WO2003056504A1 - Interactive projection and input system - Google Patents

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WO2003056504A1
WO2003056504A1 PCT/DE2002/004737 DE0204737W WO03056504A1 WO 2003056504 A1 WO2003056504 A1 WO 2003056504A1 DE 0204737 W DE0204737 W DE 0204737W WO 03056504 A1 WO03056504 A1 WO 03056504A1
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WO
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projection
input
image
image recording
evaluation device
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Application number
PCT/DE2002/004737
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German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus-Dieter Frank
Günter WERNER
Original Assignee
Klaus-Dieter Frank
Werner Guenter
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Publication date
Application filed by Klaus-Dieter Frank, Werner Guenter filed Critical Klaus-Dieter Frank
Priority to AU2002362160A priority Critical patent/AU2002362160A1/en
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0428—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by sensing at the edges of the touch surface the interruption of optical paths, e.g. an illumination plane, parallel to the touch surface which may be virtual
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F27/00—Combined visual and audible advertising or displaying, e.g. for public address

Definitions

  • the invention relates to an interactive projection system with a projection wall onto which images can be projected, which contains at least one input area for inputs by system users, and with an image recording and evaluation device which detects touch actuations of the input area, and an input system which can be used in this system.
  • Projection systems of this type are known from EP 0 055366 A2, DE 197 08 240 A1 and WO 95/34881.
  • the one to be projected onto the projection screen e.g.
  • An image containing text information is generated by a computer.
  • the image recording and evaluation device is connected to the computer, the evaluation components of this device being formed by software in particular.
  • An electronic camera captures the image thrown on the projection screen.
  • the image recording and evaluation device examines whether a finger of a user or a pointer used by the user appears in an input area and generates a switching signal which triggers a computer function assigned to the relevant input area, e.g. a change in the image to be projected.
  • the user's finger or the pointer is equivalent to a mouse pointer that can be moved on a computer screen.
  • the object of the present invention is to create a new projection system of the type mentioned at the outset which, compared to the known systems of this type, enables interference-free image projection and evaluation.
  • the projection system according to the invention which achieves this object is characterized in that the images are visible on the rear side of the projection wall in the projection direction and this side is provided for touch actuations of the input area.
  • the new system can be used advantageously in cases in which the system user should have as little access as possible to the system components, except for the projection screen.
  • a projection screen e.g. serve a shop window pane
  • projection images being thrown onto the pane from the inside.
  • An interested viewer can now make entries from the outside and thereby e.g. get more information by changing the projection image.
  • a transparent projection wall is therefore possible, the projection wall in particular being part of a window pane.
  • the use of a translucent material, such as a thin textile or plastic layer seems easily conceivable.
  • a glass pane can be provided on the inside with a film or such a coating that promotes the generation of the projection image by light scattering , or can have a hologram.
  • the image recording and evaluation device has an imaging device with an optical axis extending obliquely to the projection wall in such a way that in the field of vision of the imaging device, in addition to the projected image, only a part of the arm comprising the index finger and one on the contact areas falls approximately perpendicular to the user accessing the screen.
  • the projection image captured by the image recording and evaluation device in the absence of the viewer is changed only by the arm of the user.
  • a differential image evaluation method can advantageously be carried out, in which the information content of pixels of an electronically stored standard image is compared with the corresponding pixels of an actual image without actuation of the touch, and a visual change in the input area is thus detected by the hand of the user.
  • the image recording and evaluation device for recognizing or actuating the input areas can also be provided on the basis of an outline recognition and / or evaluation of brightness or color differences.
  • the image recording and evaluation device has at least one imaging device with an imaging axis extending parallel to the projection wall.
  • the optical imaging axis is expediently directed toward such a background, against which the index finger stands out in terms of brightness and color, wherein differences in brightness can be emphasized by suitable illumination of the finger.
  • the background could e.g. form a dark matt, diffusely scattering window frame, to which the finger contrasts in brightness and possibly color.
  • the image recording and evaluation device can be provided for determining the position of a specific point on the depicted index finger of the user and e.g. determine the tip or center of gravity of the finger. This measure results in a higher resolution in relation to the assignment of the finger position to the input area.
  • the image recording and evaluation device advantageously has at least one deflection mirror arranged in the projection direction in the half space behind the projection wall and a camera arranged in the half space in front of the projection wall and directed towards the deflection mirror. This protects the camera from unwanted external access. On the other hand, the camera could also be accommodated in a relatively secure manner in front of the window pane within the window frame.
  • the input system mentioned at the outset can be used, which has an input area containing input areas and a touch actuation of the Has image recording and evaluation device recognizing input areas, and characterized in that the image recording and evaluation device comprises at least one imaging device with an imaging axis extending parallel to the input surface.
  • the input surface of this input system can have not only images generated by rear projection, but also by front projection, by a picture tube, for example an EDP monitor, or images that are temporarily generated in another way.
  • the input surface can be provided with a permanent, static image which, in addition to image information, contains, for example, text information, for example a timetable.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an interactive projection system according to the invention in a schematic illustration
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a projection system according to the invention
  • Fig. 3 is an explanatory view of the operation of the projection systems of Figs. 1 and 2, and
  • Fig. 4 is a partial view of a third embodiment for a projection system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a window pane 1.
  • a middle section of the window pane 1 forms a transparent projection wall 2, into which a hologram is incorporated.
  • a projector 3 is arranged from the outside behind the shop window inside the building. The projector 3 contains a display for generating images which it throws onto the projection wall 2.
  • the projector 3 is connected to a computer 4, which supplies data for image generation on the aforementioned display.
  • a computer 4 which supplies data for image generation on the aforementioned display.
  • an electronic camera 5 or 6 is attached in each case.
  • the optical axis of their imaging devices extends parallel to the projection wall 2 at a distance of a few centimeters, the optical axes being exactly perpendicular to one another in this exemplary embodiment.
  • the cameras could also be placed in the frame corners or more than two cameras could be provided.
  • the electronic cameras 5 and 6 are connected via a multiplexer 7, which pre-processes the signals from both cameras and feeds them to the computer 4.
  • the reference numeral 8 indicates an image evaluation device which is formed in connection with the computer 4 by software installed in the computer.
  • an input area is provided on the projection wall 2 for touch by a finger 10 of a viewer on the outside of the shop window, who is looking at an image thrown from the inside by the projector 3 onto the projection wall 2, which e.g. May contain textual information about the shop belonging to the shop window.
  • the contact areas do not need to be identified on the projection screen 2 by a frame image as shown, but only exist virtually and are stored in the computer 4 by programming.
  • the viewer is prompted by the text information if necessary inputs, 'so that he obtained, for example by changing the projected onto the projection screen 2 image for more information.
  • the viewer touches the input area 9 with the index finger 10, which now appears in the field of view of the cameras 5 and 6.
  • the image evaluation device 8 evaluates an image section 11 of the image of the camera 5 and an image section 12 of the image of the camera 6.
  • image sections correspond to sections of the field of view which are longitudinally adjacent to the projection wall 2 or shop window pane 1 and each have a frame part of the shop window 1 as a background.
  • the image sections 11 and 12 lie on the optical axis of the respective imaging device of the electronic cameras 5 and 6 and are aligned such that the relevant edge sides of the projection wall 2 each lie in the middle of the face or imaging field. Deviating from this, the entire imaging area of the camera could be used to determine corresponding image sections, and the camera could be aligned in such a way that any imaging axis runs parallel to the shop window.
  • FIG. 3 Vertical boundaries of the projection screen 2 are indicated in FIG. 3 by lines 13 and 14 and horizontal boundaries of the projection screen by lines 15 and 16.
  • the computer 4 determines coordinates X 'and Y', below which the index finger image 17 appears in the image sections 11 and 12.
  • the coordinates X 'and Y' relate to a specific point on the finger, for example its center of gravity or the tip of the finger.
  • the coordinates X 'and Y' which clearly identify the position of the finger in front of the projection screen 2 and which are taken from the camera images are converted in the computer 4 into Cartesian coordinates X, Y relating to the projection screen.
  • the input area 9 is also stored internally in such Cartesian coordinates.
  • the background formed by the window frame is dark in the exemplary embodiment in question, so that the finger stands out clearly in front of it.
  • the background 4 is discriminated in the computer 4, which makes it easier to determine the position of the finger.
  • the inner surface of the frame can be inclined so that disturbing light reflections are avoided.
  • a switching signal can be triggered which is decisive for further work steps carried out by the computer 4.
  • an image change of the projection image generated on the projection wall 2 can be triggered by this switching signal, wherein the new image can in turn contain input areas for further switching inputs.
  • Decisive for the switching signal mentioned above is the registration of an access to the input area, that is, a change of state.
  • other switching signals that trigger other computer functions can be generated.
  • FIG. 2 where a projection wall 2a formed by a window pane 1 a of a window in the same way as that Embodiment of Fig. 1 is illuminated by a projector (not shown).
  • cameras 5a and ⁇ a are not arranged behind the projection wall 2a in the projection direction, but in front of it inside the building.
  • the cameras 5a and 6a are each directed at a mirror 18 and 19, respectively.
  • the arrangement of the cameras and the mirrors is selected such that the same fields of view as in the exemplary embodiment of FIG. 1 are depicted, only in the opposite viewing direction.
  • a single electronic camera 20 is aimed at an image thrown by a projector 3b onto a transparent projection wall 2b and the optical axis of its imaging device is inclined to dej.
  • Projection wall 2b is arranged in such a way that only a part of an arm that is pre-stretched for switching input leads into a face field section that captures the projection image. ' If you ensure that the background captured by the field of view above the arm does not change.
  • an image difference evaluation method can expediently be used here, in which the image region which is located at the highest and which is changed is determined. The latter change must be effected by the index finger placed on the projection wall 2b for input.
  • the camera 20 could also be placed anywhere in the projection half space, e.g. next to the projector or above the projection cone. In these cases, too, the index finger position can be determined using a differential image method.
  • One or more input areas can be fixed in relation to the projection wall or variably coupled in number and arrangement on the wall to different projected images.
  • the image evaluation device expediently registers movements of the index finger in real time. It goes without saying that if several cameras with imaging axes running parallel to the input surface are used, only an approximately parallel course is possible, in such a way that the cameras capturing the finger or the pointing element incline the relevant image field sections containing the finger or a pointing element from the inside of the shop window through the window pane.

Abstract

The invention relates to an interactive projection system comprising a projection wall (2) onto which images can be projected and which contains at least one input area (9) for inputs from system users, in addition to an image recording and evaluation device (5-8) recognizing touch-based actuations of the input area (9). According to the invention, projected images can be seen on the rear side of the projection wall in the direction of projection. Said side is provided for touch-based actuation of the input area, whereby image projection is not impeded by inputs. An input system, which is independent from the projection system can be used with said system and comprises an input surface containing an input area and an image recording and evaluation device recognizing a touch-based actuation of the input areas. According to the invention, the image recording and evaluation device consists of at least one imaging device (5,6) whose imaging axis extends parallel to the input surface.

Description

„Interaktives Projektions- und Eingabesystem""Interactive projection and input system"
Die Erfindung betrifft ein interaktives Projektionssystem mit einer Projektionswand, auf die Bilder projizierbar sind, welche wenigstens einen Eingabebereich für Eingaben durch Systembenutzer enthält, und mit einer Berührungsbetätigungen des Eingabebereichs erkennenden Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung sowie ein in diesem System verwendbares Eingabesystem.The invention relates to an interactive projection system with a projection wall onto which images can be projected, which contains at least one input area for inputs by system users, and with an image recording and evaluation device which detects touch actuations of the input area, and an input system which can be used in this system.
Projektionssysteme solcher Art sind aus der EP 0 055366 A2, der DE 197 08 240 A 1 sowie der WO 95/34881 bekannt. Das auf die Projektionswand zu projizierende, z.B. Textinformation enthaltende Bild wird durch einen Rechner erzeugt. Die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung steht mit dem Rechner in Verbindung, wobei vor allem die Auswertungskomponenten dieser Einrichtung durch Software gebildet sind. Eine elektronische Kamera erfasst das auf die Projektionswand geworfene Bild. Die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung untersucht, ob in einem Eingabebereich ein Finger eines Benutzers oder ein durch diesen verwendeter Zeigestab erscheint und erzeugt ein Schaltsignal, welches eine dem betreffenden Eingabebereich zugewiesene Rechnerfunktion auslöst, z.B. einen Wechsel des zu projizieren- den Bildes. Der Finger des Benutzers bzw. der Zeigestab ist insoweit mit einem auf einem Computerbildschirm bewegbaren Mauszeiger gleichzusetzen.Projection systems of this type are known from EP 0 055366 A2, DE 197 08 240 A1 and WO 95/34881. The one to be projected onto the projection screen, e.g. An image containing text information is generated by a computer. The image recording and evaluation device is connected to the computer, the evaluation components of this device being formed by software in particular. An electronic camera captures the image thrown on the projection screen. The image recording and evaluation device examines whether a finger of a user or a pointer used by the user appears in an input area and generates a switching signal which triggers a computer function assigned to the relevant input area, e.g. a change in the image to be projected. In this respect, the user's finger or the pointer is equivalent to a mouse pointer that can be moved on a computer screen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Projektionssystem der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das gegenüber den bekannten Systemen dieser Art eine störungsfreiere Bildprojektion- und -auswertung ermöglicht. Das diese Aufgabe lösende Projektionssystem nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder auf der in Projektionsrichtung hinteren Seite der Projektionswand sichtbar sind und diese Seite für Berührungsbetätigungen des Eingabebereichs vorgesehen ist.The object of the present invention is to create a new projection system of the type mentioned at the outset which, compared to the known systems of this type, enables interference-free image projection and evaluation. The projection system according to the invention which achieves this object is characterized in that the images are visible on the rear side of the projection wall in the projection direction and this side is provided for touch actuations of the input area.
Bei dem System nach dem Stand der Technik erfolgen Eingaben auf der Projektionsseite, wobei der System benutzer störend in den Projektionskegel eingreift. Durch die Erfindung wird ein solcher Eingriff vermieden. Ferner lässt sich das neue System vorteilhaft in Fällen anwenden, in denen der System benutzer zu den Systemkomponenten, außer zu der Projektionswand, möglichst keinen Zugang haben soll. Als Projektionswand kann z.B. eine Schaufensterscheibe dienen, wobei von innen Projektionsbilder auf die Scheibe geworfen werden. Ein interessierter Betrachter kann nun von außen Eingaben vornehmen und hierdurch z.B. weitere Informationen durch Wechsel des Projektionsbildes erhalten.In the system according to the prior art, inputs are made on the projection side, the system interfering with the user in the projection cone. Such an intervention is avoided by the invention. Furthermore, the new system can be used advantageously in cases in which the system user should have as little access as possible to the system components, except for the projection screen. As a projection screen, e.g. serve a shop window pane, projection images being thrown onto the pane from the inside. An interested viewer can now make entries from the outside and thereby e.g. get more information by changing the projection image.
Entsprechend der vorangehend beschriebenen Ausführungsform kommt also eine durchsichtige Projektionswand in Betracht, wobei die Projektionswand insbesondere ein Teil einer Fensterscheibe sein kann. Daneben erscheint die Verwendung eines durchscheinenden Materials, z.B. einer dünnen Textil- oder Kunststoff läge, ohne weiteres denkbar. Eine Glasscheibe kann innenseitig mit einer durch Lichtstreuung die Erzeugung, des Projektionsbildes fördernden Folie oder einem solchen Belag versehen sein oder ein Hologramm aufweisen.According to the embodiment described above, a transparent projection wall is therefore possible, the projection wall in particular being part of a window pane. In addition, the use of a translucent material, such as a thin textile or plastic layer, seems easily conceivable. A glass pane can be provided on the inside with a film or such a coating that promotes the generation of the projection image by light scattering , or can have a hologram.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung eine Abbildungseinrichtung mit einer sich schräg zu Projektionswand erstreckenden optischen Achse derart auf, dass in das Gesichtsfeld der Abbildungs- einrichtung neben dem projizierten Bild nur ein den Zeigefinger umfassender Teil des Armes eines auf die Berührungsbereiche etwa senkrecht zur Projektionswand zugreifenden Benutzers fällt. Bei dieser Ausführungsform wird das durch die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung bei Abwesenheit des Betrachters erfasste Projektionsbild nur durch den Arm des Benutzers verändert. Zur Erkennung einer Berührungsbetätigung kann vorteilhaft ein Differenzbildauswertverfahren durchgeführt werden, bei dem der Informationsgehalt von Bildpunkten eines elektronisch gespeicherten Standardbildes ohne Berührungsbetätigung mit den entsprechenden Bildpunkten eines Istbildes verglichen und so eine bildliche Veränderung des Eingabebereichs durch die Hand des Benutzers erfasst wird. Neben einer Differenzbildαuswertung kann die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung zur Erkennung oder Betätigung der Eingabebereiche auch anhand einer Umrisserkennung oder/und Auswertung von Helligkeits- oder Farbunterschieden vorgesehen sein.In one embodiment of the invention, the image recording and evaluation device has an imaging device with an optical axis extending obliquely to the projection wall in such a way that in the field of vision of the imaging device, in addition to the projected image, only a part of the arm comprising the index finger and one on the contact areas falls approximately perpendicular to the user accessing the screen. In this embodiment, the projection image captured by the image recording and evaluation device in the absence of the viewer is changed only by the arm of the user. To detect a touch actuation, a differential image evaluation method can advantageously be carried out, in which the information content of pixels of an electronically stored standard image is compared with the corresponding pixels of an actual image without actuation of the touch, and a visual change in the input area is thus detected by the hand of the user. In addition to a differential image evaluation, the image recording and evaluation device for recognizing or actuating the input areas can also be provided on the basis of an outline recognition and / or evaluation of brightness or color differences.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung wenigstens eine Abbildungseinrichtung mit einer sich parallel zur Projektionswand erstreckenden Abbildungsachse auf. Vorteilhaft Iässt sich bei dieser Ausführungsform ein streifenförmiger, längsseits an die Projektionswand angrenzender Gesichtsfeldausschnitt auswerten, welcher neben einem geeignet auswählbaren, von Konturen und Linien freien Hintergrund ggf. nur den auf einen Eingabebereich gerichteten Zeigefinger enthält.In a further embodiment of the invention, the image recording and evaluation device has at least one imaging device with an imaging axis extending parallel to the projection wall. In this embodiment, it is advantageous to evaluate a stripe-shaped field of view, which is adjacent to the projection wall and which, in addition to a suitably selectable background free of contours and lines, may contain only the index finger directed towards an input area.
Zweckmäßig ist die optische Abbildungsachse auf einen solchen Hintergrund gerichtet, gegen den sich der Zeigefinger in Helligkeit und Farbe abhebt, wobei Helligkeitsunterschiede durch geeignete Beleuchtung des Fingers noch betont werden können. Im Falle der Verwendung eines Schaufensters als Projektionswand könnte den Hintergrund z.B. ein dunkler matter, diffus streuender Fensterrahmen bilden, zu dem der Finger in Helligkeit und ggf. Farbe im Kontrast steht.The optical imaging axis is expediently directed toward such a background, against which the index finger stands out in terms of brightness and color, wherein differences in brightness can be emphasized by suitable illumination of the finger. If a shop window is used as a projection screen, the background could e.g. form a dark matt, diffusely scattering window frame, to which the finger contrasts in brightness and possibly color.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Bildaufnahme- und -auswerteinrichtung zur Bestimmung der Position eines bestimmten Punktes des abgebildeten Zeigefingers des Benutzers vorgesehen sein und z.B. die Spitze oder den Schwerpunkt des Fingers ermitteln. Durch diese Maßnahme ergibt sich eine höhere Auflösung in bezug auf die Zuordnung der Fingerposition zu dem Eingabebereich.In a further embodiment of the invention, the image recording and evaluation device can be provided for determining the position of a specific point on the depicted index finger of the user and e.g. determine the tip or center of gravity of the finger. This measure results in a higher resolution in relation to the assignment of the finger position to the input area.
Vorteilhaft weist die Bildaufnahme- und -auswerteinrichtung wenigstens einen in Projektionsrichtung im Halbraum hinter der Projektionswand angeordneten Umlenkspiegel und eine im Halbraum vor der Projektionswand angeordnete, auf den Umlenkspiegel gerichtete Kamera auf. Die Kamera ist so vor unerwünschten Zugriffen von außen geschützt. Andererseits ließe sich die Kamera verhältnismäßig zugriffssicher auch vor der Schaufensterscheibe innerhalb des Schaufensterrahmens unterbringen.The image recording and evaluation device advantageously has at least one deflection mirror arranged in the projection direction in the half space behind the projection wall and a camera arranged in the half space in front of the projection wall and directed towards the deflection mirror. This protects the camera from unwanted external access. On the other hand, the camera could also be accommodated in a relatively secure manner in front of the window pane within the window frame.
In dem vorangehend beschriebenen interaktiven Projektionssystem sowie unabhängig davon Iässt sich das eingangs erwähnte Eingabesystem verwenden, das eine Eingabebereiche enthaltende Eingabefläche und eine Berührungsbetätigung der Eingαbebereiche erkennende Bildaufnahme- und -auswerteinrichtung aufweist, und dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme- und -auswerteinrichtung wenigstens eine Abbildungseinrichtung mit einer sich parallel zu der Eingabefläche erstreckenden Abbildungsachse umfasst. Die Eingabefläche dieses Eingabesystems kann nicht nur durch Rückprojektion erzeugte Bilder aufweisen, sondern auch durch Aufprojektion, durch eine Bildröhre, z.B. eines EDV-Monitors oder Bilder, die in anderer Weise temporär erzeugt sind. Alternativ kann die Eingabefläche mit einem dauerhaften, statischen Bild versehen sein, das neben Bildinformationen z.B. Textinformationen enthält, z.B. einen Fahrplan.In the interactive projection system described above and independently of this, the input system mentioned at the outset can be used, which has an input area containing input areas and a touch actuation of the Has image recording and evaluation device recognizing input areas, and characterized in that the image recording and evaluation device comprises at least one imaging device with an imaging axis extending parallel to the input surface. The input surface of this input system can have not only images generated by rear projection, but also by front projection, by a picture tube, for example an EDP monitor, or images that are temporarily generated in another way. Alternatively, the input surface can be provided with a permanent, static image which, in addition to image information, contains, for example, text information, for example a timetable.
Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will now be explained in more detail using exemplary embodiments and the accompanying drawings relating to these exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein interaktives Projektionssystem nach der Erfindung in einer schematischen Darstellung,1 shows a first exemplary embodiment of an interactive projection system according to the invention in a schematic illustration,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Projektionssystem nach der Erfindung,2 shows a second exemplary embodiment of a projection system according to the invention,
Fig. 3 eine die Funktion der Projektionssysteme von Fig. 1 und 2 erläuternde Darstellung, undFig. 3 is an explanatory view of the operation of the projection systems of Figs. 1 and 2, and
Fig. 4 eine Teilansicht eines dritten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Projektionssystem.Fig. 4 is a partial view of a third embodiment for a projection system according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine Schaufensterscheibe 1. Ein mittlerer Abschnitt der Schaufensterscheibe 1 bildet eine durchsichtige Projektionswand 2, in die ein Hologramm eingearbeitet ist. Von außen gesehen hinter dem Schaufenster im Gebäudeinneren ist ein Projektor 3 angeordnet. Der Projektor 3 enthält ein Display zur Erzeugung von Bildern, die er auf die Projektionswand 2 wirft.1 shows a window pane 1. A middle section of the window pane 1 forms a transparent projection wall 2, into which a hologram is incorporated. A projector 3 is arranged from the outside behind the shop window inside the building. The projector 3 contains a display for generating images which it throws onto the projection wall 2.
Der Projektor 3 ist mit einem Rechner 4 verbunden, welcher Daten für die Bilderzeugung auf dem genannten Display liefert. In der Mitte an einem oberen Rahmenteil und einem seitlichen Rahmenteil des Schaufensters (Rahmenteile nicht gezeigt) ist jeweils eine elektronische Kamera 5 bzw. 6 angebracht. Die optische Achse ihrer Abbildungseinrichtungen erstreckt sich im Abstand von wenigen Zentimetern jeweils parallel zur Projektionswand 2, wobei die optischen Achsen bei diesem Ausführungsbeispiel zueinander genau senkrecht stehen. Abweichend von der vorangehend beschriebenen Kameraanordnung könnten die Kameras auch in den Rahmenecken platziert oder mehr als zwei Kameras vorgesehen sein. Die elektronischen Kameras 5 und 6 sind über einen Multiplexer 7 verbunden, welcher die Signale beider Kameras vorverarbeitet und dem Rechner 4 zuleitet.The projector 3 is connected to a computer 4, which supplies data for image generation on the aforementioned display. In the middle of an upper frame part and a side frame part of the shop window (frame parts not shown), an electronic camera 5 or 6 is attached in each case. The optical axis of their imaging devices extends parallel to the projection wall 2 at a distance of a few centimeters, the optical axes being exactly perpendicular to one another in this exemplary embodiment. In a departure from the camera arrangement described above, the cameras could also be placed in the frame corners or more than two cameras could be provided. The electronic cameras 5 and 6 are connected via a multiplexer 7, which pre-processes the signals from both cameras and feeds them to the computer 4.
Das Bezugszeichen 8 weist auf eine Bildauswertungseinrichtung hin, die in Verbindung mit dem Rechner 4 durch im Rechner installierte Software gebildet ist.The reference numeral 8 indicates an image evaluation device which is formed in connection with the computer 4 by software installed in the computer.
Bei 9 ist auf der Projektionswand 2 ein Eingabebereich zur Berührung durch einen Finger 10 eines Betrachters auf der Außenseite des Schaufensters vorgesehen, welcher ein von innen durch den Projektor 3 auf die Projektionswand 2 geworfenes Bild betrachtet, das z.B. Textinformationen über das zu dem Schaufenster gehörende Handelsgeschäft enthalten kann. Die Berührungsbereiche brauchen auf der Projektionswand 2 nicht wie gezeigt durch eine Rahmenabbildung kenntlich gemacht, sondern nur virtuell vorhanden und im Rechner 4 durch Programmierung abgelegt zu sein.At 9, an input area is provided on the projection wall 2 for touch by a finger 10 of a viewer on the outside of the shop window, who is looking at an image thrown from the inside by the projector 3 onto the projection wall 2, which e.g. May contain textual information about the shop belonging to the shop window. The contact areas do not need to be identified on the projection screen 2 by a frame image as shown, but only exist virtually and are stored in the computer 4 by programming.
Der Betrachter wird durch die Textinformationen ggf. zu Eingaben aufgefordert,' damit er z.B. durch Wechsel des auf die Projektionswand 2 geworfenen Bildes weitere Informationen erhält.The viewer is prompted by the text information if necessary inputs, 'so that he obtained, for example by changing the projected onto the projection screen 2 image for more information.
Zwecks Eingabe berührt der Betrachterden Eingabebereich 9 mit dem Zeigefinger 10, der nun im Gesichtsfeld der Kameras 5 und 6 erscheint.For the purpose of input, the viewer touches the input area 9 with the index finger 10, which now appears in the field of view of the cameras 5 and 6.
Gemäß Fig. 3 wertet die Bildauswertungseinrichtung 8 einen Bildausschnitt 1 1 des Bildes der Kamera 5 sowie einen Bildausschnitt 12 des Bildes der Kamera 6 aus. Diese Bildausschnitte entsprechen Gesichtsfeldausschnitten, die längs an die Projektionswand 2 bzw. Schaufensterscheibe 1 angrenzen und jeweils einen Rahmenteil des Schaufensters 1 zum Hintergrund haben. Die Bildausschnitte 1 1 und 12 liegen in dem Ausführungsbeispiel auf der optischen Achse der jeweiligen Abbildungseinrichtung der elektronischen Kameras 5 und 6 und sind so ausgerichtet, dass die betreffenden Randseiten der Projektionswand 2 jeweils in der Mitte des Gesichts- bzw. Abbildungsfeldes liegen. Abweichend hiervon wäre zur Festlegung entsprechender Bildausschnitte der gesamte Abbildungsbereich der Kamera verwertbar, und die Kamera ließe sich so ausrichten, dass irgendeine Abbildungsachse parallel zum Schaufenster verläuft. Vertikale Begrenzungen der Projektionswand 2 sind in Fig. 3 durch Linien 13 und 14 und horizontale Begrenzungen der Projektionswand durch Linien 15 und 16 angedeutet. In den Bildausschnitten 1 1 und 12 erscheint eine Zeigefingerabbildung 17 bzw. 17'. Der Rechner 4 ermittelt Koordinaten X' und Y', unter denen die Zeigefingerabbildung 17 in den Bildausschnitten 1 1 und 12 erscheint. Die Koordinaten X' und Y' beziehen sich auf einen bestimmten Punkt des Fingers, z.B. seinen Schwerpunkt oder die Fingerspitze.According to FIG. 3, the image evaluation device 8 evaluates an image section 11 of the image of the camera 5 and an image section 12 of the image of the camera 6. These image sections correspond to sections of the field of view which are longitudinally adjacent to the projection wall 2 or shop window pane 1 and each have a frame part of the shop window 1 as a background. In the exemplary embodiment, the image sections 11 and 12 lie on the optical axis of the respective imaging device of the electronic cameras 5 and 6 and are aligned such that the relevant edge sides of the projection wall 2 each lie in the middle of the face or imaging field. Deviating from this, the entire imaging area of the camera could be used to determine corresponding image sections, and the camera could be aligned in such a way that any imaging axis runs parallel to the shop window. Vertical boundaries of the projection screen 2 are indicated in FIG. 3 by lines 13 and 14 and horizontal boundaries of the projection screen by lines 15 and 16. An index finger image 17 or 17 'appears in the image sections 11 and 12. The computer 4 determines coordinates X 'and Y', below which the index finger image 17 appears in the image sections 11 and 12. The coordinates X 'and Y' relate to a specific point on the finger, for example its center of gravity or the tip of the finger.
Die die Position des Fingers vor der Projektionswand 2 eindeutig kennzeichnenden, den Kamerabildern entnommenen Koordinaten X' und Y' werden im Rechner 4 in karthesische, auf die Projektionswand bezogene Koordinaten X, Y überführt. Auch der Eingabebereich 9 ist rechnerintern in solchen karthesischen Koordinaten abgelegt.The coordinates X 'and Y' which clearly identify the position of the finger in front of the projection screen 2 and which are taken from the camera images are converted in the computer 4 into Cartesian coordinates X, Y relating to the projection screen. The input area 9 is also stored internally in such Cartesian coordinates.
Der durch den Fensterrahmen gebildeten Hintergrund ist in dem betreffenden Ausführungsbeispiel dunkel, so dass sich der Finger deutlich vor ihm abhebt. Im Rechner 4 erfolgt eine Diskriminierung des Hintergrundes, was die Bestimmung der Position des Fingers erleichtert. Ferner kann die Innenfläche des Rahmens geneigt sein, so dass störende Lichtreflektionen vermieden werden.The background formed by the window frame is dark in the exemplary embodiment in question, so that the finger stands out clearly in front of it. The background 4 is discriminated in the computer 4, which makes it easier to determine the position of the finger. Furthermore, the inner surface of the frame can be inclined so that disturbing light reflections are avoided.
Stellt der Rechner 4 fest, dass eine Fingerabbildung 17 bzw. 17' in den Bildausschnitten 1 1 und 12 erscheint und die ermittelte Fingerposition in einen Eingabebereich fällt, kann ein Schaltsignal ausgelöst werden, das maßgebend für weitere, vom Rechner 4 ausgeführte Arbeitsschritte ist. Wie bereits erwähnt, kann durch dieses Schaltsignal ein Bildwechsel des auf der Projektionswand 2 erzeugten Projektions- Bildes ausgelöst werden, wobei das neue Bild wiederum Eingabebereiche für weitere Schalteingaben enthalten kann.If the computer 4 determines that a finger image 17 or 17 'appears in the image sections 11 and 12 and the determined finger position falls into an input area, a switching signal can be triggered which is decisive for further work steps carried out by the computer 4. As already mentioned, an image change of the projection image generated on the projection wall 2 can be triggered by this switching signal, wherein the new image can in turn contain input areas for further switching inputs.
Maßgebend für das vorangehend erwähnte Schaltsignal ist die Registrierung eines Zugriffs auf den Eingabebereich, also ein Zustandwechsel. Daneben sind weitere, andere Computerfunktionen auslösende Schaltsignale erzeugbar. Verharrt z.B. der Zeigefinger länger als eine vorgeschriebene Dauer auf den Eingabebereich, so kann damit ein weiteres Schaltsignal verknüpft sein. Zweimaliges Antippen des Eingabebereichs, wobei der Finger innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens zweimal in dem Bildausschnitt 1 1 ,12 erscheint, kann z.B. dem Doppelklick mit einer Computermaus entsprechen. Auf diese Weise lassen sich alle durch eine Computermaus erzeυg- baren unterschiedlichen Signale bilden.Decisive for the switching signal mentioned above is the registration of an access to the input area, that is, a change of state. In addition, other switching signals that trigger other computer functions can be generated. Stays e.g. If the index finger on the input area for longer than a prescribed duration, another switching signal can be linked to it. Double tapping on the input area, the finger appearing twice in the image section 11, 12 within a certain time frame, e.g. double click with a computer mouse. In this way, all different signals that can be generated by a computer mouse can be generated.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wo eine durch eine Schaufensterscheibe 1 a eines Schaufensters gebildete Projektionswand 2a in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 durch einen Projektor (nicht gezeigt) angestrahlt wird. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 sind Kameras 5a und όa jedoch nicht in Projektionsrichtung hinter der Projektionswand 2a, sondern im Gebäudeinneren davor angeordnet. Die Kameras 5a und 6a sind jeweils auf einen Spiegel 18 bzw. 19 gerichtet. Die Anordnung der Kameras und der Spiegel ist so gewählt, dass die gleichen Gesichtsfelder wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 abgebildet werden, nur in entgegengesetzter Blickrichtung.Reference is now made to FIG. 2, where a projection wall 2a formed by a window pane 1 a of a window in the same way as that Embodiment of Fig. 1 is illuminated by a projector (not shown). In contrast to the exemplary embodiment of FIG. 1, cameras 5a and όa are not arranged behind the projection wall 2a in the projection direction, but in front of it inside the building. The cameras 5a and 6a are each directed at a mirror 18 and 19, respectively. The arrangement of the cameras and the mirrors is selected such that the same fields of view as in the exemplary embodiment of FIG. 1 are depicted, only in the opposite viewing direction.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist eine einzige elektronische Kamera 20 auf ein durch einen Projektor 3b auf eine durchsichtige Projektionswand 2b geworfenes Bild gerichtet und die optische Achse ihrer Abbildungseinrichtung schräg verlaufend zu dej. Projektionswand 2b so angeordnet, dass in einen das Projektionsbild erfassenden' Gesichtsfelaausschnitt nur ein Teil eines zur Schalteingabe vorgestreckten Arms fäHt.'Weήn man dafür sorgt, dass sich der durch den Gesichtsfeldausschnitt erfasste Hintergrund oberhalb des Arms nicht ändert. Zur Ermittlung der Fingerposition kann hier zweckmäßig ein Bilddifferenzauswertverfahren angewandt werden, bei dem der am höchsten gelegene Bildbereich ermittelt wird, der verändert ist. Letztere Änderung muß durch zur Eingabe den auf die Projektionswand 2b aufgesetzten Zeigefinger bewirkt sein.In the embodiment of FIG. 4, a single electronic camera 20 is aimed at an image thrown by a projector 3b onto a transparent projection wall 2b and the optical axis of its imaging device is inclined to dej. Projection wall 2b is arranged in such a way that only a part of an arm that is pre-stretched for switching input leads into a face field section that captures the projection image. ' If you ensure that the background captured by the field of view above the arm does not change. To determine the finger position, an image difference evaluation method can expediently be used here, in which the image region which is located at the highest and which is changed is determined. The latter change must be effected by the index finger placed on the projection wall 2b for input.
Abweichend von der in Fig. 4 gezeigten Position ließe sich die Kamera 20 im Projektionshalbraum auch an beliebigen anderen Stellen, z.B. neben dem Projektor oder oberhalb des Projektionskegels, anordnen. Auch in diesen Fällen Iässt sich die Zeigefingerposition durch ein Differenzbildverfahren ermitteln.Deviating from the position shown in Fig. 4, the camera 20 could also be placed anywhere in the projection half space, e.g. next to the projector or above the projection cone. In these cases, too, the index finger position can be determined using a differential image method.
Es versteht sich, dass zur Berührungsbetätigung nicht unbedingt eine Berührung der Projektionswand bzw. Eingabefläche erfolgen muß, sondern auch eine Annäherung ausreichend sein kann.It goes without saying that touching the projection wall or input surface does not necessarily have to take place in order to actuate the touch, but an approximation can also be sufficient.
Einer oder mehrere Eingabebereiche können in bezug auf die Projektionswand feststehend oder in Zahl und Anordnung auf der Wand variabel an unterschiedliche pro- jizierte Bilder gekoppelt sein.One or more input areas can be fixed in relation to the projection wall or variably coupled in number and arrangement on the wall to different projected images.
Zweckmäßig registriert die Bildauswertungseinrichtung Bewegungen des Zeigefingers in Echtzeit. Es versteht sich, dαss bei Verwendung mehrerer Kameras mit parallel zur Eingabefläche verlaufenden Abbildungsachsen auch ein nur angenähert paralleler Verlauf möglich ist, derart, dass die den Finger oder das Zeigeelement erfassenden Kameras die betreffenden, den Finger oder ein Zeigeelement enthaltenden Bildfeldausschnitte von der Schaufensterinnenseite her schräg durch die Fensterscheibe hindurch erfassen. The image evaluation device expediently registers movements of the index finger in real time. It goes without saying that if several cameras with imaging axes running parallel to the input surface are used, only an approximately parallel course is possible, in such a way that the cameras capturing the finger or the pointing element incline the relevant image field sections containing the finger or a pointing element from the inside of the shop window through the window pane.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Interaktives Projektionssystem mit einer Projektionswand (2), auf die Bilder projizierbar sind, welche wenigstens einen Eingabebereich (9) für Eingaben durch Systembenutzer enthält, und mit einer Berührungsbetätigungen des Eingabebereichs (9) erkennenden Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung (5-8), dadurch gekennzeichnet, dass die Bilder auf der in Projektionsrichtung hinteren Seite der Projektionswand (2) sichtbar sind und diese Seite für Berührungsbetätigungen des Eingabebereichs (9) vorgesehen ist.1. Interactive projection system with a projection screen (2) onto which images can be projected, which contains at least one input area (9) for inputs by system users, and with an image recording and evaluation device (5-8) that detects touch operations of the input area (9). , characterized in that the images are visible on the rear side of the projection wall (2) in the projection direction and this side is provided for touch actuations of the input area (9).
2. Projektionssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionswand (2) durchsichtig ist.2. Projection system according to claim 1, characterized in that the projection screen (2) is transparent.
3. Projektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionswand (2) durch einen Teil einer durchsichtigen Scheibe (1 ) gebildet ist.3. Projection system according to claim 1 or 2, characterized in that the projection wall (2) is formed by part of a transparent pane (1).
4. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung eine Abbildungseinrichtung (20) mit einer sich schräg zur Projektionswand (2b) erstreckenden optischen Achse derart aufweist, dass in das Gesichtsfeld der Abbildungseinrichtung (20) neben dem projizierten Bild nur ein den Zeigefinger umfassender Teil des Arms eines auf den Eingabebereich etwa senkrecht zur Projektionswand (2b) zugreifenden Benutzers fällt.4. Projection system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the image recording and evaluation device has an imaging device (20) with an optical axis extending obliquely to the projection wall (2b) in such a way that in the field of view of the imaging device (20) In addition to the projected image, only a part of the arm of a user accessing the input area approximately perpendicular to the projection wall (2b) falls around the index finger.
5. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung (5-8) wenigstens eine Abbildungseinrichtung (5,6) mit einer sich parallel zur Projektionswand (2) erstreckenden Abbildungsachse aufweist. 5. Projection system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the image recording and evaluation device (5-8) has at least one imaging device (5,6) with an imaging axis extending parallel to the projection wall (2).
6. Projektionssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsachse auf einen Hintergrund gerichtet ist, gegen welchen sich der Zeigefinger (10) eines den Eingabebereich (9) mit dem Zeigefinger (10) betätigenden Benutzers abhebt.6. Projection system according to claim 5, characterized in that the imaging axis is directed towards a background against which the index finger (10) of a user operating the input area (9) with the index finger (10) stands out.
7. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung (5-8) zur Bestimmung der Position eines bestimmten Punktes des abgebildeten Zeigefingers eines Benutzers vorgesehen ist, vorzugsweise der Fingerspitze oder des Schwerpunkts.7. Projection system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the image recording and evaluation device (5-8) is provided for determining the position of a specific point of the shown index finger of a user, preferably the fingertip or the center of gravity.
8. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung (5-8) einen in Projektionsrichtung in dem Halbraum hinter der Projektionswand (2a) angeordneten Umlenkspiegel (18,19) und eine im Halbraum vor der Projektionswand angeordnete, auf den Umlenkspiegel (18,19) gerichtete Kamera (5a, 6a) umfasst.8. Projection system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the image recording and evaluation device (5-8) has a deflection mirror (18, 19) arranged in the projection direction in the half space behind the projection wall (2a) and one in the half space camera (5a, 6a) arranged on the projection wall and directed towards the deflecting mirror (18, 19).
9. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung (5-8) zur Erkennung der Betätigung des Eingabebereichs basierend auf einer Differenzbildauswertung, einer Umrisserkennung oder/und einer Auswertung von Helligkeits- und Farbunterschieden vorgesehen ist.9. Projection system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the image recording and evaluation device (5-8) is provided for recognizing the actuation of the input area based on a difference image evaluation, an outline detection or / and an evaluation of brightness and color differences is.
10. Eingabesystem mit einer Eingabebereiche enthaltenden Eingabefläche und einer Berührungsbetätigungen der Eingabebereiche erkennenden Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung (5-8), dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahme- und -auswertungseinrichtung (5-8) wenigstens eine Abbildungseinrichtung (5,6) mit einer sich parallel zu der Eingabefläche erstreckenden Abbildungsachse aufweist. 10. Input system with an input area containing input areas and a touch actuation of the input areas recognizing image recording and evaluation device (5-8), characterized in that the image recording and evaluation device (5-8) at least one imaging device (5,6) with a has an imaging axis extending parallel to the input surface.
1 1. Eingαbesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabefläche ein durch Rückprojektion, Aufprojektion, eine Bildröhre oder in anderer Weise temporär erzeugtes Bild aufweist.1 1. Input system according to claim 10, characterized in that the input surface has a temporarily generated image by rear projection, front projection, a picture tube or in another way.
12. Eingabesystem nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabefläche ein dauerhaftes Bild aufweist. 12. Input system according to claim 10 or 1 1, characterized in that the input surface has a permanent image.
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