明的一实施例中，通过射频2. 4GHz或5. SGHz信号传输该位置变化数据至该被控设备。本发明另提供一种空中鼠标，用于操控一显示屏幕上的光标，该空中鼠标包括红外光发射器和鼠标本体。红外光发射器适于从该显示屏幕附近发射红外光。鼠标本体，适于人手握持并包括红外图像感应器、处理器以及无线数据传输模块。红外图像感应器持续地感应红外图像，该红外图像包含该红外光所形成的光点。处理器在该鼠标本体移动过程中，持续地根据该光点在该红外图像上的坐标变化数据，计算该鼠标本体的位置变化数据。无线数据传输模块将该位置变化数据传输至一被控设备，该被控设备用于驱动该显示屏幕。在本发明的一实施例中，该红外光发射器为单个，用于发射单束红外光。在本发明的一实施例中，该红外光发射器内置于该显示屏幕。 在本发明的一实施例中，该红外光发射器是由该显示屏幕或该被控设备供电。在本发明的一实施例中，该红外光发射器为独立的设备。在本发明的一实施例中，该被控设备包括电视机、机顶盒和投影仪。
在本发明的一实施例中，该鼠标本体还包括电子陀螺仪。本发明由于采用以上技术方案，使用红外发射器发射的红外光进行鼠标的定位，可实现空中鼠标功能，同时克服现有空中鼠标技术的反应滞后、定位不准确、容易出现漂移、成本闻等缺陷。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明，其中图I示出本发明的空中鼠标的示例性实施环境。图2A-2C示出本发明一实施例的空中鼠标的红外线定位示意图。图3示出本发明一实施例的空中鼠标侧的光点定位流程。图4示出本发明一实施例的电视侧的光标定位流程。图5A-5B示出本发明一实施例的空中鼠标的旋转检测示意图。
具体实施例方式空中鼠标作为一种计算输入设备，可像传统鼠标一样操作屏幕光标，但却不需要放在任何平面上，在空中晃动或者移动就能直接使用。空中鼠标典型的设备形式包括机顶盒或电视机的遥控器。图I示出本发明的空中鼠标的示例性实施环境。参照图I所示，空中鼠标可包括鼠标本体Iio和红外光发射器120，它用来控制电视终端210。电视终端210则输出显示信号，驱动显示屏幕220显示。电视终端210内置或外接无线数据传输接收器，用于接收来自空中鼠标的按键信号、位置或姿态数据等。电视终端210可处理这些数据，并在传输给显示屏幕220的显示 信号中反映由这些数据引发的显示变化，例如按键的响应、光标位置的更改等。电视终端210可内置在电视机内，亦可为独立的机顶盒。显示屏幕220可为电视机屏幕或电脑屏幕，它通过音视频数据接口与电视终端连接。作为示例，目前典型的视频数据接口有VGA、HDMI、CVBS、YPbPr等。本实施例使用红外光进行空中鼠标的坐标定位。空中鼠标包含一个与鼠标本体110分离的红外光发射器120。这一红外光发射器120可固定地布置在显示屏幕220附近，朝用户(鼠标本体)方向发射红外光。鼠标本体110是一个合适人手握持的设备，它内置处理器111、红外图像感应器112、无线数据传输模块113、键盘114等模块。红外图像感应器112能持续接收到红外发射器(如红外光发射器120)发射的红外光线，形成连续的红外图像。处理器111可根据各红外图像中光点的坐标，计算出坐标变化数据，这一坐标变化数据能够反映鼠标本体110在平面内的位置变化。无线数据传输模块113能够将按键信号、坐标变化数据传送给电视终端210。在本发明的实施例中，无线数据传输可使用射频2. 4GHz或5. 8GHz技术。红外定位及光标控制的基本过程是，如图I所示，红外光发射器120持续地发射红外光，鼠标本体110内置的红外图像感应器112接收并形成红外图像，经处理器111分析获得红外光点坐标及变化，坐标变化数据经无线方式传输给电视终端210，由电视终端210控制光标在显示屏幕220上的显示、移动。
图2A-2C示出本发明一实施例的空中鼠标的红外线定位示意图。如图2A所示为某一时刻鼠标本体110的红外图像感应器112拍摄到的红外图像，其中有红外发射器120发射的光点，位于位置A。鼠标本体110移动后拍摄的红外图像为图2B，其中光点从位置A移动到位置B。作为鼠标移动的控制策略，屏幕上的鼠标光标则会往相反方向移动，如图2C，由C点移动至D点，且移动距离⑶与红外光点移动距离AB成比例。或者说,红外光点的位
移向量I 5与屏幕鼠标光标的位移向量^两者之间是一种线性映射关系
CD = -MMB ⑴其中k是一个比例系数。·这种线性映射类似于普通电脑鼠标在办公桌上的移动，与屏幕鼠标光标的移动之间的映射。正是这种线性映射，保证了用户移动鼠标的准确性和良好的操作体验。图3示出本发明一实施例的空中鼠标侧的光点定位流程。参照图3所示，于步骤300，红外光发射器120持续地发射红外光。相应地，于步骤301红外图像感应器112持续采集包含该红外光形成的光点的红外图像。然后，于步骤302这些图像交由处理器111进行图像分析处理，检测出光点的当前坐标。图像处理分析与光点坐标检测算法均为已知的技术，本发明不再详述。可以理解，存在光点及坐标无效的异常情形，例如鼠标本体移动到无法接收到红外光的情形，此时因此步骤303将判断是否出现这一异常。若是如此，将不处理此次坐标。否则，继续到步骤304得到光点位移，即光点的坐标变化数据。在步骤305，无线数据传输模块113将光点坐标变化数据发送至作为被控设备的电视终端。本实施例的优势在于，使用单个红外发射器120，红外图像感应器112所感应的图像内只有单个红外光点，处理器只需记住一个前一时刻的光点坐标，位移量计算也比多光点容易。因为若使用多光点，即便图像检测过程中分析出了其坐标，但还需与前一时刻的光点坐标建立对应关系，否则无法正确计算位移量；若再考虑到某些光点在红外拍摄区域以夕卜，更会增加计算复杂度。图4示出本发明一实施例的电视侧的光标定位流程。参照图4所示，在步骤400，电视终端210接收来自鼠标本体110的坐标变化数据，然后如步骤401在电视终端210可
根据前述公式(I)计算出屏幕光标的位移量。最后在步骤402根据屏幕上的当前光标位置结合偏移量⑶进行光标移动与显示。作为可选实施例，空中鼠标的鼠标本体110内还可配置电子陀螺仪(又明角速度传感器)，使之能感知鼠标本体Iio的主轴线姿态角度变化。如图5A所示，当鼠标本体110绕其显示屏幕垂直线(z轴)旋转角度Θ时，鼠标本体110通过电子陀螺仪检测并计算出到该角度变化，并将角度变化Θ传输给电视终端210，电视终端210则将先前用户选中的操作对象相应地旋转Θ角，如图5B所示。这种操作可用于体感游戏，如摩托赛车，或者虚拟现实(Virtual Reality)。结合光标平移,可实现显示带体感功能的鼠标。在本发明的另一实施例中，显示屏幕为投影仪，应用场景是幻灯演示。对于这种以单纯的鼠标光标移动控制为主的应用场景，出于成本考虑，可以不使用电子陀螺仪。在本发明的实施例中，红外发射器可由显示设备或电视终端直流供电，亦可内置微型纽扣电池独立供电。在本发明的实施例中，红外发射器可内置在显示设备或电视终端前面板，或通过线缆连接至显示设备或电视终端。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技 术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种空中鼠标的红外线定位方法，包括以下步骤 从设置于显示屏幕附近的红外光发射器发射红外光； 在该空中鼠标的鼠标本体处持续地感应红外图像，该红外图像包含该红外光所形成的光点； 在该鼠标本体移动过程中，持续地根据该光点在该红外图像上的坐标变化数据，计算该鼠标本体在一平面内的位置变化数据；以及 将该位置变化数据传输至一被控设备，该被控设备用于驱动该显示屏幕。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，该红外光发射器为单个，用于发射单束红外光。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，通过射频2.4GHz或5. SGHz信号传输该位置变化数据至该被控设备。
4.一种空中鼠标，用于操控一显示屏幕上的光标，该空中鼠标包括 红外光发射器，适于从该显示屏幕附近发射红外光；以及 鼠标本体，适于人手握持并包括 红外图像感应器，持续地感应红外图像，该红外图像包含该红外光所形成的光点；处理器，在该鼠标本体移动过程中，持续地根据该光点在该红外图像上的坐标变化数据，计算该鼠标本体的位置变化数据；以及 无线数据传输模块，将该位置变化数据传输至一被控设备，该被控设备用于驱动该显不屏眷。
5.如权利要求4所述的空中鼠标，其特征在于，该红外光发射器为单个，用于发射单束红外光。
6.如权利要求4所述的空中鼠标，其特征在于，该红外光发射器内置于该显示屏幕。
7.如权利要求4所述的空中鼠标，其特征在于，该红外光发射器是由该显示屏幕或该被控设备供电。
8.如权利要求4所述的空中鼠标，其特征在于，该红外光发射器为独立的设备。
9.如权利要求4所述的空中鼠标，其特征在于，该被控设备包括电视机、机顶盒和投影仪。
10.如权利要求4所述的空中鼠标，其特征在于，该鼠标本体还包括电子陀螺仪。
全文摘要
本发明涉及一种空中鼠标及其红外线定位方法，该定位方法包括以下步骤从设置于显示屏幕附近的红外光发射器发射红外光；在该空中鼠标的鼠标本体处持续地感应红外图像，该红外图像包含该红外光所形成的光点；在该鼠标本体移动过程中，持续地根据该光点在该红外图像上的坐标变化数据，计算该鼠标本体在一平面内的位置变化数据；以及将该位置变化数据传输至一被控设备，该被控设备用于驱动该显示屏幕。
文档编号G06F3/038GK102789328SQ20121031983
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者彭召旺 申请人:上海广电电子科技有限公司