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WO2006136738A2 - Dispositif de pointage digital sur ecran - Google Patents

Dispositif de pointage digital sur ecran Download PDF

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WO2006136738A2
WO2006136738A2 PCT/FR2006/001478 FR2006001478W WO2006136738A2 WO 2006136738 A2 WO2006136738 A2 WO 2006136738A2 FR 2006001478 W FR2006001478 W FR 2006001478W WO 2006136738 A2 WO2006136738 A2 WO 2006136738A2
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    • G06F3/0346—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of the device orientation or free movement in a 3D space, e.g. 3D mice, 6-DOF [six degrees of freedom] pointers using gyroscopes, accelerometers or tilt-sensors
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Definitions

  • the present invention relates to an on-screen pointing device, particularly intended to be integrated with palmar-type information processing systems, that is to say that can be easily held in the palm of the human hand, such as the are, in particular, personal digital assistants or PDAs, mobile phones or palm computers, of English denomination "palmtop", met, for example, in the computer science and telecommunications.
  • These palm systems present to the user an interaction surface, the size of the palm of the hand, which is of small footprint, compared to that of desktop computers, for which this surface consists of the joining of surfaces the screen, the keyboard and the moving surface of the mouse of the computer, corresponding to a mouse pad.
  • a screen can be said of the size of a finger on the image that is transmitted to him or that it displays, if it is possible to reach any point of the screen with the end of the finger image leaving the base of said image of the finger on the outside of the screen.
  • congestion problems are particularly acute for the design of a pointing device, adapted to the palmar systems.
  • a pointing device is essential to allow the user to browse different options offered by a machine and select one. It allows the user, universally, the control of the operations of course and selection of the options, by the screen display of a pointer whose movement and change. appearance correspond to these operations respectively.
  • a common pointing device uses a stylus associated with a touch-sensitive or touch screen.
  • the pen is in the form of a finger, comprising an appendix and a rounded or pointed end, and it allows the movement of its end on the screen, touch to browse choices and select a choice by pressing a point of the screen where a symbol corresponding to this choice is displayed.
  • the use of a special screen is a significant obstacle in terms of cost and robustness, the support with a stylus on the screen can always cause damage to the latter.
  • the pointing device selected is of the button type allowing jerky movements in two orthogonal directions, on choices displayed few. This results in slow data entry that hinders the user.
  • the invention is a:
  • - Pointing device on screen characterized in that it comprises an object, finger type, an apparatus of the photographic type, capable of transmitting an image of the object to a screen, the screen type of the size of the finger on this image, said screen being able to display a pointer, and means for transforming a change of the image of the object into a modification of the display of the pointer, said means being able to recognize in the image of the object, a finger-like shape whose base intersects the perimeter of the screen
  • the change of the image of the object is a translation
  • the modification of the display of the pointer is a displacement
  • the change of the image of the object is a dilation and the modification of the display of the pointer is a selection
  • the dilation is a constriction - the device is of the type that can be installed on a palmar system
  • the screen is of the luminous type and illuminates the object
  • An application of the invention is:
  • the invention uses as a subject a finger of a human user and a lens camera consisting of a drop of liquid, common on a cellphone.
  • the phone has a screen whose height, or dimension perpendicular to the line defined by the center of the user's eyes, is the size of a finger.
  • the screen preferably includes no keys.
  • the camera is placed on the back of the phone, on the side that does not contain the screen. It contains a sensor of the CMOS type, for example, and an adapted processing electronics, enabling the transmission of an image of the finger on the screen at a rate of several times per second.
  • the screen is the size of the finger on this image.
  • the same word, here "finger” is used conveniently to designate the same form, considered as an object or an image transmitted by a camera.
  • the expressions "finger on an image” or simply “finger” are used interchangeably, to describe the operations of recognition or processing of the image of the finger formed by the camera. These operations are not performed on the object itself.
  • the recognition of the finger on this image by image recognition methods can be done using a microprocessor, receiving all the independent points of the image, or pixels in a memory area associated with an array.
  • the perimeter of the screen being associated with the elements having at least one extreme index in the table. This gives an image in memory of the image transmitted by the device and limited by the screen.
  • calculation operations are to be performed to determine a particular point designated by the finger.
  • computing power to recognize a shape is quickly prohibitive for varying lighting and noise conditions.
  • the choice of an object is essential to keep the calculation, a time and a reasonable energy cost.
  • Several factors then make the choice of an attractive finger for the designation on the screen of the size of the finger on this image.
  • the primary factor is that the base of the finger is outside the screen and therefore the finger cuts the perimeter of the screen. It is thus possible to determine the presence of a finger by testing only on the perimeter, the presence of pixels of color of the finger, contiguous and forming a first segment.
  • the perimeter search is very fast compared to a surface search.
  • the length of the first segment makes it possible to estimate the width of the finger. Consequently, means operating on the image transmitted to the screen, from its perimeter, to search for a finger on this image, are very advantageous in terms of time and computing power, crucial elements for palm systems. .
  • said means thus make it possible to advantageously determine a starting point in the form of a first segment of a finger on the image.
  • the ends of the first segment having been determined, they then allow, by examining pixels in their vicinity, to determine an average direction for the finger. We can thus look near the perimeter of the screen, the ends of a second segment of the finger color and parallel to the perimeter of the screen, the middle of which then defines with that of the first segment the average direction of the finger.
  • the width of a finger does not increase to its end, it is possible to define a search channel in the image, in the middle direction of the finger and width equal to the estimated width of the finger.
  • this channel we can then search for an extremal segment, the color of the finger parallel to the first segment and whose width is reduced by half compared to the estimated width of the finger.
  • the middle of this segment is conventionally associated with the active point designated by the finger. It should be noted that this algorithm makes it possible to determine on a static image and with few calculations, the active point designated by the finger. Compared to a search for example of a finger in the entire surface of the image and the tracking of its evolutions, common in image processing, the method exposed allows a low refresh rate.
  • the variation of the finger width by more than half between two images can be associated with a click at the last position of the active point and the variation of the active point at a shift of the selection point. Consequently, the invention makes it possible by using means for transforming the information of the width of the finger and of the position of the active point in displacement operations and in selecting a pointer on the screen of the mobile phone, to enable the realization of a pointing device for mobile phone controlled by the finger. More generally, it can be said that the invention, on a screen the size of the finger on an image, makes it possible to display a pointer by means of transforming a change of the image of the object into a modification of the pointer display.
  • a displacement of the pointer corresponding to a translation and a click to a dilation of the finger is conveniently a constriction of the finger, the finger then being away from the device to make a selection as if the user was tapping on an invisible carpet. If the screen is located on the side of the screen, the expansion is conveniently an enlargement of the finger, the finger then being approached from the apparatus to make a selection as if the user was typing on a carpet located on the diopter of input of the device.
  • the invention can be adapted to any palmar system.
  • the finger may reflect one. part of the light of the screen and the invention can then operate in the dark, the screen illuminating the finger.
  • a luminous brush like a luminous stem, could act as a finger without any particular difficulty.
  • the invention is applicable to telecommunications and computing.

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Abstract

Dispositif de pointage sur écran, caractérisé en ce qu'il comprend un objet, de type doigt, un appareil, du type photographique, capable de transmettre une image de l'objet, un écran, du type écran de la taille du doigt, capable d'afficher un pointeur et des moyens pour transformer un changement de l'image de l'objet, en une modification de l'affichage du pointeur. L'invention est particulièrement destinée à être intégrée à des téléphones portables.

Description

DISPOSITIF DE POINTAGE DIGITAL SUR ÉCRAN
La présente invention concerne un dispositif de pointage sur écran, particulièrement destiné à être intégré à des systèmes de traitement de l'information de type palmaire, c'est à dire pouvant être aisément tenu dans la paume de la main de l'homme, comme le sont, notamment, les assistants digitaux personnels ou PDA, les téléphones portables ou les ordinateurs palmaires, de dénomination anglaise "palmtop", rencontrés, par exemple, dans l'informatique et les télécommunications.
Ces systèmes palmaires présentent à l'utilisateur une surface d'interaction, de la taille de la paume de la main, qui est d'encombrement réduit, par comparaison à celle des ordinateurs de bureau, pour lesquels cette surface consiste en la réunion des surfaces de l'écran, du clavier et de la surface de déplacement de la souris de l'ordinateur, correspondant à un tapis de souris.
La réunion de ces surfaces est exactement adaptée à l'utilisateur pour les ordinateurs de bureau et bien supérieure à celle d'une main, néanmoins bien que la taille et les besoins de l'utilisateur restent inchangés, les systèmes palmaires doivent réussir à réduire la surface nécessaire à l'écran, au clavier et au système de pointage, pour les faire tenir aisément dans la paume de la main. Des problèmes techniques ne manquent pas d'en résulter. II existe ainsi, sur les systèmes palmaires, des écrans de la taille d'un doigt, par exemple humain, au sens où il est possible d'atteindre n'importe quel point de l'écran avec l'extrémité du doigt en laissant la base du doigt à l'extérieur de l'écran.
Par analogie, un écran pourra être dit de la taille d'un doigt sur l'image qui lui est transmise ou qu'il affiche, s'il est possible d'atteindre n'importe quel point de l'écran avec l'extrémité de l'image du doigt en laissant la base de ladite image du doigt à l'extérieur de l'écran.
Il existe aussi des appareils photographiques numériques, installâmes sur les systèmes palmaires, de taille réduite à quelques millimètres. Ils sont principalement répandus dans le domaine des téléphones portables. Ces appareils sont de petite focale et assurent une grande profondeur de champ. Ils permettent de capturer une image à l'aide d'un capteur de type matrice CMOS et de la transmettre à l'écran d'un téléphone portable. Ces appareils fontionnent en mode caméra , au sens ou ils rafraîchissent l'image à l'écran plusieurs fois par seconde. Leur performances en termes de résolution sont modérées, en raison de la faible consommation qui leur est allouée dans le bilan d'énergie du téléphone, la priorité étant donnée à la fonction de téléphonie.
Il existe aussi des claviers à dimension de touche réduite, ou dans lesquels chaque touche correspond à plusieurs symboles, ce qui ralentit l'entrée des données.
Enfin, les problèmes d'encombrement sont particulièrement aigus pour la conception d'un dispositif de pointage, adapté aux système palmaires.
En effet, un dispositif de pointage est indispensable pour permettre à l'utilisateur de parcourir différentes options proposées par une machine et en sélectionner une. Il permet universellement, à l'utilisateur, le contrôle des opérations de parcours et de sélection des options, par l'affichage à l'écran d'un pointeur dont le déplacement et le changement . d'apparence correspondent à ces opérations respectivement.
Toutefois, ni les tablettes graphiques, ni les souris, ne remplissent les conditions de faible encombrement nécessaire à une utilisation avec les systèmes palmaires. Un dispositif de pointage répandu utilise un stylet associé à un écran réagissant à la pression ou tactile. Le stylet a la forme d'un doigt, comprenant un appendice et une extrémité arrondie ou pointue, et il permet le déplacement de son extrémité sur l'écran, tactile pour parcourir des choix ainsi que de sélectionner un choix par appui sur un point de l'écran où un symbole correspondant à ce choix est affiché. Cependant, l'utilisation d'un écran spécial est un obstacle important en termes de coût et de robustesse, l'appui avec un stylet sur l'écran pouvant toujours occasionner des dommages à ce dernier.
Ainsi, pour les téléphones portables, produits en grand nombre, le dispositif de pointage retenu est de type bouton permettant des déplacements saccadés dans deux directions orthogonales, sur des choix affichés peu nombreux. Il en résulte une lenteur d'entrée de données qui gêne l'utilisateur.
Concevoir un système de pointage adapté aux systèmes palmaires est donc un problème difficile. Dans ce contexte, l'invention est un:
- Dispositif de pointage sur écran, caractérisé en ce qu'il comprend un objet, de type doigt, un appareil, du type photographique, capable de transmettre une image de l'objet à un écran, du type écran de la taille du doigt sur cette image, ledit écran étant capable d'afficher un pointeur, et des moyens pour transformer un changement de l'image de l'objet, en une modification de l'affichage du pointeur, lesdits moyens étant aptes à reconnaître dans l'image de l'objet, une forme de type doigt dont la base coupe le périmètre de l'écran
Dans des modes particuliers de l'invention:
- le changement de l'image de l'objet est une translation , et la modification de l'affichage du pointeur est un déplacement
- le changement de l'image de l'objet est une dilatation et la modification de l'affichage du pointeur est une sélection
- la dilatation est un agrandissement
- la dilatation est une constriction - l'appareil est du type installable sur un système palmaire
- l'écran est du type lumineux et éclaire l'objet
Une application de l'invention est:
- la réalisation d'un système palmaire muni d'un système de pointage contrôlé par un doigt.
Un mode particulier de réalisation de l'invention est décrit maintenant dans le cas d'un système palmaire de type téléphone portable.
L'invention utilise comme objet un doigt d'un utilisateur humain et un appareil photographique à lentille constituée d'une goutte de liquide, commune sur un téléphone portable. Le téléphone est muni d'un écran dont la hauteur, ou dimension perpendiculaire à la ligne définie par les centres des yeux de l'utilisateur, est de la taille d'un doigt. L'écran ne comprend, de préférence, aucune touche. L'appareil photographique est disposé au dos du téléphone, sur la face ne contenant pas l'écran. Il contient un capteur par exemple de type CMOS et une électronique de traitement adaptée, permettant la transmission à l'écran d'une image du doigt à une cadence de plusieurs fois par seconde. L'écran est de la taille du doigt sur cette image. Au sens de la présente demande et en imagerie, le même mot, ici « doigt », est utilisé commodément pour désigner une même forme, envisagée en tant qu'objet ou sur une image transmise par un appareil photographique. De ce point de vue, les expressions « doigt sur une image » ou plus simplement « doigt » sont utilisées indifféremment, pour décrire les opérations de reconnaissance ou de traitement de l'image du doigt formée par l'appareil photographique. Ces opérations ne s'effectuant pas sur l'objet lui-même. La reconnaissance du doigt sur cette image par des méthodes de reconnaissance d'image peut être faite à l'aide d'un microprocesseur, recevant l'ensemble des points indépendants de l'image, ou pixels dans une zone mémoire associée à un tableau. Le périmètre de l'écran étant associé aux éléments ayant au moins un indice extrême dans le tableau. On obtient ainsi une image en mémoire de l'image transmise par l'appareil et limitée par l'écran. Sur cette image, des opérations de calcul sont à effectuer pour déterminer un point particulier désigné par le doigt. Dans le domaine de la reconnaissance d'image, la puissance de calcul pour reconnaître une forme est rapidement prohibitive pour des conditions d'éclairage et de bruit variables. Le choix d'un objet est primordial pour garder au calcul, un temps et un coût en énergie raisonnable. Plusieurs facteurs rendent alors le choix d'un doigt attractif pour la désignation sur écran de la taille du doigt sur cette image. Le facteur primordial est dans ce cas que la base du doigt est en dehors de l'écran et qu'en conséquence, le doigt coupe le périmètre de l'écran. Il est ainsi possible de déterminer la présence d'un doigt en testant uniquement sur le périmètre, la présence de pixels de couleur du doigt, contigus et formant un premier segment . La recherche sur le périmètre est très rapide comparée à une recherche sur la surface. De plus, la longueur du premier segment permet d'estimer la largeur du doigt. En conséquence, des moyens opérant sur l'image transmise à l'écran, à partir de son périmètre, pour rechercher un doigt sur cette image, sont très avantageux en termes de temps et de puissance de de calcul, éléments cruciaux pour des systèmes palmaires. En combinaison avec un écran de la taille du doigt sur cette image, qui assure que l'image du doigt coupe l'écran, lesdits moyens permettent ainsi de déterminer avantageusement, un point de départ sous forme d'un premier segment d'un doigt sur l'image. Les extrémités du premier segment ayant été déterminées, elles permettent alors par examen des pixels à leur voisinage, de déterminer une direction moyenne pour le doigt. On pourra ainsi chercher au voisinage du périmètre de l'écran, les extrémités d'un second segment de la couleur du doigt et parallèle au périmètre de l'écran dont le milieu définit alors avec celui du premier segment la direction moyenne du doigt.
Enfin, la largeur d'un doigt ne croissant pas jusqu'à son extrémité, il est possible de définir un canal de recherche dans l'image, dans la direction moyenne du doigt et de largeur égale à la largeur estimée de ce doigt. Dans ce canal, on peut alors rechercher un segment extrémal , de la couleur du doigt parallèle au premier segment et dont la largeur est diminuée de moitié par rapport à la largeur estimée du doigt. Le milieu de ce segment est conventionnellement associé au point actif désigné par le doigt. II est à noter que cet algorithme permet de déterminer sur une image statique et avec peu de calculs, le point actif désigné par le doigt. Par rapport à une recherche par exemple d'un doigt dans toute la surface de l'image puis la traque de ses évolutions, courante en traitement d'image, la méthode exposée permet un taux de rafraîchissement peu élevé. En effet, la reconnaissance de forme initiale, gourmande en puissance de calcul dans l'art antérieur car elle nécessite typiquement un produit de corrélation avec un gabarit variable sur toute l'image est évitée avec l'invention. Celle-ci permet donc d'utiliser des images statiques à taux de rafraîchissement peu important, ce qui est souvent le cas des appareils photographiques des téléphones portables. La largeur du doigt et son extrémité étant facilement estimables par une méthode adaptée à une image statique, il est alors possible d'associer les variations d'extrémité à un déplacement d'un pointeur sur l'écran et les variations de largeur à une sélection, de type clic.
Par exemple, la variation de la largeur du doigt de plus de la moitié entre deux images peut être associée à un clic à la dernière position du point actif et la variation du point actif à un déplacement du point de sélection. En conséquence, l'invention permet en utilisant des moyens de transformation des informations de largeur du doigt et de position du point actif en opérations de déplacement et en sélection d'un pointeur sur l'écran du téléphone portable, de permettre la réalisation d'un dispositif de pointage pour téléphone portable contrôlé par le doigt. Plus généralement, on peut dire que l'invention, sur un écran de la taille du doigt sur une image, permet, d'afficher un pointeur grâce à des moyens pour transformer un changement de l'image de l'objet, en une modification de l'affichage du pointeur. Un déplacement du pointeur correspondant à une translation et un clic à une dilatation du doigt. Lorsque l'appareil est du côté opposé à l'écran sur le téléphone, la dilatation est commodément une constriction du doigt, le doigt étant alors éloigné de l'appareil pour effectuer une sélection comme si l'utilisateur tapait sur un tapis invisible. Si l'écran est situé du côté de l'écran, la dilatation est commodément un agrandissement du doigt, le doigt étant alors approché de l'appareil pour effectuer une sélection comme si l'utilisateur tapait sur un tapis situé sur le dioptre d'entrée de l'appareil.
Dans la mesure où l'appareil est installable sur un système palmaire, c'est-à- dire peu encombrant, l'invention peut être adaptée à tout système palmaire. Dans le cas où l'appareil est situé du côté de l'écran et où l'écran est de type lumineux ou retro-éclairé, le doigt peut refléter une. partie de la lumière de l'écran et l'invention peut alors fonctionner dans l'obscurité, l'écran éclairant le doigt. Cette caractéristique permet d'envisager de supprimer les touches d'un téléphone portable quasi-complètement en ne conservant par exemple qu'un bouton de marche et d'arrêt, tout en conservant la possibilité de numéroter avec le doigt de l'invention même en l'absence de source extérieure de lumière.
Il est possible de noter qu'un pinceau lumineux, comme une tige lumineuse, pourrait faire office de doigt sans difficulté particulière.
L'invention est applicable aux télécommunications et à l'informatique.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Dispositif de pointage sur écran, caractérisé en ce qu'il comprend un objet, de type doigt, un appareil, du type photographique, capable de transmettre une image de l'objet à un écran, du type écran de la taille du doigt sur cette image, ledit écran étant capable d'afficher un pointeur, et des moyens pour transformer un changement de l'image de l'objet, en une modification de l'affichage du pointeur, lesdits moyens étant aptes à reconnaître dans l'image de l'objet, une forme de type doigt dont la base coupe le périmètre de l'écran
2 ) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le changement de l'image de l'objet est une translation et la modification de l'affichage du pointeur est un déplacement
3 ) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le changement de l'image de l'objet est une dilatation et la modification de l'affichage du pointeur est une sélection
4 ) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la dilatation est un agrandissement
5 ) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la dilatation est une constriction
6 ) Dispositif selon la revendication 1 à 5, caractérisé en ce que l'appareil est du type installable sur un système palmaire
7 ) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'écran est du type lumineux et éclaire l'objet 8 ) Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, à la réalisation d'un système palmaire muni d'un système de pointage contrôlé par un doigt
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