ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ МАНИПУЛЯТОР

Полезная модель относится к системам управления компьютером (компьютерным интерфейсам) через воздействие на изображение, создаваемое на экране проектором, и может быть использована для обеспечения взаимодействия пользователя с компьютером в процессе презентаций или образовательных мероприятий.
Существующие технологии презентаций требуют от выступающего наглядной работы с информацией. То же касается и проведения образовательных мероприятий перед группой слушателей. Обработка информации, отображенной на проекторе и компьютере, который подключен к проектору, должна происходить синхронно.
Большинство программных продуктов для презентаций предоставляют инструменты для интерактивного взаимодействия с содержимым презентаций. Кроме того, презентация часто заключается в демонстрации работы той или иной программы. В ходе презентации выступающий может управлять приложениями на компьютере. В том числе работать с документами, вносить в презентуемый материал изменения, делать пометки и так далее.
Однако необходимость синхронности работы с информацией, с одной стороны, и быстрая наглядная обработка материала, с другой стороны, трудно совместимы. Это заставляет дополнительно оборудовать выступление досками для рисования или подставками для листов бумаги (флип-борд). Выступающий же вынужден постоянно перемещаться между компьютером с мышкой, экраном презентации и флип-бордом.
При этом закономерны следующие недостатки подачи материала и восприятия его слушателями:
1. Выступающий тратит дополнительное время на собственные перемещения, в том числе, на то чтобы периодически подходить и наклоняться к компьютеру.
2. Слушатели вынуждены переключать фокус восприятия информации на различные и не связанные друг с другом фрагменты. При этом выступающий периодически выпадает из поля зрения слушателей.
3. Фрагменты презентации не связаны, показанное на экране опережает или отстает от пометок, сделанных на флип-борде.
4. Содержание пометок никоим образом не фиксируется в материале презентации и не сохраняется, когда это необходимо.
5. Необходимо локально освещать или затемнять различные зоны презентаций, а также зону, где расположены слушатели.
Для исключения части недостатков может быть использовано существующее дополнительное оборудование. Это могут быть интерактивные планшетные экраны с возможностью перьевого ввода, копирующие доски, интерактивные доски, документ-камеры, специальные bluetooth указки и прочее. Недостатками таких устройств являются громоздкость, сложность использования и высокая цена.
Известен электронно-оптический манипулятор, включающий источник излучения в виде световой указки и видеокамеру, связанную с компьютером и фиксирующую перемещение светового пятна по экрану, на который проецируется передаваемое с компьютера изображение (см. патент US 5115230, кл. G06F 3/00, опубл. 19.05.1992). Недостатками известного устройства являются необходимость использования специфического оборудования и сложность его установки, что не позволяет обеспечить качественную презентацию в тех помещениях, где есть только компьютер и проектор (или крупный монитор).
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства при сохранении эффективности его работы.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в электронно-оптическом манипуляторе, включающем источник излучения в виде световой указки и видеокамеру, связанную с компьютером и фиксирующую перемещение светового пятна по экрану, на который проецируется передаваемое с компьютера изображение; источник излучения представляет собой лазер или светодиод, излучение которого лежит в инфракрасном диапазоне спектра, а перед объективом видеокамеры установлен светофильтр инфракрасного диапазона.
На фиг.1 изображен источник излучения в виде световой указки;
на фиг.2 - элементы оборудования, необходимого для проведения презентации;
на фиг.3 - схема обмена сигналами.
Принцип работы предлагаемого устройства основан на чувствительности матриц ПЗС (приборов с зарядовой связью) большинства камер, в том числе камер мобильных устройств и веб-камер к свету той части светового диапазона, которая невидима человеческому глазу. В настоящей заявке речь идет об инфракрасном (ИК) диапазоне волн. Свет, относящийся к этой области, имеет диапазон длин волн от 740 до 2500 нм, но предпочтительней использовать диапазон источника света и светофильтра до 1000-1100 нм, так как у большинства ПЗС матриц эффективная чувствительность сильно убывает с дальнейшим увеличением длины волны. Выбор указанного диапазона позволяет, используя светофильтр, выделить положение световой точки на плоскости. При этом распространенность лазерных и диодных источников, излучение которых лежит в ИК диапазоне спектра, значительно упрощает поиск комплектующих для предлагаемого устройства.
Сам электронно-оптический манипулятор представляет собой комплект из установленного перед видеокамерой светофильтра 1 и световой (лазерной или просто светодиодной) указки 2, и то и другое работает в коротковолновой области инфракрасного (ИК) диапазона спектра.
Световая указка 2 (фиг.1) включает корпус 3 для источника питания (батарейка, аккумулятор или их комплект) и источник света 4 (ИК лазерный светодиод или обычные ИК светодиоды). На корпусе 3 расположена хотя бы одна кнопка 5 включения/выключения источника ИК света (могут также быть оборудованы другие кнопки управления). С одной стороны корпуса 3 может быть расположена крышка батарейного блока 6. Конструкция колпачка 7, если он предусматривается, может меняться в зависимости от типа источника света 4.
Место для презентации (фиг.2), кроме стандартных компьютера 8, проектора 9 и экрана 10, оборудуется камерой 11. У выступающего в руке световой указка 2, которая используется им для презентации и для команд перемещения курсора. Перед камерой 11 располагают светофильтр 1, который вместе с камерой 11 является приемником сигнала от световой указки 2 и источником данных о ее движении для компьютера). Приемником сигнала (камерой 11) может быть камера, встроенная в компьютер, отдельная камера или камера мобильного устройства. Выступающий может давать точечные команды перемещения курсора или проводить линии, рисовать и т.д., касаясь или не касаясь эмулятором поверхности экрана, включая указку 2 в нужные моменты.
Принцип действия предлагаемого устройства заключается в нанесении ИК световой указкой 2 отметок на экране 10, выделении с помощью ИК светофильтра 1 и фиксации камерой 11 только сигналов световой указки 2.
Далее требуется преобразование этих сигналов в команды операционной системы компьютера управления курсором.
Прохождение сигналов и обмен информации показан на фиг.3. Компьютер 8 передает сигнал на проектор 9. Проектор 9 проецирует изображение на экран 10. Изображение, рисуемое на экране 10 световой указкой 2, попадает в камеру 11. Камера 11 передает положение светового пятна от указки 2 на компьютер в необработанном или обработанном (в виде координат X, Y) виде.
Так как изображение проектора и проекция видимой области камеры на экран являются прямоугольным лишь условно, требуется преобразование координат светового пятна и приведение их в вид координат изображения компьютера. Чтобы сделать это возможным, при каждом новом относительном положении проектора, экрана и камеры требуется калибровка. При калибровке отмечаются четыре угла, которые определяют оси координат и масштабы по координатным осям. Калибровка необходима только один раз перед началом каждой презентации. Однако так как изображение проектора при презентации обычно ярче фона, калибровка может производиться автоматически перед презентацией или в ходе презентации.
Обработка оптического сигнала состоит из следующих шагов:
1. [Подготовительный] Калибровка координат углов проекции изображения относительно углов видимой части камеры.
2. [Остальные шаги - выполняются в ходе презентации] Выделение ИК светофильтром сигнала указки в виде светового пятна.
3. Определение координат светового пятна относительно видимой области камеры.
4. Передача данных в компьютер по соединительному кабелю или по беспроводной связи.
5. Обработка [преобразование] координат светового пятна с целью получения координат относительно углов изображения на экране проектора, а, значит, и компьютера.
В том случае, если для ввода оптической информации от манипулятора используется внешняя (например USB) камера или камера, встроенная в компьютер, обработка координат выполняется средствами компьютерного драйвера. Вычислительные мощности современных мобильных устройств достаточны, чтобы не только передать компьютеру положение курсора, но и сделать калибровку видимой части изображения и преобразование координат, с тем, чтобы передать точные координаты светового пятна относительно углов изображения на экране проектора и компьютера.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет легко и быстро адаптировать обычное демонстрационное оборудование под задачи комплексной интерактивной презентации, просто установив светофильтр перед стандартной видеокамерой.