用於投影屏幕的觸摸檢測系統的製作方法
2023-11-07 14:21:22 1
專利名稱：用於投影屏幕的觸摸檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種人機互動交互設備，尤其涉及一種應用於投影屏幕的觸摸檢測系統。
背景技術：
在大型展示項目中經常需要實現大面積的可觸摸交互系統，一般這種系統都使用投影機作為顯示設備，將圖像投影到特定區域。這種方式與原有的屏幕顯示方式有很大的區別，導致原有的用於顯示器的觸摸檢測技術無法在這種情況下使用。針對這個問題，一般採用基於圖像區域運動檢測的方法實現觸摸交互。這種方法的具體實現過程是在環境中架設一臺攝像機，通過攝像機拍攝投影屏幕區域的圖像。當某一用戶在投影屏幕區域中揮動手臂，攝像機所將拍攝得到的前後兩張連續圖像進行相減可以得到一個運動區域，認為這個運動區域就是用戶觸摸的位置。通過這種方式可以實現用戶與系統之間的互動。
但是這種系統存在一個致命的缺點當投影屏幕中的畫面內容運動的時候，系統無法區分那些運動區域是由用戶揮動手臂導致的，那些區域是畫面內容導致的。這個時候會發生錯誤的判斷，導致系統檢測失敗。
所以需要一種技術手段，既能夠過濾掉屏幕內容畫面運動對系統的不良影響有能夠保證區域檢測的正確性。本發明創造性的將一種常見的光學現象引入大面積投影觸摸檢測系統中，通過在系統中加入兩個偏振濾光片有效的解決了背景畫面的幹擾問題。
發明內容
本發明提出了一種基於偏振光的運動檢測的全新方法，使用這種方法可以實現比直接進行運動檢測更為穩定和魯棒性的效果。
本發明所提供的系統包括金屬投影屏幕、攝像機前置偏振光濾光片、攝像機、投影機前置偏振光濾光片、投影機、圖像採集單元及軟體處理部分。其中攝像機採集金屬投影屏幕的圖像，由於攝像機前置偏振光濾光片和偏振光濾光片的相互作用，投影機所投出的畫面在攝像機中不會出現，從而當攝像機檢測用戶手部在金屬投影屏幕前的運動時不受投影機所投出畫面的幹擾。
本發明所提供的系統，基於偏振光檢測和圖像處理的原理，通過安裝在攝像機和投影機前端的兩個偏振光濾光片，實現起偏器和檢偏器的功能。這兩個偏振片的起偏方向可以調節，可以以光軸為中心旋轉；當系統運行的時候，這兩個偏振光濾光片的起偏方向相互垂直。
在系統中使用一個能夠保持偏振光反射性質的金屬投影屏幕，這個金屬屏幕採用包含金屬材料的增亮投影屏幕，當某種偏振光入射到該表面，其反射光也是同種偏振光。
這樣，投影機投出的圖像大部分被過濾掉。由於投影屏幕是用戶手部運動的背景，由於背景上的圖像變化被過濾，對用戶手部運動的檢測可以視為一個在靜止背景上搜索運動區域的問題。從而大大簡化了圖像處理的難度，提高了系統的穩定性，減少了系統對使用場合的限制。在系統中，攝像機的圖像被圖像處理單元獲取並處理，圖像獲取和處理的速度不小於15次每秒。
系統正式運行之前需要進行初始化過程，這個過程主要是通過標定程度確定投影機在金屬投影屏幕上畫面四個頂點在攝像機圖像上的位置。
在系統正式運行時，圖象處理單元首先接收攝像機的圖像，之後對接收到的連續兩幅圖像進行差值確定運動區域，認為該區域就是用戶的手部。
最後，系統結合初始化過程中得到的數據來計算用戶手部實際上觸控螢幕幕的位置，並最終將這個數據輸入計算機。
系統還通過記錄投影屏幕上畫面的四個頂點在攝像機圖像上的位置，通過圖像扭曲運算，根據用戶手部在攝像機圖像上的位置，準確地計算用戶手部實際上在投影畫面上的位置，從而實現準確的屏幕交互。
圖1為本發明所提供觸摸檢測系統的示意圖；其中包括(1)金屬投影屏幕；(2)攝像機前置偏振光濾光片；(3)攝像機；(4)投影機前置偏振光濾光片；(5)投影機；(6)圖像採集單元圖2為圖像處理單元的數據處理流程；具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明如圖1所示，本發明所提供的應用於投影屏幕的觸摸檢測系統，包括金屬投影屏幕1；攝像機前置偏振光濾光片2；攝像機3；投影機前置偏振光濾光片4；投影機5；圖像採集單元6；其中攝像機3採集金屬投影屏幕1的圖像，由於攝像機前置偏振光濾光片2和偏振光濾光片4的相互作用，投影機5所投出的畫面在攝像機3中不會出現，從而當攝像機3檢測用戶手部在金屬投影屏幕1前的運動時不受投影機5所投出畫面的幹擾。
其中，金屬投影屏幕1為任意一種能夠保持偏振光反射性能的投影屏幕，這裡所說的偏振光反射性能是指，該屏幕應該保證當某一偏振方向的偏振光入射的時候，其反射光式具有同一偏振方向的偏振光。
所述攝像機前置偏振光濾光片2和投影機前置偏振光濾光片4，應該選取有較高透過率的偏振片，儘量保持光強衰減在50％左右。而且兩片偏振片必須能夠進行旋轉調節，以改變起偏方向。在進行系統標定步驟S1時，應調節任一偏振片，使得投影機5在金屬投影屏幕1上畫面在攝像機3圖像上可見。這時可以通過記錄該畫面的四個頂點來記錄該畫面在圖像上的位置。在系統正式運行並開始檢測用戶手部運動之前，應該調節任一偏振片，使得投影機5在金屬投影屏幕1上畫面在攝像機3圖像上不可見，以保證系統的正常運行。
為了達到對紅外光具有較好的響應，所述攝像機3優選為CCD攝像機，例如，普通CCD監控攝像頭；所述攝像機3的解析度至少為320×240，例如更高的640×480；所述攝像機3的採集速度至少為30幀/秒。
攝像機3的擺放應該保證整個金屬投影屏幕1全部在攝像機3圖像內，並儘量充滿圖像。
正如本領域人員所公知的那樣，所述攝像機3可以通過有線或無線的數據傳輸方式將拍攝到的圖像傳輸到圖像處理單元6，例如通過USB2.0接口。
所述圖像處理單元6包括中心處理器，用於控制圖像處理單元6的整體操作，所述中心處理器可以為DSP或FPGA。
所述圖像處理單元6還包括存儲單元，用於存儲圖像處理單元6的數據處理流程的程序和執行該程序時所產生的數據。所述存儲單元優選為Flash存儲器。
所述圖像處理單元6可以在步驟S6中將經過數據處理後所產生的數據輸出，即將包含用戶手部在屏幕上位置的數據以自定義格式輸出，可以輸出到與圖像處理單元6連接的計算機中。
權利要求
1.一種用於投影屏幕的觸摸檢測系統，其特徵在於該系統包括金屬投影屏幕(1)；攝像機前置偏振光濾光片(2)；攝像機(3)；投影機前置偏振光濾光片(4)；投影機(5)；圖像採集單元(6)及軟體處理部分。
2.根據權利要求1所述的一種用於投影屏幕的觸摸檢測系統，其特徵在於金屬投影屏幕(1)採用包含金屬材料的增亮投影屏幕，當某種偏振光入射到該表面，其反射光也是同種偏振光。
3.根據權利要求1所述的一種用於投影屏幕的觸摸檢測系統，其特徵在於攝像機前置偏振光濾光片(2)和投影機前置偏振光濾光片(4)的起偏方向可以調節，可以以光軸為中心旋轉；當系統運行的時候，這兩個偏振光濾光片的起偏方向相互垂直。
4.根據權利要求1所述一種用於投影屏幕的觸摸檢測系統，其特徵在於攝像機(3)的圖像被圖像處理單元(6)獲取並處理，圖像獲取和處理的速度不小於15次每秒。
5.根據權利要求1所述的一種用於投影屏幕的觸摸檢測系統，其特徵在於圖像處理單元(6)及軟體處理部分對接收到的圖像進行數據處理，數據處理流程包括以下步驟標定投影機(5)在金屬投影屏幕(1)上畫面四個頂點在攝像機(3)圖像上的位置(S1)；接收攝像機(3)的圖像(S2)；對接收到的連續兩幅圖像進行差值確定運動區域，認為該區域就是用戶的手部(S3)；根據(S1)獲得的投影機(5)在金屬投影屏幕(1)上畫面四個頂點在攝像機(3)圖像上的位置計算用戶手部實際上觸控螢幕幕的位置(S4)；輸出所產生的數據(S5)。
全文摘要
一種應用於投影屏幕的觸摸檢測系統包括投影機，投影屏幕，圖像採集單元和圖像處理單元，所述投影機包括一個一般的商用投影機和在該投影機前端安裝的可調節方向的偏振光濾光片，所述投影屏幕為金屬屏幕，所述圖像採集單元包括可調節的偏振光濾光片和攝像機；所述圖像處理單元根據所用戶手部在所述投影屏幕前的晃動，從所採集到的圖像中分辨出用戶手部的位置從而觸發進一步的操作。
文檔編號G06F13/00GK1862360SQ20061008663
公開日2006年11月15日 申請日期2006年6月26日 優先權日2006年6月26日
發明者翁冬冬, 劉越, 王湧天 申請人:北京理工大學