JP4029012B2

JP4029012B2 - 座標列取得方法

Info

Publication number: JP4029012B2
Application number: JP2002181369A
Authority: JP
Inventors: 耕一郎堀田
Original assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP2004029918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標列取得方法に関し、特に電子ボード上で描画する入力ペンの座標列を表す情報を取得する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータなどの情報処理装置の情報入力装置として用いられるものの一つに電子ボードがある。電子ボードは、情報処理装置の表示画面出力をプロジェクタによってボード（スクリーン）の前面又は背面から投影し、ボード上での入力ペンの指示位置あるいはボード上で入力ペンがなぞった軌跡を座標データとして取り込む機能を有するものである。電子ボードとしては、入力用ペンが電子ボードと結線されていないコードレス方式のものが多く用いられている。コードレスの方式としては、電磁誘導方式、レーザ走査方式、超音波方式、感圧方式などがある。電磁誘導方式は、入力ペンから発生される交流磁界を電子ボードに布線した座標検出用のセンサワイヤ網で受けて入力ペンの位置を検出する方式である。レーザ走査方式は、ボードの表面に沿って平行に走査するレーザビームによって入力ペンの座標を検出する方式である。超音波方式は、入力ペンから超音波パルスを発信し、発信された超音波パルスをボードの周縁部に配置した超音波センサが検知するまでの時間差に基づいて入力ペンの座標を演算する方式である。また、感圧方式は、ボード全面に配置した感圧素子によって入力ペンによる押圧位置を検出する方式である。
【０００３】
いずれの方式の電子ボードにおいても、検出信号にノイズが乗ることがある。例えば、赤外線や超音波により入力ペンの座標を検出する方式の電子ボードでは、太陽光や室内蛍光灯からの光線、環境音などの影響を受け、入力ペンの座標として不正な座標を情報処理装置に渡すことがある。入力ペンの位置として誤った座標が情報処理装置に渡されると、例えば直線を描いているのにジグザグの線になるなど、入力中の文字や図形が意図したものと異なって表示されることになる。無効な座標を判断する方法として、特開平10-11208号公報には、次に入力される座標を予測して、そこから実際に入力された座標が誤差の範囲外の場合は排除する方法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
入力座標が予測範囲外の場合、その座標を無効として排除する従来の方法では、一定時間ごとに入力があることを想定したハードウェアやソフトウェアを接続したときに問題が生じる可能性がある。また、入力座標列の一部が欠如することによって、入力ペンの軌跡が不自然な変形を受ける場合がある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、ノイズの影響を受けにくい電子ボードを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、ノイズと判断される座標が検出された場合には、そのタイミングの出力を排除するのではなく、予測した座標を出力することによって前記目的を達成する。例えば、コンピュータ上のソフトウェアが電子ボードの座標検出装置から座標を受け取るときに、その座標とは別に直前までのペン座標の軌跡から現在の座標を推測する。そして、その推測座標と実際に座標検出装置から受け取った座標との距離が閾値以上の場合には受け取った座標を無効な座標と判断し、代わりに推測した値を出力する。閾値をペンの移動距離に合わせて動的に変更することで、より精度の高い補正を行うことができる。本発明によると、見かけ上は座標が欠けたようには見えず、座標点が滑らかに繋がった自然な形で座標入力を行うことが出来る。
【０００７】
本発明のボード上における入力ペンの移動軌跡を表す座標列を取得する方法は、入力ペンの座標を検出する座標検出装置から所定のタイミングで入力ペンの座標を受信するステップと、現在の座標列を用いて次のタイミングにおける座標を推測するステップと、前記次のタイミングで座標検出装置から受信した座標と前記推測した座標との間の距離を計算するステップと、前記距離が閾値より小さいときは受信した座標を現在の座標列に追加し、前記距離が閾値以上のときは前記推測した座標を現在の座標列に追加するステップとを含むことを特徴とする。
【０００８】
推測座標は、現在の座標列中の直近の過去３点の座標を通る円上に設定することができる。その場合、閾値は、現在の座標列中の直近の過去２点の座標間の移動速度及び前記円の中心と直近の過去２点の座標とをそれぞれ結ぶ２つの線分がなす角度に応じて動的に変化させるのが好ましい。
【０００９】
本発明のボード上における入力ペンの移動軌跡を表す座標列を取得する方法は、また、入力ペンの座標を検出する座標検出装置から所定のタイミングで入力ペンの座標を受信するステップと、現在の座標列中の直近の過去３点の座標を通る円を求めるステップと、前記円の中心と直近の過去２点の座標とをそれぞれ結ぶ２つの線分がなす角度を求めるステップと、前記角度が予め定めた設定値以上の場合、現在の座標列中の直近の過去２点の座標間の移動速度と直近の過去の座標と受信した座標間の移動速度の変化率が設定値以下であれば受信した座標を現在の座標列に追加し、前記変化率が設定値より大きければ受信した座標を廃棄することを特徴とする。
【００１０】
本発明のボード上における入力ペンの移動軌跡を表す座標列を取得する方法は、また、入力ペンの座標を検出する座標検出装置から所定のタイミングで入力ペンの座標を受信するステップと、現在の座標列中の直近の過去３点の座標を通る円を求めるステップと、前記円の中心と直近の過去２点の座標とをそれぞれ結ぶ２つの線分がなす角度を求めるステップと、前記角度が予め定めた設定値以上の場合、現在の座標列中の直近の過去２点の座標間の移動速度と直近の過去の座標と受信した座標間の移動速度の変化率が設定値以下であれば受信した座標を現在の座標列に追加し、前記変化率が設定値より大きければ受信した座標を廃棄するステップと、前記角度が予め定めた設定値より小さい場合、前記円上に次のタイミングにおける座標を推測するステップと、前記次のタイミングで座標検出装置から受信した座標と前記推測した座標との間の距離を計算するステップと、前記距離が、現在の座標列中の直近の過去２点の座標間の移動速度及び前記円の中心と前記直近の過去２点の座標とをそれぞれ結ぶ２つの線分がなす角度に依存して求められる閾値より小さいときは受信した座標を現在の座標列に追加し、前記距離が閾値以上のときは前記推測した座標を現在の座標列に追加するステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施する場合の一形態を図面を参照して具体的に説明する。
【００１２】
図１は、電子ボードの一般的な構成例を示す概念図である。ボード１１には、コンピュータ１４の表示画面がプロジェクタによる投影等によって表示されている。ユーザは、ボード１１上に表示された画面上で入力ペン１２を操作して文字や図形を描く。ボード１１に固定された座標検出装置１３は、入力ペン１２の位置すなわちボード１１上における入力ペン１２の座標を定められたタイミングで断続的に検出し、それをコンピュータ１４に伝達する。コンピュータ１４は、座標検出装置１３から送られてきた入力ペン１２の座標列データに基づいて、ボード１１上での入力ペン１２の軌跡を作成し、それをプロジェクタ等によって電子ボード１１上に投影する。従って、入力ペン１２を用いてボード１１に表示されている画像上に書き込みを行うと、あたかもボード１１に実際に書き込みが行われているかのように、入力ペン１２のなぞった通りの軌跡が表示される。
【００１３】
図２は、入力ペンの座標検出方法の一例として、赤外線と超音波を利用した座標検出方法を説明する図である。本例の場合、図２（ａ）に示すように、入力ペン１２は赤外線２４と超音波２５を発生することができ、座標検出装置１３は赤外線受信部２１と超音波受信部２２，２３を備える。入力ペン１２のペン先がボード１１に接すると、ペン先から赤外線２４と超音波２５が断続的かつ同時に出力される。図２（ｂ）に示すように、赤外線受信部２１はペン先から出力があるとほぼ同時に赤外線２４を受信する。その後遅れて、図２（ｃ）に示すように、２つの超音波受信部２２，２３がそれぞれ超音波２５を受信する。従って、図２（ｄ）に示すように、赤外線を受信してから超音波を受信するまでの時間差から、各超音波受信部２２，２３から入力ペン１２までの距離ａ，ｂを算出することができ、各超音波受信部２２，２３を中心とした半径ａおよびｂの円の交点を求めることにより、入力ペン１２の座標を検出することができる。
【００１４】
図３は、本発明によって座標の補正を行うためのアルゴリズムを示すフローチャートである。
電子ペンがボードに押し付けられると処理が開始される（ステップ１１）。まず、ペン座標を座標検出装置から取得する（ステップ１２）。ペン座標の軌跡が次の座標を推測する数だけない場合は、ステップ１３からステップ１９に進み、座標の推測と不正な座標かどうかの判断はしないで、入力された座標をそのまま出力する。次のペン座標を推測するのに十分な軌跡がある場合には、ステップ１３からステップ１４に進み、直前までのペンの軌跡から、次に入力されるであろう座標を推測する。
【００１５】
ここで、次に入力される座標の推測方法の詳細について、図４の説明図及び図５のフローチャートを参照して説明する。
【００１６】
図４において、座標Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は直近の過去３点の入力座標である。ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃はそれぞれの入力座標をサンプリングした時刻、ｔ₄は現在の時刻である。この直前の３点の座標Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃から、現在のペン座標Ｐ₄を推測する。推測は、座標Ｐ₄が、座標Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃を通る円上にあるとの仮定に基づいて行われる。
【００１７】
まず、３点の座標Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃から、その３点を通る円の方程式を求める（ステップ３１）。次に、求めた方程式から円の中心Ｏの座標と半径ｒを計算する（ステップ３２）。中心Ｏの座標がわかったら、中心Ｏと直前の２点の座標Ｐ₂，Ｐ₃を結ぶ線分のなす角αを求める（ステップ３３）。次に、直前の点Ｐ₃と中心Ｏを結ぶ線分と中心Ｏと現在の推測座標Ｐ₄を結んだ線分との推測角度βをβ＝α・（ｔ₄−ｔ₃）／（ｔ₃−ｔ₂）として求める（ステップ３４）。角度βが求まったら、直前の座標Ｐ₃を中心０の周りに角度βだけ回転させた点を推測点とする（ステップ３５）。
【００１８】
図３に戻り、次に、入力ペンの軌跡から推測した座標と実際に座標検出装置から入力された座標との距離を求める（ステップ１５）。次に、判定のための閾値を入力ペンの速さと直前の座標との角度を用いて設定する（ステップ１６）。閾値は直前の入力ペンの移動速度に応じて動的に変化させる。すなわち、入力ペンの動きが速い場合には閾値を大きく設定し、入力ペンの動きがゆっくりしている場合には閾値を小さく設定する。また、閾値は図４に示した直前の移動角度αによっても動的に変化させる。角度αが大きい場合には閾値を大きく設定し、角度αが小さい場合は閾値を小さく設定する。閾値ｗは、例えば次式（１）に基づいて設定することができる。ここで、ｖはペンの移動速度であり、ｖ＝（Ｐ₃−Ｐ₂）／（ｔ₃−ｔ₂）から計算される。また、ｋ₁，ｋ₂は定数である。
ｗ＝ｋ₁・ｖ＋ｋ₂・α …（１）
【００１９】
ステップ１７の判定において、角度αが予め定めた一定値より小さい場合は、ステップ１８に進み、推測座標と入力座標の距離に基づいて不正な座標の判別を行う。ステップ１８の判定において、ペンの軌跡から推測した座標と実際に座標検出装置１３から入力された座標との距離が閾値ｗ以下の場合は、座標検出装置から入力された座標を出力して（ステップ１９）、その座標をペンの軌跡に追加する（ステップ２０）。座標間の距離が閾値ｗよりも大きい場合には、実際に座標検出装置から入力された座標を不正な座標と判断し、その座標は無視して推測した座標を出力し（ステップ２１）、その座標をペンの軌跡に追加する（ステップ２２）。
【００２０】
図６は、推測座標と入力座標との距離に基づいて不正な座標を判別する方法の説明図である。図６（ａ）は入力座標を正常な座標と判別する場合の模式図、図６（ｂ）は入力座標を不正な座標と判別する場合の模式図である。
【００２１】
図６中の符号の意味は、図４と同じである。新しく入力された座標はＰである。図６（ａ）の場合、直前に入力された３点の座標Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃から推測される時刻ｔ₄における座標Ｐ₄と実際に入力された座標Ｐとの距離が上式（１）で計算される閾値ｗより小さいため、入力された座標Ｐを正常な座標と判別する。一方、図６（ｂ）の場合には、入力された座標Ｐと推測座標Ｐ₄との間の距離が上式（１）で計算される閾値ｗ以上であるため、入力座標Ｐをノイズによる不正な座標と判別し、時刻ｔ₄の座標として座標Ｐではなく推測座標Ｐ₄を採用する。
【００２２】
図３に戻り、ステップ１７の判定において、角度αが予め定めた一定値以上の場合には、ステップ１７からステップ２５に進み、軌跡が円上にあるという推測から不正な座標を判定するのではなく、不正な座標の判別方法をペンの速度の変化率を利用したものにする。ステップ２５の判定では、２つ前のサンプリングタイミングの座標Ｐ₂から直前のサンプリングタイミングの座標Ｐ₃に至るペン速度をｖ₁、座標Ｐ₃から新しく入力された座標Ｐに至るペン速度をｖ₂とするとき、ｋを定数として、｜ｖ₂｜≦ｋ・｜ｖ₁｜であれば、入力座標Ｐを正常な座標と判断する。一方、｜ｖ₂｜＞ｋ・｜ｖ₁｜の時はペン速度の変化が急激すぎるので、入力座標Ｐはノイズに基づく不正な座標と判断する。ステップ２５の判定で、入力座標が正常と判定されればステップ２６に進んで、その座標を出力し、不正な座標と判定されれば入力座標を排除する。入力座標を単に排除するのは望ましくなく、通常は排除する入力座標の代わりに推測座標を用いることで問題を解決するが、どうしても推測が困難な場合にのみ速度変化率による判定をした上で座標を排除し、問題を最小限に抑える。また、排除された入力座標の次のタイミングにおける入力座標の不正判断は、入力済みの正常な座標の中から新しい座標を用いて行う。
【００２３】
図７は、ペン速度の変化率に基づいて不正な座標を判別する方法の説明図である。図７（ａ）は入力座標を正常な座標と判別する場合の模式図、図７（ｂ）は入力座標を不正な座標と判別する場合の模式図である。図７中の符号の意味は、図４及び図６と同じである。新しく入力された座標はＰである。図７（ａ）の場合、ペン速度ｖ₁，ｖ₂の関係が｜ｖ₂｜≦ｋ・｜ｖ₁｜を満たし、座標Ｐは正常な座標と判断される。一方、図７（ｂ）の場合には、ペン速度ｖ₁，ｖ₂の関係が｜ｖ₂｜＞ｋ・｜ｖ₁｜であるため、座標Ｐは不正な座標と判断される。
【００２４】
再び図３に戻り、ペンアップが行われるまでは、ステップ２３からステップ１２に戻り、再度ペンの座標を座標検出装置から入力する。ペンアップが行われた場合には、ステップ２３からステップ２４に進み、保持していたペン座標の軌跡をクリアする。
【００２５】
図８は、ペン座標の補正を行うモジュール構成図である。座標検出装置からの座標は入力モジュール３１に入力され、入力モジュール３１からの入力座標はペン飛び判別モジュール３２に入力される。ペン飛び判別モジュール３２は座標推測モジュール３３からの推測座標とシステムクロック３４からの現在の時刻をもとに出力する座標を決定し、出力モジュール３６に座標を出力する。出力モジュール３６は、アプリケーションに座標を渡したり、マウスイベントを発行する。座標推測モジュール３３は、ペン飛び判定モジュール３２からの入力座標と時刻と軌跡データ３５から次座標を推測し、推測した座標をペン飛び判定モジュール３２に渡す。
【００２６】
これまで、ペン座標補正のための装置はコンピュータ１４の側にあるとして説明してきた。しかし、ペン座標補正装置は、座標検出装置１３の次段の処理部として電子ボード側に設置することもできる。
【００２７】
また、図３に示したフローチャートにおいて、ステップ１７の判定はステップ１４の次に行ってもよい。その場合、ステップ１４では角度αのみを求める処理を行い、ステップ１７の判定で角度が予め定めた一定値より小さいときに、ステップ１５に進む前に次の座標を推測する処理を行うようにしてもよい。ステップ１６の閾値を設定する処理は、ステップ１４とステップ１８の間であればどこで行ってもよい。ここでは、閾値ｗは数式の演算によって求める例を示したが、ペンの速さと角度を縦軸と横軸としたテーブルの形で保持していてもよい。このように、本明細書及び図面における開示から種々の変形が可能であるが、それらはいずれも本発明の範囲に属する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、座標検出装置から不正な座標が入力された場合に、その座標を補正することで、不正な座標を含まない、座標列を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ボードの一般的な構成例を示す概念図。
【図２】赤外線と超音波を利用した座標検出方法の説明図。
【図３】本発明によって座標の補正を行うためのアルゴリズムを示すフローチャート。
【図４】入力座標の推測方法の説明図。
【図５】座標の推測手順を示すフローチャート。
【図６】推測座標と入力座標との距離に基づいて不正な座標を判別する方法の説明図。
【図７】ペン速度の変化率に基づいて不正な座標を判別する方法の説明図。
【図８】ペン座標の補正を行うモジュール構成図。
【符号の説明】
１１…ボード、１２…入力ペン、１３…座標検出装置、１４…コンピュータ、２１…赤外線受信部、２２，２３…超音波受信部、２４…赤外線、２５…超音波

Claims

コンピュータによる、ボード上における入力ペンの移動軌跡を表す座標列の取得方法において、
前記コンピュータは、
前記入力ペンの座標を検出する座標検出装置から所定のタイミングで前記入力ペンの座標を受信するステップ、
現在の座標列を用いて次のタイミングにおける座標を推測するステップ、
前記次のタイミングで前記座標検出装置から受信した座標と前記推測した座標との間の距離を計算するステップ、
前記距離が閾値より小さいときは前記受信した座標を前記現在の座標列に追加し、前記距離が閾値以上のときは前記推測した座標を前記現在の座標列に追加するステップ、を実行するに際し、
前記コンピュータは、前記推測した座標を、前記現在の座標列中の直近の過去３点の座標を通る円上に設定し、前記閾値を、前記現在の座標列中の直近の過去２点の座標間の移動速度及び前記円の中心と前記直近の過去２点の座標とをそれぞれ結ぶ２つの線分がなす角度に応じて動的に変化させることを特徴とする座標列取得方法。