专利名称：允许电视会议与会者之间视线接触的装置和方法
技术领域：
本发明涉及电视会议系统，具体地说，涉及在电视会议与会者之间提供视线接触的视频捕获和显示系统。
背景技术：
面对面的谈话通常被认为是人际交流的最好形式。所以，电视会议系统的目的就是要实现尽可能接近真实的面对面谈话的交流。
典型的电视会议系统包括每个会场的显示屏和摄像机。电视会议期间，第一会场的用户在显示屏上观看第二会场的图像。同时，第一会场的图像由摄像机捕获并投影到第二会场的显示屏上。第二会场的用户在第二显示屏上观看第一会场的图像，而第二会场的摄像机同时捕获第二会场的图像并将所述图像投影到第一会场的显示屏上。在先有技术中，与同一会场关联的投影仪和摄像机在不同的光路上工作。当第一会场的用户在第一屏幕上观看第二会场的图像时，他/她就不会看着摄像机。例如，设想电视会议系统使用传统的监控器作为显示装置，摄像机安装在监控器机壳的侧面、上部或底部。由于用户靠近监控器且摄像机设置在监控器显示屏的外周，捕获用户图像的透视或角度不是最佳的，所捕获的图像显示用户不是看着摄像机。这样，第一摄像机接收的不是直接的第一用户的图像。当将第一摄像机的图像投影到第二屏幕上时，第二用户也是看到第一用户的间接图像(即第二用户看到的第一用户的图像不看第二用户的视线)，所以用户之间没有”视线接触”。仅当第一用户直接看着摄像机(而不看第一屏幕上第二用户的图像)时，第二用户(看第二屏幕)和第一用户(看摄像机)之间才有视线接触。但是用户很少(即使有的话)改变他们头部的位置和视线以聚焦到摄像机上而不是聚焦到显示屏上，即使他们这样作时，用户头部位置的调节也很不自然，需要不少的集中和努力。这种先有技术系统由于不能捕获用户直接的全面部的图像而存在问题。总之，从没有一个时间是两个用户直接互相对看、在屏幕上看见全面部图像并有视线接触的。
US5400069公开了一种电视会议系统，利用专用的背投屏幕提供视线接触。投影仪和摄像机都设置在屏幕后面。屏幕对投影仪是半透明的，对摄像机是透明的，并且屏幕包括分段，所述各分段根据极化或角度来区分投影的光和由摄像机捕获的光。使来自摄像机相对侧和投影仪侧的光(例如来自与会者的反射光)通过屏幕并垂直极化，由摄像机捕获。在屏幕上反射的来自投影仪的光水平极化，不会被摄像机捕获，因为所述摄像机仅允许吸收垂直极化光。这样，看着屏幕上投影图像的与会者似乎也在看着屏幕后的摄像机，于是就可建立视线接触。
但US5400069需要定制的背投屏幕。在简单屏幕上或甚至墙上的正面投影如今已广泛适合于作为向指定会议室中的人群显示图像和信息的优选解决方案。这种显示技术也应当用作具有视线接触特征的电视会议的显示装置。
所以，需要有一种电视会议系统，它利用传统的正面投影提供视线接触，且不会捕获来自投影仪的干扰光。
发明概述在所附独立权利要求中定义的特征说明了本装置和方法的特征。
具体地说，本发明公开一种电视会议终点装置，它至少包括视频投影仪，所述视频投影仪发射在投影表面上创建一个或多个图像的光束，所述装置用于防止与终点关联的、对准视频投影仪并存在于所述光束之内的视频摄像机捕获光束，其中，所述电视会议终点装置包括光束区发生器，所述光束区发生器适合于产生在所述光束中的有光区或无光区以便代替所述一个或多个图像的一部分和/或把一部分加到所述一个或多个图像，覆盖所述视频摄像机的至少一部分，其中所述光束区的大小和形状由摄像机位置检测器确定。
本发明还公开了相应的方法。
附图简要说明为使本发明更易于理解，以下讨论将参阅附图进行。
图1为采用本发明优选实施例的电视会议系统的方框图；图2示出按照本发明优选实施例的工作时的终点；图3-6示出电视会议摄像机周围的光传感器的布局的各种实例；图7示出按照本发明另一个实施例的工作时的终点。
实施本发明的最佳方式以下将通过说明优选实施例和参阅附图来讨论本发明。但本专业的技术人员将实现所附权利要求书所定义的本发明范围内的其它应用和修改。
本发明将使用标准的正面投影设备作为发生器，在电视会议上显示图像。就是说，本发明可以使用会议室、教室等已安装的原有显示设备作为电视会议终点的显示装置，并同时提供在不同会场的与会者之间的视线接触。参阅图2，图中示出按照本发明的范例实施例的终点装置。用户正在观看由从终点编解码器接收图片的投影仪投影到亚麻布上的远端会场的图像。为获得良好的视线接触，终点的摄像机基本上设置在投影图像的中间，由例如支杆支撑。应当有可能至少在一个方向上移动摄像机的位置，手动移动，或任选地利用发动机驱动。在图2所示装置中，摄像机可以在垂直方向移动。
在利用投影仪作为显示装置的常规电视会议系统中，将摄像机设置在屏幕前面是不可取的，因为摄像机会捕获来自投影仪的光，这样在远端会场就会呈现出受干扰的图像。这个问题由本发明解决了，方法是在图像中形成黑区或黑斑(或交替的有光或无光的区/斑)，基本上覆盖了摄像机的光输入，具有相对摄像机的适当位置和大小，以防止发送到远端会场的图像质量变差。
本发明一个实施例的系统包括用于检测摄像机位置和产生黑斑的装置。摄像机位置检测装置必需输出与屏幕或图像像素相关的、对应于摄像机(一般是摄像机镜头)光输入的所需区的位置，避免来自投影仪的光落入到所述区中。在一个实施例中，光检测装置包括一个或多个光传感器，最好是光吸收二极管，设置在摄像机镜头的周围，如图3-6举例说明的。传感器的数量由黑斑相对于摄像机光输入的所需的精度以及摄像机移动的自由度而定。例如，如果摄像机的水平位置是固定的，且方形黑斑可以接受，则仅需一个光传感器，如图3所示，图中光传感器设置在摄像机透镜的正下方。在这种情况下，方形黑斑的区大小和垂直边缘已知，于是，方形的垂直边缘及方形水平边缘之间的关系就已知。从最初在传感器下的位置向上移动黑色方形的下水平边缘的位置，当光吸收增加(或，如果从最初在传感器上的位置向下调节边缘位置，光吸收减少)时，光传感器就发出信号。然后将下水平边缘位置设定为当前位置，并且根据所述的固定关系相应地设定上水平边缘的位置。当然，也可以将光传感器设置在摄像机透镜上面，利用上水平边缘作为指导边缘来定位两个水平边缘。
如果垂直边缘的位置不是固定的，例如由于在水平方向上的发动机驱动，必需在摄像机透镜的右侧或左侧设置附加的光传感器，如图4所示。垂直边缘位置的确定如上所述，其方法是在水平方向上移动它们中间的一个，并且在传感器中光吸收改变时停止移动。
当方形黑斑的大小是可变的时，例如由于摄像机的方向或倾斜度改变，透镜两侧以及上下侧都需要有光传感器，如图5所示。此时边缘的调节完全各自独立进行。
摄像机周围光传感器的其它布局也可适用，视所需精度、黑斑形状、以及摄像机的移动自由度而定。一个实例示于图6，图中黑斑的区由四个角上的光传感器来限定。
在本发明的另一实施例中，关于摄像机位置检测的输入信号由摄像机本身捕获。黑斑的形状对应于摄像机透镜的形状，后者在大多数情况下是圆形。黑斑发生器和摄像机透镜必需相配合以便找出黑斑的最佳位置和大小。如上所述，由黑斑占据的显示图片的区应尽可能小，但同时又要足够大以防止摄像机捕获来自投影仪的干扰光。
有许多方法来将按照本发明的系统初始化。如果是方形黑斑和光吸收传感器，黑斑最初覆盖屏幕的整个显示区域。然后一个或至少一些边缘向原来的黑斑中心移动，直到与各边缘关联的传感器检测到摄像机位置。于是，传感器发送信号给黑斑发生器，表明可使用当前位置。信号的发送可以在某百分比的投影仪光被传感器检测到时触发，以使移动停止在边缘正经过光传感器时。对摄像机定位的唯一要求是摄像机存在于最初的黑斑范围内(调节前)。
或者，黑斑最初可存在于摄像机透镜范围内。然后一个或至少一些边缘向外向关联的传感器移动，直到传感器检测到投影仪光减少或消失。于是传感器发送信号给黑斑发生器，表明可使用当前的边缘位置。如前所述，信号的发送可以在某个百分比的投影仪光被传感器检测到时触发，以使移动停止在边缘正经过光传感器时。在这种情况下，黑斑发生器必需知道摄像机的位置，以将最初的黑斑设置在摄像机透镜中。
在圆形黑斑的情况下，当摄像机本身的光捕获装置提供摄像机位置检测的输入时，初始化可以这样进行先将小圆形黑斑设置在摄像机透镜内的中心处。然后黑斑发生器放大黑斑，直到通过摄像机透镜的投影仪光大致为零，或换句话说，直到投影仪光不再干扰摄像机透镜捕获的图片。此时，黑斑发生器就得到一个信号，表明黑斑的当前区已合适，发生器停止放大黑斑。在这种情况下，黑斑发生器必需知道摄像机的位置，以便将最初的圆形黑斑设置在摄像机透镜内的中心。
初始化的目的，除了保护摄像机透镜从一开始就不受投影仪光的影响外，还要确定工作期间摄像机的位置、取向和倾斜度改变时可以使用的黑斑的参考位置和大小。按照本发明的优选实施例，一个单位的改变对应于投影到屏幕上的预定数量的像素。举例来说，考虑图2的装置。重新定位摄像机只能在一个方向进行，例如，由发动机驱动将连接摄像机的支杆向垂直方向移动。移动的进行是一次一步。一步代表固定的移动距离。所述移动距离很容易由黑斑发生器根据图像的大小转换成预定数量的像素。现在，当发动机驱动将摄像机向上或向下移动许多步时，黑斑发生器以步数乘以所述预定像素数的数量来移动上下边缘，重新产生黑斑。这样，黑斑就随摄像机在垂直方向上的移动而改变。在减小或放大在屏幕上的图像投影的情况下，预定的像素数应作相应改变。为此，最好把黑斑发生器和投影仪的变焦功能相联系。对于本专业的技术人员而言，水平方向的类似重新定位机制以及圆形黑斑的情况也就显而易见了。
摄像机取向和倾斜度的改变也要求黑斑的定位以及任选地黑斑大小的改变。所述取向或倾斜的”度”单位也与图像中的像素数相关联，与取向或倾斜的程度对应地重新产生代表所述移动的黑斑。取向或倾斜度的改变可以类似地对应于预定像素数的尺寸调节。
在本发明的可供选择的实施例中，黑斑随摄像机的移动而改变，与移动源无关。这是通过摄像机位置检测器来实现的所述摄像机位置检测器包括一个或多个辅助摄像机，安装在面对屏幕的主摄像机后面。辅助摄像机捕获屏幕上所显示图像的一个或多个斑点。图像斑点被发送到黑斑发生器，黑斑发生器配置成能识别图像斑点并识别它们在图像中的相对位置。考虑到辅助摄像机的方向、摄像机和屏幕间的距离、摄像机的取向和倾斜度(任选地由一个或多个简单的遥测计检测)，摄像机在图像区中的位置就能很容易计算出来。这样，黑斑发生器就能产生总是”附着”到图像区中的摄像机的黑斑。
在本发明的又一实施例中，主摄像机本身也用作摄像机位置检测器的输入。当投影光的数量由于摄像机相对于投影仪的移动而增加时，在黑斑发生器中启动一个过程，在所有图像像素中一个一个地产生具有预定虚假光值(例如黑色)的短暂微光，图像观众是看不见的。当摄像机捕获到所述光值时，黑斑发生器会注意到是哪一个像素当前被赋予所述虚假光值。当此过程处理完所有像素时，黑斑发生器注意到的那些像素就在图像中形成了重新产生的黑斑。此过程也可在初始化时使用，开始时例如黑图像被光值横过(traverse)，使黑斑发生器可以类似地检测形成初始黑斑的像素。
在本发明的又一实施例中，摄像机位置检测装置被包括在屏幕中。通过使屏幕具有光敏感性特征，使它适合于检测其上投影了图像的区域。此外，由于摄像机设置在投影仪的点光源内，所以它在屏幕上形成阴影。阴影在投影图像中的相对位置也可以通过屏幕的光敏感性特征检测。由于摄像机本身形成阴影，所以黑斑就能与阴影重合。阴影的位置和大小可以是黑斑的大小和位置的近似指示，或者黑斑可以是直接的复制件。
一般来说，黑斑发生器的任务是根据摄像机位置检测器的输入来确定所述图像像素中哪些像素要形成黑斑。它还需根据摄像机位置检测器的输入变化在会议期间重新产生其黑斑及其大小(任选)。黑斑发生器可以是与终点设备关联的编解码器或投影仪的一个组成部分，或是与其中一个或二者通信的独立装置。在所有情况下，由黑色或另一非干扰色数值来消除黑斑发生器所确定的形成黑斑的像素值，此过程或者在编解码器的解码过程之后进行，或者结合投影仪中的图像产生过程进行。
本发明的原理不限于摄像机设置在屏幕或亚麻布前的终点装置。此外，当摄像机是固定在、结合在、或甚至安装在屏幕后时，本发明的特征性都是有用的。当摄像机是在屏幕上的固定位置时，只需要本发明的初始化部分，但仍需要产生黑斑。当摄像机位于屏幕后时，屏幕相对于投影仪的光需是半透明的，以便将投影图像反射给观众，但对室内光是透明的，使摄像机能”看穿”屏幕。这种屏幕技术在光学技术中已知，例如用于将广告投影到商店橱窗上。
应当指出，在上述说明中使用的具体术语不是限制在独立权利要求中所定义的本发明的范围。举例来说，术语”摄像机位置检测器”并不排除摄像机的光输入和摄像机的其余部分分离开的情况，就像当像摄像机透镜通过光波导与摄像机分开那样。在这种情况下，是透镜的位置，而不是摄像机的位置，在控制着黑斑的位置和大小。而且，黑斑可以是任何形状，并可以充有适合于具体应用的任何种类的光(或没有光)。此外，投影仪的光束不限于仅创建一个图像。后者的实例示于图7。此时光束在屏幕上创建了两个图像，黑光区域形成为横向的H。
本发明允许将电视会议摄像机设置和定位在投影图像中任何需要的地方，以获得与另一端的与会者有最佳的视线接触，无需使用特殊或复杂的孔径。
此外，把标准投影仪合屏幕用于图像投影使用户可以把现有的会议室显示设备用作电视会议设备的一部分。
本发明为把摄像机倾斜、摇镜头和升高到理想的位置以便电视会议的与会者之间的最佳交流提供了灵活性。
权利要求
1.一种电视会议终点的装置，它至少包括发射在投影表面上创建一个或多个图像的光束的视频投影仪，所述装置用以防止与终点关联的、对准所述视频投影仪并存在于所述光束之内的视频摄像机捕获光束，其特征在于光束区发生器，它适合于在所述光束中产生有光区或无光区来代替和/或添加所述一个或多个图像的一部分，以便覆盖所述视频摄像机的至少一部分，其中所述区的大小和形状由摄像机位置检测器来确定。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述摄像机位置检测器适合于检测所述视频摄像机相对于所述一个或多个图像的位置、取向和/或倾斜度和/或其位置、取向和/或倾斜度的变化，并向所述光束区发生器提供位置或变化的信息，用于设置或调节所述有光区或无光区，以覆盖所述摄像机的至少一部分。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述摄像机位置检测器包括一个或多个光传感器，它们设置在所述视频摄像机附近或周围，适合于当所述有光或无光区的边缘与所述传感器之一交叉时检测所述交叉事件并发信号到所述光束区发生器。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述摄像机位置检测器包括所述视频摄像机，适合于当预定数量的所述光束和/或其分布被捕获时检测所述捕获事件并发信号到所述所述光束区发生器。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述摄像机位置检测器包括一个或多个辅助摄像机，它们面对投影表面，每个传感器捕获发送到所述光束区发生器上的一个或多个图像的各自斑点，其中，根据在一个或多个图像中的位置来识所述捕获的斑点别，除了所述辅助摄像机的相对于所述视频摄像机的角度和/位置外，这些捕获的斑点也用于推导出所述视频摄像机的位置、取向和/或倾斜度。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述摄像机位置检测器适合于一个一个地或一次多个地产生所述一个或多个图像的所有像素中的预定虚假光的微光，当所述摄像机位置检测器捕获到所述虚假光时就进行检测所述虚假光同时注意到是哪一个像素当时被赋予所述虚假光值，其中，所述光束区发生器适合于利用所述被注意到的像素来确定所述区。
7.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述摄像机位置检测器包括投影表面，适合于检测所述一个或多个图像以及由所述视频摄像机形成的阴影，其中，所述光束区发生器适合于由所述检测的阴影来限定所述区。
8.如权利要求2-7中任一项所述的装置，其特征在于所述光束区发生器适合于将所述有光或无光区的位置和/或大小初始化，其方法是最初产生基本上覆盖整个所述一个或多个图像的区，然后缩小所述区，直到所述位置检测装置检测到所述区的一个或多个边缘。
9.如权利要求2-7中任一项所述的装置，其特征在于所述光束区发生器适合于将所述有光或无光区的位置和/或大小初始化，其方法是最初产生覆盖所述视频摄像机中存在的所述一个或多个图像的一部分，然后扩大所述区，直到所述位置检测装置检测到所述区的一个或多个边缘。
10.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述光束区发生器适合于使用所述区的初始位置和/或大小作为参考，并通过使所述视频摄像机的机械移动距离与所述区的相对于图像像素中的基准的相应的偏移相关联，以便对所述区的位置和/或大小进行随后的调节。
11.如权利要求2-10中任一项所述的装置，其特征在于所述摄像机位置检测器结合到编解码器和/或所述视频摄像机中或连接到编解码器和/或所述视频摄像机。
12.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述视频摄像机设置在所述投影表面的前面或后面。
13.一种电视会议终点的方法，所述方法至少包括由视频投影仪发射在投影表面上创建一个或多个图像的光束，所述方法用以防止与终点关联的、对准所述视频投影仪并且存在于所述光束之内的视频摄像机捕获光束，其特征在于在所述光束中产生有光或无光区来代替所述一个或多个图像的一部分，或把一部分加到所述一个或多个图像上；以及至少调节所述有光或无光区的位置以便覆盖所述视频摄像机的至少一部分。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于利用光传感器和/或所述视频摄像机本身检测所述视频摄像机相对于所述一个或多个图像的位置、取向和/或倾斜度和/或其位置、取向和/或倾斜度的变化；以及提供所述变化信息并根据所述检测来调节所述有光或无光区。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于从相对于所述视频摄像机的已知位置和/或角度捕获所述一个或多个图像的一个或多个斑点，根据在所述一个或多个图像中的位置识别所述捕获的斑点，以及从所述识别的捕获的斑点和所述已知的位置和/或角度推导出所述视频摄像机的所述位置、取向和/或倾斜度。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于一次一个或多个像素地在所述一个或多个图像的所有像素中产生预定虚假光的微光，当所述摄像机捕获到所述虚假光时检测所述捕获事件，同时注意到是哪一个像素当时被赋予所述虚假光值，以及利用所述被注意到的像素来确定所述有光或无光区。
17.如权利要求13-16中任一项所述的方法，其特征在于将所述有光或无光区的位置和/或大小初始化，其方法是最初产生基本上覆盖整个所述一个或多个图像的区，缩小所述区，直到检测到所述区的所述一个或多个边缘为止。
18.如权利要求13-16中任一项所述的方法，其特征在于将所述有光或无光区的位置和/或大小初始化，其方法是最初产生覆盖存在于所述视频摄像机范围内的所述一个或多个图像的一部分的区，扩大所述区，直到检测到所述区的所述一个或多个边缘为止。
全文摘要
本发明公开一种电视会议终点的装置和方法，所述装置和方法提供不同会场的与会者之间的视线接触。本发明允许将会议摄像机设置在投影仪装置的光束中，但不会因投影仪的光线而使摄像机捕获的视图的质量变差。通过以下方法来实现这一点在光束中产生黑斑，覆盖摄像机透镜，并根据摄像机位置检测器来调节黑斑的位置和/或大小，摄像机位置检测器可以是摄像机本身或在摄像机透镜附近或周围的多个光传感器。
文档编号H04N7/15GK1788492SQ200480009422
公开日2006年6月14日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年4月7日
发明者S·克耶斯布, F·H·伦德, P·穆伦, T·F·马顿 申请人:坦德伯格电信公司