CN101526848A - 坐标判定***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种坐标判定***，包含一影像撷取模块、一分割模块、一判断模块及一转换模块。该影像撷取模块用以撷取对应于一屏幕的多个影像。该分割模块用以将该多个影像的重叠影像范围分割成(M*N)个子范围，其中M及N均为正整数。该判断模块用以判断一指示点位于该影像中的一位置。若该指示点位于所述子范围中的一子范围内，且该指示点相对于该子范围中的一相对原点具有一影像坐标，则该转换模块根据一比例参数将该影像坐标转换为一屏幕坐标。

Description

坐标判定***及方法

技术领域

本发明涉及一种坐标判定***及方法，且特别是涉及一种用以判定出现在屏幕上的指示点的屏幕坐标的坐标判定***及方法。

背景技术

近年来，由于影像显示技术不断地进步，目前的屏幕显示面板除了可支持触控输入之外，也可通过远程红外线投射的方式进行输入。触控式显示面板被广泛地应用于各种电子产品中，例如自动柜员机、销售点终端机、游客导览***或工业控制***等。

一般的触控式屏幕面板，可以利用摄影机或相机拍摄包含屏幕范围的影像，并通过完成影像与实际屏幕上的位置的对映后，即能实现面板上单一触控点的检测。

然而，通过摄影机或相机所拍摄的包含屏幕范围的影像，往往会有扭曲失真的现象发生，尤其是使用鱼眼镜头进行拍摄时，所产生的失真的情形更是严重，一般可分成桶状失真及枕状失真两种情况。虽然这两种情况均可以通过相对应的校正方程式进行影像校正的动作，但是若要针对影像中的某一区块进行校正时，就需要利用更复杂繁琐的校正方程式，才能顺利完成影像校正的工作，以使得影像中的触控点坐标能正确地对映至实际屏幕上的点坐标，不仅需大量的运算资源，且相当费时及不便。

因此，本发明的主要范畴在于提供一种坐标判定***及坐标判定方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种坐标判定***及坐标判定方法。根据本发明的一具体实施例即一坐标判定***。该坐标判定***用以判定出现在一屏幕上的一指示点的一屏幕坐标(X，Y)。

该坐标判定***包含一影像撷取模块、一分割模块、一判断模块及一转换模块。该影像撷取模块用以撷取对应于该屏幕的多个影像。该分割模块电连接至该影像撷取模块，并用以将该多个影像的重叠影像范围分割成(M*N)个子范围而成一具有(M*N)个子范围的影像，其中M及N均为正整数。该判断模块电连接至该分割模块，并用以判断该指示点位于该影像中的一位置。

该转换模块电连接至该判断模块，若该判断模块判断该指示点位于该(M*N)个子范围中的第(a，b)个子范围内，并且该指示点相对于该第(a，b)个子范围中的一相对原点具有一影像坐标(x，y)，则该转换模块根据一比例参数将该影像坐标(x，y)转换为该屏幕坐标(X，Y)。其中a为小于M的正整数，b为小于N的正整数。

相较于现有技术，根据本发明的坐标判定***及坐标判定方法，可以避免传统上欲校正摄影镜头所拍摄到扭曲失真的影像时，必须使用非常复杂的校正方程式才能进行影像校正的缺点。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1示出了根据本发明的一具体实施例的坐标判定***的功能方块图。

图2A及图2B分别示出了分割模块在屏幕中打出水平及垂直方向长条图的示意图。

图3示出了分割模块将一影像的影像范围分割成48个子范围的示意图。

图4示出了屏幕分割成48个区块的示意图。

图5示出了由鱼眼镜头所拍摄的包含屏幕的影像。

图6示出了由子范围的四格子点所形成的四个直线方程式。

图7示出了指示点P被判断位于第(4，3)个子范围内。

图8示出了图7所示的第(4，3)个子范围的示意图。

图9A及图9B示出了寻找新基准点方法的一范例。

图10示出了根据本发明的另一具体实施例的坐标判定方法的流程图。

附图符号说明

10：坐标判定***        12：影像撷取模块

14：分割模块            16：判断模块

18：转换模块            d：屏幕范围

d′：屏幕范围外的区域   R1、R2：子范围

S、S′、T：基准点       P1、P2、P3：格子点

P4：参考点              S11-S14：流程步骤

A1_tl、A1_tr、A1_bl、A1_br、A2_tl、A2_tr、A2_bl、A2_br、B1-B4、C1-C4、P1-P4：格子点

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例即一坐标判定***。请参考图1，图1示出了该坐标判定***的功能方块图。该坐标判定***用以判定出现在一屏幕上的一指示点的一屏幕坐标(X，Y)。其中该指示点可以是一触控输入点或一红外线投射点。

如图1所示，坐标判定***10包含影像撷取模块12、分割模块14、判断模块16以及转换模块18。影像撷取模块12用以撷取对应于该屏幕的多个影像。在实际应用中，影像撷取模块12可以是具有一鱼眼镜头的一相机或一摄影机。举例而言，使用者可以在一液晶屏幕的上方架设一个鱼眼镜头摄影机，用以拍摄关于该液晶屏幕的一影像。

分割模块14电连接至影像撷取模块12，并用以将撷取对应屏幕的多个影像范围的重叠范围分割或迭合成(M*N)个子范围(或(M*N)个重叠区域)而成一具有(M*N)个子范围(或(M*N)个重叠区域)的影像，其中M及N均为正整数。在实际应用中，如图2A及图2B所示，上述分割步骤可从屏幕中在不同时间分别打出M个垂直方向长条图(即屏幕面积切割成M个垂直方向长条图)以及N个水平方向长条图(即屏幕面积切割成N个水平方向长条图)；影像撷取模块12分别拍摄每一仅包含单一水平方向长条图或垂直方向长条图，并将撷取的影像储存于***(例如主机)中，直到所有M个垂直方向长条图与所有N个水平方向的长条图投影完毕，***再从所有的撷取影像中计算该M个垂直方向长条图以及该N个水平方向的长条图的交集或重叠区域，即为所述(M*N)个子范围。因此，若M为8且N为6，则分割模块14会将所有撷取的多个影像重叠成包含8*6＝48个子范围的一影像，如图3所示。

判断模块16电连接至分割模块14，并用以判断该指示点位于该影像中的一位置。更详细地说，判断模块16可以判断该指示点位于该影像范围中的哪一个子范围内。此外，由于M及N与屏幕分辨率为已知，因此每一子范围对应至屏幕的区域或位置的比例参数也可求得，下述实施例将详述该步骤。

请同时参考图3与图4。图3示出了分割模块14自影像撷取模块12所撷取的影像中分割成48个子范围的示意图；图4示出了屏幕分割成48个区块的示意图。实际上，由于从影像撷取模块12所撷取而分割，每一子范围成扭曲失真状，且每一子范围的边界也模糊不清(呈现锯齿状或跳格不连续现象)，并非如图3所示有清楚且连续的边界。因此需进一步确定每一子范围的区域或位置，以利匹配每一子范围(例如图3的子范围R1与R2)对应屏幕的区块(例如图4的R1与R2)的步骤。在实际应用中，每一子范围的区域可由其四格子点或顶点所决定(例如图3中子范围R1可由格子点A1_tl、A1_tr、A1_bl与A1_br决定；子范围R2可由格子点A2_tl、A2_tr、A2_bl、A2_br决定)，因此坐标判定***10可进一步包含一定位模块(未显示于图中)。该定位模块电连接至分割模块14及判断模块16，并用以定位由该(M*N)个子范围所形成的[(M+1)*(N+1)]个格子点。

如图3所示，由于M为8且N为6，故该影像的影像范围会被分割成8*6＝48个子范围，并且这些子范围形成了(8+1)*(6+1)＝63个格子点。藉此，判断模块16即可根据这些格子点所形成的多个直线方程式判断该指示点位于第(a，b)个子范围内。

接下来，将以一实际例子来说明定位模块15如何决定形成一扭曲子范围的格子点的位置，亦即，如何决定子范围R1中的哪四点像素为其格子点(即A1_tl、A1_tr、A1_bl与A1_br如何决定)。请参考图5，图5示出了由鱼眼镜头所拍摄的包含屏幕的影像，当定位模块15要定位子范围R1左上角的格子点A1_tl时，以该影像左上角的S点为基准点，找出子范围R1中与基准点S距离最近的点A1_tl，则A1_tl即为所求的子范围R1左上角格子点。亦即定位模块15分别以该影像的左上角、右上角、左下角以及右下角为基准点，定义每一子范围中与所述基准点距离最近的点为为其子范围的格子点。举例来说，定位模块15以该影像左上角为第一基准点，定义该每一子范围中与该第一基准点距离最近的点为该每一子范围的左上角格子点；以该影像右上角为第二基准点，定义该每一子范围中与该第二基准点距离最近的点为该每一子范围的右上角格子点；以该影像左下角为第三基准点，定义该每一子范围中与该第三基准点距离最近的点为该每一子范围的左下角格子点；以及以该影像右下角为第四基准点，定义该每一子范围中与该第四基准点距离最近的点为该每一子范围的右下角格子点。

然而，当定位模块15要定位子范围R2左上角的格子点A2_tr时，若仍使用S点为基准点，则找到的子范围R2中与基准点S距离最近的点A2_bl，并非所求的子范围R2的左上角格子点，而是左下角格子点。为了避免此种误判的现象，必须将基准点由S改变至T，T的位置大致位于影像上缘的中点，此时，找到的子范围R2中与基准点T距离最近的点A2_tl，即为所求的子范围R2的左上角格子点。至于子范围的右上角、左下角及右下角格子点，也可用类似的方式求得，在此不再赘述。换句话说，除将左上角、右上角、左下角以及右下角设定为基准点外，定位模块15另外增加影像上缘中点及影像下缘中点为基准点，而后根据每一子范围的位置而选择对应的基准点再定义每一子范围中与所述选择的基准点距离最近的点为为其子范围的格子点。

至于指示点位于哪个子范围内的判断方式，可由下列的例子来详细说明。如图6所示，若某一子范围的四格子点分别为C1(c1x，c1y)、C2(c2x，c2y)、C3(c3x，c3y)及C4(c4x，c4y)，则格子点C1-C4所形成的上下两条水平的直线方程式为：

$y=c1y+\frac{(c2y-c1y)}{(c2x-c1x)}(x-c1x)---\left(1\right)$

$y=c4y+\frac{(c3y-c4y)}{(c3x-c4x)}(x-c4x)---\left(2\right)$

格子点C1-C4所形成的左右两条垂直的直线方程式为：

$x=c1x+\frac{(c4x-c1x)}{(c4y-c1y)}(y-c1y)---\left(3\right)$

$x=c2x+\frac{(c3x-c2x)}{(c3y-c2y)}(y-c2y)---\left(4\right)$

因此，任何位于该子范围内的指示点(X，Y)均会符合下列不等式(5)-(8)的要求。

$Y\≥c1y+\frac{(c2y-c1y)}{(c2x-c1x)}(X-c1x)---\left(5\right)$

$Y<c4y+\frac{(c3y-c4y)}{(c3x-c4x)}(X-c4x)---\left(6\right)$

$X\&GreaterEqual;c1x+\frac{(c4x-c1x)}{(c4y-c1y)}(Y-c1y)---\left(7\right)$

$X<c2x+\frac{(c3x-c2x)}{(c3y-c2y)}(Y-c2y)---\left(8\right)$

值得注意的是，当使用一循环方式对屏幕范围中的所有子范围进行计算时，由上述不等式(5)-(8)即可轻易地判断指示点所属的子范围并取得对应于格子点C1-C4的各组坐标。在所有子范围中，最多只有一个子范围会同时符合不等式(5)-(8)的条件，此外，指示点也有可能不属于任何一子范围内。亦即，指示点的位置可能在屏幕范围之外，即图5中，介于影像外缘与屏幕范围之间的区域d′。

转换模块18电连接至判断模块16。若判断模块16判断该指示点位于该(M*N)个子范围中的第(a，b)个子范围内，并且该指示点相对于该第(a，b)个子范围中的一相对原点具有一影像坐标(x，y)，则转换模块18根据上述的比例参数将该影像坐标(x，y)转换为该屏幕坐标(X，Y)。其中a为小于M的正整数，b为小于N的正整数。

举例而言，如图7所示，假设一影像的影像范围被分割成8*6＝48个子范围，且指示点P被判断模块16判断为位于第(4，3)个子范围内。图8示出了图7所示的第(4，3)个子范围的示意图。如图8所示，在第(4，3)个子范围中，假设左上角的格子点为相对原点B1(0，0)，且在该子范围中，使用经过正常化处理的一坐标***，因而，该子范围的另外三个格子点分别为B2(1，0)、B3(0，1)及B4(1，1)。若位于该子范围内的指示点P具有相对于B1(0，0)的影像坐标(x，y)，则影像坐标(x，y)亦属于一正常化坐标，其中0≤x，y≤1。由图8可知，在此例中，指示点P的影像坐标为(0.6，0.4)。

转换模块18会根据一比例参数将影像坐标(x，y)转换为屏幕坐标(X，Y)。其中该比例参数由该指示点与对应于该第(a，b)个子范围的四个格子点间的一水平距离及一垂直距离决定。

此外，若该屏幕的一屏幕范围也一样被分割成(M*N)个屏幕子范围且每一个屏幕子范围具有一宽度W及一高度H，则该屏幕坐标(X，Y)相对于该屏幕的一屏幕原点(0，0)可以表示为[((a-1)+x)*W，((b-1)+y)*H]。

举例而言，如同上述例子一样，假设指示点P被判断模块16判断为位于第(4，3)个子范围内，且指示点P具有相对于该子范围的相对原点A(0，0)的影像坐标(0.6，0.4)。该屏幕的屏幕范围也如同该影像的影像范围般，被分割成8*6＝48个屏幕区块。若该屏幕的屏幕范围的宽度为64公分，高度为36公分，则每个屏幕区块的宽度为64/8＝8公分且高度为36/6＝6公分。若指示点P相对于该屏幕的一屏幕原点O(0，0)的屏幕坐标为(X，Y)，则X＝((4-1)+0.6)*8＝28.8公分，Y＝((3-1)+0.4)*6＝14.4公分，亦即指示点P的屏幕坐标为(28.8公分，14.4公分)。上述的屏幕范围的长度定义也可以屏幕分辨率取代。举例来说屏幕分辨率为1024*768，则每一子范围对应屏幕的大小即为1024/8*768/6＝128*128。

在实际应用中，坐标判定***10可进一步包含一对照表。该对照表记录有对应于第(a，b)个子范围以及影像坐标(x，y)的屏幕坐标(X，Y)。若已知每一个屏幕子范围的宽度为W且高度为H(或分辨率)，则转换模块18即可根据该对照表快速地将影像坐标(x，y)转换为屏幕坐标(X，Y)。

此外，定位模块15进行格子点的定位时，依据上述的方法所定位的格子点，某些格子点会因影像撷取模块12摆设的位置而明显偏斜。

为了调整这些偏离的格子点位置，使其能较接近原来所定位的格子点位置(取附近的格子点所形成的曲线较为一致)，必须进行微调(refine)的步骤。

请参考图9A及图9B，图9A及图9B示出了寻找新基准点方法的一范例以进行微调的步骤。如图9A所示，d代表屏幕范围，d′则为屏幕范围外的区域，若一子范围原来所使用的左上角基准点为S点，P1点为屏幕范围d中最左上角的格子点，P2点为紧接着P1点右方的格子点，P3点为紧接着P1点下方的格子点。如图9B所示，根据P1点、P2点及P3点所形成的平行四边形的第四个端点，即为参考点P4。此时，可由P1点及P4点得到调整向量P1P4，并且由P1点减去调整向量P1P4，即可得到该子范围的新的左上角基准点S′。依照类似的方式，即可分别得到该子范围其它新的基准点。接着，定位模块15再利用这些新的基准点，调整偏离的格子点位置至新的格子点位置。换句话说，调整向量由该包含(M*N)个子范围的影像的四个角落格子点及其相邻的格子点所决定的平行四边行产生第四个端点，即为参考点；连结参考点与角落格子点即为该调整向量，而后由角落格子点减去该调整向量，即可得到一新的基准点。

根据本发明的另一具体实施例即一坐标判定方法。请参考图10，图10示出了该坐标判定方法的流程图。该坐标判定方法用以判定出现在一屏幕上的一指示点的一屏幕坐标(X，Y)。其中该指示点可以是一触控输入点或一红外线投射点。

如图10所示，该坐标判定方法首先执行步骤S11，撷取对应于该屏幕的多个影像。其次，该方法执行步骤S12，将该多个影像的重叠影像范围分割或迭合成(M*N)个子范围而成一具有(M*N)个子范围(或(M*N)个重叠区域)的一影像。其中M及N均为正整数。接着，该方法执行步骤S13，判断该指示点位于该影像中的一位置。

若该指示点被判断位于该(M*N)个子范围中的第(a，b)个子范围内，并且该指示点相对于该第(a，b)个子范围中的一相对原点具有一影像坐标(x，y)时，该方法执行步骤S14，根据一比例参数将该影像坐标(x，y)转换为该屏幕坐标(X，Y)。其中a为小于M的正整数，b为小于N的正整数。

在实际应用中，该方法在执行完步骤S12后，可以定位由该(M*N)个子范围所形成的[(M+1)(N+1)]个格子点。接着，该方法可进一步根据所述格子点所形成的多个直线方程式，判断该指示点所在的该第(a，b)个子范围。

此外，该方法也可根据一对照表将该影像坐标(x，y)转换为该屏幕坐标(X，Y)，其中该对照表记录有对应于该第(a，b)个子范围以及该影像坐标(x，y)的该屏幕坐标(X，Y)。

若该屏幕的一屏幕范围也被分割成(M*N)个区块且已知每一个区块具有一宽度W及一高度H(或分辨率)，则该屏幕坐标(X，Y)可表示为[((a-1)+x)*W，((b-1)+y)*H]。

相较于现有技术，根据本发明的坐标判定***及坐标判定方法，可以避免传统上要校正摄影镜头所拍摄到扭曲失真的影像时，必须使用非常复杂繁琐的校正方程式才能完成影像校正的缺点。

通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所披露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明的权利要求的范畴内。因此，本发明的权利要求的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (20)

1.一种坐标判定***，用以判定出现在一屏幕上的一指示点的一屏幕坐标(X，Y)，该坐标判定***包含：

一影像撷取模块，用以撷取对应于该屏幕的多个影像；

一分割模块，电连接至该影像撷取模块，用以将该多个影像的一影像范围分割成一包含(M*N)个子范围的影像，M及N均为正整数；

一判断模块，电连接至该分割模块，用以判断该指示点位于该包含(M*N)个子范围的影像中的一位置；以及

一转换模块，电连接至该判断模块，若该判断模块判断该指示点位于该(M*N)个子范围中的第(a，b)个子范围内，并且该指示点相对于该第(a，b)个子范围中的一相对原点具有一影像坐标(x，y)，该转换模块根据一比例参数将该影像坐标(x，y)转换为该屏幕坐标(X，Y)，其中a为小于M的正整数，b为小于N的正整数。

2.如权利要求1所述的坐标判定***，其中该***在该屏幕中在不同时间分别打出M个垂直方向长条图以及N个水平方向长条图；该多个影像分别包含该M个垂直方向长条图其中之一或该N个水平方向长条图其中之一。

3.如权利要求2所述的坐标判定***，进一步包含：

一定位模块，电连接至该分割模块及该判断模块，根据多个基准点以定位由该(M*N)个子范围所形成的[(M+1)*(N+1)]个格子点，该判断模块根据所述格子点所形成的多个直线方程式判断该指示点所在的该第(a，b)个子范围。

4.如权利要求3所述的坐标判定***，其中该定位模块定义该包含(M*N)个子范围的影像的左上角、右上角、左下角以及右下角为所述多个基准点，决定每一子范围中与所述基准点距离最近的点为该每一子范围的格子点。

5.如权利要求3所述的坐标判定***，其中该定位模块定义该影像左上角为第一基准点，决定该每一子范围中与该第一基准点距离最近的点为该每一子范围的左上角格子点；其中该定位模块定义该影像右上角为第二基准点，决定该每一子范围中与该第二基准点距离最近的点为该每一子范围的右上角格子点；其中该定位模块定义该影像左下角为第三基准点，决定该每一子范围中与该第三基准点距离最近的点为该每一子范围的左下角格子点；以及该定位模块定义该影像右下角为第四基准点，决定该每一子范围中与该第四基准点距离最近的点为该每一子范围的右下角格子点。

6.如权利要求4所述的坐标判定***，其中该定位模块还增加该包含(M*N)个子范围的影像的上缘中点及下缘中点为所述多个基准点，并根据该每一子范围的位置而选择对应的基准点。

7.如权利要求4所述的坐标判定***，其中该定位模块根据一调整向量调整所述多个基准点。

8.如权利要求7所述的坐标判定***，其中该调整向量由该包含(M*N)个子范围的影像的角落格子点及其相邻的格子点所决定的平行四边行产生一参考点；连结该参考点及该角落格子点得到该调整向量，并且由该角落格子点减去该调整向量，产生新基准点。

9.如权利要求1所述的坐标判定***，进一步包含：

一对照表，该对照表记录有对应于该第(a，b)个子范围以及该影像坐标(x，y)的该屏幕坐标(X，Y)，该转换模块根据该对照表将该影像坐标(x，y)转换为该屏幕坐标(X，Y)。

10.如权利要求1所述的坐标判定***，其中该指示点是一触控输入点或一红外线投射点。

11.如权利要求1所述的坐标判定***，其中该影像撷取模块具有一鱼眼镜头的一相机或一摄影机。

12.如权利要求1所述的坐标判定***，其中该比例参数由该指示点与关于该第(a，b)个子范围的四个格子点间的一水平距离及一垂直距离决定。

13.如权利要求1所述的坐标判定***，其中若该屏幕的一屏幕范围被分割成(M*N)个屏幕子范围且每一个屏幕子范围具有一宽度W及一高度H，则该屏幕坐标(X，Y)表示为[((a-1)+x)*W，((b-1)+y)*H]。

14.一种坐标判定方法，用以判定出现在一屏幕上的一指示点的一屏幕坐标(X，Y)，该坐标判定方法包含下列步骤：

撷取对应于该屏幕的多个影像；

将该多个影像的一影像范围分割成包含(M*N)个子范围的影像，M及N均为正整数；

判断该指示点位于该包含(M*N)个子范围的影像中的一位置；以及

若该指示点被判断位于该(M*N)个子范围中的第(a，b)个子范围内，并且该指示点相对于该第(a，b)个子范围中的一相对原点具有一影像坐标(x，y)时，根据一比例参数将该影像坐标(x，y)转换为该屏幕坐标(X，Y)，其中a为小于M的正整数，b为小于N的正整数。

15.如权利要求14所述的坐标判定方法，进一步包含下列步骤：

根据多个基准点，定位由该(M*N)个子范围所形成的[(M+1)(N+1)]个格子点；以及

根据所述格子点所形成的多个直线方程式，判断该指示点所在的该第(a，b)个子范围。

16.如权利要求15所述的坐标判定方法，进一步包含下列步骤：

定义该包含(M*N)个子范围的影像的左上角、右上角、左下角以及右下角为所述多个基准点，决定每一子范围中与所述基准点距离最近的点为该每一子范围的格子点。

17.如权利要求16所述的坐标判定方法，进一步包含下列步骤：

增加该包含(M*N)个子范围的影像的上缘中点及下缘中点为所述多个基准点，并根据该每一子范围的位置而选择对应的基准点。

18.如权利要求16所述的坐标判定方法，进一步根据一调整向量调整所述多个基准点。

19.如权利要求18所述的坐标判定方法，进一步包含下列步骤：

由该包含(M*N)个子范围的影像的角落格子点及其相邻的格子点所决定的平行四边行产生一参考点；

连结该参考点及该角落格子点以得到该调整向量；以及

由该角落格子点减去该调整向量，产生新基准点。

20.如权利要求14所述的坐标判定方法，进一步包含下列步骤：

根据一对照表将该影像坐标(x，y)转换为该屏幕坐标(X，Y)，其中该对照表记录有对应于该影像坐标(x，y)的该屏幕坐标(X，Y)。

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