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    • 专利摘要:
    本發明提出一種互動影像系統、互動控制裝置及其運作方法，該互動影像系統包含：一主機，產生互動影像；一光源，發出至少一光線；以及一互動控制裝置，和該主機間傳輸資料，及在一操作狀態和一閒置狀態間切換。該互動控制裝置包括：一影像感測器，於該閒置狀態下擷取一第一圖像，其中該第一圖像包括該光線成像之一參考點影像；及一控制電路，根據該第一圖像中該參考點影像之位置選取一像素區域，控制該影像感測器掃描該像素區域得到一第二圖像，比較一閥值與該第二圖像中該像素區域內至少一個像素之亮度資訊，以確認該互動控制裝置是否仍處於該閒置狀態。
    公开号:TW201303637A
    申请号:TW100123349
    申请日:2011-07-01
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Chia-Cheun Liang；Ming-Tsan Kao
    申请人:Pixart Imaging Inc；
    IPC主号:G06F3-00
    专利说明:
    互動影像系統、互動控制裝置及其運作方法
    本發明係有關一種互動影像系統、互動控制裝置及其運作方法，特別是指一種於閒置狀態下能調整互動裝置中影像模組之影像取樣條件，從而節省電能之互動影像系統、互動控制裝置及其運作方法。
    習知之遊戲遙控裝置，如中華民國發明專利第I267754號之「攝影機之指標定位裝置」，其可應用於一光槍遊戲，該指標定位裝置係於攝影指標裝置中設置有控制電路，其分別連接有攝影機、計算單元以及通信介面。該通信介面連接於主機，該攝影機前方設置有濾鏡，並於螢幕上設置有可供攝影機拍攝之複數發光元件。當一使用者使用該攝影指標裝置進行主機所執行之程式時，當該攝影機會拍攝顯示幕，因攝影機具有濾鏡，故會將發光元件所發出之光譜以外之光源濾除，所以攝影機所拍攝之畫面只會出現發光元件之光源。再將此畫面交由計算單元計算出攝影機瞄準點之座標值並傳送至主機，使主機可利用此座標值進行相關之控制。
    然而在實際使用上，為了提升遙控裝置之操控便利性，遙控裝置係利用無線通訊與主機間進行資料傳輸，並使用一電池模組供應遙控裝置整體所需之電能。由於遙控裝置包含數個耗能元件，必須盡量降低各元件之耗能以延長電池模組之壽命。通常為了提升計算單元計算瞄準點座標之精準度，攝影機係較佳使用較高之影像擷取頻率擷取圖像，但是高影像擷取率相對會增加計算單元之計算負載，進而增加遙控裝置之整體消耗電能，並降低電池模組之使用壽命。
    中華民國發明專利公開第200912700號揭示一種「位移偵測裝置及其省電方法」。該位移偵測裝置應係一滑鼠，包含一光源及一影像擷取單元，其中影像擷取單元會連續擷取光源投射於一表面所形成之影像。位移偵測裝置會計算出前述連續影像中參考物件之位置差以得到運動向量(motion vector)，當運動向量值於一預定時間內均小於一閥值，則位移偵測裝置被確認係處於閒置狀態而非操作狀態。若位移偵測裝置處在閒置狀態，會降低光源之發光頻率，如此能降低電能消耗。類似地，中華民國發明專利公開第200943131號揭示一種「位移偵測裝置及其省電方法」，其會根據光源連續兩次發光期間中該位移偵測裝置之位移量，以調整光源之發光週期，並盼能降低電能消耗。
    不同於前述兩公開專利說明書之標的為滑鼠，中華民國發明專利第I338241號揭示一種「互動影像系統、互動裝置及其運作方法」，可透過即時地調變互動裝置中影像模組之取樣頻率，以節省互動裝置整體之消耗電能。無論降低影像模組之取樣頻率，或降低光源之發光頻率，此等先前技術仍係擷取完整畫面(frame)並處理該完整畫面之資料，因此仍無法有效降低電能消耗。
    有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種能於閒置狀態下能調整互動裝置中影像模組之影像取樣條件，從而節省電能之互動影像系統、互動控制裝置及其運作方法。
    與本案可能相關之專利可參閱美國專利或公開專利US 7,839,388;US 7,738,013;US 7,738,013;US 7,619,669;US 20070024587等。
    本發明目的之一在提供一種可以節省電能之互動影像系統。
    本發明另一目的之一在提供一種用於互動影像系統之互動控制裝置。
    本發明的再一目的之一在提供一種互動影像系統之運作方法。
    為達上述之目的，就其中一個觀點言，本發明提供了一種一種互動影像系統，包含：一主機，產生互動影像；一光源，發出至少一光線；以及一互動控制裝置，和該主機間傳輸資料，及在一操作狀態和一閒置狀態間切換，包括：一影像感測器，於該閒置狀態下擷取一第一圖像，其中該第一圖像包括該光線成像之一參考點影像；及一控制電路，根據該第一圖像中該參考點影像之位置選取一像素區域，控制該影像感測器掃描該像素區域得到一第二圖像，比較一閥值與該第二圖像中該像素區域內至少一個像素之亮度資訊，以確認該互動控制裝置是否仍處於該閒置狀態。
    在其中一種實施型態中，該像素區域係該參考點影像對應像素格之相同或部分像素範圍，例如：中間有最大亮度之像素範圍。
    在其中一種實施型態中，該像素區域係包括該參考點影像對應像素格之擴大像素範圍。
    在其中一種實施型態中，該亮度資訊係該像素區域內一個像素之亮度值或複數個像素之亮度平均值。
    就另一個觀點言，本發明提供了一種互動控制裝置，接受自一光源發出至少一光線，及在一操作狀態和一閒置狀態間切換，該互動控制裝置包含：一影像感測器，於該閒置狀態下擷取一第一圖像，其中該第一圖像包括該光線成像之一參考點影像；以及一控制電路，根據該第一圖像中該參考點影像之位置選取一像素區域，控制該影像感測器掃描該像素區域得到一第二圖像，比較一閥值與該第二圖像中該像素區域內至少一個像素之亮度資訊，以確認該互動控制裝置是否仍處於該閒置狀態。
    就另一個觀點言，本發明又提供了一種互動影像系統之運作方法，包含：於閒置狀態下擷取一第一圖像；根據該第一圖像中至少一參考點影像之位置選取至少一像素區域；掃描該像素區域以得到一第二圖像；以及比較一閥值與該第二圖像中該像素區域內至少一個像素之亮度資訊，以確認該互動影像系統是否仍處於該閒置狀態。
    在其中一種實施型態中，該互動影像系統被確認仍處於該閒置狀態，則降低該互動影像系統中影像之取樣頻率或降低該互動影像系統中光源之發光頻率。
    在其中一種實施型態中，該互動影像系統被確認不處於該閒置狀態，則進入該操作狀態。
    底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
    本發明適用於遊戲主機之互動遊戲程式的執行、顯視器上網頁的遙控瀏覽及其他遙控影音系統(例如：智慧電視；smart TV)的操作，但因遊戲主機為目前最常見，故以下以遊戲主機為例來加以說明。
    參照第1圖所示，其揭示本發明一實施例之互動影像系統之示意圖。互動影像系統10包含一互動控制裝置11、一主機12、一光源13及一影像顯示器14。主機12之實施例可為一遊戲主機、一電腦系統主機或一互動影像撥放器，可以執行互動遊戲程式，以產生互動影像而顯示於該影像顯示器14上供使用者操控。主機12包括一無線模組121及一處理器122，藉由無線模組121和互動控制裝置11中無線模組111間雙向傳輸資料(RF1及RF2)，處理器122可以根據該等資料以進行互動遊戲。該主機12亦可以有線或無線方式與該顯示器14連接，或直接將該主機12設置於該顯示器14內部。
    該影像顯示器14之螢幕上顯示一游標，其實施例包括，但不限於，一光槍之彈著點及圖像之點選箭頭等。互動控制裝置11包括一無線模組111、一控制電路112及一影像感測器113，其中影像感測器113可擷取光源13中參考點131之影像，而控制電路112根據參考點131之影像決定互動控制裝置11之位置、移動方向及移動量，亦即前述游標之定位及位移。
    光源13之參考點131之實施例可為，但不限於，數個紅外光發光二極體或特定波長之發光單元所排列組成之各種形狀的參考點，其可電性連接至主機12或該影像顯示器14，亦可以獨立之電源自行供應發光時所需之電能。該光源13亦可整合於該顯示器14或該主機12之中。此外，參考點131之數目並不限定於圖示中6個，亦可以是一個或複數個。互動控制裝置11擷取該等參考點131之影像，以判定該互動控制裝置11與該參考點之相對位置及/或角度變化，以相對控制游標於影像顯示器14上之位置及移動。互動控制裝置11用以操控該主機12所執行之遊戲程式或一電腦軟體。當該主機12所執行者為一遊戲軟體時，該互動裝置11例如可當作(但不限於)一光槍、一撞球桿、一高爾夫球桿、一網球拍、一球棒、一羽球拍及乒乓球拍等以操控遊戲之進行。當主機12所執行者為一電腦軟體時，該互動裝置11例如可當作一指標(游標)定位裝置以操控該電腦軟體之進行。
    第2A～2D圖顯示本發明互動控制裝置擷取包括多個參考點影像之圖像。第2A～2D圖中圖像20a～20d係多個參考點成像於影像感測器113內之圖像。第2A圖係為在閒置狀態所擷取一完整影像，而參考點影像為參考點(亮點)所成像區域。本圖中參考點影像21～23僅為例示，不限於一個單元的像素，又圖中一單元亦可代表多個像素。此外，圖像20a～20d係互動控制裝置11於閒置狀態下擷取之圖像，然由操作狀態切換至閒置狀態之決定機制可以採任何先前技術所揭露之方法，例如：前述利用運動向量判斷進入閒置狀態等方法均屬本發明之保護範圍。
    第2A圖中圖像20a有三個參考點影像21～23，圖中以白色區域代表該三個參考點影像21～23，其他疏點陣列區域為影像感測器113掃描未發現參考點影像之像素單元，此圖像20a係影像感測器113完整掃描各像素單元而得。
    第2B圖中圖像20b係影像感測器113以圖像20a中該三個參考點影像所對應之像素格(pixel cell)掃描而得，其他像素格係被關閉以有效降低電能消耗，圖中以密點陣列區域代表未被開啟掃描之像素單元。亦即，互動控制裝置11之控制電路112會開啟影像感測器113中對應圖像20a中該三個參考點影像21～23之像素格，而僅以該等像素格進行掃描。圖中參考點影像21及23仍在原位置被掃描而得，但參考點影像22並無法在原被掃描區域被掃描得到，因此控制電路112會將互動控制裝置11由閒置狀態切換至操作狀態。
    為要確認圖像20b中至少一參考點影像不存在於圖像20a中原位置，而將互動控制裝置11切換至操作狀態，控制電路112會比較一閥值與圖像20b中對應圖像20a中該三個參考點影像21～23之像素之亮度資訊，例如：圖像20b中對應圖像20a中參考點影像22之像素單元之亮度值或亮度平均值低於一預定閥值，則可判斷該參考點影像22或亮點已離開圖像20a中原位置。反之，若該像素單元之亮度高於一預定閥值，則可判斷該參考點影像22仍在圖像20a中原位置，若參考點影像21及23也在他們原本的位置，則可認為互動控制裝置11依舊處於閒置狀態。當確認互動控制裝置11還處在閒置狀態，控制電路112可以進一步將影像感測器113之取樣頻率(frame rate)降低，或降低光源13之發光頻率，以節省電能消耗。可根據系統需求而決定在一亮點消失即切換至操作狀態，或只要有一亮點持續存在即保持在閒置狀態，進一步亦可設定為須有至少N個亮點存在才能保持在閒置狀態。
    第2B圖係僅掃描圖像20a中三個參考點影像之像素格，然可能會因雜訊或桌面細微晃動而誤認互動控制裝置11離開閒置狀態。故可以圖像20a中三個參考點影像之像素格為基準，而向四周擴大再選擇多個像素格為掃描範圍，如第2A圖中有三個像素區域241～243作為掃描範圍，或稱為關注區，亦即其他區域之像素格於下一畫面掃描時會被關閉。本發明中像素區域可以是前述擴大的掃描範圍，或是原本參考點影像所在的像素範圍。第2C圖即是下一畫面掃描所得到之圖像20c，像素區域242～243中參考點影像22～23均未改變其位置，但像素區域241中參考點影像21之位置有改變。因參考點影像21仍位於像素區域241中，因此控制電路112可判斷互動控制裝置11未離開閒置狀態。或是若偵測到像素區域241有至少一亮點存在，就可判斷互動控制裝置11未離開閒置狀態。所謂亮點存在或判斷，即一像素之亮度值大於一預定閥值，則可認定該像素為亮點所在。
    參見第2D圖，圖像20d中像素區域244及245係根據圖像20a中三個參考點影像21～23之所在位置選取整列像素格為掃描範圍。在其他實施例，亦可以選擇整欄像素格為掃描範圍，前述各實施例之掃描範圍可設定為參考影像21～23所對應相同大小、擴大或縮小之像素格。
    前述實施例係以簡圖例示，此段落係採實際之例子作進一步之說明。一影像感測器之像素格大小為128×96，若第一圖像中有兩個參考點影像，且各參考點影像大小約為30～50個像素。將兩個像素區域設為50個像素格，因此影像感測器僅需要開啟0.81%之像素格即可，其計算如下：(50×2)/(128×96)=0.00813。同樣，互動控制裝置11中訊號及影像處理等電路模組可以同比例減少處理像素數目，因此能進一步減少電能消耗。
    第3圖係本發明互動影像系統之運作方法之流程圖。參見步驟31，於閒置狀態下，互動控制裝置會開啟影像感測器之全部像素格以擷取一第一圖像。根據第一圖像中至少一參考點影像之位置選取至少一像素區域，又像素區域可以是包括參考點影像之對應像素格之相同範圍或擴大範圍，如步驟32所示。根據步驟33所示，影像感測器掃描像素區域內之像素格以得到一第二圖像。如步驟34所示，比較一閥值th與該第二圖像中該像素區域內至少一個像素之亮度資訊，例如：亮度值或亮度平均值，以確認該互動控制裝置是否仍處於該閒置狀態。如步驟35所示，當確認互動控制裝置還處在閒置狀態，可以進一步將影像感測器之取樣頻率降低，或降低光源之發光頻率，以節省電能消耗。若取樣頻率或發光頻率已經降至最低頻率值，就不需要再調降，而直接跳回步驟33。反之，若該像素之亮度值低於閥值th，則可判斷該參考點影像不在第一圖像中原位置，則要求動控制裝置進入操作狀態，如步驟36所示。
    以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，像素區域之範圍選擇及數量，可以不同於前述實施例之例示。或者，確認參考點影像仍位於各像素區域之方法，例如：藉由比較像素區域內單一像素之亮度相關數值或複數個像素之亮度相關數值，亦為本發明保護之範疇。本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
    10．．．互動影像系統
    11．．．互動控制裝置
    111．．．無線模組
    112．．．控制電路
    113．．．影像感測器
    12．．．主機
    121．．．無線模組
    122．．．處理器
    13．．．光源
    131．．．參考點
    14．．．影像顯示器
    21～23．．．參考點影像
    20a～20d．．．圖像
    241～245．．．像素區域
    31～36．．．步驟
    第1圖顯示本發明一實施例之互動影像系統之示意圖。
    第2A～2D圖顯示本發明互動控制裝置擷取包括多個參考點影像之圖像。
    第3圖係本發明閒置狀態確認之運作方法之流程圖。
    31～36．．．步驟
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種互動影像系統，包含：一主機，產生互動影像；一光源，發出至少一光線；以及一互動控制裝置，和該主機間傳輸資料，及在一操作狀態和一閒置狀態間切換，包括：一影像感測器，於該閒置狀態下擷取一第一圖像，其中該第一圖像包括該光線成像之一參考點影像；及一控制電路，根據該第一圖像中該參考點影像之位置選取一像素區域，控制該影像感測器掃描該像素區域得到一第二圖像，比較一閥值與該第二圖像中該像素區域內至少一個像素之亮度資訊，以確認該互動控制裝置是否仍處於該閒置狀態。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之互動影像系統，其中該像素區域係該參考點影像對應像素格之相同像素範圍。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之互動影像系統，其中該像素區域係包括該參考點影像對應像素格之擴大像素範圍。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之互動影像系統，其中該像素區域係該參考點影像對應像素格之部分像素範圍。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之互動影像系統，其中該亮度資訊係該像素區域內一個像素之亮度值或複數個像素之亮度平均值。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之互動影像系統，其中該光源包括複數個會發出光線之參考點。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之互動影像系統，其中該互動控制裝置被確認仍處於該閒置狀態，則該控制電路降低該影像感測器之取樣頻率或通知該主機以降低該光源之發光頻率。
    [8] 一種互動控制裝置，接受自一光源發出至少一光線，及在一操作狀態和一閒置狀態間切換，該互動控制裝置包含：一影像感測器，於該閒置狀態下擷取一第一圖像，其中該第一圖像包括該光線成像之一參考點影像；以及一控制電路，根據該第一圖像中該參考點影像之位置選取一像素區域，控制該影像感測器掃描該像素區域得到一第二圖像，比較一閥值與該第二圖像中該像素區域內至少一個像素之亮度資訊，以確認該互動控制裝置是否仍處於該閒置狀態。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之互動控制裝置，其中該像素區域係該參考點影像對應像素格之相同像素範圍。
    [10] 如申請專利範圍第8項所述之互動控制裝置，其中該像素區域係包括該參考點影像對應像素格之擴大像素範圍。
    [11] 如申請專利範圍第8項所述之互動控制裝置，其中該像素區域係該參考點影像對應像素格之部分像素範圍。
    [12] 如申請專利範圍第8項所述之互動控制裝置，其中該亮度資訊係該像素區域內一個像素之亮度值或複數個像素之亮度平均值。
    [13] 如申請專利範圍第8項所述之互動控制裝置，其中該互動控制裝置被確認仍處於該閒置狀態，則該控制電路降低該影像感測器之取樣頻率或通知該主機以降低該光源之發光頻率。
    [14] 一種互動影像系統之運作方法，包含：於閒置狀態下擷取一第一圖像；根據該第一圖像中至少一參考點影像之位置選取至少一像素區域；掃描該像素區域以得到一第二圖像；以及比較一閥值與該第二圖像中該像素區域內至少一個像素之亮度資訊，以確認該互動影像系統是否仍處於該閒置狀態。
    [15] 如申請專利範圍第14項所述之互動影像系統之運作方法，其中該像素區域係該參考點影像對應像素格之相同像素範圍。
    [16] 如申請專利範圍第14項所述之互動影像系統之運作方法，其中該像素區域係包括該參考點影像對應像素格之擴大像素範圍。
    [17] 如申請專利範圍第14項所述之互動影像系統之運作方法，其中該像素區域係該參考點影像對應像素格之部分像素範圍。
    [18] 如申請專利範圍第14項所述之互動影像系統之運作方法，其中該亮度資訊係該像素區域內一個像素之亮度值或複數個像素之亮度平均值。
    [19] 如申請專利範圍第14項所述之互動影像系統之運作方法，其中該互動影像系統被確認仍處於該閒置狀態，則降低該互動影像系統中影像之取樣頻率或降低該互動影像系統中光源之發光頻率。
    [20] 如申請專利範圍第14項所述之互動影像系統之運作方法，其中該互動影像系統被確認不處於該閒置狀態，則進入該操作狀態。
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