Изобретение относится к компьютерной технике и может использоваться для компьютерных презентаций, компьютерных игр, тренажеров и т.д.
В настоящее время для дистанционного управления компьютером во время презентаций используются такие устройства, как трекбол, устройство с кнопками перемещения курсора и устройство на основе гироскопа. Все эти устройства могут перемещать курсор и выдавать команды компьютерной мыши.
Эти традиционные устройства имеют следующие существенные недостатки. Для передачи координат и команд мыши указанные устройства используют радиоканал, который подвержен помехам от внешних источников, таких как мобильная связь, рации и др. Радиоканал может создавать помехи другим устройствам. Курсор мыши на большом презентационном экране не слишком хорошо виден в силу ограниченного светового потока типовых проекторов. Поэтому презентатор затрачивает определенные усилия и время, чтобы «распознать» курсор на экране и подвести его в нужную точку. С помощью традиционных устройств дистанционного управления компьютером на практике трудно или невозможно играть в компьютерные игры на большом экране, например в шутеры, которые широко используются в игровых клубах и дома. Это объясняется тем, что скорость управления курсором у традиционных устройств недостаточна.
Указанные недостатки частично устранены в известных устройствах на основе лазерной указки, которые могут обеспечить дистанционное управление на расстоянии в десятки метров, при этом пользователь при управлении ориентируется на яркое пятно лазера, которое видно на экране гораздо лучше курсора мыши.
Известно устройство, описанное в патенте WO 01/03106, содержащее видеокамеру, направленную на экран компьютера, и лазерную указку, дистанционно управляющую компьютером, что позволяет оператору находиться на значительном расстоянии от экрана, на который выводится изображение от компьютера.
Данная система обеспечивает управление положением курсора, но не содержит блока, отвечающего за передачу команд управления компьютеру.
Известна система дистанционного управления компьютером, см. патент РФ №2216766, выбранная в качестве прототипа заявленного устройства. В данном устройстве управление положением курсора осуществляется с помощью лазера, а передача команд управления выполняется с помощью манипуляции тока лазера с последующим извлечением информации о команде управления из последовательности пятен на экране от луча лазера.
Недостатками указанной системы-прототипа являются низкая скорость передачи команд от устройства управления системой - «лазерной мыши», к компьютеру (порядка 10 бит/с); малое количество команд (единицы), которое можно передать за приемлемое время в компьютер, сравнительно невысокая достоверность распознавания команд управления; существенное отставание рассчитанных координат курсора мыши от реального положения лазерного пятна на экране. Эти недостатки являются следствием того, что существующие стандарты на передачу сигналов видеоизображения и соответствующие ТВ-видеокамеры, USB-видеокамеры предполагают обновление видеоинформации с частотой не выше 50-60 Гц. Поэтому данное устройство не может полноценно использоваться для большинства компьютерных игр и тренажеров, так как они требуют большего количества команд и высокой скорости управления.
Технической задачей настоящего изобретения является создание системы дистанционного управления компьютером, дающей возможность использования широкого набора команд управления, обеспечивающей более высокую скорость их передачи и минимальное отставание положения курсора мыши от реального положения лазерного пятна на экране, позволяющей использовать ее для динамичных компьютерных игр и тренажеров, а также для полноценного управления презентациями на большом экране.
Поставленная задача решается в системе дистанционного управления компьютером для презентаций, компьютерных игр и тренажеров по первому варианту, содержащей видеокамеру со светофильтром, выход которой подсоединен к входу процессора обработки видеоизображения, проектор, информационным входом которого является видеовыход компьютера, при этом проектор установлен перед экраном, и устройство управления, включающее излучатель, формирующий излучения канала координат и канала команд, выход которого является выходом устройства управления, контроллер, соединенный с кнопками управления со схемой контроля разряда батарей и через ключ с управляющим входом излучателя, в которую, согласно изобретению, введен приемник излучения канала команд, подсоединенный к входу процессора обработки видеоизображения, выход которого является выходом для соединения с одним из портов компьютера, приемник излучения канала команд размещен перед экраном в зоне отраженного от экрана излучения излучателя, а видеокамера установлена перед экраном, при этом канал координат образован излучателем, видеокамерой и процессором обработки видеоизображения, а канал команд образован контроллером, излучателем, приемником излучения канала команд и процессором обработки видеоизображения.
Излучатель в такой системе может быть выполнен в виде лазера видимого или ближнего ИК-диапазона.
Поставленная задача решается также в системе дистанционного управления компьютером для презентаций, компьютерных игр и тренажеров по второму варианту, содержащей видеокамеру со светофильтром, выход которой подсоединен к входу процессора обработки видеоизображения, проектор, информационным входом которого является видеовыход компьютера, при этом проектор установлен перед экраном, и устройство управления, включающее первый излучатель, формирующий излучение канала команд, выход которого является первым выходом устройства управления, контроллер, соединенный с кнопками управления, со схемой контроля разряда батарей и через ключ с управляющим входом первого излучателя, в которую, согласно изобретению введен приемник излучения канала команд, подсоединенный к входу процессора обработки видеоизображения, выход которого является выходом для соединения с одним из портов компьютера, приемник излучения канала команд размещен рядом с экраном в зоне приема излучения первого излучателя, а видеокамера установлена перед экраном, в устройство управления введен второй излучатель, формирующий излучение канала координат, выход которого является вторым выходом устройства управления, причем первый излучатель выполнен в виде ИК-диода, а второй излучатель - в виде лазера видимого или ближнего ИК-диапазона, при этом канал координат образован вторым излучателем, видеокамерой и процессором обработки видеоизображения, а канал команд образован контроллером, первым излучателем, приемником излучения канала команд и процессором обработки видеоизображения.
Поставленная задача решается в системе дистанционного управления компьютером для презентаций, компьютерных игр и тренажеров по третьему варианту, содержащей видеокамеру со светофильтром, выход которой подсоединен к входу процессора обработки видеоизображения, проектор, информационным входом которого является видеовыход компьютера, при этом проектор установлен перед экраном, и устройство управления, включающее первый излучатель, формирующий излучение канала команд, выход которого является первым выходом устройства управления, контроллер, соединенный с кнопками управления, со схемой контроля разряда батарей и через ключ с управляющим входом первого излучателя, в которую, согласно изобретению, введен приемник излучения канала команд, подсоединенный к входу процессора обработки видеоизображения, выход которого является выходом для соединения с одним из портов компьютера, приемник излучения канала команд размещен перед экраном в зоне отраженного от экрана излучения первого излучателя, а видеокамера установлена перед экраном, в устройство управления введен второй излучатель, формирующий излучение канала координат, выход которого является вторым выходом устройства управления, причем первый излучатель выполнен в виде ИК-лазера или ИК-диода, а второй излучатель - в виде лазера видимого или ближнего ИК-диапазона, при этом канал координат образован вторым излучателем, видеокамерой и процессором обработки видеоизображения, а канал команд образован контроллером, первым излучателем, приемником излучения канала команд и процессором обработки видеоизображения.
В устройствах по всем вариантам проектор и экран могут быть конструктивно совмещены путем выполнения их в виде плазменной или ЖК-панели.
За счет введения в систему дистанционного управления компьютером во всех трех вариантах приемника канала команд и размещения видеокамеры перед экраном, а также введения в устройство управления по второму и третьему вариантам - дополнительного излучателя канала команд создаются независимые каналы: канал координат, предназначенный для расчета требуемого положения курсора мыши компьютера, и канал команд, предназначенный для передачи команд управления в компьютер.
На фиг.1 приведена структурная электрическая схема системы дистанционного управления компьютером для презентаций, компьютерных игр и тренажеров по первому варианту; на фиг.2 приведена структурная электрическая схема системы по второму варианту; на фиг.3 приведена структурная электрическая схема системы по третьему варианту; на фиг.4 приведена структурная электрическая схема системы по одному из вариантов с жидкокристаллической панелью; на фиг.5 - структурная электрическая схема устройства управления по первому варианту; на фиг.6 - структурная электрическая схема устройства управления по второму и третьему вариантам.
Система дистанционного управления компьютером для презентаций, компьютерных игр и тренажеров по первому варианту (фиг.1) содержит черно-белую видеокамеру 1 со светофильтром, выход которой подсоединен к входу процессора 2 обработки видеоизображения, мультимедийный проектор 3, информационным входом которого является видеовыход компьютера 4, при этом проектор 3 установлен перед экраном 5, и устройство управления 6 (см. фиг.5), включающее излучатель 7, формирующий излучение канала координат и канала команд, выход которого является выходом устройства управления 6, контроллер 8, соединенный с кнопками управления 9, со схемой контроля 10 разряда батарей и через ключ 11 с управляющим входом излучателя 7, приемник излучения 12 канала команд, подсоединенный к входу процессора 2 обработки видеоизображения, выход которого является выходом для соединения с одним из портов компьютера 4, приемник излучения 12 канала команд, который может быть снабжен полосовым светофильтром, размещен перед экраном 5 в зоне отраженного от экрана 5 излучения излучателя 7, а видеокамера 1 установлена перед экраном 5. Канал координат в данном варианте системы образован излучателем 7, видеокамерой 1 и процессором 2 обработки видеоизображения, а канал команд образован кнопками управления 9, контроллером 8, излучателем 7, приемником излучения 12 канала команд и процессором 2 обработки видеоизображения.
Излучатель 7 в такой системе может быть выполнен в виде лазера видимого или ближнего ИК-диапазона. Луч 15 лазера является носителем информации как для канала команд, так и для канала координат.
Система дистанционного управления компьютером для презентаций, компьютерных игр и тренажеров по второму варианту (фиг.2) содержит черно-белую видеокамеру 1 со светофильтром, выход которой подсоединен к входу процессора 2 обработки видеоизображения, мультимедийный проектор 3, информационным входом которого является видеовыход компьютера 4, при этом проектор 3 установлен перед экраном 5, и устройство управления 6 (см. фиг.6), включающее первый излучатель 7, формирующий излучение канала команд, выход которого является первым выходом устройства управления 6, контроллер 8, соединенный с кнопками управления 9, со схемой контроля 10 разряда батарей и через ключ 11 с управляющим входом первого излучателя 7, второй излучатель 13, формирующий излучение канала координат, выход которого является вторым выходом устройства управления 6, приемник излучения 12 канала команд, подсоединенный к входу процессора 2 обработки видеоизображения, выход которого является выходом для соединения с одним из портов компьютера 4, при этом приемник излучения 12 канала команд размещен рядом с экраном 5 в зоне приема излучения первого излучателя 7, а видеокамера 1 установлена перед экраном 5. Канал координат в данной системе образован вторым излучателем 13, видеокамерой 1 и процессором 2 обработки видеоизображения, а канал команд образован кнопками управления 9, контроллером 8, первым излучателем 7, приемником излучения 12 канала команд и процессором 2 обработки видеоизображения.
Луч 16 первого излучателя (носитель информации для канала команд) обозначен штрихпунктирной линией, а луч 15 второго излучателя (носитель информации для канала координат) - сплошной линией (фиг.2, 3)
Первый излучатель 7 может быть выполнен в виде ИК-диода, а второй излучатель 13 - в виде лазера видимого или ближнего ИК-диапазона. Величина рабочего угла первого излучателя 7 в этом случае зависит от расстояния, с которого планируется управлять компьютером 4 и может лежать в пределах α/2=10...30°.
Система дистанционного управления компьютером для презентаций, компьютерных игр и тренажеров по третьему варианту содержит видеокамеру 1 со светофильтром, выход которой подсоединен к входу процессора 2 обработки видеоизображения, проектор 3, информационным входом которого является видеовыход компьютера 4, при этом проектор 3 установлен перед экраном, и устройство управления 6, включающее (см. фиг.5) первый излучатель 7, формирующий излучение канала команд, выход которого является первым выходом устройства управления 6, контроллер 8, соединенный с кнопками управления 9, со схемой контроля 10 разряда батарей и через ключ 11 с управляющим входом первого излучателя 7, приемник 12 излучения канала команд, подсоединенный к входу процессора 2 обработки видеоизображения, выход которого является выходом для соединения с одним из портов компьютера 4, приемник излучения 12 канала команд размещен перед экраном 5 в зоне отраженного от экрана 5 излучения первого излучателя 7, а видеокамера 1 установлена перед экраном 5, в устройство управления 6 введен второй излучатель 13, формирующий излучение канала координат, выход которого является вторым выходом устройства управления 6, причем первый излучатель 7 выполнен в виде ИК-лазера или ИК-диода, а второй излучатель 13 - в виде лазера видимого или ближнего ИК-диапазона, при этом канал координат образован вторым излучателем 13, видеокамерой 1 и процессором 2 обработки видеоизображения, а канал команд образован контроллером 8, первым излучателем 7, приемником излучения 12 канала команд и процессором 2 обработки видеоизображения.
В данном варианте первый излучатель 7 может быть выполнен в виде ИК-лазера или ИК-диода, а второй излучатель 13 - в виде лазера видимого или ближнего ИК-диапазона. Величина рабочего угла первого излучателя 7 должна быть минимальной, в случае ИК-диода в пределах α/2=5...10°.
Луч 16 первого излучателя (носитель информации для канала команд) обозначен штрихпунктирной линией, а луч 15 второго излучателя (носитель информации для канала координат) - сплошной линией (фиг.2, 3).
Полосовой светофильтр видеокамеры 1 предназначен для пропускания сигналов канала координат, т.е. для пропускания сигналов излучателя 7 для первого варианта и излучателя 13 для второго варианта системы. Приемник излучения 12 канала команд оснащен полосовым светофильтром для пропускания излучения канала команд, т.е. для пропускания сигналов излучателя 7 для всех вариантов системы.
В системе по первому, второму и третьему вариантам функции проектора 3 и экрана 5 может выполнять плазменная или ЖК-панель 3, как показано на фиг.4 для системы по второму варианту.
Система работает следующим образом.
В помещении для компьютерных презентаций или игр устанавливаются видеокамера 1, процессор 2 обработки видеоизображения, проектор 3, компьютер 4, экран 5, приемник излучения 12 канала команд. При этом видеокамера 1 устанавливается так, чтобы весь экран 5 помещался в поле ее зрения. При расположении приемника излучения 12 канала команд перед экраном 5 он должен иметь поле зрения, охватывающее весь экран 5. Процессор 2 обработки видеоизображения устанавливается рядом с экраном 5 или в другом удобном месте. Оператор, дистанционно управляющий компьютером 4 с помощью данной системы, держит в руке устройство управления 6, которое может представлять собой пульт управления, аналогичный пульту дистанционного управления для телевизоров или, в случае компьютерных игр или тренажеров, являться, например, моделью пистолета, ружья и т.п., с установленными на них или подключенными через кабель кнопками. С помощью лазерного луча 15 канала координат оператор задает положение курсора компьютерной мыши на экране 5, которое фиксируется видеокамерой 1. С помощью излучения 16 передаются команды управления, которые получает приемник излучения 12 канала команд. В зависимости от задачи излучатель канала координат компьютерной мыши может работать в видимом или ближнем ИК-диапазоне, т.е. в рабочем диапазоне видеокамеры 1. При работе лазера в ИК-диапазоне снимается проблема задержки рассчитанных координат курсора мыши от реального положения лазерного пятна на экране, так как пятна просто не будет видно.
Система дистанционного управления компьютером, изображенная на фиг.2, дает возможность использовать при организации канала команд распространенные и недорогие пары «ИК-передатчик - ИК-приемник», применяемые для дистанционного управления телевизором и др. устройств. В системах, представленных на фиг.1 и 3, используется отраженное от экрана 5 излучение (луч 16) как носитель команды, а в системах на фиг.2 и 4 - прямое излучение 16, причем в последнем случае приемник излучения 12 канала команд должен находиться в зоне излучения ИК-диода устройства управления 6.
Частоты излучений излучателя 13 канала координат и излучателя 7 канала команд должны быть разными, чтобы можно было выполнять полосовую селекцию сигналов в обоих каналах. Применение светофильтров для видеокамеры 1 и приемника излучения 12 канала команд упрощает расчет положения пятна на фоне изображения и повышает достоверность приема команд. В зависимости от конструкции излучателя 7 приемник излучения 12 канала команд представляет собой либо стандартный модуль ИК-приемника, применяемый в телевизионных приемниках и др. устройствах, либо схему фотоприемника в видимом диапазоне. Схемотехника таких устройств хорошо отработана и особенностей не имеет. Если приемник излучения 12 удален от процессора 2 обработки видеоизображения на 1 м или более, для повышения помехоустойчивости канала команд в состав приемника следует включить интегральный стабилизатор напряжения питания приемника и выходной логический буфер.
Процессор 2 обработки видеоизображения по данным от видеокамеры 1 решает основную задачу расчета координат пятна лазерного луча 15. Такой расчет, как показала практическая реализация, может быть выполнен современным сигнальным процессором за время, меньшее длительности телевизионного полукадра (20 мс для PAL/SECAM).
Процессор 2 обработки видеоизображения работает следующим образом. Данные от видеокамеры 1 после оцифровки блоком АЦП процессора 2 обработки видеоизображения пропускаются через амплитудный селектор, реализованный программно, а затем запоминаются в специальном входном буфере. Адаптивный алгоритм амплитудной селекции позволяет сократить объем информации для расчета координат на несколько порядков. Затем алгоритмы оптического распознавания по данным входного буфера выделяют лазерные пятна на экране и рассчитывают их положения в координатах видеокамеры. Алгоритмы распознавания базируются на алгебре теории множеств и программной фильтрации, при этом используется предварительно рассчитанный и уточненный на практике набор параметров. Использованные модели и алгоритмы распознавания дают возможность одновременно определять положение нескольких пятен на экране практически в реальном масштабе времени. Окончательно выбирается пятно максимальной яркости, соответствующее принятой в заявленном устройстве математической модели лазерного пятна. Координаты пятна помещаются в буфер передачи.
Дополнительно процессор 2 обработки видеоизображения решает задачу включения команд от устройства управления 6 в общий поток данных, направляемый в компьютер 4. Это делается следующим образом. Данные в компьютер отправляются из трех ячеек памяти процессора (буфера): Х-координата пятна, Y-координата пятна и команда. Первые две ячейки заполняются самим процессором 2 обработки видеоизображения, а ячейка команды заполняется приемником излучения 12 канала команд после обработки алгоритмами приема команд. Эти алгоритмы проверяют достоверность принятых данных от устройства управления 6 на основе принципов помехоустойчивого кодирования. Приход команды индицируется с помощью светодиода с тем, чтобы оператор достоверно знал о корректном приеме команд и, при необходимости, изменил свое положение перед экраном 4 (например, подошел ближе к экрану).
В конце телевизионного полукадра все содержимое буфера передачи (координаты и команда) кодируется алгоритмами связи с компьютером и направляется в компьютер 6 через стандартный интерфейс, например, RS-232C или USB. Так формируется входной поток данных компьютера 4. Поток данных дает возможность отображения курсора мыши в рассчитанном положении и исполнения требуемых действий. Процессор 2 обработки видеоизображения может быть реализован как интерфейсный модуль компьютера 4 или в виде автономного устройства.
Структурная электрическая схема устройства управления 6 представлена на фиг.5 и 6. Излучатель 7 (фиг.5) или излучатель 13 канала координат (фиг.6) представляет собой маломощный лазер, работающий в видимом или ближнем ИК-диапазоне. Излучатель канала команд 7 (фиг.6) может быть выполнен на основе ИК-диода (для второго варианта) или маломощного ИК-лазера (для третьего варианта).
Основным узлом устройства управления 6 является контроллер 8. Задача контроллера 8 - в зависимости от состояния кнопок клавиатуры 9 вырабатывать сигналы управления излучателем 7. По внутреннему таймеру контроллера 8 производится опрос состояния каждой из кнопок клавиатуры - нажата или нет. Информация о нажатых кнопках запоминается в таблице. По окончании опроса контроллер 8 последовательно для каждой из нажатых кнопок берет из таблицы код команды, а затем в соответствии с принятым протоколом по коду команды формирует последовательность импульсов тока через излучатель 7. В набор команд могут включаться команды нажатия кнопок мыши, команды клавиатуры или специальные коды управления программами. В качестве протокола управления может быть использован один из стандартных протоколов для дистанционного управления телевизионными приемниками фирмы NEC. Этот протокол был доработан для того, чтобы снизить минимальное время между передачей команд. Доработка определяет период следования одинаковых команд величиной 20 мс, что соответствует длительности ТВ-полукадра (в стандартах PAL, SECAM). Это дало возможность синхронизировать канал команд с каналом координат, расчеты в котором выполняются также с периодом 20 мс и тем самым объединить команды управления и рассчитанные координаты лазерного пятна на экране в единый поток данных, передаваемый в компьютер.
Совместно со схемой контроля 10 разряда батареи, выполненной на основе компаратора, программа контроллера 8 «следит» за напряжением батареи и отображает ее состояние с помощью светодиодов LED1 и LED2.
Наличие в заявленной системе дистанционного управления компьютером независимых друг от друга канала координат и канала команд позволяет добиться таких технических характеристик, которые дают возможность использовать данную систему для широкого спектра динамичных компьютерных игр и тренажеров, а также для полноценного управления презентациями на большом экране. Данная система позволяет использовать большое количество (сотни) команд управления компьютером при высокой достоверности и приемлемой скорости передачи для подобных устройств (порядка 160 бит/с). При этом в системе может быть принципиально обеспечено отставание положения курсора мыши от реального положения лазерного пятна от устройства управления на экране, не превышающее длительности одного телевизионного кадра (20 мс для PAL/SECAM).
В случае системы по первому варианту, как указывалось выше, носителем информации и для канала команд, и для канала координат является один и тот же лазерный луч, но приемники информации разные: видеокамера 1 в силу своей физической организации (на ПЗС) фиксирует постоянную и интегральную компоненту лазерного луча (обозначенного как луч 15), а приемник излучения канала команд 12 принимает высокочастотную компоненту того же луча (обозначено как излучение 16), обеспеченную манипуляцией тока через излучатель 7. Постоянная компонента (лазерное пятно постоянной интенсивности) задает координаты курсора мыши. Интегральная же компонента образуется на ячейках ПЗС видеокамеры 1 за счет интегрирования манипулированного излучения 16 и, вообще говоря, является помехой для канала координат. Для системы по второму варианту видеокамера 1 фиксирует только постоянную компоненту лазерного луча лазера 13, а приемник излучения канала команд 12 принимает высокочастотную компоненту излучателя 7. Для такой системы помеха в канале координат в виде интегральной компоненты отсутствует. В зависимости от задачи излучатель канала координат (лазер) компьютерной мыши может работать в видимом или ближнем ИК-диапазоне, т.е. в рабочем диапазоне видеокамеры 1. При работе лазера в ИК-диапазоне снимается проблема задержки рассчитанных координат курсора мыши от реального положения лазерного пятна на экране, так как пятна просто не будет видно.
Рабочий угол первого излучателя обозначен пунктирными линиями (фиг.2, 4).
Изобретение относится к компьютерной технике и может использоваться для компьютерных презентаций, компьютерных игр, тренажеров. Технический результат - обеспечение высокой скорости передачи команд управления, минимальное отставание положения курсора от реального положения лазерного пятна на экране, полноценное управление презентациями на большом экране. Указанный результат достигается за счет того, что система содержит видеокамеру со светофильтром, размещенную перед экраном, процессор обработки видеоизображения, проектор, приемник излучения канала команд, устройство управления, включающее излучатель и контроллер, соединенный с кнопками управления, со схемой контроля разряда батарей и через ключ с управляющим входом излучателя. В устройство управления может быть введен второй излучатель, формирующий излучение канала координат. Приемник излучения канала команд может быть размещен рядом с экраном в зоне приема излучения первого излучателя или перед экраном в зоне отраженного от экрана излучения излучателя. Проектор и экран могут быть объединены и выполнены в виде плазменной или ЖК-панели. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
| СИСТЕМА ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОМ | 2002 |
|
RU2216766C2 |
| US 2003222849 A1, 04.12.2003 | |||
| JP 2002171518 A, 14.06.2002 | |||
| JP 8179880 A, 12.07.1996. | |||
