[发明专利]具有提高的信噪比(SNR)的交互输入系统和图像捕获方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及交互输入系统，并且更具体地，涉及一种具有提高的信噪比的交互输入系统和一种图像捕获方法。

背景技术

允许用户使用有源指示器(例如，发出光、声音或其它信号的指示器)、无源指示器(例如，手指、触棒或其它适当物体)或诸如鼠标或轨迹球的其它适当输入设备来向应用程序注入输入的交互输入系统是已知的。这些交互输入系统包括但不限于：包括采用模拟电阻或机器视觉技术来注册指示器输入的触摸面板的触摸系统，诸如在美国专利No.5,448,263、6,141,000、6,337,681、6,747,636、6,803,906、7,232,986、7,236,162和7,274,356中公开的那些，这些专利被转让给本申请的受让人加拿大Alberta的Calgary的SMART Technologies ULC，其全部内容以引用方式被并入；包括采用电磁、电容、声音或其他技术来注册指示器输入的触摸面板的触摸系统；平板个人计算机(PC)；膝上型PC；个人数字助理(PDA)；以及其它类似设备。

以上并入的授予Morrison等人的美国专利No.6,803,906公开了一种触摸系统，该触摸系统采用机器视觉来检测与呈现了计算机生成图像的触摸表面的指示器交互。矩形边框或框架围绕接触表面，并且在其角部支撑具有数字相机形式的成像设备。数字相机具有重叠的视场，该视场包围并察看大体整个触摸表面。数字相机从不同的有利位置获取察看整个触摸表面的图像，并且生成图像数据。由数字相机获取的图像数据被机载数字信号处理器处理，以确定在所捕获的图像数据中是否存在指示器。当确定在所捕获的图像数据中存在指示器时，数字信号处理器向主控制器传送指示器特性数据，主控制器进而处理该指示器特性数据以使用三角测量来确定指示器在(x，y)坐标上相对于触摸表面的位置。指示器坐标被传送到执行一个或多个应用程序的计算机。计算机使用指示器坐标来更新在触摸表面上呈现的计算机生成的图像。在触摸表面上的指示器接触因此可被记录为书写或绘制，或用于控制由计算机执行的应用程序的执行。

使用机器视觉从多个指示器接收并处理输入的多触摸交互输入系统也是已知的。一种这样类型的多触摸交互输入系统使用熟知的受抑全内反射(FTIR)的光学现象。根据FTIR的一般原理，当诸如指示器的物体触摸光学波导管表面时，穿过光学波导管行进的光的全内反射(TIR)被抑制，导致一些光从触摸点逸出。在多触摸交互输入系统中，机器视觉系统捕获包括逸出的光的一个或多个点的图像，并且处理该图像以基于逸出的光的一个或多个点来识别指示器在光学波导管表面上的位置，以便用作应用程序的输入。

FTIR多触摸交互输入系统的一个实例在授予Han的美国专利申请公开No.2008/0029691中公开。Han公开了一种具有透明丙烯酸片材形式的光学波导管，紧贴该片材的一侧放置有多个高功率红外发光二极管(LED)。由LED向丙烯酸片材内发射的红外光由于全内反射而被受限在丙烯酸片材的上表面和下表面之间。在丙烯酸片材的非接触侧的上方设置有漫射体显示表面，并且在两者间具有小间隙，以便防止漫射体显示表面抑制全内反射。根据一个实施例，柔性表面覆盖层部署在丙烯酸片材的接触表面附近，并且在这两层之间有另一个小间隙，以便防止柔性表面覆盖层在被触摸之前抑制全内反射。当被触摸时，柔性表面覆盖层进而触摸丙烯酸片材并抑制全内反射。

如将理解的，在采用成像设备获取图像以通过处理来检测指示器输入的交互输入系统中，照明是重要的因素。为了快速而准确地确定指示器接触，同时避免错误的指示器接触，指示器必须清楚地显示在捕获的图像帧中。为了有利于指示器检测，照明源常常与采用成像设备的交互输入系统一起使用。这些照明源发出辐射，该辐射要么被指示器阻挡，使得指示器在本来亮的图像帧中表现为暗区域，要么被指示器反射，使得指示器在本来暗的图像帧中表现为亮区域。

例如，授予Akitt等人、2005年12月6日授权且转让给SMARTTechnologies ULC的美国专利No.6,972,401公开了一种带照明的边框，该边框用于在诸如以上并入的美国专利No.6,803,906中描述的触摸系统中使用。带照明的边框在数字相机可见的触摸表面上发射红外或其它适当的辐射。结果，在数字相机的视场中不存在无源指示器的情况下，带照明的边框在捕获的图像中表现为连续的亮带或“白”带。当无源指示器被带入数字相机的视场中时，无源指示器阻挡发出的辐射并且在捕获的图像中表现为中断亮带或“白”带的暗区域，这允许使用三角测量容易地确定指示器在捕获的图像中的存在情况并确定其位置。