智能檯燈及其進行互動的方法
2023-05-01 18:16:46
專利名稱：智能檯燈及其進行互動的方法
智能檯燈及其進行互動的方法
技術領域：
本發明涉及一種人機互動娛樂的手段，特別是涉及一種智能檯燈及其進行互動的方法。
背景技術：
傳統的檯燈只具有照明的功能，作用簡單，不能為人們提供更多的便利。一直以來，基於桌面交互動娛樂為大家所喜愛，因此，將互動娛樂功能與檯燈結合能很好的提高檯燈的實用性。而目前大多數基於桌面的互動娛樂裝置主要是通過觸控螢幕方式實現，即在顯示器表面覆蓋一層含有傳感線材的透明面板，通過傳感信號實現手指觸點的顯示表面定位，這種系統工作穩定，操作直觀，但是成本較高，且安裝固定，無法移動。另一種方法為採用專用的控制臺，桌面為透明或半透明玻璃，利用在控制臺內發射出來的紅外雷射定位手指位置，這種方法價格較便宜，但無法在普通桌面上使用。
發明內容鑑於上述狀況，有必要針對傳統的基於桌面的互動娛樂裝置需要含有傳感線材的透明面板或是專用控制臺的問題，提供一種智能檯燈。一種智能檯燈，包括燈頭，所述智能檯燈還包括處理單元；存儲單元，與所述處理單元電連接；投影模塊，與所述處理單元電相連，將所述處理單元從所述存儲單元讀取的信息投影到投影平面；不可見光模組，發出覆蓋所述投影平面的不可見光；攝像裝置，與所述處理單元相連，拍攝所述投影平面內的圖像並將所述圖像傳送至所述處理單元；所述處理單元對所述圖像進行處理獲得用戶在所述投影平面內操作時遮擋所述不可見光所產生的光斑對應的操作位置，並根據所述操作位置實現用戶的操作。進一步地，所述處理單元根據所述操作位置實現用戶的操作的過程為根據校正關係對所述操作位置進行處理，獲得檢測位置；根據所述檢測位置對應的功能，實現用戶的操作。進一步地，所述處理單元包括用於調整所述校正關係的標定模塊，所述標定模塊用於接收所述攝像裝置拍攝的所述投影平面內的棋盤格圖像；檢測所述棋盤格圖像內角點並排序；計算調整所述校正關係的投影變換矩陣。進一步地，所述處理單元包括用於調整所述校正關係的標定模塊，所述標定模塊用於接收所述攝像裝置拍攝的所述投影平面內含標記點的圖像；對所述圖像進行處理獲得用戶在所述投影平面內操作時遮擋所述不可見光所產生的光斑對應的操作位置；根據所述操作位置和標記點的位置計算調整所述校正關係的投影變換矩陣。
進一步地，所述不可見光模組為紅外一字線雷射器。進一步地，所述紅外一字線雷射器發出所述不可見光的波長為850納米，所述攝像裝置上裝有650納米和850納米雙通濾光片。進一步地，所述投影模塊上設有反光鏡，所述反光鏡用來改變光線的投影方向。進一步地，包括以下步驟將存儲的信息投影到投影平面；發出不可見光覆蓋所述投影平面；拍攝所述投影平面內的圖像；對所述圖像進行處理獲得用戶在所述投影平面內操作時遮擋所述不可見光所產生的光斑對應的操作位置；根據所述操作位置實現用戶的操作。進一步地，所述根據所述操作位置實現用戶的操作的步驟包括根據校正關係對所述操作位置進行處理，獲得檢測位置；根據所述檢測位置對應的功能，實現用戶的操作。進一步地，通過對所述智能檯燈進行標定調整所述校正關係，所述對所述智能檯燈進行標定的步驟包括如下步驟在所述投影平面內顯示棋盤格圖像；拍攝所述投影平面內的棋盤格圖像；檢測所述棋盤格圖像內角點並排序；計算調整所述校正關係的投影變換矩陣。進一步地，是利用角點檢測算法提取出所述棋盤格圖像內角點位置。進一步地，通過對所述智能檯燈進行標定調整所述校正關係，所述對所述智能檯燈進行標定的步驟包括如下步驟在所述投影平面投影出包含標記點的圖像；拍攝所述投影平面內的圖像；對所述圖像進行處理獲得用戶在所述投影平面內操作時遮擋所述不可見光所產生的光斑對應的操作位置；根據所述操作位置和標記點的位置計算調整所述校正關係的投影變換矩陣。進一步地，獲得用戶在所述投影平面內操作時遮擋所述不可見光所產生的光斑對應的操作位置，包括以下步驟通過所述攝像裝置獲取一幀圖像；找到所述圖像中光斑出現的像素點位置；計算所述像素點集的中心位置；將所述中心位置轉化為投影平面所述對應的操作位置。進一步地，通過閾值分割和加權算法找到所述圖像中光斑出現的像素點位置。所述智能檯燈採用投影模塊將存儲單元存儲的內容投影到普通桌面上，並配合所提出的基於攝像裝置和不可見光模組的視覺定位系統，通過處理單元處理攝像裝置的視頻信息，計算手指觸點的操作位置，根據操作位置實現用戶的操作，實現用戶用手指或其他非透明物體在投影區域內的直接操作的功能，不需要含有傳感線材的透明面板或是專用控制臺。
圖1為一實施例中智能檯燈的模塊圖；圖2為另一實施例中智能檯燈的模塊圖；圖3為一實施例中智能檯燈進行互動的方法的流程圖；圖4為圖3所示智能檯燈進行互動的方法中獲得用戶操作位置的流程圖；圖5為另一實施例中智能檯燈進行互動的方法的流程圖；圖6為圖3所示智能檯燈進行互動方法中自動標定的流程圖；圖7為圖3所示智能檯燈進行互動中手動標定的流程圖。
具體實施方式
下面主要結合
本發明的具體實施方式
。請參閱圖1，智能檯燈100包括燈頭(圖未示)、存儲單元110、處理單元120、投影模塊130、不可見光模組140及攝像裝置150。燈頭為普通燈頭，上面裝有燈泡。燈泡可以白熾燈、螢光燈以及LED燈等多種類型。存儲單元110用於存儲電子版的娛樂內容如文字、圖片、動畫、視頻、聲音、遊戲等文件。存儲單元可為半導體存儲器也可為磁碟存儲器。處理單元120與存儲單元110電連接，用來讀取存儲單元110內存儲的信息。處理單元120可以採用嵌入式處理器。處理單元和存儲單元可以整合到一個晶片中，也可以是兩個獨立的晶片。投影模塊130安裝於智能檯燈100燈頭位置。投影模塊130與處理單元120電連接，用來投影處理單元120從存儲單元110中讀取出來的文字、圖片、動畫等信息。投影模塊130為普通微型投影儀即可，LCOS (矽基液晶)或DLP (數字光處理)晶片均可用。不可見光模組140用於發出不可見光，覆蓋投影模塊130投影出來的平面。不可見光模組140發出不可見光的出光平面優選為與投影平面平行並覆蓋投影模塊130投影出來的平面。不可見光模組140優選為紅外雷射模組。本實施例中，不可見光模組140為紅外一字線雷射器，所發出的不可見光的波長為850納米。不可見光模組140可以在開機後一直工作，也可以與處理單元120相連，由處理單元120控制不可見光模組140是否工作。攝像裝置150安裝於智能檯燈100燈頭位置。攝像裝置150與處理單元120電連接，用來拍攝投影模塊130投影出來的畫面並傳送給處理單元120。攝像裝置150為普通攝像頭即可，攝像裝置150的方向可以調整，使之始終能拍攝到整個投影平面。攝像裝置150 的拍攝方向最好為與投影平面垂直或接近垂直。智能檯燈100工作時，投影模塊130將處理單元120從存儲單元110讀取的信息投影到投影平面；不可見光模組140發出不可見光，覆蓋投影平面；攝像裝置150拍攝投影平面內的圖像並將圖像傳送至處理單元120 ；處理單元120對所述圖像進行處理獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置，根據所述操作位置實現用戶的操作。例如，投影模塊130將一幅象棋棋局投影在投影平面內，在用戶在投影平面內點擊某個棋子時，可以獲得用戶點擊的操作位置，根據事先設定的對應關係，按用戶的要求移動該棋子。在另一優選的實施例中，處理單元120根據操作位置實現用戶的操作的過程為 根據校正關係對操作位置進行處理，獲得檢測位置；根據檢測位置對應的功能，實現用戶的操作。在實際的產品中，實際投影出來的圖像和理論上的圖像會存在一定的變形，這種變形可以通過上述校正關係來解決，以避免出現用戶的操作和實際進行不對應。這種校正可以是類似於觸控螢幕的校正。請參閱圖2，處理單元120還包括用於調整校正關係的標定模塊121。標定模塊121 調整校正關係的一種方式為接收攝像裝置150拍攝的投影平面內的棋盤格圖像；檢測棋盤格圖像內角點並排序；計算調整校正關係的投影變換矩陣。所謂棋盤格圖像的內角點，指的是黑白相間棋盤格圖中，黑色格子相互連通的位置，譬如，一個8*8的棋盤格圖具有7*7 個內角點。標定模塊121調整校正關係的另一種方式為接收攝像裝置150拍攝的投影平面內含標記點的圖像；對圖像進行處理獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置；根據操作位置和標記點的位置計算調整校正關係的投影變換矩陣。 即在投影的圖像中，加入標記點，例如十字架形狀的標記點，用戶點擊該標記點時獲得用戶的操作位置，操作位置即為標記點實際投影的位置，由於實際投影出來的圖像和理論上的圖像會存在一定的變形，因此依據該操作位置和原本存儲的理論上的標記點的位置可以對這種變形進行調整，獲得計算調整校正關係的投影變換矩陣。在本實施例中，智能檯燈100還包括電源160。可以理解，電源160可以是外接電源或是電池電源。採用電池電源可以使智能檯燈100在更廣的範圍內使用。在本實施例中，不可見光模組140為紅外一字線雷射器。可以理解，此處可以用其他紅外線發射裝置代替。在本實施例中，不可見光模組140發出不可見光的波長為850納米；相應的，攝像裝置150上裝有650納米和850納米雙通濾光片(圖未示)。650nm為可見光波段，850nm 為近紅外光波段，且與850nm的雷射器的光譜保持一致。標定時，採用較長的曝光時間(軟體系統自動設置)攝像頭可以看到投影儀投射出的標定圖案，從而實現高精度的自動標定；在標定之後，系統會自動降低攝像頭的曝光時間，從而使得650nm的可見光基本不被攝像頭所感知，即使有部分可見光透過，也很微弱，可在圖像處理中輕易去除，這樣既可以濾除掉大部分可見光，又可以使得攝像頭最大限度的獲取指端光斑的亮度信息。可以理解，不可見光的波長不限於850納米，改變不可見光的波長時，雙通濾光片的型號做相應的改變。在本實施例中，投影模塊130上設有反光鏡(圖未示)反光鏡用來改變光線的投影方向。可以理解，反光鏡可省略，而採用其他方式，如旋轉投影模塊130來改變投影的方向。智能檯燈100採用投影模塊130將存儲單元110存儲的內容投影到普通桌面上， 並配合所提出的基於不可見光模組140和攝像裝置150的視覺定位系統，通過處理單元120 處理攝像裝置的視頻信息，計算手指觸點的操作位置，根據操作位置實現用戶的操作，實現用戶用手指或其他非透明物體在投影區域內的直接操作的功能，不需要含有傳感線材的透明面板或是專用控制臺。
請參閱圖3，在一實施例中，智能檯燈100的進行互動的方法，包括步驟S110 S150。步驟S110，將存儲的信息投影到投影平面。在具體實施例中，處理單元120從存儲單元110中讀取圖片、動畫等信息，再通過投影模塊130投影到平面。步驟S120，發出不可見光覆蓋投影平面。在具體實施例中，不可見光模組140發出覆蓋投影平面的不可見光，當有非透明物體，如用戶的手指觸碰投影平面時，會在投影平面產生光斑。步驟S130，拍攝投影平面內的圖像，並傳至處理單元120。在具體實施例中，攝像裝置150拍攝投影平面的圖像，並將圖像傳至處理單元120，圖像中包含了用戶的操作信息，用戶用手指或者其他非透明物體點擊投影平面時，會在相應的位置產生光斑。步驟S140，對圖像進行處理獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置。具體地，請參閱圖4，步驟S140，對圖像進行處理獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置。包括步驟S210 S240。步驟S210，通過攝像裝置150獲取一幀圖像。圖像中包含了用戶操作的信息，即用戶用手指或是其他非透明物體點擊投影平面時由於遮擋不可見光而產生的光斑。步驟S220，找到圖像中光斑出現的像素點位置。在具體實施例中，採用的是閾值分割和加權算法，這兩種算法為優選的實施方式，本領域技術人員還可採用其他的手段達到同樣的效果。步驟S230，計算像素點集的中心位置。步驟S240，將中心位置轉化為投影平面對應的操作位置。當執行完步驟S240後，若智能檯燈100繼續工作，則返回步驟S210，繼續獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置。步驟S150，根據所述操作位置實現用戶的操作。根據操作位置實現用戶的操作的步驟包括根據校正關係對操作位置進行處理， 獲得檢測位置；根據檢測位置對應的功能，實現用戶的操作。在實際的產品中，實際投影出來的圖像和理論上的圖像會存在一定的變形，這種變形可以通過上述校正關係來解決，以避免出現用戶的操作和智能臺100燈實際操作不對應。這種校正可以是類似於觸控螢幕的校正。在另一優選實施例中，圖3所示智能檯燈進行互動的方法更具體的流程如圖5所示。智能檯燈的進行互動的方法，包括步驟S310 S360。步驟S310，對智能檯燈100進行標定。標定的目的即獲得上述的校正關係，該步驟由標定模塊121完成。標定完成後，只要不調整投影模塊130及攝像裝置150的位置，後續使用過程中不用再進行標定，當智能檯燈100的位置變動，各組件位置調整時，需按照相同的方法再次進行標定。具體地，請參閱圖6，步驟S310對智能檯燈100進行標定可以是自動標定，自動標定包括步驟S410 S440。步驟S410，在投影平面內顯示棋盤格圖像。在具體實施例中，棋盤格圖儲存於存儲單元110中，由處理單元120讀取並由投影模塊130投影到平面內。
步驟S420，拍攝投影平面內的棋盤格圖像。在具體實施例中，攝像裝置150拍攝平面內的棋盤格圖，並傳至處理單元120。步驟S430，檢測棋盤格圖像內角點並排序。在具體本實施例中，是利用角點檢測算法提取出棋盤格圖像內角點位置。棋盤格可以是8*8的，那麼他的內角點個數即為7*7個。步驟S440，計算調整校正關係的投影變換矩陣。請參閱圖7，步驟S310對智能檯燈100進行標定還可以是手動標定，手動標定包括步驟S510 S540。步驟S510，在投影平面投影出包含標記點的圖像。在具體實施例中，含標記點的圖像儲存於存儲單元110中，由處理單元120讀取並由投影模塊130投影到平面內。步驟S520，拍攝投影平面內的圖像。在具體實施例中，用戶依次點擊標記點，在圖像上留下操作信息，攝像裝置150拍攝平面內含用戶操作信息的含標記點的圖像，並傳至處理單元120。步驟S530，對圖像進行處理獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置。在標定的過程中，用戶操作位置的獲取與步驟S140相同，都是利用一樣的原理和模塊。步驟S540，根據操作位置和標記點的位置計算調整校正關係的投影變換矩陣。上述兩種標定的方式獲得的標定結果用於後續的校正。步驟S320，將存儲的信息投影到投影平面。在具體實施例中，處理單元120從存儲單元110中讀取圖片、動畫等信息，再通過投影模塊130投影到平面。步驟S330，發出不可見光覆蓋投影平面。在具體實施例中，不可見光模組140發出覆蓋投影平面的不可見光，當有非透明物體觸碰投影平面時，會在投影平面產生光斑。步驟S340，拍攝投影平面內的圖像並傳至處理單元120。在具體實施例中，攝像裝置150拍攝投影平面的圖像，並將圖像傳至處理單元120，圖像中包含了用戶的操作信息， 用戶用手指或者其他非透明物體點擊投影平面時，會在相應的位置產生光斑。步驟S350，對圖像進行處理獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置。請參閱圖4，步驟S350，對圖像進行處理獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置。包括步驟S210 S240。步驟S210，通過攝像裝置150獲取一幀圖像。圖像中包含了用戶操作的信息，即用戶用手指或是其他非透明物體點擊投影平面時由於遮擋不可見光而產生的光斑。步驟S220，找到圖像中光斑出現的像素點位置。在具體實施例中，採用的是閾值分割和加權算法，這兩種算法為優選的實施方式，本領域技術人員還可採用其他的手段達到同樣的效果。步驟S230，計算像素點集的中心位置。步驟S240，將中心位置轉化為投影平面對應的操作位置。當執行完步驟S240後，若智能檯燈100繼續工作，則返回步驟S210，繼續獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置。步驟S360，根據所述操作位置實現用戶的操作。根據操作位置實現用戶的操作的步驟包括根據校正關係對操作位置進行處理，獲得檢測位置；根據檢測位置對應的功能，實現用戶的操作。在實際的產品中，實際投影出來的圖像和理論上的圖像會存在一定的變形，這種變形可以通過上述校正關係來解決，以避免出現用戶的操作和智能檯燈100實際操作不對應。這種校正可以是類似於觸控螢幕的校正。上述方法首先將存儲的信息投影到投影平面，並發出不可見光覆蓋投影平面，接著將投影平面內的圖像傳至處理單元120，對圖像進行處理獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置。從而使智能檯燈100不用含有傳感線材的透明面板或是專用控制臺即可實現用戶用手指或其他非透明物體在投影區域內的直接操作的功能，增強了智能檯燈100的實用性。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種智能檯燈，包括燈頭，其特徵在於，所述智能檯燈還包括處理單元；存儲單元，與所述處理單元電連接；投影模塊，與所述處理單元電相連，將所述處理單元從所述存儲單元讀取的信息投影到投影平面；不可見光模組，發出覆蓋所述投影平面的不可見光；攝像裝置，與所述處理單元相連，拍攝所述投影平面內的圖像並將所述圖像傳送至所述處理單元；所述處理單元對所述圖像進行處理獲得用戶在所述投影平面內操作時遮擋所述不可見光所產生的光斑對應的操作位置，並根據所述操作位置實現用戶的操作。
2.如權利要求1所述的智能檯燈，其特徵在於，所述處理單元根據所述操作位置實現用戶的操作的過程為根據校正關係對所述操作位置進行處理，獲得檢測位置；根據所述檢測位置對應的功能，實現用戶的操作。
3.如權利要求2所述的智能檯燈，其特徵在於，所述處理單元包括用於調整所述校正關係的標定模塊，所述標定模塊用於接收所述攝像裝置拍攝的所述投影平面內的棋盤格圖像；檢測所述棋盤格圖像內角點並排序；計算調整所述校正關係的投影變換矩陣。
4.如權利要求2所述的智能檯燈，其特徵在於，所述處理單元包括用於調整所述校正關係的標定模塊，所述標定模塊用於接收所述攝像裝置拍攝的所述投影平面內含標記點的圖像；對所述圖像進行處理獲得用戶在所述投影平面內操作時遮擋所述不可見光所產生的光斑對應的操作位置；根據所述操作位置和標記點的位置計算調整所述校正關係的投影變換矩陣。
5.如權利要求1所述的智能檯燈，其特徵在於，所述不可見光模組為紅外一字線雷射ο
6.如權利要求5所述的智能檯燈，其特徵在於，所述紅外一字線雷射器發出所述不可見光的波長為850納米，所述攝像裝置上裝有650納米和850納米雙通濾光片。
7.如權利要求1所述的智能檯燈，其特徵在於，所述投影模塊上設有反光鏡，所述反光鏡用來改變光線的投影方向。
8.一種智能檯燈進行互動的方法，其特徵在於，包括以下步驟將存儲的信息投影到投影平面；發出不可見光覆蓋所述投影平面；拍攝所述投影平面內的圖像；對所述圖像進行處理獲得用戶在所述投影平面內操作時遮擋所述不可見光所產生的光斑對應的操作位置；根據所述操作位置實現用戶的操作。
9.如權利要求8所述的智能檯燈進行互動的方法，其特徵在於，所述根據所述操作位置實現用戶的操作的步驟包括根據校正關係對所述操作位置進行處理，獲得檢測位置； 根據所述檢測位置對應的功能，實現用戶的操作。
10.如權利要求9所述的智能檯燈進行互動的方法，其特徵在於，通過對所述智能檯燈進行標定調整所述校正關係，所述對所述智能檯燈進行標定的步驟包括如下步驟在所述投影平面內顯示棋盤格圖像； 拍攝所述投影平面內的棋盤格圖像； 檢測所述棋盤格圖像內角點並排序； 計算調整所述校正關係的投影變換矩陣。
11.如權利要求10所述的智能檯燈進行互動的方法，其特徵在於，是利用角點檢測算法提取出所述棋盤格圖像內角點位置。
12.如權利要求9所述的智能檯燈進行互動的方法，其特徵在於，通過對所述智能檯燈進行標定調整所述校正關係，所述對所述智能檯燈進行標定的步驟包括如下步驟在所述投影平面投影出包含標記點的圖像； 拍攝所述投影平面內的圖像；對所述圖像進行處理獲得用戶在所述投影平面內操作時遮擋所述不可見光所產生的光斑對應的操作位置；根據所述操作位置和標記點的位置計算調整所述校正關係的投影變換矩陣。
13.如權利要求8所述的智能檯燈進行互動的方法，其特徵在於，獲得用戶在所述投影平面內操作時遮擋所述不可見光所產生的光斑對應的操作位置，包括以下步驟通過所述攝像裝置獲取一幀圖像；找到所述圖像中光斑出現的像素點位置；計算所述像素點集的中心位置；將所述中心位置轉化為投影平面所述對應的操作位置。
14.如權利要求13所述的智能檯燈進行互動的方法，其特徵在於，通過閾值分割和加權算法找到所述圖像中光斑出現的像素點位置。
全文摘要
一種智能檯燈，通過投影模塊將處理單元從存儲單元讀取的信息投影到投影平面；不可見光模組發出覆蓋投影平面的不可見光；攝像裝置拍攝投影平面內的圖像並將圖像傳送至處理單元；處理單元對圖像進行處理獲得用戶在投影平面內操作時遮擋不可見光所產生的光斑對應的操作位置，根據操作位置實現用戶的操作。所述智能檯燈不用含有傳感線材的透明面板或是專用控制臺即可實現用戶用手指或其他非透明物體在投影區域內的直接操作的功能。本發明還提供一種智能檯燈的進行互動的方法。
文檔編號F21S6/00GK102325411SQ201110257170
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月1日 優先權日2011年9月1日
發明者宋展, 聶磊 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院