CN101587404A - 基于摄像头的后定位装置和方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明为基于摄像头的后定位装置和方法及其应用，其结构包括触摸屏、投影屏、用于发射不可见光到触摸屏上的不可见光发射模块、能拍摄到整个触摸屏显示区域的背面的摄像模块、主控制模块和用于将投影覆盖到整个投影屏的投影模块，其中，所述投影屏附在所述触摸屏的表面，所述摄像模块放置在所述触摸屏的后方，所述投影模块设置在所述投影屏后方，所述主控制模块分别与所述不可见光发射模块、摄像模块以及投影模块相连接。本发明是能实现正确地多点定位、且适用于各种尺寸触摸屏的基于摄像头的后定位装置。
Description
技术领域
本发明涉及交互式电子显示技术领域，具体是指基于摄像头的后定位装置和方法及其应用。
背景技术
电子显示系统的定位装置作为一种新型的计算机输入设备，使人机交互更为直观，由于其能给用户带来极大的便利性，电子显示系统的定位技术除了应用于个人便携式信息产品外，也已遍及信息家电、公共信息、电子游戏、办公自动化设备等各个领域。
在现有技术中，利用摄像头定位的多点触摸装置，如图1所示，在屏幕(1)的下方设置一个摄像头(3)、一个投影机(4)、四个背光源(2)，背光源(2)的发出单色线状光源到屏幕(1)上并折射透过屏幕(1)(此时有部分光线被反射回来，但强度较小，可忽略)，当有操作物体在屏幕(1)上操作时，它会阻挡光线而产生漫反射，摄像头(3)通过检测这一反射光线来实现多点定位。而此现有技术方案，主要存在以下问题：
1、成本较高，对各个设备的要求比较高，不利于大众化使用；
2、四个背光源(2)照射屏幕(1)的光线有明显的强弱之分，且在屏幕(1)中间可能产生一个明显的叠加区域，光线会比较强，反射回来的光线会在摄像头(3)成像，并显现出光斑，影响了触摸定位的质量，难以实现多点触摸时正确地报告位置。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种能实现正确地多点定位、且适用于各种尺寸触摸屏的大众化的基于摄像头的后定位装置。
本发明的另一目的在于提供一种能实现正确地多点定位、且适用于各种尺寸触摸屏的基于摄像头的后定位方法。
本发明的再一目的在于提供上述基于摄像头的后定位方法的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于摄像头的后定位装置，包括触摸屏、投影屏、用于发射不可见光到触摸屏上的不可见光发射模块、能拍摄到整个触摸屏显示区域的背面的摄像模块、主控制模块和用于将投影覆盖到整个投影屏的投影模块，其中，所述投影屏附在所述触摸屏的表面，所述摄像模块放置在所述触摸屏的后方，所述投影模块设置在所述投影屏后方，所述主控制模块分别与所述不可见光发射模块、摄像模块以及投影模块相连接。
优选的，本发明基于摄像头的后定位装置还包括用于将不可见光发射模块发出的不可见光反射到触摸屏上的光路处理模块，此时，所述不可见光发射模块放置在所述触摸屏的侧面。
所述触摸屏包括触摸面板和用于阻挡外界不可见光的保护膜，所述保护膜附在触摸面板的正面。
所述触摸面板由透光、导光性能极高的材料制成。
所述不可见光发射模块由多个发射红外光的红外二极管构成。
所述光路处理模块为平面反射镜。
所述摄像模块包括用于过滤可见光成分的滤光片和能拍摄到整个触摸屏显示区域的背面的摄像机，所述滤光片置于所述摄像机的前端。
所述投影模块为投影机。
所述主控制模块为计算机。
一种基于摄像头的后定位方法，包括以下步骤：
(1)启动主控制模块、不可见光发射模块、摄像模块和投影模块；
(2)不可见光发射模块发射不可见光经过光路处理模块反射，倾斜入射到整个触摸屏；
(3)摄像模块从背面拍摄触摸屏的整个显示区域得到原始图像，并将原始图像转换成原始图像数据发送到主控制模块，然后，主控制模块将该原始图像数据发送到投影模块；
(4)投影模块接收步骤(3)所述的原始图像数据并将原始图像投影到投影屏上；
(5)摄像模块检测是否有触摸点加入，若否，返回步骤(3)，若是，进入步骤(6)；
(6)摄像模块拍摄触摸屏的整个显示区域得到触摸图像；
(7)摄像模块将该触摸图像转换成触摸图像数据发送到主控制模块，然后，主控制模块将该触摸图像发送到投影模块；
(8)投影模块接收步骤(7)所述的触摸图像数据并将触摸图像投影到投影屏上；
(9)主控制模块将步骤(3)中所述的原始图像和步骤(7)中所述的触摸图像进行比较，识别并确定触摸点信息；
(10)主控制模块根据步骤(9)中所得到的触摸点信息执行相应的动作或命令，然后返回步骤(5)继续检测是否有触摸点加入。
步骤(5)中，之所以能够利用摄像模块检测是否有触摸点加入，是因为当有触摸物加入时，就会造成红外线的漫反射，这样就可以利用现有的内置有处理芯片摄像模块来检测。
上述方法中，步骤(9)中所述的触摸点信息包括触摸点的个数、坐标位置、以及移动距离等。
上述方法中，当所述不可见光发射模块由多个发射红外光的红外二极管构成时，步骤(2)中所述不可见光发射模块发射不可见光入射到整个触摸屏，为了增加整个触摸屏上红外光的光强均匀度，可以通过在不可见光发射模块中增加新的红外二极管，并以不同于原红外二极管的入射角度入射平面镜，且反射到触摸屏中光强最强位置为原红外二极管反射到触摸屏中光强最弱的地方，以此来实现光强均匀度。
上述方法中，当所述触摸屏为大屏幕触摸屏时，可以通过适当增加摄像模块中的摄像头的个数，使其满足从背面拍摄触摸屏的整个显示区域，并且，增加投影模块的数量，使其满足能拍摄到整个触摸屏显示区域的背面，或者相应地增加平面镜的个数，使其能对不可见光发射模块发射出的不可见光进行扩大，以将不可见光反射到整个触摸屏，以此来满足不同尺寸的触摸屏要求。
本发明基于摄像头的后定位方法适用于识别图案标签，这是由于图案标签具有反射不可见光的一组标示物体的特殊图案，具有高反射，计算机易识别等特点。其具体应用如下：预先采集图案标签的不可见光反射成像的样本，并保存在主控制模块中；启动主控制模块、摄像模块和投影模块；将表面贴有图案标签的触摸物体的图案标签置于触摸屏，摄像模块拍摄触摸屏的整个显示区域得到该图案标签的反射成像得到的反射图像；摄像模块将该反射图像转换成反射图像数据发送到主控制模块，然后，主控制模块将该反射图像数据与预先采集图案标签的不可见光反射成像的样本进行匹配对比，以确认该表面贴有图案标签的触摸物体的为类型及其位置信息，并根据触摸物体类型及其位置信息执行相应的操作。
上述应用中，所述触摸物体的位置信息包括：触摸物体在触摸屏上的坐标、角度、运动状态和运动方向等。
本发明相对于现有技术具有以下优点：
(1)本发明中的主控制模块、摄像模块可以通过拍摄、分析计算，得到多个触摸点的定位信息，从而能实现多点定位，并具有追踪多个触摸点的能力；
(2)当本发明中的不可见光发射模块由多个发射红外光的红外二极管构成时，可以通过在不可见光发射模块中增加新的红外二极管，并以不同于原红外二极管的入射角度入射平面镜，且反射到触摸屏中光强最强位置为原红外二极管反射到触摸屏中光强最弱的地方，使触摸屏上的红外光分布均匀；
(3)本发明相通过在不可见发射模块与触摸屏之间增加光路处理模块，以加入光路设计，避免了因直接用红外光投射到触摸屏而引起光斑；
(4)本发明适用范围广，可以通过增加摄像模块中的摄像头、投影模块的数量，来满足不同尺寸的触摸屏要求；
(5)本发明操作灵活，可以通过任意能反射不可见光，尤其是红外光的物体进行触摸或直接用手指进行触摸。
附图说明
图1是现有的利用摄像头定位的多点触摸装置；
图2是本发明实施例1的基于摄像头的后定位装置的硬件结构示意图；
图3是本发明实施例1的装置的硬件连接示意图；
图4是本发明实施例1的装置的光路示意图；
图5是本发明方法的工作流程示意图；
图6是本发明实施例1中采用大屏幕触摸屏时的光路示意图；
图7是本发明实施例2所述的基于摄像头的后定位装置另一种优化实现方式的光路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
作为优选的技术方案，本实施例中的基于摄像头的后定位装置，包括触摸屏、投影屏、用于发射不可见光到触摸屏上的不可见光发射模块、能拍摄到整个触摸屏显示区域的背面的摄像模块、主控制模块、用于将投影覆盖到整个投影屏的投影模块和用于将不可见光发射模块发出的不可见光反射到触摸屏上的光路处理模块。
如图2所示为本发明装置的硬件结构，具体如下：
所述触摸屏，其包括触摸面板101和保护膜102，所述触摸面板101由透光、导光性能极高的材料制成，所述保护膜102附在触摸面板101的正面，用于阻挡外界不可见光；
所述投影屏，为投影软屏103，附在上述触摸屏的正面，具体为附在上述保护膜102的正面；
所述不可见光发射模块，由多个发射红外光的红外二极管104构成，红外二极管104排列成一排放置在所述触摸面板101的侧面；
所述光路处理模块，为平面反射镜105；
所述摄像模块，包括用于过滤可见光成分的滤光片107和摄像机106，所述摄像机106放置在所述触摸屏的后方，并能拍摄到整个触摸屏显示区域的背面。所述滤光片107置于所述摄像机106的前端；
所述投影模块，为投影机108，设置在所述投影屏后方，并能投影覆盖到整个投影屏；
所述主控模块，为计算机109，与所述不可见光发射模块、摄像模块以及投影模块连接。
图3示出了本实施例基于摄像头的后定位装置具体的硬件连接关系。具体为：所述计算机与红外二极管连接，红外二极管发射红外光经过由平面镜组成的光路处理模块倾斜摄入触摸屏，例如，当有手指进行触摸，手指会造成红外光的漫反射，就能被摄像模块所检测到，摄像模块对触摸屏进行拍摄，并把拍摄的图片数据发送到计算机，计算机分析确定触摸点个数、坐标位置以及移动距离等，并通过投影机将拍摄图片投影在投影屏上。
图4所示为本实施例基于摄像头的后定位装置的具体光路。其中，摄像机303的拍摄范围和投影机304的投影范围要覆盖整个触摸面板301的显示区域。红外二极管302发射的红外光倾斜入射到平面反射镜305上，并经过平面反射镜305反射，倾斜入射到触摸面板301，经过平面反射镜305的光路延长，避免了用红外光直接照射到触摸面板301而形成光斑的现象。
上述基于摄像头的后定位装置实现后定位的方法，如图5所示，包括以下步骤：
(1)启动计算机、红外二极管、摄像机和投影机；
(2)红外二极管发射红外光经过平面反射镜反射，倾斜入射到整个触摸屏；
(3)摄像机从背面拍摄触摸屏的整个显示区域得到原始图像，并将原始图像转换成原始图像数据发送到计算机，然后，计算机将该原始图像数据发送到投影机；
(4)投影机接收步骤(3)所述的原始图像数据并将原始图像投影到投影屏上；
(5)摄像机检测是否有触摸点加入，若否，返回步骤(3)，若是，进入步骤(6)；
(6)摄像机拍摄触摸屏的整个显示区域得到触摸图像；
(7)摄像机将该触摸图像转换成触摸图像数据发送到计算机，然后，计算机将该触摸图像发送到投影模块；
(8)投影机接收步骤(7)所述的触摸图像数据并将触摸图像投影到投影屏上；
(9)计算机将步骤(3)中所述的原始图像和步骤(7)中所述的触摸图像进行比较，识别并确定触摸点信息，包括触摸点的个数、坐标位置、以及移动距离等；
(10)计算机根据步骤(9)中所得到的触摸点信息执行相应的动作或命令，然后返回步骤(5)继续检测是否有触摸点加入。
上述方法中，当所述触摸屏为大屏幕触摸屏时，可以通过适当增加摄像机中摄像头的个数，使其满足从背面拍摄触摸屏的整个显示区域，并且，增加投影机的数量，使其满足能拍摄到整个触摸屏显示区域的背面，或者相应地增加平面镜的个数，使其能对不可见光发射模块发射出的不可见光进行扩大，以将不可见光反射到整个触摸屏，以此来满足不同尺寸的触摸屏要求。
图6所示为本发明基于摄像头的后定位装置采用大屏幕触摸屏时的结构示意图。在上述摄像机501、投影机502的基础上，增加摄像头503、投影机504，使得拍摄范围和投影范围均能覆盖整个触摸屏505的显示区域。通过计算机控制摄像机501、摄像机503、投影机502、投影机504，实现整个触摸屏的触摸定位。
本发明基于摄像头的后定位方法适用于识别图案标签，这是由于图案标签具有反射不可见光的一组标示物体的特殊图案，具有高反射，计算机易识别等特点。其具体应用步骤如下：预先采集图案标签的不可见光反射成像的样本，并保存在主控制模块中；启动主控制模块、摄像模块和投影模块；将表面贴有图案标签的触摸物体的图案标签置于触摸屏，摄像模块拍摄触摸屏的整个显示区域得到该图案标签的反射成像得到的反射图像；摄像模块将该反射图像转换成反射图像数据发送到主控制模块，然后，主控制模块将该反射图像数据与预先采集图案标签的不可见光反射成像的样本进行匹配对比，以确认该表面贴有图案标签的触摸物体的为类型及其位置信息，并根据触摸物体类型及其位置信息执行相应的操作。
上述应用中，所述触摸物体的位置信息包括：触摸物体在触摸屏上的坐标、角度、运动状态和运动方向等。
实施例2
本实施例中为了增加整个触摸屏上红外光的光强均匀度，本发明基于摄像头的后定位方法中，步骤(2)中所述不可见光发射模块发射红外光入射到整个触摸屏，可以通过在不可见光发射模块中增加新的红外二极管，并以不同于原红外二极管的入射角度入射平面镜，且反射到触摸屏中光强最强位置为原红外二极管反射到触摸屏中光强最弱的地方，以此来实现光强均匀度。
本实施例基于摄像头的后定位装置实现后定位的工作流程与上述实施例1相同，不同之处在于，如图7所示，为本发明装置的另一种优化实现方式光路示意图。在实施例1的硬件设备基础上多增加一排红外二极管602，其放置在原红外二极管603的上方，以比原红外二极管603更大的倾斜角入射平面镜606，且光心被平面镜606反射到触摸屏601的607位置。红外二极管602的边缘光被反射到触摸屏601的608位置。通过这种方式，可以增强触摸屏在607位置到608位置的光强，补充触摸屏在607位置到608位置上由于光路较长导致光强减弱的现象，更加优化触摸屏上的红外光均匀度，更好的实现准确的多点定位。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于摄像头的后定位装置，其特征在于：包括触摸屏、投影屏、用于发射不可见光到触摸屏上的不可见光发射模块、能拍摄到整个触摸屏显示区域的背面的摄像模块、主控制模块和用于将投影覆盖到整个投影屏的投影模块，其中，所述投影屏附在所述触摸屏的表面，所述摄像模块放置在所述触摸屏的后方，所述投影模块设置在所述投影屏后方，所述主控制模块分别与所述不可见光发射模块、摄像模块以及投影模块相连接。
2.根据权利要求1所述的基于摄像头的后定位装置，其特征在于：还包括用于将不可见光发射模块发出的不可见光反射到触摸屏上的光路处理模块，所述不可见光发射模块放置在所述触摸屏的侧面。
3.根据权利要求1所述的基于摄像头的后定位装置，其特征在于：所述触摸屏包括触摸面板和用于阻挡外界不可见光的保护膜，所述保护膜附在触摸面板的正面，所述触摸面板由透光、导光性能极高的材料制成；所述摄像模块包括用于过滤可见光成分的滤光片和能拍摄到整个触摸屏显示区域的背面的摄像机，所述滤光片置于所述摄像机的前端。
4.根据权利要求1所述的基于摄像头的后定位装置，其特征在于：所述不可见光发射模块由多个发射红外光的红外二极管构成。
5.根据权利要求2所述的基于摄像头的后定位装置，其特征在于：所述光路处理模块为平面反射镜。
6.一种基于摄像头的后定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)启动主控制模块、不可见光发射模块、摄像模块和投影模块；
(2)不可见光发射模块发射不可见光经过光路处理模块反射，倾斜入射到整个触摸屏；
(3)摄像模块从背面拍摄触摸屏的整个显示区域得到原始图像，并将原始图像转换成原始图像数据发送到主控制模块，然后，主控制模块将该原始图像数据发送到投影模块；
(4)投影模块接收步骤(3)所述的原始图像数据并将原始图像投影到投影屏上；
(5)摄像模块检测是否有触摸点加入，若否，返回步骤(3)，若是，进入步骤(6)；
(6)摄像模块拍摄触摸屏的整个显示区域得到触摸图像；
(7)摄像模块将该触摸图像转换成触摸图像数据发送到主控制模块，然后，主控制模块将该触摸图像发送到投影模块；
(8)投影模块接收步骤(7)所述的触摸图像数据并将触摸图像投影到投影屏上；
(9)主控制模块将步骤(3)中所述的原始图像和步骤(7)中所述的触摸图像进行比较，识别并确定触摸点信息；
(10)主控制模块根据步骤(9)中所得到的触摸点信息执行相应的动作或命令，然后返回步骤(5)继续检测是否有触摸点加入。
7.根据权利要求6所述的基于摄像头的后定位方法，其特征在于：
当所述不可见光发射模块由多个发射红外光的红外二极管构成时，在步骤(2)中所述的不可见光发射模块发射不可见光入射到整个触摸屏，采用如下方法来增加整个触摸屏上红外光的光强均匀度：在不可见光发射模块中增加新的红外二极管，并以不同于原红外二极管的入射角度入射平面镜，且反射到触摸屏中光强最强位置为原红外二极管反射到触摸屏中光强最弱的地方。
8.根据权利要求6所述的基于摄像头的后定位方法，其特征在于：
当所述触摸屏为大屏幕触摸屏时，通过适当增加摄像模块中的摄像头的个数，使其满足从背面拍摄触摸屏的整个显示区域，并且，增加投影模块的数量，使其满足能拍摄到整个触摸屏显示区域的背面，或者相应地增加平面镜的个数，使其能对不可见光发射模块发射出的不可见光进行扩大，以将不可见光反射到整个触摸屏。
9.根据权利要求6所述的基于摄像头的后定位方法的应用，其特征在于：用于识别图案标签。
10.根据权利要求9所述的基于摄像头的后定位方法的应用，其特征在于：其具体应用步骤如下：预先采集图案标签的不可见光反射成像的样本，并保存在主控制模块中；启动主控制模块、摄像模块和投影模块；将表面贴有图案标签的触摸物体的图案标签置于触摸屏，摄像模块拍摄触摸屏的整个显示区域得到该图案标签的反射成像得到的反射图像；摄像模块将该反射图像转换成反射图像数据发送到主控制模块，然后，主控制模块将该反射图像数据与预先采集图案标签的不可见光反射成像的样本进行匹配对比，以确认该表面贴有图案标签的触摸物体的类型及其位置信息，并根据触摸物体类型及其位置信息执行相应的操作。
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Publications (1)
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