DE69700334T2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des kontaktpunktes eines objekts auf einem schirm - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Bestimmen des Kontaktpunkts eines Objekts mit einem Schirm. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung ein berührungsempfindliches Dateneingabesystem.
• Es gibt viele verschiedene Mechanismen zum Eingeben von Daten in rechnergestützte Systeme, wie zum Beispiel Tastaturen, "Maus"-Einrichtungen, Rollkugeln, Steuerknüppel und berührungsempfindliche Einrichtungen. Bekannte berührungsempfindliche Eingabeeinrichtungen, die allgemein als "Berührungsschirme" bezeichnet werden, beruhen auf verschiedenen Technologien, von denen die üblichsten untenstehend besprochen werden. In allen Fällen wird eine berührungsempfindliche Schirmeinheit in Verbindung mit der Anzeigeeinrichtung des Systems verwendet, wobei der Ort einer Berührung (durch einen Finger oder ein anderes Objekt) auf dem Schirm die Daten anzeigt, die in. das System eingegeben werden sollen.
• Eine übliche Form bekannter Berührungsschirmeinrichtungen verwendet die Technologie kapazitiver Überlagerung. Bei solchen Einrichtungen ist die Anzeigeeinheit mit einem Glasüberlagerungsschirm versehen, der mit einer dünnen durchsichtigen Leiterlage überzogen ist, und die Kapazität des Fingers (bzw. eines anderen Objekts, das dazu verwendet wird, den Schirm zu berühren) wird erfaßt, um den Berührungsort (und damit die Eingabedaten) zu bestimmen. Das heißt, das Berühren des Überlagerungsschirms mit einem Finger erzeugt eine kapazitive Kopplung mit der leitfähigen Lage, was einen Stromfluß zum Finger zur Folge hat. Der Stromfluß zum Finger von jeder Ecke des Schirms aus ist proportional zur Entfernung von jeder Ecke zum Kontaktpunkt des Fingers mit dem Schirm. Die Schirmkoordinaten des Kontaktpunkts können somit dadurch erhalten werden, daß die Verhältnisse der Ströme an jeder Ecke des Schirms gemessen werden.
• Einrichtungen mit kapazitiver Überlagerung sind zu einer hohen Auflösung fähig, leiden aber unter Drift und erfordern daher eine periodische Kalibrierung. Außerdem verringert die leitfähige Lage die spezifische Durchlässigkeit des Schirms auf etwa 85% bis 90%. Ferner ist zum Berühren des Schirms ein leitfähiger Taster erforderlich, und somit würde die Einrichtung nicht unbedingt funktionieren, wenn sie mit einem Finger in einem Handschuh berührt wird. Ein weiterer Nachteil kapazitiver Überlagerungseinrichtungen besteht darin, daß sie nicht dazu fähig sind, zwischen zwei getrennten, aber gleichzeitigen Berührungen zu unterscheiden (unter solchen Umständen wird der Durchschnitt der beiden Berührungspositionen berechnet).
• Bei einer anderen bekannten Art einer Berührungsschirmeinrichtung, die als "Kraftvektor"-Einrichtungen bekannt sind, ist die Anzeigeeinrichtung auf einer Unterlage montiert, die in drei Freiheitsgraden die Kraft mißt, die (dadurch, daß die Einrichtung mit einem Finger oder mit einem anderen Objekt berührt wird) auf die Einrichtung angewandt wird. Die gemessenen Komponenten der angewandten Kraft können zerlegt werden, um den Ort zu bestimmen, an dem die Kraft auf den Schirm angewandt wird. Solche Einrichtungen können jedoch keine besonders hohe Auflösung erreichen und sind nicht dazu fähig, zwischen gleichzeitigen Kräften zu unterscheiden, die an mehr als einem Ort angewandt werden. Außerdem ist die Kalibrierung dieser Art Einrichtung kompliziert und zeitaufwendig, und periodische Überprüfungen sind notwendig.
• Bei einer alternativen Einrichtung ist ein starrer Glasschirm an jeder Ecke über Dehnungsmeßfühler (zum Beispiel piezoelektrische Meßgrößenwandler) montiert. Ein Berühren des Schirms an einem beliebigen gegebenen Ort veranlaßt, daß an jedem der Dehnungsmeßfühler verschiedene Kräfte gemessen werden, aus denen der Ort der Berührung unter Verwendung eines geeigneten Algorithmus bestimmt werden kann. Mit solchen Einrichtungen kann zwar eine hohe Auflösung erreicht werden, jedoch ist die Kalibrierung kompliziert und zeitaufwendig, und da Drift ein Problem darstellt, ist eine periodische Kalibrierung erforderlich. Darüber hinaus können, wie bei den obigen Berührungsschirmen. Einrichtungen dieser Art nicht zwischen mehr als einem Berührungsort unterscheiden.
• Es gibt ferner bekannte Berührungsschirme, die die Technologie der Widerstandsüberlagerung verwenden. Solche Einrichtungen umfassen im wesentlichen einen sandwichartig konstruierten Überlagerungsschirm, der eine starre Glasträgerschicht aufweist, die mittels voneinander beabstandeter Isolatoren von einer oberen Deckschicht aus flexiblem Kunststoff (zum Beispiel Polyester) getrennt ist. Sowohl die Glasträgerschicht als auch die Kunststoffdeckschicht sind mit einer dünnen durchsichtigen metallischen Lage überzogen, so daß die beiden Lagen einander zugewandt sind (wobei sie durch die Isolatoren getrennt werden). Die Anordnung ist eine solche, daß ein Berühren der Deckschicht die beiden metallischen Lagen zusammendrückt, um am Kontaktpunkt einen leitfähigen Pfad zu bilden. Bei einer über die beiden metallischen Lagen aufgeschalteten Spannung kann das Verhältnis der Widerstände vom Kontaktpunkt zum oberen und zum unteren Rand und zu jedem Seitenrand des Schirms berechnet werden, um den Ort des Kontaktpunkts zu bestimmen. Solche Einrichtungen bieten eine hohe Auflösung, haben aber den Nachteil, daß die Überlagerungsstruktur relativ kompliziert ist. Außerdem kann von der spezifischen Durchlässigkeit solcher Einrichtungen nur erwartet werden, daß sie im Bereich von 50% bis 75% liegt, und Reflexion und Blendlicht können ein Problem darstellen. Ferner leiden Widerstandsüberlagerungseinrichtungen unter Drift, was zur Folge hat, daß eine periodische Kalibrierung erforderlich ist. Widerstandsüberlagerungseinrichtungen sind ferner nicht für eine Unterscheidung mehrerer Kontaktpunkte geeignet.
• Andere Beispiele bekannter Berührungsschirme verwenden Schallwellentechnologie. Bei einer solchen Art Einrichtung, die als eine Einrichtung mit geleiteten Wellen bekannt ist, werden Schallwellen unter Verwendung randmontierter Sender und Empfänger durch eine Glasschicht von Rand zu Rand übertragen. Ein Berühren der Schicht an einem beliebigen bestimmten Ort hat eine örtliche Abschwächung des akustischen Signals zur Folge. Diese Abschwächung kann erfaßt werden und dazu verwendet werden, die Berührungsposition zu berechnen. Die spezifische Durchlässigkeit solcher Einrichtungen beträgt jedoch nur etwa 90%. und sie leiden unter dem zusätzlichen potentiellen Nachteil, daß ein weicher, energieabsorbierender Taster (wie zum Beispiel ein Finger) verwendet werden muß. Bei solchen Einrichtungen ist es wiederum schwierig, zwischen mehreren Berührungspunkten zu unterscheiden.
• Als eine Variation der obigen Einrichtungen mit geleiteten Schallwellen existieren Einrichtungen, bei denen Schallwellen über die Oberfläche eines Glasschirms übertragen werden statt durch den Schirm. Solche Einrichtungen weisen ähnliche Nachteile auf wie Einrichtungen mit geleiteten Schallwellen und liefern eine geringere Auflösung.
• Schließlich sind abtastende Infraroteinrichtungen bekannt, die mehrere Infrarotstrahler und Infrarotdetektoren umfassen, die sich entlang der Oberseite bzw. der Unterseite und entlang der einen bzw. der anderen seitlichen Seite des Schirms erstrecken. Die Strahler werden sequentiell gepulst, um ein unsichtbares Gitter zu bilden, das dem Schirm überlagert ist, so daß ein Berühren des Schirms einen oder mehrere der Infrarotstrahlen unterbricht, woraus der Ort der Berührung bestimmt werden kann. Solche Einrichtungen leiden unter dem Nachteil, daß entlang den Rändern der Anzeige Strahler und Detektoren angeordnet werden müssen und daß die Auflösung auf die Anzahl bereitgestellter Strahler und Detektoren beschränkt ist. Ferner kann Parallaxe ein Problem darstellen, da die Infrarotstrahlen von der Oberfläche des Schirms verschoben sind. Mit solchen Einrichtungen ist es schwierig, zwischen zwei getrennten Berührungspunkten zu bestimmen [sic], außer wenn die Berührungspunkte sowohl in der x-Richtung als auch in der y-Richtung klar getrennt sind. (Eine große Nähe entweder in der x-Richtung oder in der y-Richtung kann eine uneindeutige Ausgabe zur Folge haben).
• Das Dokument US-A-4 561 017 beschreibt ein System, das ein großes Prisma verwendet, dessen größte Seitenfläche eine Zeichnungsoberfläche bildet und das mittels einer Kamera über eine weitere Oberfläche schräg beobachtet wird, so daß es auf eine Totalreflexion an der Zeichnungsoberfläche angewiesen ist. Eine Modifizierung der Kennzeichen der Zeichnungsoberfläche durch das Hinzufügen eines Objekts bzw. von Objekten, um ein Durchlassen durch die Oberfläche zu ermöglichen, erzeugt ein Bild auf der Oberfläche, das von der Kamera beobachtet wird.
• Dieses System beruht auf dem Effekt der Totalreflexion und ist somit völlig verschieden von der vorliegenden Erfindung.
• Das Dokument DE-A-39 32 508 beschreibt eine nichtmechanische Tastatureingabeeinrichtung, die auf eine ähnliche Weise wie eine mechanische Tastatur zwischen Positionen unterscheidet. Das heißt, wenn sich jemandes Finger an irgendeiner Stelle auf einem Tastenfeld befindet, wird die Taste betätigt, d. h. es gibt keine "Messung" der Fingerposition, sondern vielmehr eine grobe Quantisierung der Fingerposition, die für den vorgesehenen Zweck adäquat ist. Dieses Dokument enthält keine Offenbarung bzw. keinen Hinweis auf die Verwendung eines Streuschirms, und in der Tat könnte anstelle des durchsichtigen Mediums, das von einem Finger berührt wird, kein Streuschirm verwendet werden, da dies die Erzeugung eines Signals an jedem Lichtempfänger immer dann zur Folge hätte, wenn der assoziierte Lichtsender gepulst wird, und zwar unabhängig davon, ob ein Finger vorhanden ist oder nicht, wodurch die Fähigkeit, das Berühren eines Fingers in der Nähe eines Abtastgebiets bzw. einer "Taste" einzeln zu erkennen, völlig wegfällt.
• Das Dokument ICASSP '82 Proceedings, Bd. 7. Nr. 2, Mai 1982, Paris. FR. Seiten 818- 820, XP002029733. Mehta et al. "Feature extraction as a tool for computer input". offenbart eine Vorrichtung, die keine der Quelle 3 aus Fig. 1 äquivalente Beleuchtungsquelle zur Bestrahlung derjenigen genannten Seite des Schirms aufweist, die der genannten ersten Seite gegenüberliegt. Dieses Dokument verwendet Umlicht, das die erste Seite bestrahlt, und erfaßt die Dunkelheit, die von Objekten auf der Eingabeoberfläche erzeugt wird. EP-A-0 613 079 arbeitet auf ähnlicher Grundlage unter Verwendung eines Beleuchtungsmittels, das durch das Objekt "verdeckt" wird. Das verdeckte Bild wird von der Kamera erfaßt. Die Eingabeoberfläche ist wiederum nicht "rück"- beleuchtet sondern "vor"-beleuchtet.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mindestens einige der oben besprochenen Nachteile zu umgehen bzw. zu mildern.
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen des Orts des bzw. jedes Kontaktpunkts eines bzw. mehrerer Objekte mit einer ersten Seite eines mindestens teilweise durchsichtigen Streuschirms bereitgestellt, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
• (i) das Beleuchten derjenigen Seite des Schirms, die der ersten Seite gegenüberliegt, mit Strahlung:
• (ii) das Überwachen der Strahlung, die von dem Schirm und von jedem Objekt reflektiert wird, das in Kontakt mit der ersten Seite des Schirms gebracht wird, und das Erzeugen eines Signals, welches das überwachte Bild darstellt; und
• (iii) das Verarbeiten des überwachten Bildsignals um die Schirmkoordinaten des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm zu bestimmen.
• Der Ausdruck "Strahlung" wird oben (und hierin im folgenden) in einem allgemeinen Sinn gebraucht, um jede Strahlung abzudecken, für die der Schirm mindestens teilweise durchsichtig ist und die von einem geeigneten Objekt reflektiert werden kann, das die genannte erste Seite des Schirms berührt. Es ist jedoch bevorzugt, daß Infrarotstrahlung mit einer Frequenz in der Größenordnung von 4 · 10¹&sup4; Hz bis zu 3 · 10¹¹ Hz verwendet wird. Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren zum Bestimmen des Orts bereit, an dem ein Schirm berührt wird, das eine Reihe potentieller Vorteile gegenüber dem oben besprochenen Stand der Technik bietet, wenn es als Teil eines Dateneingabesystems verwendet wird. Unter Verwendung üblicher Bildverarbeitungsverfahren und -hardware ist es zum Beispiel relativ einfach, zwischen mehreren gleichzeitigen Kontaktpunkten mit dem Schirm zu unterscheiden. Außerdem ist das Verfahren nicht auf die Erfassung bestimmter Objekttypen beschränkt (z. B. auf leitfähige oder energieabsorbierende Taster, wie im Fall einiger der oben besprochenen Einrichtungen nach dem Stand der Technik) und kann somit dazu verwendet werden, ein Berühren des Schirms durch ein beliebiges Objekt zu erfassen, einschließlich eines Fingers (ob in einem Handschuh oder nicht).
• Ein weiterer Vorteil des obigen Verfahrens besteht darin, daß es keinen kompliziert konstruierten Schirm benötigt. Das Verfahren ist zum Beispiel besonders zur Verwendung in Verbindung mit einem Rückpro-Sichtanzeigesystem geeignet, bei dem der Schirm ein einfacher Streuschirm ist. Es ist leicht ersichtlich, daß das Verfahren besonders nützlich zur Verwendung in Verbindung mit Anzeigesystemen mit großen Schirmen ist, da der Schirm nicht auf irgendeine Weise speziell konstruiert sein muß. Ein weiterer Vorteil der einfachen Schirmstruktur (die zum Beispiel keine leitfähigen Überzüge etc. erfordert), besteht darin, daß der Schirm eine hohe spezifische Durchlässigkeit aufweisen kann.
• Durch eine geeignete Wahl der Ausrüstung, die dazu verwendet wird, die reflektierte Infrarotstrahlung zu überwachen (zum Beispiel eine oder mehrere Fernsehkameras), und eine geeignete Bildverarbeitung (d. h. Schritt (iii) oben) kann das Verfahren eine hohe Auflösung bereitstellen.
• Das zentrale Merkmal der Erfindung ist die Verwendung von Strahlung, und insbesondere die Reflexion von Strahlung vom Schirm, als eine Grundlage zum Bestimmen des Punkts (bzw. der Punkte), an dem (an denen) der Schirm berührt wird. Der Bildverarbeitungsschritt kann, je nach dem System, in dem das Verfahren verwendet wird, und nach den benötigten Informationen, erheblich variieren.
• Bei einem bevorzugten Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt der Verarbeitungsschritt (iii) zum Beispiel den Schritt des Subtrahierens einer Darstellung der Hintergrundstrahlung, die von dem Schirm reflektiert wird, von dem Signal, welches das überwachte Bild darstellt, um ein Signal abzuleiten, das örtliche Hervorhebungen darstellt, die eine Folge eines Kontakts des bzw. jedes Objekts mit dem Schirm sind.
• Bevorzugt umfaßt der Verarbeitungsschritt (iii) ferner den Schritt einer Schwellwertoperation bezüglich des Signals, das erfaßte Infrarothervorhebungen darstellt.
• Der Verarbeitungsschritt (iii) kann ferner das Ausführen von Berechnungen interessierender Bereiche umfassen; um sowohl die Schirmkoordinaten als auch die Größe des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm zu bestimmen und um zwischen mehreren Kontaktpunkten zu unterscheiden.
• Wie oben angerissen, kann das beschriebene Verfahren bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Das Verfahren ist jedoch besonders zur Verwendung mit einem Schirm geeignet (wie zum Beispiel einem Streurückproschirm), der Teil eines Sichtanzeigesystems ist und bei dem das Verfahren Teil eines Verfahrens zum Eingeben von Daten in den Systemprozessor ansprechend auf ein Berühren des Schirms ist, wobei die Dateneingabe in den Systemprozessor von dem Ort des bzw. jedes Punkts abhängt, an dem der Schirm berührt wird.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Bestimmen des Kontaktpunkts eines Objekts mit einer ersten Seite eines mindestens teilweise durchsichtigen Streuschirms bereitgestellt, wobei das System folgendes umfaßt: eine Strahlungsquelle zum Beleuchten derjenigen Seite des Schirms, die der ersten Seite gegenüberliegt, mindestens ein Strahlungserfassungsmittel zum Überwachen der Strahlung, die von dem Schirm und von jedem Objekt reflektiert wird, das in Kontakt mit der ersten Seite des Schirms gebracht wird, und zum Erzeugen eines Signals, welches das überwachte Bild darstellt, und Signalverarbeitungsmittel zum Verarbeiten des Signals, welches das überwachte Bild darstellt, um die Schirmkoordinaten des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm zu bestimmen.
• Das Signalverarbeitungsmittel ist bevorzugt ein Bildprozessor, der ein Hintergrundbild der Hintergrundstrahlung speichert, die von dem Schirm reflektiert wird, und dieses von dem überwachten Bild subtrahiert, um ein Signal zu erzeugen, das überwachte Strahlungshervorhebungen reflektierter Strahlung von dem bzw. jedem Objekt darstellt, das in Kontakt mit dem Schirm gebracht wird.
• Der Bildprozessor kann eine Schaltungsanordnung für eine Schwellwertoperation umfassen.
• Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt der Bildprozessor eine Schaltungsanordnung zur Gruppenanalyse, die ein Signal von der Schaltungsanordnung für eine Schwellwertoperation empfängt und die ein Signal erzeugt, das die Schirmkoordinaten des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm darstellt. Die Schaltungsanordnung zur Gruppenanalyse kann dazu angepaßt sein, die Größe des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm zu bestimmen. Außerdem kann ein weiteres Verarbeitungsmittel bereitgestellt werden, um von der Signalausgabe aus der Schaltungsanordnung zur Gruppenanalyse Komponenten zu eliminieren, die Kontaktpunkte unterhalb einer Mindestgröße darstellen. Ähnlich können Verarbeitungsmittel bereitgestellt werden, um von dem Signal Komponenten zu eliminieren, die Kontaktpunkte oberhalb einer vorgegebenen maximalen Größe darstellen.
• Das System eignet sich besonders für eine Verwendung in Verbindung mit einem Schirm eines Sichtanzeigesystems, wie zum Beispiel eines Rückprosystems.
• Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sichtanzeigesystem bereitgestellt, das einen Streurückproschirm und ein System, wie oben beschrieben, zum Bestimmen der Schirmkoordinaten des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm umfaßt.
• Das System kann einen Bildprojektor umfassen, der auch als die Strahlungsquelle fungiert.
• Es wird nun lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sichtanzeige- und Dateneingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung; und
• Fig. 2 ein Blockdiagramm, das schematisch die Bildverarbeitungsschritte des Systems aus Fig. 1 darstellt.
• Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen. Das schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Rückpro-Anzeigesystem. Der Bildanzeigeteil des Systems umfaßt einen Bildprojektor 1 und einen Streurückproschirm 2. Das System ist so konstruiert, daß Daten durch ein Berühren des Schirms 2 (an der Seite davon, die der des Projektors 1 gegenüberliegt) an einer oder mehreren geeigneten Orten in das System eingegeben werden können. Der (die) Berührungsort(e) kann (können) zum Beispiel von dem/der Benutzerin ansprechend auf ein Bild eines Bedienfelds, das auf den Schirm 2 projiziert wird, oder ansprechend auf eine interaktive Spielanzeige ausgewählt werden.
• Um zu ermöglichen, daß die Schirmkoordinaten des Berührungsorts (der Berührungsorte) bestimmt werden, umfaßt das System ein Infrarotstrahlungsflutlicht 3, das die Rückseite des Schirms 2 mit Infrarotstrahlung beleuchtet, und eine infrarotempfindliche Fernsehkamera 4, die hinter dem Schirm 2 angebracht ist, um die von der Rückseite des Schirms 2 reflektierte Infrarotstrahlung zu überwachen. Die Infrarotkamera 4 erzeugt ein Signal, welches das überwachte Infrarotbild darstellt (das hierin im folgenden als das "überwachte Bild" bezeichnet wird) und welches an einen Bildprozessor 5 ausgegeben wird, der auf eine untenstehend beschriebene Weise die Schirmkoordinaten jedes Punkts bestimmt, an dem der Schirm berührt wird.
• Wenn kein Objekt den Schirm 2 berührt, dann handelt es sich bei der reflektieren Infrarotstrahlung, die von der Kamera 4 aufgenommen wird, um die Umgebungshintergrundstrahlung, die vom Schirm 2 als ganzem reflektiert wird. Dieses "Hintergrundbild" wird im Bildprozessor gespeichert und wird ständig mit dem überwachten Bild verglichen.
• Während eines großen Teils der Zeit wird das überwachte Bild dem Hintergrundbild genau entsprechen. Wenn der Schirm jedoch (auf der Seite, die der des Bildprojektors 1 etc. gegenüberliegt) unter Verwendung eines Fingers oder eines anderen geeigneten Objekts berührt wird, dann wird aufgrund der Energie, die von dem Finger/Objekt reflektiert wird, der/das den Schirm berührt, eine örtliche Infrarothervorhebung erzeugt. Diese Hervorhebung wird von der Infrarot-Fernsehkamera 3 zusammen mit der Hintergrundstrahlung aufgenommen. Das überwachte Bild, das die Hervorhebung enthält, wird dann vom Bildprozessor verarbeitet, um die Schirmkoordinaten des Kontaktpunkts des berührenden Fingers/Objekts (bzw. der berührenden Objekte) zu erhalten.
• Die Komponenten des Bildprozessors 5 sind schematisch im Blockdiagramm aus Fig. 2 dargestellt. Die einzelnen Komponenten sind Standardkomponenten und werden daher nicht im Detail beschrieben. Die von der Infrarotkamera 4 kommende Signalausgabe des überwachten Bildes wird zunächst an eine arithmetische Bildfangschaltung 6 geleitet (Modellnummer SMT303, geliefert von Kane Computing, 7 Theatre Court, London Road, Northwich. Cheshire CW9 5HB). Die arithmetische Bildfangschaltung umfaßt im wesentlichen ein Bildfangschaltungsmodul 6a, einen Hintergrundbildspeicher 6b (in dem das "Hintergrundbild" gespeichert ist, wie oben erwähnt) und eine Subtrahierschaltung 6c. Die Bildfangschaltung 6a gibt ein Signal sowohl an die Subtrahierschaltung 6c als auch an den Hintergrundbildspeicher 6b aus, der selbst ein Signal an die Subtrahierschaltung 6c ausgibt. Die Subtrahierschaltung 6c subtrahiert das Hintergrundbild vom überwachten Bild (das jegliche Infrarothervorhebung infolge einer Berührung des Schirms umfassen wird), und das sich ergebende Signal wird in einen Schwellwertdetektor 7 eingegeben (von Kane Computing gelieferter Lauflängencodierer SMT309).
• Das Ausgabesignal aus dem Schwellwertdetektor wird in eine Digitalvideoschnittstelle 8 eingegeben (das von Kane Computing gelieferte Modell SMT308). die als eine Gruppenanalyseschaltung fungiert. Die Digitalvideoschnittstelle führt Berechnungen interessierender Bereiche aus und gibt sowohl die x-Schirmkoordinate und die y-Schirmkoordinate jeder örtlichen Infrarothervorhebung im überwachten Bild als auch die x-Breite und die y-Breite jeder Hervorhebung aus.
• Es ist somit ersichtlich, daß es mit dem beschriebenen System, welches übliche Bildverarbeitungskomponenten und -techniken umfaßt, möglich ist, sowohl den Ort als auch die Größe des Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm 2 zu bestimmen und zwischen mehreren Kontaktpunkten zu unterscheiden.
• Falls gewünscht, kann die Signalausgabe aus der Digitalvideoschnittstelle 8 weiter verarbeitet werden, um Komponenten des Signals zu eliminieren, die Kontaktstellen unterhalb einer Mindestgröße entsprechen (wodurch gewährleistet wird, daß die Infrarothervorhebung die Folge eines eindeutigen Kontakts mit dem Schirm durch ein Objekt einer gegebenen Größenordnung ist), und/oder um Signalkomponenten zu eliminieren, die Infrarothervorhebungen über einer vorgegebenen Größe entsprechen, um beiläufige Kontakte unberücksichtigt zu lassen, wie zum Beispiel, wenn eine Hand auf den Schirm gelegt wird.
• Die Signalausgabe vom Bildprozessor kann dann an die (nicht dargestellte) ZE des Systems geleitet werden, die das Bild, das auf den Schirm projiziert wird, steuert und die den bekannten Ort des bzw. jedes Berührungspunkts mit dem Schirm in geeignete Eingabedaten umwandeln kann.
• Das System benötigt wenig Kalibrierung, und Drift sollte kein Problem sein. Falls nötig, kann das gespeicherte Hintergrundbild jedoch aktualisiert werden, um irgendwelche Änderungen der Hintergrundstrahlung zu berücksichtigen, zum Beispiel aufgrund eines Alterns der Infrarotquelle.
• Es versteht sich, daß das beschriebene System auf verschiedene Objekte anspricht, die dazu verwendet werden, den Schirm zu berühren, einschließlich Fingern (mit Handschuhen oder ohne) und anderen Formen von Tastern.
• Geeignet fachkundigen Personen wird ferner deutlich sein, daß die Einzelheiten des Bildprozessors und des Bildverarbeitungsverfahrens variieren können. Der oben beschriebene Bildprozessor wird unter Verwendung üblicher Komponenten zusammengebaut, aber es versteht sich, daß auch andere Bildverarbeitungsverfahren und -hardware verwendet werden können. Außerdem versteht sich, daß die Einzelheiten der Infrarotquelle, des Bildprojektors und des Infrarotdetektors (d. h. der Fernsehkamera) variiert werden könnten. Der Bildprojektor könnte zum Beispiel auch als eine Infrarotstrahlungsquelle fungieren, so daß das dedizierte Flutlicht 3 nicht benötigt wird. Ferner könnte durch die Verwendung von mehr als einem Infrarotdetektor (z. B. eine Kamera) die Auflösung erhöht werden.
• Darüber hinaus versteht sich, daß die Anwendung des Verfahrens zum Bestimmen des Kontaktpunkts eines Objekts mit einem Schirm gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf Rückprosysteme bzw. nicht einmal auf Sichtanzeigesysteme beschränkt ist.

Claims (19)

1. Verfahren zum Bestimmen des Orts des bzw. jedes Kontaktpunkts eines bzw. mehrerer Objekte mit einer ersten Seite eines mindestens teilweise durchsichtigen Streuschirms (2), wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

(i) das Beleuchten derjenigen Seite des Schirms, die der ersten Seite gegenüberliegt, mit Strahlung;

(ii) das Überwachen der Strahlung, die von dem Schirm und von jedem Objekt reflektiert wird, das in Kontakt mit der ersten Seite des Schirms gebracht wird, und das Erzeugen eines Signals, welches das überwachte Bild darstellt; und

(iii) das Verarbeiten des überwachten Bildsignals, um die Schirmkoordinaten des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm zu bestimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Verarbeitungsschritt (iii) den Schritt des Subtrahierens einer Darstellung der Hintergrundstrahlung, die von dem Schirm reflektiert wird, von dem Signal umfaßt, welches das überwachte Bild darstellt, um ein Signal abzuleiten, das örtliche Hervorhebungen darstellt, die eine Folge eines Kontakts des bzw. jedes Objekts mit dem Schirm sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Verarbeitungsschritt (iii) ferner den Schritt einer Schwellwertoperation bezüglich des Signals umfaßt, das erfaßte Hervorhebungen darstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Verarbeitungsschritt (iii) ferner das Ausführen von Berechnungen interessierender Bereiche umfaßt, um sowohl die Schirmkoordinaten als auch die Größe des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm zu bestimmen und um zwischen mehreren Kontaktpunkten zu unterscheiden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schirm Teil eines Sichtanzeigesystems ist und das Verfahren Teil eines Verfahrens zum Eingeben von Daten in den Systemprozessor ansprechend auf ein Berühren des Schirms ist, wobei die Dateneingabe in den Systemprozessor von dem Ort des bzw. jedes Punkts abhängt, an dem der Schirm berührt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schirm ein Rückpro-Streuschirm ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schirm mit Infrarotstrahlung beleuchtet wird.

8. System zum Bestimmen des Kontaktpunkts eines Objekts mit einer ersten Seite eines mindestens teilweise durchsichtigen Streuschirms (2), wobei das System folgendes umfaßt; eine Strahlungsquelle (3) zum Beleuchten derjenigen Seite des Schirms, die der ersten Seite gegenüberliegt, mindestens ein Strahlungserfassungsmittel (4) zum Überwachen der Strahlung, die von dem Schirm und von jedem Objekt reflektiert wird, das in Kontakt mit der ersten Seite des Schirms gebracht wird, und zum Erzeugen eines Signals, welches das überwachte Bild darstellt, und Signalverarbeitungsmittel (6-8) zum Verarbeiten des Signals, welches das überwachte Bild darstellt, um die Schirmkoordinaten des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm zu bestimmen.

9. System nach Anspruch 8, bei dem das Signalverarbeitungsmittel ein Bildprozessor (6) ist, der ein Hintergrundbild der Hintergrundstrahlung speichert, die von dem Schirm reflektiert wird, und dieses von dem überwachten Bild subtrahiert, um ein Signal zu erzeugen, das überwachte Strahlungshervorhebungen reflektierter Strahlung von dem bzw. jedem Objekt darstellt, das in Kontakt mit dem Schirm gebracht wird.

10. System nach Anspruch 9, bei dem der Bildprozessor eine Schaltungsanordnung (7) für eine Schwellwertoperation umfaßt.

11. System nach Anspruch 10, bei dem der Bildprozessor eine Schaltungsanordnung (8) zur Gruppenanalyse umfaßt, die ein Signal von der Schaltungsanordnung (7) für eine Schwellwertoperation empfängt und die ein Signal erzeugt, das die Schirmkoordinaten des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm darstellt.

12. System nach Anspruch 11, bei dem die Schaltungsanordnung zur Gruppenanalyse dazu angepaßt ist, die Größe des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm zu bestimmen.

13. System nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Signalausgabe von der Schaltungsanordnung zur Gruppenanalyse in ein weiteres Verarbeitungsmittel eingegeben wird, das Komponenten von dem Signal eliminiert, die Kontaktpunkte unterhalb einer Mindestgröße darstellen.

14. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Signalausgabe von der Schaltungsanordnung zur Gruppenanalyse in ein weiteres Verarbeitungsmittel eingegeben wird, das Komponenten von dem Signal eliminiert, die Kontaktpunkte oberhalb einer vorgegebenen maximalen Größe darstellen.

15. System nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem das System zur Verwendung in Verbindung mit einem Schirm eines Sichtanzeigesystems angepaßt ist.

16. System nach Anspruch 15, bei dem das System zur Verwendung in Verbindung mit einem Rückproschirm angepaßt ist.

17. Sichtanzeigesystem, das einen Streurückproschirm und ein System nach einem der Ansprüche 8 bis 16 zum Besti mmen der Schi rmkoordinaten des bzw. jedes Kontaktpunkts eines Objekts mit dem Schirm umfaßt.

18. Sichtanzeigesystem nach Anspruch 16, bei dem das System einen Bildprojektor (1) umfaßt, der auch als die Strahlungsquelle fungiert.

19. Sichtanzeigesystem nach einem der Ansprüche 17 bis 18, bei dem die Strahlungsquelle eine Quelle von Infrarotstrahlung ist.