一種基於圖像處理技術的虛擬觸控螢幕系統的製作方法

2023-06-10 03:00:21 2

專利名稱：一種基於圖像處理技術的虛擬觸控螢幕系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及人機互動領域，特別涉及一種基於圖像處理技術的虛擬觸控螢幕系統。本實用新型g在利用圖像處理技術使任意一臺普通顯示器具有觸控螢幕的功能。
技術背景目前，普通觸控螢幕主要有紅外線式、電阻式、表面聲波式、電容式等類型，然而這些類型的大屏幕尤其是超大屏幕觸控螢幕產品，均存在價格昂貴、通用性差、穩定性差、準確性差的問題。中國專利CN201251778公開了ー種基於圖像識別的虛擬觸控螢幕系統，該實用新型由至少兩個ー維圖像採集裝置、顯示屏和計算裝置組成，一維圖像採集裝置設置在虛擬觸控螢幕的四周，每個ー維圖像採集裝置獲取的一維圖像所在面與虛擬觸控螢幕處於同一平面；多個ー維圖像採集裝置將手指在虛擬觸控螢幕上的位置和點擊動作轉換成多個ー維圖像中的點及點的有無，計算裝置根據所述一維圖像中點的信息識別手指在虛擬觸控螢幕中的兩維直角坐標，並執行相應的操作，完成人機互動功能。該實用新型採用的ー維圖像採集裝置較多，存在成本較高的缺點。中國專利CN1912816公開了ー種基於攝像頭的虛擬觸控螢幕系統，g在利用計算機視覺技術使任意一臺普通顯示器具有觸控螢幕的功能。該實用新型採用了多個攝像頭用來採集圖像，存在成本較高的缺點，且由於單純靠圖像處理技術，沒有加入其它的輔助手段，穩定性不高。中國專利申請號200820217299. 6公開了ー種紅外雷射筆遙指虛擬觸摸系統，其特徵是由計算機系統、紅外雷射筆、圖像獲取裝置、圖像識別定位模塊組成；計算機系統包括顯示設備和計算機主機；紅外雷射筆具有紅外雷射發射按鍵，可發射紅外雷射指向顯示屏；圖像獲取裝置安裝在顯示設備前方，將顯示屏完全納入其取景範圍內，用於獲取包括所述紅外雷射筆發出的紅外雷射點在內的顯示屏圖像；圖像識別定位模塊根據獲取的圖像識別出紅外雷射點及其在顯示屏中的位置，根據紅外雷射的時間長短和次數區分包括光點指示、光點移動、點擊在內的不同操作，並控制計算機系統在顯示屏的對應位置上生成光點，且完成對應操作。其缺點在於，使用時需要手持紅外雷射筆，並且只是遠程的虛擬觸摸，達不到單靠手指、無需輔助器件就能在屏幕上觸摸的較真實體驗。

實用新型內容本實用新型的目的在於針對現有技術存在的缺陷，提供一種基於圖像處理技術的虛擬觸控螢幕系統。本實用新型採用如下技術方案一種基於圖像處理技術的虛擬觸控螢幕系統，包括顯示屏3、攝像頭I、線形紅外雷射器2、處理器，攝像頭I安裝在顯示屏3上前方，且顯示屏3處於攝像頭I的取景範圍內，線形紅外雷射器2發射出的紅外線4平行覆蓋於顯示屏3表面上，攝像頭I與處理器連接，處理器通過攝像頭I捕捉的光斑確定手指的坐標，執行操作命令。所述顯示屏3的兩側各設置一條凸起線5，且所述兩條凸起線5與顯示屏3內邊緣的兩條側邊重合，用於顯示屏3區域的自動定位。本實用新型通過輪廓查找的方法，利用豎直條狀輪廓的特徵找到顯示屏區域兩側的凸起線，進而確定顯示屏的區域；本實用新型中的線形紅外雷射器發射出的紅外線平行覆蓋在顯示屏上，當手指觸碰顯示屏時擋住紅外線產生光斑，攝像頭捕捉光斑，利用輪廓查找方法，準確計算手指產生光斑的坐標，並利用坐標折算公式得到觸摸位置。本實用新型的有益效果(1)本實用新型結構簡單、安裝方便，易於拓展。(2)通過攝像頭採集到的圖像，然後使用圖像處理技術提取亮斑的輪廓，計算其中心點，經過圖像校正確定亮斑的具體位置，進而確定是哪個位置被觸發，算法簡單，容易實現。

圖I為本實用新型系統結構的主視示意圖，圖2為圖I的側視示意圖，圖3為本實用新型的流程圖，圖4為本實用新型的手指觸摸的坐標折算圖。圖中示出I一攝像頭，2—線形紅外雷射器，3—顯不屏，4一紅外線，5—凸起線。
具體實施方式
如附圖1、2所示一種基於圖像處理技術的虛擬觸控螢幕系統，包括顯示屏3、攝像頭I、線形紅外雷射器2、處理器，攝像頭I安裝在顯示屏3上前方，且顯示屏3處於攝像頭I的取景範圍內，線形紅外雷射器2發射出的紅外線4平行覆蓋於顯示屏3表面上，攝像頭I與處理器連接。所述處理器，可以是待輸入設備自帶的處理器，也可以是外部増加的微處理器。所述顯示屏3的兩側各設置一條凸起線5，且所述兩條凸起線5與顯示屏3內邊緣的兩條側邊重合。如附圖3所示本實用新型的工作流程系統初始化，通過檢測顯示屏3兩側的兩條凸起線5定位出顯示屏3區域，所述線形紅外雷射器2發射的紅外線4照射在顯示屏3的凸起線5上形成兩條白色亮線，攝像頭I實時採集到含有顯示屏3的圖像傳回到處理器，處理器採用輪廓查找的方法得到圖像中各個輪廓上所有點的坐標、輪廓周長、面積，判斷輪廓是否符合兩條白色亮線的特徵，以此確定兩條白色亮線的輪廓，由白色亮線的輪廓上所有點的坐標平均值計算得到其中心坐標，比較兩條亮線的中心橫坐標的大小關係區分出左側及右側的凸起線。找出兩條白色亮線各自的輪廓上所有點中縱坐標最大及最小的點，共四個點，則這四個點構成了顯示屏3的頂點；所述兩條白色亮線的特徵為輪廓的面積除以周長的比值較小且在設定的範圍內，例如10到20，輪廓上各點縱坐標的方差除以輪廓上各點橫坐標的方差得到的比值較大且在另ー設定的範圍內，例如40到50，當查找到符合標準的白色亮線時，則可以確定顯示屏3的區域，否則繼續查找；當手指觸碰顯示屏3吋，線形紅外雷射器2的發射的紅外線4在手指指尖產生光斑，通過攝像頭I獲取含光斑的圖像並傳給處理器，處理器對光斑進行定位，得到其坐標。由光斑中心的坐標折算出其在顯示屏3的相對坐標進而確定位置，通過觸摸位置及觸摸的持續時間判斷是否為誤觸發，如果為誤觸發重新檢測，否則處理器調用作業系統的應用程式接ロ產生觸摸事件，執行命令，顯示屏能完成傳統的觸控螢幕ー樣的功能。所述光斑坐標的定位採用了輪廓查找的方法，將光斑輪廓找出，並由輪廓上所有點的坐標平均值計算得到其中心坐標。具體是先將圖像ニ值化，光斑處標為白色，其餘視 為背景，標為黑色。然後挖去內部點，所謂內部點的判斷方法為在3*3的方塊中，當中心點為白點，且其8個鄰域點也為白點，即中心點被白色點包圍，則該中心點為內部點。之後從原點出發，通過八方位的捜索，將輪廓圈出，並記錄輪廓上各個點的坐標。上述過程也可由OPENCV提供的函數cvFindContours O來實現,並直接得到輪廓個數、輪廓上所有點的坐標、面積、周長、輪廓中心點E的坐標等信息。所述手指光斑中心的坐標折算出其在顯示屏3區域的相對坐標採用如下算法，下文涉及的直角坐標系中X軸正方向為水平向右，Y軸正方向為豎直向下。如附圖4中E點為觸碰顯示屏3的手指光斑中心點，AC^ VA)、BC^ YB)、CiX0 Vc)、DC^ Yd)為顯示屏3所在區域的四個頂點，過E點做平行於Y軸的直線，分別與AB、⑶交於點F、G，則橫坐標
X = -^-S = ，由斜率^'JlF = ^cAS , [OS =たGD可ィ導到F、G點的縱坐標，即Yy = Y— {Y~ j) (Jfji — X^') I (^Ji jj— )= ρ - (Υζ, — !*￡,) *、Χ. C ~ X-g) / (Jf P — Xq)上式中，毛、も、んX0, 4み、Jc分別為點A、B、C、D、E、F、G的橫坐標，YA, YB, Yc, Yd,ろ、YF, Yg分別為點A、B、C、D、E、F、G的縱坐標。通過式子( -4)*預先給定的顯示屏高度/(ん-ル)可以得到在顯示屏3中，光斑的相對縱坐標。點H、I分別是在線段AC、BD上取的點，點H、I使得線段AH、AC、FE、FG、BI、BD成如下比例關係 AR AC = PE FG = BI BD由此可通過如下關係式計算得點H、I的坐標Xs = Xc + (Fff — Ys) * (XA - Xc) / (Yg - F2 )Yh = Υ - (Yg - Ym) *(ic -ろ)/ Cl7e - YF)= χ +(Y5-Ys) * χ& - Xs) / ( —fF)Yi = Yd — (YG - Ys) * (Y2 -Y^I(Yg-Yf)上式中，XA,Xb,んXD、も、み Zc、XH、J7 分別為點 A、B、C、D、E、F、G、H、I 的橫坐標，ya, rB, rc, γ 、rE, yf、rG, Yip Y1 分別為點 a、b、c、d、e、f、g、h、i 的縱坐標，通過式子ち)51=預先給定的顯示屏寬度/可以得到在顯示屏3中，光斑的相對橫坐標，[0039]得到光斑的相對橫坐標和相對縱坐標後，調用作業系統的應用程式接ロ產生觸摸 事件。
權利要求1.一種基於圖像處理技術的虛擬觸控螢幕系統，其特徵在於包括顯示屏(3)、攝像頭(I)、線形紅外雷射器(2)、處理器，攝像頭(I)安裝在顯示屏(3)上前方，且顯示屏(3)處於攝像頭(I)的取景範圍內，線形紅外雷射器(2)發射出的紅外線(4)平行覆蓋於顯示屏(3)表面上，攝像頭(I)與處理器連接。
2.、根據權利要求I所述的ー種基於圖像處理技術的虛擬觸控螢幕系統，其特徵在於所述顯示屏(3)的兩側各設置一條凸起線(5)，且所述兩條凸起線(5)與顯示屏(3)內邊緣的兩條側邊重合。
專利摘要本實用新型公開了一種基於圖像處理技術的虛擬觸控螢幕系統，包括顯示屏、攝像頭、線形紅外雷射器、處理器，攝像頭位於顯示屏上前方，使顯示屏完全處於取景範圍內，線形紅外雷射器發射出的紅外線平行覆蓋於顯示屏表面上方，攝像頭與處理器連接，當手指觸碰到顯示屏時會擋住線形紅外雷射器發出的紅外線形成一個光斑，此時攝像頭採集到的圖像中會有一個紅外亮斑，通過圖像處理技術確定紅外亮斑的具體位置，進而確定是顯示屏的哪個部位被觸發，處理器識別這些動作並將其轉化為相應的指令加以執行，從而完成人機互動操作。
文檔編號G06F3/042GK202404557SQ20112055421
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者謝巍, 陳暑生, 黃旭東 申請人:華南理工大學