CN101419513B - 一种红外激光笔遥指虚拟触摸系统 - Google Patents
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Abstract
一种红外激光笔遥指虚拟触摸系统，其特征是由计算机系统、红外激光笔、图像获取装置、图像识别定位模块组成；计算机系统包括显示设备和计算机主机；红外激光笔具有红外激光发射按键，可发射红外激光指向显示屏；图像获取装置安装在显示设备前方，将显示屏完全纳入其取景范围内，用于获取包括所述红外激光笔发出的红外激光点在内的显示屏图像；图像识别定位模块根据获取的图像识别出红外激光点及其在显示屏中的位置，根据红外激光的时间长短和次数区分包括光点指示、光点移动、点击在内的不同操作，并控制计算机系统在显示屏的对应位置上生成光点，且完成对应操作。本发明特别适用于大屏幕显示设备。
Description
技术领域
本发明是一种红外激光笔遥指虚拟触摸系统，属于人机交互领域。
背景技术
触摸改变了键盘和鼠标等传统输入方式，使得人机交互变得更加方便。普通的触摸屏有红外线式、电阻式、表面声波式、电容式等类型，由用户手指在触摸屏表面触碰产生信号变换实现控制操作。然而这些类型的大尺寸触摸屏价格昂贵，且人手在触摸时存在由于触摸屏尺寸较大造成的触碰不到或人体遮挡屏幕的问题，因此需要一种遥指虚拟触摸工具。普通激光笔通过发射红色激光实现远距离指示，并设置按键对演示文稿进行上翻下翻等简单操作，然而它无法实现触摸屏的触摸功能。要实现普通激光笔的触摸功能，需要从显示屏图像中识别出红光，获取红光位置，进而转换为计算机的操作指令，由于红光与显示屏图像混在一起，因此容易误识别；如采用红外激光笔，配置红外线滤镜，可方便识别红外激光，但其定位又很困难。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可用于会议、产品演示、教育培训的红外激光笔遥指虚拟触摸系统，采用光学原理和图像识别技术对红外激光笔在大尺寸屏幕上的远距离指示和控制进行识别和定位，实现虚拟触摸功能。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明红外激光笔遥指虚拟触摸系统的结构特点是由计算机系统、红外激光笔、图像获取装置、图像识别定位模块组成；其中：
计算机系统，包括显示设备、计算机主机，显示设备可以是大尺寸投影屏幕、大尺寸液晶显示器、大尺寸背投设备或普通墙面；
红外激光笔，具有红外激光发射按键，可发射红外激光指向所述显示设备的显示屏；
图像获取装置，安装在显示设备前方，将显示屏完全纳入其取景范围内，用于获取包括所述红外激光笔发出的红外激光点在内的显示屏图像；
图像识别定位模块，根据获取的图像识别出红外激光点及其在显示屏中的位置，根据红外激光的时间长短和次数区分包括光点指示、光点移动、点击在内的不同操作，并控制计算机系统在显示屏的对应位置上生成光点，且完成对应操作。
本发明系统的结构特点也在于：
所述图像获取装置由识别可见光的可见光摄像头、识别红外激光的红外光摄像头、半透反光镜、红外线滤镜组成，红外线滤镜置于半透反光镜与红外光摄像头之间；半透反光镜反射由显示屏发出的光，并经由可见光摄像头拍摄，由图像识别定位模块获取图像坐标与显示屏坐标的对应关系；半透反光镜透射由显示屏发出的光经由红外线滤镜滤除可见光，经由红外光摄像头拍摄，再由图像识别定位模块完成对红外激光笔发出的光投射到显示屏上形成的光点的识别和定位。
所述图像获取装置也可由红外光摄像头、红外线滤镜、红外线滤镜驱动机构组成；红外线滤镜驱动机构推动红外线滤镜离开红外光摄像头的镜头，由所述红外光摄像头拍摄可见光部分，由图像识别定位模块采用图像识别技术确定图像坐标与显示屏坐标的对应关系；红外线滤镜驱动机构推动红外线滤镜移到红外光摄像头的镜头前，以所述红外线滤镜滤除可见光，由红外光摄像头拍摄红外光图像，再由图像识别定位模块根据图像坐标与显示屏坐标的对应关系对红外激光进行定位。
图像识别定位模块可以区分的操作类型包括指示、移动和点击操作，使用者直接单击一次激光笔上的按键，发出一束红外激光，在显示屏上显示一个红点，用于指示；使用者按住激光笔上的按键不放，连续发出红外激光，可用于在显示屏上进行移动；如果移动到需要的位置停下后，短时间内(<0.5秒)松开按键，再单击按键，即可完成鼠标的单击操作；如果移动到需要的位置停下后，短时间内(<0.5秒)松开按键，再双击按键，即可完成鼠标的双击操作。
图像识别定位模块可独立设置，也可安装在所述计算机系统中。
本发明采用光学原理和图像识别技术实现红外激光笔遥指虚拟触摸系统，用户手持红外激光笔对任意的显示屏进行远距离触摸指示和控制，由图像获取装置获取包括红外激光笔发出的红外激光点在内的显示屏图像，再由图像识别定位模块进行识别定位，并在显示屏对应位置上显示出任意颜色任意形状的光点，根据红外激光的次数和时间长短实现触摸屏的触摸功能。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明采用光学原理和图像识别技术使得红外激光笔功能更强，不仅具有远距离指示功能，且具有触摸屏的触摸功能。
2、本发明用于指示的光点是通过识别红外激光点位置自动生成的图像，不仅可以是红色光点，还可以是任意颜色任意形状的光标，更符合不同的使用场合和习惯。
3、本发明通过红外线滤镜滤除可见光完成对红外激光的识别，几乎无干扰，识别准确无误。
4、本发明识别红外激光笔发出的单击或双击操作后，由红外激光笔移动到的位置作为单击或双击的位置坐标，避免了一般激光笔在移动之后再点击或双击由于手的抖动造成位置误差，定位精确。
5、本发明可实现任意尺寸显示设备的远距离虚拟触摸，不需对其改装，不会因直接触摸造成损耗。
6、本发明可避免触摸时人体遮挡屏幕。
7、本发明只需摄像头、红外线滤镜、半透反光镜或红外线滤镜驱动机构等，成本较大尺寸其他类型的触摸屏要低。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
图2为本发明图像获取装置结构示意图。
图3为本发明图像获取装置另一实施方式结构示意图。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图1，一种红外激光笔遥指虚拟触摸系统，其特征是由计算机系统、红外激光笔、图像获取装置、图像识别定位模块组成；其中：
计算机系统，包括显示设备、计算机主机，显示设备可以是大尺寸投影屏幕、大尺寸液晶显示器、大尺寸背投设备或普通墙面；
红外激光笔，具有红外激光发射按键，可发射红外激光指向所述显示设备的显示屏；
图像获取装置，安装在显示设备前方，将显示屏完全纳入其取景范围内，用于获取包括所述红外激光笔发出的红外激光点在内的显示屏图像；
图像识别定位模块，根据获取的图像识别出红外激光点及其在显示屏中的位置，根据红外激光的时间长短和次数区分包括光点指示、光点移动、点击在内的不同操作，并控制计算机系统在显示屏的对应位置上生成光点，且完成对应操作。
使用者手持红外激光笔对任意的显示屏进行指示和控制，由图像获取装置拍摄显示屏，获取包括红外激光笔发出的红外激光点在内的显示屏图像，再由图像识别定位模块处理显示屏图像确定图像坐标与显示屏坐标对应关系，并识别出红外激光点及其在显示屏中的位置，在显示屏上对应位置显示出表示光点的光标图形，根据红外激光的时间长短和次数区分操作类型并完成相应的指示、移动或点击操作。
具体实施中，可以设置的操作类型包括指示、移动和点击操作，使用者直接单击一次激光笔上的按键，发出一束红外激光，在显示屏上显示一个红点，用于指示；使用者按住激光笔上的按键不放，连续发出红外激光，可用于在显示屏上进行移动；如果移动到需要的位置停下后，短时间内(<0.5秒)松开按键，再单击按键，即可完成鼠标的单击操作；如果移动到需要的位置停下后，短时间内(<0.5秒)松开按键，再双击按键，即可完成鼠标的双击操作。
参见图2，图像获取装置由识别可见光的可见光摄像头、识别红外激光的红外光摄像头、半透反光镜、红外线滤镜组成，红外线滤镜置于半透反光镜与红外光摄像头之间；半透反光镜反射由显示屏发出的光，并经由可见光摄像头拍摄，由图像识别定位模块通过图像识别技术确定图像坐标与显示屏坐标的对应关系；半透反光镜透射由显示屏发出的光经由红外线滤镜滤除可见光，经由红外光摄像头拍摄，再由图像识别定位模块完成对红外激光笔发出的光投射到显示屏上形成的光点的识别和定位。
具体实施中，用于识别可见光的可见光摄像头和用于识别红外激光的红外光摄像头进行同步拍摄，拍摄的图像范围完全一致，且其图像坐标也完全一致。由于拍摄反射光时图像会形成倒置，因此两个摄像头在垂直方向上反相安装。
初始设置时，调节两个摄像头拍摄的图像完全一致，它们的图像坐标与显示屏坐标符合射影变换公式
其中，(X，Y)表示图像平面内一点，(x，y)表示显示屏上的对应点，3*3矩阵H的独立参数只有8个，四个对应点即可确定该矩阵。显示屏上显示棋盘格图像，其内角点位置坐标已知，由图像识别定位模块对可见光摄像头拍摄的显示屏图像利用图像识别技术提取对应的内角点坐标，进而自动确定上述映射关系，由该映射关系可计算出图像中任意一点在显示屏上的位置。
使用红外激光笔时，由红外光摄像头拍摄红外激光点图像，由于其图像坐标与显示屏坐标对应关系与可见光摄像头拍摄图像坐标与显示屏坐标的对应关系一致，因此图像识别定位模块利用红外激光点坐标及其射影变换公式(1)即可直接获取红外激光点在显示屏上位置坐标。
参见图3，图像获取装置的另一种结构形式是由红外光摄像头、红外线滤镜、红外线滤镜驱动机构构成设置状态和工作状态下两种不同的结构形式；设置状态下，由红外线滤镜驱动机构推动红外线滤镜离开红外光摄像头的镜头，由红外光摄像头直接拍摄可见光部分，确定图像坐标与显示屏坐标的对应关系，即获得射影变换公式(1)；使用红外激光笔的工作状态下，由红外线滤镜驱动机构推动红外线滤镜，使其移到红外光摄像头的镜头前，以红外线滤镜滤除可见光，由红外光摄像头获取红外光图像，再由图像识别定位模块根据公式(1)所示的图像坐标与显示屏坐标的对应关系完成对于该红外激光点在显示屏上坐标位置的定位。
Claims (1)
1.一种红外激光笔遥指虚拟触摸系统，其特征是由计算机系统、红外激光笔、图像获取装置、图像识别定位模块组成；其中：
计算机系统，包括显示设备、计算机主机，显示设备可以是大尺寸投影屏幕、大尺寸液晶显示器、大尺寸背投设备或普通墙面；
红外激光笔，具有红外激光发射按键，可发射红外激光指向所述显示设备的显示屏；
图像获取装置，安装在显示设备前方，将显示屏完全纳入其取景范围内，用于获取包括所述红外激光笔发出的红外激光点在内的显示屏图像；
图像识别定位模块，根据获取的图像识别出红外激光点及其在显示屏中的位置，根据红外激光的时间长短和次数区分包括光点指示、光点移动、点击在内的不同操作，并控制计算机系统在显示屏的对应位置上生成光点，且完成对应操作；
所述图像获取装置也可由红外光摄像头、红外线滤镜、红外线滤镜驱动机构组成；设置状态下，红外线滤镜驱动机构推动红外线滤镜离开红外光摄像头的镜头，由所述红外光摄像头拍摄可见光部分，由图像识别定位模块采用图像识别技术确定图像坐标与显示屏坐标的对应关系；使用红外激光笔的工作状态下，红外线滤镜驱动机构推动红外线滤镜移到红外光摄像头的镜头前，以所述红外线滤镜滤除可见光，由红外光摄像头拍摄红外光图像，再由图像识别定位模块根据图像坐标与显示屏坐标的对应关系对红外激光进行定位。
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