CN101446745B - 一种具有交互功能的投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有交互功能的投影系统，包括将图像投影至投影区域的投影装置，其特征在于：设有包括反射镜、摄像头与交互专用笔的图像采集模块；反射镜的长度至少等于投影区域边的长度，宽度与交互专用笔的长度同一量级，反射镜沿投影区域的四边放置并满足设定几何关系；在图像采集模块与投影装置之间设有图像处理电路，图像处理电路包括中央处理器、投影图像处理模块、交互数据处理模块以及图像采集与分析模块。本发明是一种集成了投影装置与反射镜式光电输入交互装置的交互系统，可以低成本实现大显示面积的快速、实时交互。可以对投影图像进行注释或操作，为使用者的应用带来极大的方便，并可以拓展投影技术的新应用领域。

Description

一种具有交互功能的投影系统

技术领域

本发明涉及带有外装屏幕的放映或观看用的装置或设备，尤其是涉及一种具有交互功能的投影系统。

背景技术

投影装置体积小，图像大，应用很广泛。随着使用者对投影装置熟悉程度的提高，使用者需要直接对投影装置与投影图像进行实时交互的操作，比如对所显示文本的批改、标注，以及对所显示图像的移动、修改等。然而，现有的投影装置只是采用鼠标、键盘或遥控器与投影装置进行交互，不能完全满足使用者实时交互的需求。目前，直接在显示区域上与电子设备进行交互的技术应用也很广泛，诸如触摸屏手机、考勤系统、计算机、甚至是大屏幕电视等，但是，尚未见有与投影装置组合进行实时交互的投影系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是弥补现有技术存在的上述缺陷，提出一种具有交互功能的投影系统。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

这种具有交互功能的投影系统，包括投影装置，所述投影装置将图像投影至投影区域。

这种具有交互功能的投影系统的特点是：

设有包括反射镜、摄像头与交互专用笔的图像采集模块；

所述反射镜的长度至少等于所述投影区域边的长度，所述反射镜的宽度与所述交互专用笔的长度同一量级。以确保所述反射镜对所述交互专用笔的成像能够被所述摄像头摄取，具体数值与所述摄像头的分辨率有关。反射镜沿投影区域即显示图像边框的四边放置，并满足以下几何关系：

其中：φ1为反射镜与投影区域平面的夹角；φ2为摄像头与反射镜边缘所在的直线组成的平面与投影区域平面的夹角。即使使用条件发生改变，只要满足上述几何关系，反射镜的成像都能够被摄像头摄取。

在所述图像采集模块与所述投影装置之间设有图像处理电路，所述图像处理电路包括中央处理器、设置在所述中央处理器与所述投影装置之间的投影图像处理模块、与所述中央处理器和所述投影图像处理模块分别连接的交互数据处理模块，以及设置在所述交互数据处理模块与所述图像采集模块之间的图像采集与分析模块。所述图像采集与分析模块接收图像采集模块的摄像头输出的图像信号，并传送至所述交互数据处理模块，由中央处理器控制运用图像处理算法计算出所述交互专用笔的位置坐标或操作状态信息，并作出反应，通过所述投影图像处理模块输出信号控制所述投影装置的图像，达到交互式投影的效果。由于需要的仅是交互专用笔在边框反射镜上所成像的坐标，因此为确定交互专用笔的坐标，在进行图像处理时不需要处理投影区域内的图像，可以减小运算工作量。

本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：

所述反射镜至少有两面，且至少有两面的方向互相垂直。以保证交互专用笔在一个方向被遮挡而不能被遮挡方向上的反射镜成像时，其相对的另一个方向的反射镜依然能够对交互专用笔成像。

所述反射镜可以用具有位置测量功能的光学器件替代。

所述具有位置测量功能的光学器件是光栅尺。

所述交互专用笔是内置传感器与发射电路的传感笔，由摄像头拍摄其后再由图像处理电路运用图像处理算法分辨与计算出所述交互专用笔的位置坐标，所述交互专用笔与投影图像的接触状态信息由内置传感器传感其与投影区域的接触状态信息，通过内置发射电路发送至图像处理电路获得。

所述交互专用笔是具有设定形状与色彩的标记笔，由摄像头拍摄其形状和色彩后再由图像处理电路运用图像处理算法识别与计算出所述交互专用笔的位置坐标，以及所述交互专用笔与投影区域的接触状态信息。

所述交互专用笔可以直接用人的手指、手掌替代在投影区域上进行操作，由图像处理电路运用图像处理算法计算出所述交互专用笔的位置坐标或操作状态，并作出反应，输出信号给所述投影装置，达到交互式投影的效果。

所述摄像头与所述投影装置采用相互独立的光学模块或摄像、投影一体化镜头。

所述摄像头可以用位置敏感元器件替代。

所述位置敏感元器件是CCD器件、CMOS器件或PSD器件。

所述投影装置是前投式投影装置。

所述投影装置是背投式投影装置。

所述投影装置是采用投影原理的投影显示装置。优选的是投影仪。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明是一种集成了投影装置与反射镜式光电输入交互装置的交互系统，可以低成本实现大显示面积的快速、实时交互。通过它的交互功能可以对投影图像进行注释或操作，为使用者的应用带来极大的方便，并可以拓展投影技术的新应用领域，诸如会议展示、家庭娱乐、教育教学、公共信息展示场所和军事推演等等。

附图说明

图1是本发明的交互式投影系统组成方框图；

图2是本发明的具体实施方式一的光路示意图；

图3是本发明的具体实施方式二的光路示意图；

图4是本发明的具体实施方式三的光路示意图；

图5是本发明的具体实施方式四的光路示意图；

图6是本发明的交互专用笔的位置坐标示意图；

图7是本发明的摄像头、投影区域与反射镜的位置关系示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进一步说明。

具体实施方式一

如图1、2所示的一种具有交互功能的投影系统，包括将图像投影至投影区域1的投影装置5，设有包括反射镜3、摄像头4与交互专用笔2的图像采集模块。投影装置5是前投式投影仪。

反射镜3的长度至少等于投影区域1边的长度，反射镜3的宽度与交互专用笔2的长度同一量级。以确保反射镜3对交互专用笔2的成像能够被摄像头4摄取，具体数值与摄像头4的分辨率有关。反射镜3沿投影区域1即显示图像边框的四边放置，并满足以下几何关系：

其中：φ1为反射镜3与投影区域1平面的夹角；φ2为摄像头4与反射镜3边缘所在的直线组成的平面与投影区域1平面的夹角，如图7所示，图7中φ3为φ2的补角，即＝φ3180°-φ2。即使使用条件发生改变，只要满足上述几何关系，反射镜3的成像都能够被摄像头4摄取。

在图像采集模块与投影装置之间设有图像处理电路6，图像处理电路6包括中央处理器、设置在中央处理器与投影装置之间的投影图像处理模块、与中央处理器和投影图像处理模块分别连接的交互数据处理模块，以及设置在交互数据处理模块与图像采集模块之间的图像采集与分析模块。图像采集与分析模块接收图像采集模块的摄像头输出的图像信号，并传送至交互数据处理模块，由中央处理器控制运用图像处理算法计算出交互专用笔的位置坐标或操作状态信息，并作出反应，通过投影图像处理模块输出信号控制改变投影装置的投影图像，达到交互式投影的效果。由于需要的仅是交互专用笔2在反射镜3的成像坐标，在进行图像处理时不需要处理投影区域1内的图像，可以减小运算工作量。

反射镜3有方向互相垂直的两面。以保证交互专用笔2在一个方向被遮挡而不能被遮挡方向上的反射镜3成像时，其相对的另一个方向的反射镜3依然能够对交互专用笔3成像。

交互专用笔2是具有设定形状与色彩的标记笔，由摄像头4拍摄其形状和色彩后再由图像处理电路运用图像处理算法识别与计算出交互专用笔2的位置坐标，以及交互专用笔2与投影区域1的接触状态信息。

当交互专用笔2与投影区域1的距离在一定范围内时，摄像头4就可以摄取至反射镜3对交互专用笔2的成像。相对于摄像头4，反射镜3对交互专用笔2成像的情况如图2所示。交互专用笔2在两面反射镜3上均有成像。由于反射镜3沿投影区域1的边安装且互相垂直，因此交互专用笔2在两面反射镜3上的成像就与它们相对投影区域1的坐标有一一对应关系，如图6所示的投影区域1的右上角点为坐标原点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，交互专用笔2在水平反射镜3上的成像2′与坐标原点的水平距离为x；交互专用笔2在竖直反射镜3上的成像2″与坐标原点竖直方向的距离为y；因此x，y就分别是交互专用笔2相对坐标原点的坐标值，由中央处理器控制运用图像处理算法就可计算出交互专用笔2的位置坐标(x，y)。为了防止交互专用笔2与反射镜3之间被物体遮挡，可以沿投影区域1即显示图像边框的四边放置三面或四面反射镜3，即使交互专用笔2与被某一面反射镜3遮挡，也可以通过在另一面反射镜3上的成像，确定交互专用笔2的位置坐标(x，y)。

具体实施方式二

如图1、3所示的一种具有交互功能的投影系统，组成与具体实施方式一基本相同，不同之处在于，投影装置5是背投式投影仪，且交互专用笔2替换成人手。采用人手直接在投影区域上画写的方式同样可以实现交互功能。

具体实施方式三

如图1、4所示的一种具有交互功能的投影系统，组成与具体实施方式一基本相同，不同之处在于：仅交互专用笔2替换成人手。采用人手直接在投影区域上画写的方式同样可以实现交互功能。

具体实施方式四

如图1、5所示的一种具有交互功能的投影系统，组成与具体实施方式一基本相同，不同之处在于：交互专用笔2替换成人手，且摄像头4与投影装置5采用摄像、投影一体化镜头，以节省体积及材料。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，则应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有交互功能的投影系统，包括投影装置，所述投影装置将图像投影至投影区域，其特征在于：

设有包括反射镜、摄像头与交互专用笔的图像采集模块；

所述反射镜的长度至少等于所述投影区域边的长度，所述反射镜的宽度与所述交互专用笔的长度同一量级，反射镜沿投影区域即显示图像边框的四边放置，并满足以下几何关系：

其中：φ1为反射镜与投影区域平面的夹角；φ2为摄像头与反射镜边缘所在的直线组成的平面与投影区域平面的夹角；

在所述图像采集模块与所述投影装置之间设有图像处理电路，所述图像处理电路包括中央处理器、设置在所述中央处理器与所述投影装置之间的投影图像处理模块、与所述中央处理器和所述投影图像处理模块分别连接的交互数据处理模块，以及设置在所述交互数据处理模块与所述图像采集模块之间的图像采集与分析模块。

2.按照权利要求1所述的具有交互功能的投影系统，其特征在于：

所述反射镜至少有两面，且至少有两面的方向互相垂直。

3.按照权利要求1或2所述的具有交互功能的投影系统，其特征在于：

所述反射镜用具有位置测量功能的光学器件替代，所述具有位置测量功能的光学器件是光栅尺。

4.按照权利要求3所述的具有交互功能的投影系统，其特征在于：

所述交互专用笔是内置传感器与发射电路的传感笔。

5.按照权利要求3所述的具有交互功能的投影系统，其特征在于：

所述交互专用笔是具有设定形状与色彩的标记笔。

6.按照权利要求3所述的具有交互功能的投影系统，其特征在于：

所述交互专用笔直接用人的手指、手掌替代在投影区域上进行操作。

7.按照权利要求4或5或6所述的具有交互功能的投影系统，其特征在于：

所述摄像头与所述投影装置采用相互独立的光学模块或摄像、投影一体化镜头。

8.按照权利要求7所述的具有交互功能的投影系统，其特征在于：

所述摄像头用位置敏感元器件替代，所述位置敏感元器件是CCD器件、CMOS器件或PSD器件。

9.按照权利要求8所述的具有交互功能的投影系统，其特征在于：

所述投影装置是前投式投影装置。

10.按照权利要求8所述的具有交互功能的投影系统，其特征在于：

所述投影装置是背投式投影装置。

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