专利名称：一种遥控装置、指向交互系统及光标控制方法
技术领域：
本发明涉及电视机及遥控器，尤其涉及一种应用于电视机和遥控器的遥 控装置、指向交互系统及光标控制方法。
背景技术：
一直以来，电视都是人们向外界获取信息、娱乐生活的重要途径，即便 是互联网快速发展的今天，电视也以其直观性、信息可靠性而在人们生活中 占据着不可动摇的位置。随着电视机功能的逐渐增加，人们对电视机的操作变得日益复杂。原有 的通过遥控器按键的操作方式已经逐渐不适应电视机发展的需要。参考个人 计算机系统的成功经验，通过类似鼠标的方式可以很方便的操作复杂界面。 但是由于人们使用电视机的习惯与个人计算机不同，直接使用传统鼠标操作 电视机无法得到理想的效果。发明内容本发明的主要目的是提出一种遥控装置、指向交互系统及光标控制方 法，以改变现有电视机的操作方式，解决上述现有技术中所指出的问题。 本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的。一种遥控装置，该遥控装置用于指向外部的载有多个红外标志点的平 面，该遥控装置包括红外图像采集装置，用于采集所述多个红外标志点发 射的红外光，生成红外图像数据；数据处理单元，用于接收所述红外图像数 据，并对所述红外图像数据进行处理，生成所述遥控装置基于所述多个红外 标志点所在平面的指向位置参数；以及信号发射器，与上述数据处理单元相 耦合，用于将所述指向位置参数发射出去。根据本发明的一实施例，所述红外图像采集装置包括红外滤光片，用 于过滤入射光线的可见光成分；以及摄像机，用于根据透过所述红外滤光片 的红外光，生成红外图像数据。根据本发明的一实施例，所述摄像机的可选分辨率包括320X240、 640 X480。根据本发明的一实施例，所述摄像机为CCD摄像机，包括CCD监控摄 像头。根据本发明的一实施例，所述摄像机具有广角镜头。根据本发明的一实施例，所述数据处理单元包括预处理单元，用于对 红外图像采集装置传输的红外图像数据进行二值化和搜索连通区域；过滤单 元，与上述预处理单元相连，用于根据每个红外标志点的尺寸和形状，对上 述连通区域进行过滤，以确定每一个红外标志点的编号；以及计算单元，与 上述过滤单元相连，用于根据上述红外标志点的位置，基于所述多个红外标 志点所在平面，计算遥控装置的指向位置参数。根据本发明的一实施例，所述信号发射器为红外信号发射器或蓝牙信号 发射器。一种指向交互系统，包括显示装置与遥控装置，所述显示装置包括多 个红外标志点，用于发射红外光；以及信号接收器，用于接收信号发射器发 射的信号；所述遥控装置包括红外图像采集装置，用于采集所述多个红外 标志点发射的红外光，生成红外图像数据；数据处理单元，用于接收所述红 外图像数据，并对所述红外图像数据进行处理，生成所述遥控装置基于所述 多个红外标志点所在平面的指向位置参数；以及信号发射器，与所述数据处 理单元相耦合，用于将所述指向位置参数发射出去。根据本发明的一实施例，所述红外标志点包括多个近红外波段发光二极管。根据本发明的一实施例，所述红外图像采集装置包括红外滤光片，用于过滤入射光线的可见光成分；以及摄像机，用于根据透过所述红外滤光片 的红外光，生成红外图像数据。根据本发明的一实施例，所述摄像机的可选分辨率包括320X240、 640 X480。根据本发明的一实施例，所述摄像机为CCD摄像机，包括CCD监控摄 像头。根据本发明的一实施例，所述摄像机具有广角镜头。根据本发明的一实施例，所述数据处理单元包括预处理单元，用于对 红外图像采集装置传输的红外图像数据迸行二值化和搜索连通区域；过滤单 元，与上述预处理单元相连，用于根据每个红外标志点的尺寸和形状，对上 述连通区域进行过滤，以确定每一个红外标志点的编号；以及计算单元，与 上述过滤单元相连，用于根据上述红外标志点的位置，基于所述多个红外标 志点所在平面，计算遥控装置的指向位置参数。根据本发明的一实施例，所述信号发射器为红外信号发射器或蓝牙信号 发射器；所述信号接收器为红外信号接收器或蓝牙信号接收器。一种光标控制方法，应用于显示装置和遥控装置，该显示装置包括多个 红外标志点和信号接收器，该遥控装置包括红外图像采集装置、数据处理单 元以及信号发射器，该方法主要包括下列步骤所述红外图像采集装置根据 所述多个红外标志点发射的红外光，生成红外图像数据；所述数据处理单元 接收所述红外图像数据，对该红外图像数据进行处理，以生成该遥控装置基 于所述多个红外标志点所在平面的指向位置参数；与上述数据处理单元相连 的信号发射器将上述指向位置参数发送到所述显示装置的信号接收器。根据本发明的一实施例，该方法还包括下列步骤所述红外标志点发射 红外光；所述图像采集装置的红外滤光片过滤掉入射光中的可见光；所述图 像采集装置的摄像机根据透过所述红外滤光片的红外光，生成红外图像数 据。根据本发明的一实施例，所述数据处理单元包括预处理单元、过滤单元 以及计算单元，上述分析处理的步骤还包括所述预处理单元对红外图像采 集装置传输的红外图像数据进行二值化和搜索连通区域；所述过滤单元根据 每个红外标志点的尺寸和形状，对上述连通区域进行过滤，以确定每一个红 外标志点的编号；以及所述计算单元根据上述红外标志点的位置，基于所述 多个红外标志点所在平面，计算遥控装置的指向位置参数。根据本发明的一实施例，所述确定红外标志点的编号的步骤是通过假设 检验和模板匹配的方法来进行。根据本发明的一实施例，所述计算方法为位置估计算法，包括四点共面 算法、POSIT算法。本发明的遥控装置、指向交互系统及光标控制方法，应用于电视机和遥 控器，使用红外图像识别的技术，通过遥控器指向电视机屏幕确定一个光标 位置，再配合遥控器上的按键来实现鼠标控制的目的，方便了人们对电视机 的控制和使用。
图1为本发明一较佳实施例的指向交互系统的示意图；图2为图1所示实施例中的遥控装置的内部结构示意图；图3为本发明一较佳实施例的遥控装置的结构方框图；图4为本发明一较佳实施例的指向交互系统的显示装置的结构方框图；图5为图1所示实施例中的数据处理单元的处理流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实 施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。本发明的核心内容是，使用红外图像识别的技术，利用遥控装置中安装的摄像机和前置红外滤光片，以及显示装置上设置的红外标志点组成的红外 跟踪系统，在所述摄像机上得到稳定的由红外标志点发射的红外光构成的红 外图像数据，再根据该红外标志点的信息，计算出该遥控装置在显示屏幕上 的指向位置参数，也即确定一个光标点，再配合遥控器上的按键实现交互控 制。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
首先请参照图1，本发明的指向交互系统包括两大部分，即显示装置1
和遥控装置4，显示装置l可以现在普遍使用的电视机来实现，而遥控装置 4可以应用于电视机的遥控器来实现。
其中，请参照图4，显示装置1除包含原有的功能单元，如中央处理单 元、显示单元外，还包括多个红外标志点2和一个信号接收器3，如图l所 示，这些红外标志点2以分散或密布的方式设置于显示装置1的显示屏的周 围，具体位置视需要而定，其主要用于发射近红外光线，以分别形成一个具 有一定形状和尺寸连通区域构成的红外图像，便于被识别和跟踪。在本实施 例中，每一个红外标志点都是由多个近红外波段发光二级管组成，当然，本 发明并不以此所作限制，其也可以是由其他的能够发射红外光的元件所组 成，或是由反射红外光的元件所组成，只要能够发出红外光以便于红外图像 采集装置识别和跟踪即可。而信号接收器3则设置于该显示装置上的便于接 收信号的位置，用于接收信号发射器发射的信号，例如遥控装置4的指向位 置参数以及遥控装置的按键信息等，并传送给显示装置1的中央处理单元进 行相应的控制或操作，例如移动光标、展开菜单等。在本实施例中，信号接 收器3可以是红外信号接收器，也可以是蓝牙信号接收器。
再请参照图2，同时请参照图3，根据本发明的这一实施例，遥控装置4 主要包含红外图像采集装置、数据处理单元7以及信号发射器8，其中，红 外图像采集装置安装于该遥控装置4的前端，用于实时获取和识别上述红外 标志点2发射的红外光形成的连通区域构成的红外图像，在本实施例中，其是由摄像机5和红外滤光片6所组成，红外滤光片6安装于摄像机5的光路 中，用于过滤入射光线的可见光部分，而只通过相应波段红外光；摄像机5 安装于遥控装置4的前端，与前述红外滤光片6相接，其镜头指向遥控装置 4的前方，以获取透过红外滤光片6的图像，并生成红外图像数据，在本实 施例中，该摄像机的可选分辨率为320X240、 640X480等，其较佳实施例 是CCD (Charged Coupled Device)摄像机，例如普通的CCD监控摄像头等。 数据处理单元7与红外图像采集装置相耦合，其一般设置于该遥控装置的内 部，主要包括预处理单元71、与该预处理单元相连的过滤单元72以及与该 过滤单元相连的计算单元73，该数据处理单元7用于对红外图像采集装置传 输的红外图像数据进行分析处理，提取出每个红外标志点2在图像中的位置， 并根据这些标志点来使用位置估计算法，如四点共面算法或POSIT算法等计 算遥控装置4的指向位置参数，具体的过程将在下文中说明。当然，为了计 算上的方便，选取的红外标志点的个数也很重要，通常不少于三个。信号发 射器8是与数据处理单元7相耦合，其一般设置于该遥控装置的端部，便于 发射信号的位置，用于将上述指向位置参数发送到前述信号接收器3。同样 的，在本发明的这一实施例中，信号发射器8既可以是红外信号发射器也可 以是蓝牙信号发射器，用于发射数据处理装置的计算结果，如遥控装置4的 指向位置参数，或者发射按键输入单元输入的按键信息。当采用红外信号发 射器时，该红外信号发射器会将数据处理单元的计算结果以编码的红外光方 式发送到前述信号接收器3。
下面请一并参照图5所示的数据处理单元的处理流程，以及图l一4所 示的本发明指向交互系统及显示装置、遥控装置的较佳实施例，对本发明的 一较佳实施例的光标控制方法进行说明。
在本实施例中，如图1所示，假设共有五个红外标志点2。 首先，红外标志点2发射出某一特定频率的红外光，这时显示装置l显 示的内容以及其他发光体也同时发出一定的光线，这些输入光线经过遥控装置4的红外图像采集装置中的红外滤光片6，请参照图2，最终由摄像机5 生成红外图像数据。
由于红外滤光片6过滤掉了输入光中的可见光部分，可见光中的显示装 置l显示的内容及其他可见光物体被有效过滤，从而避免了干扰，使得在摄 像机5获取的红外图像中只有五个红外标志点2发射的对应波段红外光所形 成的红外图像。
此时，摄像机5所获得的红外图像中只存在各个红外标志点2所形成的 光斑，由于各个红外标志点2是按照一定空间位置排列，它们各自形成的连 通区域构成的图像，也即上述的每个光斑也具有相应的位置关系，根据这个 位置关系可以识别出每个红外标志点2的编号。
然后，数据处理单元7接收到摄像机5的红外图像数据，并使用位置估 计算法，如四点共面算法或POSIT算法，计算出遥控装置4的指向位置参数， 以确定该遥控装置的指向方向。
其中，在采集红外图像，以检测计算遥控装置4的指向位置参数时，遥 控装置4需要指向显示装置1的屏幕，这样，由于摄像机5位于遥控装置4 的前端，其就可以也同时指向显示装置l的屏幕，让屏幕尽量在摄像机5的 视野中。为达到较佳的效果，摄像机5可选用广角镜头来扩大采集图像的区 域。
请参照图3、图5，下面对数据处理单元7的处理过程进行说明。 在本发明的这一实施例中，首先，如步骤S1，数据处理单元7要接收 摄像机5传输的红外图像数据，该过程在上文中已作说明，这里不再赘述； 然后，如步骤S2，数据处理单元7在接收到红外图像数据之后，由预处理 单元71对得到的红外图像数据进行预处理，这里的预处理主要措对红外图 像数据进行二值化，以及搜索每个红外标志点产生的连通区域；再然后，如 步骤S3，由过滤单元72根据每个红外标志点2构成的连通区域的尺寸和形 状，对上述步骤S2获取的连通区域进行过滤，去除其他发光物体的影响，并使用假设检验和模版匹配的方法，确定每一个连通区域对应的标志点编
号；最后，如步骤S4，再由计算单元73根据这些红外标志点2的位置，基 于所述多个红外标志点所在平面，也即显示屏，来计算遥控装置4的指向位
置参数，确定该遥控装置的指向方向。
一般普遍使用的是位置估计计算单元，也就是说，该位置估计计算单元
使用位置估计算法来计算遥控装置4的指向位置参数。
在该实施例中，实现上述计算的方法还有很多，例如
1:使用多点共面的位置估计方法进行计算，典型的如四点共面算法；
2:根据平面结构在仿射变换中的单应关系进行计算，典型的如POSIT算法。
上述计算方法都属于现有技术的内容，在此不再赘述。而本发明的该实 施例并不限于这两种方法，任何根据红外标志点的位置计算出遥控装置的指 向位置参数的方法都包含于本发明的保护范围。
最后，指向位置的计算结果通过遥控装置4的信号发射器8进行发射， 并由显示装置1的信号接收器3进行接收。这里，如前所揭露的，信号发射 器8和信号接收器3可以通过红外信号发射器、红外信号接收器来实现，其 结构和原理与一般电视遥控器的红外控制部分相同，不再赘述。而该信号发 射器8和该信号接收器3也可以通过蓝牙信号发射器、蓝牙信号接收器来实 现，众所周知，蓝牙技术己经广泛应用于各个技术领域，对于将其应用于本 发明的这一领域，实现起来也较为简单，在此不再赘述。
对于信号接收器接收到遥控装置的指向位置参数，传送给显示装置的中 央处理单元处理，以在显示装置的显示屏幕上显示一个光标的技术也已经在 计算机领域被广泛应用，例如，计算机系统的中央处理器能够根据接收到的 位置信息(如坐标x、 y值)，驱动"鼠标事件"在显示屏的相应位置显示一 个光标，这里也不再赘述。
需要说明的是，由于红外标志点都设置于显示装置1的固定位置上，故可以根据已知的红外标志点2在三维空间的位置，计算出遥控装置4指向方 向决定的射线与显示装置1的屏幕所在平面的焦点位置。该位置即为光标位 置。当用户手持遥控装置4指向显示装置1的显示屏的不同位置时，通过上 述工作过程，本发明的指向交互系统可以在屏幕对应位置，也即上述焦点位 置显示一个光标，从而实现用户与屏幕中的内容交互，再结合遥控装置4上 的按键，可以实现鼠标控制的各种功能。以上所述仅为本发明的一较佳实施例，而本发明的保护范围不限于此， 例如，根据本发明的另一实施例，所述红外标志点可以排列在一条直线上。对 红外图像进行处理时，首先搜索连通区域，之后按照标志点的数量，在所有连 通区域中选取相同数量的连通区域，使得这些连通区域的中心尽量位于同一直 线，并且这些连通区域中心之间的长度比与红外标志点实际位置之间的长度比 尽量相等。如此就可以认为这些连通区域就是所有红外标志点的图像，再求出 所有连通区域的重心，并且以重心在摄像机图像上的位置作为最终输出，以此 来控制光标在平面上，也即显示屏上的位置。也就是说，任何根据红外标志点在显示装置的位置来计算遥控装置的指向 位置参数的技术方案都应包含于本发明的保护范围。根据本发明的上述实施例，将本发明的遥控装置、指向交互系统及光标 控制方法应用于电视机和遥控器，在现有的电视机和遥控器上分别附加一些 设备，而不改变原有电视机的基本构造，轻松实现了遥控器的鼠标控制操作 电视机的目的。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了 进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任 何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种遥控装置，其特征在于，该遥控装置用于指向外部的载有多个红外标志点的平面，该遥控装置包括红外图像采集装置，用于采集所述多个红外标志点发射的红外光，生成红外图像数据；数据处理单元，用于接收所述红外图像数据，并对所述红外图像数据进行处理，生成所述遥控装置基于所述多个红外标志点所在平面的指向位置参数；以及信号发射器，与上述数据处理单元相耦合，用于将所述指向位置参数发射出去。
2、 根据权利要求1所述的遥控装置，其特征在于，所述红外图像采集 装置包括.-红外滤光片，用于过滤入射光线的可见光成分；以及摄像机，用于根据透过所述红外滤光片的红外光，生成红外图像数据。
3、 根据权利要求2所述的遥控装置，其特征在于，所述摄像机的可选 分辨率包括320X240、 640X480。
4、 根据权利要求2所述的遥控装置，其特征在于，所述摄像机为CCD 摄像机，包括CCD监控摄像头。
5、 根据权利要求2所述的遥控装置，其特征在于，所述摄像机具有广 角镜头。
6、 根据权利要求1所述的遥控装置，其特征在于，所述数据处理单元 包括预处理单元，用于对红外图像采集装置传输的红外图像数据进行二值化 和搜索连通区域；过滤单元，与上述预处理单元相连，用于根据每个红外标志点的尺寸和 形状，对上述连通区域进行过滤，以确定每一个红外标志点的编号；以及计算单元，与上述过滤单元相连，用于根据上述红外标志点的位置，基 于所述多个红外标志点所在平面，计算遥控装置的指向位置参数。
7、 根据权利要求1所述的遥控装置，其特征在于，所述信号发射器为 红外信号发射器或蓝牙信号发射器。
8、 一种指向交互系统，包括显示装置与遥控装置，其特征在于 所述显示装置包括-多个红外标志点，用于发射红外光；以及信号接收器，用于接收信号发射器发射的信号； 所述遥控装置包括红外图像采集装置，用于采集所述多个红外标志点发射的红外光， 生成红外图像数据；数据处理单元，用于接收所述红外图像数据，并对所述红外图像数 据进行处理，生成所述遥控装置基于所述多个红外标志点所在平面的指 向位置参数；以及信号发射器，与所述数据处理单元相耦合，用于将所述指向位置参 数发射出去。
9、 根据权利要求8所述的指向交互系统，其特征在于，所述红外标志 点包括多个近红外波段发光二极管。
10、 根据权利要求8所述的指向交互系统，其特征在于，所述红外图像 釆集装置包括红外滤光片，用于过滤入射光线的可见光成分；以及摄像机，用于根据透过所述红外滤光片的红外光，生成红外图像数据。
11、 根据权利要求10所述的指向交互系统，其特征在于，所述摄像机 的可选分辨率包括320X240、 640X480。
12、 根据权利要求10所述的指向交互系统，其特征在于，所述摄像机 为CCD摄像机，包括CCD监控摄像头。
13、 根据权利要求10所述的指向交互系统，其特征在于，所述摄像机 具有广角镜头。
14、 根据权利要求8所述的指向交互系统，其特征在于，所述数据处理单元包括预处理单元，用于对红外图像采集装置传输的红外图像数据进行二值化和搜索连通区域；过滤单元，与上述预处理单元相连，用于根据每个红外标志点的尺寸和 形状，对上述连通区域进行过滤，以确定每一个红外标志点的编号；以及计算单元，与上述过滤单元相连，用于根据上述红外标志点的位置，基 于所述多个红外标志点所在平面，计算遥控装置的指向位置参数。
15、 根据权利要求8所述的指向交互系统，其特征在于，所述信号发射 器为红外信号发射器或蓝牙信号发射器；所述信号接收器为红外信号接收器 或蓝牙信号接收器。
16、 一种光标控制方法，应用于显示装置和遥控装置，该显示装置包括 多个红外标志点和信号接收器，该遥控装置包括红外图像采集装置、数据处 理单元以及信号发射器，其特征在于，该方法主要包括下列步骤所述红外图像采集装置根据所述多个红外标志点发射的红外光，生成红 外图像数据；所述数据处理单元接收所述红外图像数据，对该红外图像数据进行处 理，以生成该遥控装置基于所述多个红外标志点所在平面的指向位置参数；与上述数据处理单元相连的信号发射器将上述指向位置参数发送到所 述显示装置的信号接收器。
17、 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法还包括下列步所述红外标志点发射红外光；所述图像采集装置的红外滤光片过滤掉入射光中的可见光；所述图像采集装置的摄像机根据透过所述红外滤光片的红外光，生成红 外图像数据。
18、 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述数据处理单元包 括预处理单元、过滤单元以及计算单元，上述分析处理的步骤还包括-所述预处理单元对红外图像采集装置传输的红外图像数据进行二值化 和搜索连通区域；所述过滤单元根据每个红外标志点的尺寸和形状，对上述连通区域进行 过滤，以确定每一个红外标志点的编号；以及所述计算单元根据上述红外标志点的位置，基于所述多个红外标志点所 在平面，计算遥控装置的指向位置参数。
19、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述确定红外标志点 的编号的步骤是通过假设检验和模板匹配的方法来进行。
20、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述计算方法为位置 估计算法，包括四点共面算法、POSIT算法。
全文摘要
本发明提供一种遥控装置、指向交互系统及光标控制方法，所述遥控装置，用于指向外部的载有多个红外标志点的平面，该遥控装置包括红外图像采集装置，用于采集所述多个红外标志点发射的红外光，生成红外图像数据；数据处理单元，用于接收所述红外图像数据，并对所述红外图像数据进行处理，生成所述遥控装置基于所述多个红外标志点所在平面的指向位置参数；以及信号发射器，与上述数据处理单元相耦合，用于将所述指向位置参数发射出去。本发明使用红外图像识别的技术，通过遥控装置指向显示装置确定一个光标位置，再配合遥控装置上的按键可以实现鼠标控制。
文档编号G08C23/00GK101290711SQ20071009842
公开日2008年10月22日 申请日期2007年4月18日 优先权日2007年4月18日
发明者艳 孟, 晖 李, 雷锦超, 魏舜仪 申请人:北京威亚视讯科技有限公司