Sistema y método táctil basado en cámaras.

Un método que comprende:

adquirir imágenes de al menos dos puntos de vista usando cámaras (63) que tienen campos visuales queen general miran a través de la superficie táctil (60),

extendiéndose el campo visual de cada cámara (63)más allá de un borde periférico de la superficie táctil;

caracterizado porque en cada cámara:

se procesa cada imagen adquirida para producir un conjunto de datos de imagen para cada imagenadquirida;

se compara cada conjunto de datos de imagen con una imagen de fondo para producir una imagende diferencias para cada imagen adquirida; y

se detecta la existencia de un puntero dentro de cada imagen de diferencias y se generan datoscaracterísticos del puntero;

procesar datos característicos del puntero generados en las cámaras usando un procesador maestro (54)para determinar la posición del puntero con respecto a la superficie táctil (60) mediante triangulación; yusar la posición del puntero determinada para controlar la ejecución de un programa de aplicacionesinformáticas.

Sistema y método táctil basado en cámaras

CAMPO TÉCNICO

[001] La presente invención se refiere en general a sistemas táctiles y en particular a un sistema táctil basado 5 en cámaras.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[002] Los sistemas táctiles son bien conocidos en la técnica y normalmente incluyen una pantalla táctil que tiene una superficie táctil con la cual se hace contacto mediante el uso de un puntero para generar una entrada del usuario. Los contactos del puntero con la superficie táctil se detectan y se utilizan para generar la salida correspondiente, dependiendo de las áreas de la superficie táctil donde se hace contacto. Existen básicamente dos tipos generales de sistemas táctiles disponibles y éstos pueden clasificarse en grandes términos en sistemas táctiles "activos" y sistemas táctiles "pasivos".

[003] Los sistemas táctiles activos permiten al usuario generar la entrada del usuario poniendo en contacto la superficie táctil con un puntero especial que generalmente requiere alguna forma de fuente de alimentación integrada, normalmente baterías. El puntero especial emite señales tales como luz infrarroja, luz visible, frecuencias ultrasónicas, frecuencias electromagnéticas, etc. que activan la superficie táctil.

[004] Los sistemas táctiles pasivos permiten al usuario generar la entrada del usuario poniendo en contacto la superficie táctil con un puntero pasivo y no requieren el uso de un puntero especial para activar la superficie táctil. Un puntero pasivo puede ser un dedo, un cilindro de algún material o cualquier otro objeto adecuado que pueda utilizarse para poner en contacto un área de interés predeterminada sobre la superficie táctil.

[005] Los sistemas táctiles pasivos ofrecen ventajas con respecto a los sistemas táctiles activos, ya que cualquier dispositivo de puntero, incluido el dedo de un usuario, puede utilizarse como puntero para ponerse en contacto con la superficie táctil. Como resultado, la entrada del usuario puede generarse fácilmente. También, dado que no son necesarios punteros activos especiales en los sistemas táctiles pasivos, los niveles de la batería y/o el daño, robo o colocación equivocada del puntero no constituyen una preocupación para los usuarios.

[006] Los sistemas táctiles pasivos tienen varias aplicaciones relativas al manejo del ordenador y la pantalla de vídeo. Por ejemplo, en una aplicación interactiva, tal como se divulga en la Patente de los Estados Unidos No.

5.448.263 de Martin, cedida al cesionario de la presente invención, un sistema táctil pasivo se acopla a un ordenador y la pantalla del ordenador se presenta en la superficie táctil de la pantalla táctil. Las coordenadas que 30 representan ubicaciones específicas sobre la superficie táctil son mapeadas a la pantalla del ordenador. Cuando un usuario hace contacto con la superficie táctil, las coordenadas de la posición de contacto son trasmitidas al ordenador y mapeadas a la pantalla del ordenador, permitiendo así que el usuario maneje el ordenador de manera similar a cuando usa un ratón de ordenador, simplemente haciendo contacto con la superficie táctil. Asimismo, las coordenadas trasmitidas al ordenador pueden grabarse en una aplicación y volver a visualizarse más tarde. La grabación de las coordenadas de contacto normalmente se realiza cuando se desea grabar información escrita o dibujada en la pantalla táctil por el usuario.

[007] La resolución de una pantalla táctil pasiva determina si el sistema táctil es adecuado para grabar información escrita o dibujada en la pantalla táctil o sólo útil para seleccionar áreas sobre la pantalla táctil mapeadas a regiones en el ordenador o pantalla de vídeo para manipular el ordenador o la pantalla de vídeo. La resolución normalmente se mide en puntos por pulgada (DPI) . Los DPI se relacionan con el tamaño de la pantalla táctil y la capacidad de muestreo del hardware y el software del sistema táctil utilizado para detectar los contactos sobre la superficie táctil.

[008] Las pantallas táctiles pasivas de baja resolución sólo tienen suficientes DPI como para detectar los contactos sobre la superficie táctil dentro de un gran grupo de píxeles exhibidos por el ordenador o la pantalla de 45 vídeo. Por lo tanto, estas pantallas táctiles pasivas de baja resolución son útiles sólo para manipular el ordenador

o la pantalla de vídeo.

[009] Por otro lado, las pantallas táctiles pasivas de alta resolución tienen suficientes DPI como para detectar los contactos que son proporcionales a un pequeño número de píxeles o sub-píxeles del ordenador o la pantalla de vídeo. Sin embargo, un requisito para las pantallas táctiles de alta resolución es la capacidad de detectar cuándo el puntero está en contacto con la superficie táctil. Esto es necesario para escribir, dibujar, hacer clic con el ratón, etc. Sin la capacidad de detectar un contacto del puntero con la pantalla táctil, escribir y dibujar sería una operación continua y los clic del ratón no serían posibles, haciendo así virtualmente imposible la manipulación de la pantalla del ordenador. Un requisito secundario es la capacidad de detectar cuándo el puntero se está

moviendo sobre la superficie táctil. A pesar de que no es necesario para escribir o dibujar, los sistemas operativos de los ordenadores actuales utilizan cada vez más información de movimiento para manipular las pantallas del ordenador o vídeo o los cuadros de información emergentes.

Las pantallas táctiles pasivas normalmente son del tipo resistivo análogo, del tipo de onda acústica de superficie (SAW) o de tipo capacitivo. Lamentablemente, estas pantallas táctiles presentan varios problemas y

desventajas, tal como se describirá.

Las pantallas táctiles resistivas análogas normalmente tienen alta resolución. Dependiendo de la complejidad de la pantalla táctil, la resolución de la pantalla táctil puede producir 4096x4096 DPI o más. Las pantallas táctiles resistivas análogas se construyen utilizando dos láminas flexibles que están recubiertas con un material resistivo y dispuestas una encima de la otra. Las láminas no entran en contacto entre sí hasta que se haya hecho contacto. Las láminas normalmente se mantienen separadas mediante micropuntos aislantes o mediante un espacio de aire aislante. Las láminas se construyen a partir de ITO, que es mayoritariamente transparente. De esta forma, la pantalla táctil introduce una alteración de la imagen pero muy poco paralaje.

Durante el funcionamiento de una pantalla táctil pasiva resistiva análoga se aplica un gradiente de voltaje uniforme en una dirección a lo largo de una primera de las láminas. La segunda lámina mide el voltaje a lo largo 20 de la primera lámina cuando las dos láminas entran en contacto entre sí como resultado de que se hizo contacto con la superficie táctil. Dado que el gradiente de voltaje de la primera lámina puede traducirse a la distancia a lo largo de la primera lámina, el voltaje medido es proporcional a la posición del contacto sobre la superficie táctil. Cuando se adquiere una coordenada de contacto sobre la primera lámina, luego se aplica el gradiente de voltaje uniforme a la segunda lámina y la primera lámina mide el voltaje a lo largo de la segunda lámina. El gradiente de voltaje de la segunda lámina es proporcional a la distancia a lo largo de la segunda lámina. Estas dos coordenadas de contacto representan la posición X-Y del contacto sobre la superficie táctil en un sistema de coordenadas cartesianas.

Lamentablemente, dado que es necesaria una presión mecánica para poner en contacto las dos láminas, las pantallas táctiles resistivas análogas sólo pueden detectar el contacto cuando hay suficiente presión para unir

las dos láminas. Las pantallas táctiles pasivas y resistivas análogas tampoco pueden percibir cuándo un puntero se está moviendo sobre la superficie táctil. Por lo tanto, en el caso de pantallas táctiles resistivas análogas, los eventos y las posiciones de contacto sólo pueden detectarse cuando se hacen contactos reales con la superficie táctil.

Las pantallas táctiles de onda acústica superficial (SAW) normalmente proporcionan resolución media y

no son adecuadas para grabar una escritura de calidad. Las pantallas táctiles de SAW emplean transductores en los bordes de la superficie de vidrio para hacer vibrar el vidrio y producir ondas acústicas que se mueven sobre la superficie de vidrio. Cuando se hace contacto sobre la superficie de vidrio, se reflejan las ondas acústicas y se determina la posición del contacto a partir de la firma de las ondas acústicas reflejadas.

Lamentablemente, las pantallas táctiles de SAW... [Seguir leyendo]

1. Un método que comprende:

adquirir imágenes de al menos dos puntos de vista usando cámaras (63) que tienen campos visuales que en general miran a través de la superficie táctil (60) , extendiéndose el campo visual de cada cámara (63) 5 más allá de un borde periférico de la superficie táctil;

caracterizado porque en cada cámara:

se procesa cada imagen adquirida para producir un conjunto de datos de imagen para cada imagen adquirida;

se compara cada conjunto de datos de imagen con una imagen de fondo para producir una imagen 10 de diferencias para cada imagen adquirida; y

se detecta la existencia de un puntero dentro de cada imagen de diferencias y se generan datos característicos del puntero;

procesar datos característicos del puntero generados en las cámaras usando un procesador maestro (54) para determinar la posición del puntero con respecto a la superficie táctil (60) mediante triangulación; y

usar la posición del puntero determinada para controlar la ejecución de un programa de aplicaciones informáticas.

2. El método de la reivindicación 1 que comprende además:

usar la posición del puntero determinada para actualizar la salida de la pantalla presentada sobre la superficie táctil (60) .

3. El método de la reivindicación 1 que comprende además: determinar la velocidad del puntero analizando cambios en la posición del puntero determinada; y usar la posición del puntero determinada y la velocidad del puntero para controlar la ejecución de un programa de aplicaciones informáticas.

4. El método de la reivindicación 1 que comprende además actualizar la imagen de fondo en cada cámara (63) .

5. El método de la reivindicación 4 que comprende además en cada cámara (63) :

comparar una imagen adquirida con la imagen de fondo actualizada para determinar si la cámara (63) debe volver a exponerse; y si es así adquirir una imagen para ajuste de exposición.

6. El método de la reivindicación 1 que comprende además: 30 determinar el ángulo del puntero; y

usar la posición del puntero determinada y el ángulo del puntero para controlar la ejecución de un programa de aplicaciones informáticas.

7. El método de la reivindicación 1 que comprende además: determinar si el puntero está moviéndose encima de o en contacto con la superficie táctil (60) .

8. Un sistema de entrada de múltiples cámaras (50) para formar una interfaz con un programa de aplicaciones que se está ejecutando en un ordenador (56) , comprendiendo el sistema de entrada:

dos o más cámaras que incluyen un sensor de imagen (80) dispuestas para mostrar una región de interés rodeada por un marco (62) de una superficie táctil (60) de diferentes puntos de vista y que puede operarse para producir una serie de imágenes, teniendo cada sensor de imagen un campo visual que se extiende más allá de la periferia del marco; caracterizado por un procesador (84) asociado con cada sensor de imagen que puede operarse para recibir la serie de imágenes y detectar los punteros que aparecen en la región de interés, ejecutando cada procesador (84) un proceso para:

generar un conjunto de datos de imagen para cada imagen recibida;

comparar cada conjunto de datos de imagen con una imagen de fondo para producir una imagen de diferencias para cada conjunto de datos de imagen; y

detectar un puntero dentro de cada imagen de diferencias y generar datos característicos del puntero; y

un procesador maestro (54) que recibe y procesa datos característicos del puntero generados para determinar la posición del puntero dentro de la región de interés por medio de triangulación, transmitiéndose la posición del puntero determinada al ordenador (56) y utilizándose para controlar la ejecución del programa de aplicaciones.

9. El sistema de entrada de múltiples cámaras de la reivindicación 8, en donde se define que la región de interés se encuentra en frente a la superficie táctil (60) y en donde el ordenador utiliza la posición del puntero determinada para actualizar la salida de pantalla presentada sobre dicha superficie táctil.

10. El sistema de entrada de múltiples cámaras de la reivindicación 8 o 9 en donde el procesador (84) asociado con cada sensor de imagen (80) reemplaza la imagen de fondo cuando un puntero se detecta erróneamente.

11. El sistema de entrada de múltiples cámaras de la reivindicación 8 en donde el procesador (84) asociado con cada sensor de imagen (80) puede operarse para actualizar la imagen de fondo.

12. El sistema de entrada de múltiples cámaras de la reivindicación 11 en donde el procesador (84) asociado con cada sensor de imagen (80) puede operarse adicionalmente para comparar una imagen adquirida con la imagen de fondo actualizada para determinar si el sensor de imagen debe volver a exponerse y, si es así, para adquirir una imagen para ajuste de exposición.

13. El sistema de entrada de múltiples cámaras de la reivindicación 8 que comprende además:

determinar el ángulo del puntero; y

usar la posición del puntero determinada y el ángulo del puntero para controlar la ejecución de un programa de aplicaciones informáticas.

14. El sistema de entrada de múltiples cámaras de la reivindicación 9 en donde el procesador maestro (54) puede operarse para determinar si el puntero se está moviendo sobre o está en contacto con dicha superficie táctil.