CN101859210A - 一种交互式投影系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交互式投影系统及其实现方法，系统包括可成像平面、在可成像平面上操作的电子书写笔、计算机、分别与计算机相连接的投影装置、图像采集装置以及无线接收装置，所述电子书写笔上设置有红外发射装置，电子书写笔内设置有与无线接收装置相对应的无线发射模块，所述的图像采集装置为嵌有滤光片的摄像头；采用上述的结构，系统定位精度高、图像处理速度快。通过系统的自动标定和摄像头捕捉红外电子书写笔的位置，实现多功能人机交互操作。

Description

一种交互式投影系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种人机交互系统及其方法，尤其是涉及一种红外光电式的交互式投影系统及其实现方法。

背景技术

目前交互式电子白板及其投影技术已经逐渐取代传统的黑板，成为教育，培训，绘图，军事指挥等重要工具，在现场演示和教学、产品展示、商务会议、远程视频，以及新闻演播、证券评述、军事指挥、娱乐互动、医疗会诊、工程设计、赛事战术分析、气象分析等领域都得到了广泛的应用。

根据其工作原理，交互式电子白板分为：压感式，电磁式，超声波和光电式。其中压感和电磁式需要在大尺寸显示屏，如PDP，LCD表面覆盖一层含有传感线材的面板，实现手指或书写笔在显示表面的定位，这种系统显示效果好，操作方便，但是价格昂贵，而且无法实现超大尺寸显示；超声波式需要在屏幕的至少两个角落安装超声定位器，根据超声波笔发出的信号实现其屏幕定位；光电式又可分为激光式和红外式，激光光电式需要在电子白板两侧各有一激光发射器，电子白板启动后，激光发射器发出激光扫射电子白板表面，特质笔具有感应激光的功能，这样当使用感光笔在电子白板上操作时，激光发射器会扫描到感光笔的位置。基于超声波，激光技术的光电交互系统需要用户采购额外接受设备，如超声波，激光发生器以及特制接受装置等，增加了用户成本，并且系统标定及定位过程操作繁琐，可操作性不强。

申请号为200610115824.9的发明专利申请公开了一种交互式投影系统的实现方法，该方法通过无线发射器的信号确定摄像头拍摄的瞬间时刻，将带有激光亮点的画面与原投影画面进行比较，找出激光亮点在原画面中的位置坐标，激活该坐标对应的IP地址，以实现简单的互动。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术中的不足，提供一种定位精度高、图像处理速度快并能实现自动标定的交互式投影系统及其实现方法。

为解决现有技术中的问题，本发明的交互式投影系统包括可成像平面、在可成像平面上操作的电子书写笔、计算机、分别与计算机相连接的投影装置、图像采集装置以及无线接收装置，其中电子书写笔上设置有红外发射装置，电子书写笔内设置有与无线接收装置相对应的无线发射模块，所述的图像采集装置为嵌有滤光片的摄像头。

所述的滤光片为与红外发射装置所使用的红外波段和与投影装置所使用的波段相符的双带通滤光片。

所述的双带通滤光片为940nm和650nm的双带通滤光片。

所述红所述的红外发射装置位于电子书写笔的笔尖处并通过红外发射轻触开关与无线发射模块相连接。

所述电子书写笔内还包括分别与无线发射模块相连接的具有鼠标右键功能的右键按键、上翻页按键和下翻页按键。

所述的红外发射装置为红外LED灯。

所述的投影装置为投影仪。

所述的可成像平面为普通幕布、墙面、白板其中的一种。

一种交互式投影系统的实现方法：

1)系统标定：

a)计算机在显示器上显示一副N×M的棋盘图，通过投影装置投射到可成像平面；

b)图像采集装置获取可成像平面上的投影图像，找到投影图像中所有棋盘内角点的位置，并进行排序；

c)利用投影图像中的角点位置和计算机显示器屏幕上对应的角点位置，计算投影变换矩阵。

2)电子书写笔在可成像平面上操作，红外发射装置被触发发射红外亮点在可成像平面上形成红外亮点图像；

3)无线发射模块将电子书写笔的无线信号发送到无线接收装置，无线接收装置将无线信号传递给计算机；

4)计算机对无线信号进行分析，获取电子书写笔的按键操作；

5)图像采集装置获取电子书写笔的红外亮点图像，扫描图像每一个像素，找到像素值超过指定阈值的所有像素点，并计算这些像素点的中心位置，即电子书写笔在图像中的位置；

6)通过投影变换矩阵，计算机将电子书写笔在图像中的位置转换为计算机显示器平面上对应的位置，投影装置将此位置信息投射到可成像平面。

本发明交互式投影系统的优点是：

1)定位精度高、图像处理速度快：由于摄像头嵌入了940nm和650nm的双带通滤光片，滤光片屏蔽了大部分可见光，在940nm红外波段处和电子书写笔的LED灯的红外光谱绝大部分重合在一起，这样就大大减少了外界光线的干扰，提高了电子书写笔的定位精度和图像处理速度；滤光片在650nm处允许投影仪的少量可见光通过，因此在系统标定的过程中可以利用投影仪的光线实现自动标定。

2)操作方便：由于红外LED灯位于电子书写笔的笔尖处并通过红外发射轻触开关与无线发射模块相连接，电子书写笔采用这种结构，当LED灯接触到屏幕时，只要用很小的力就能使LED灯被触发点亮，与其他的手按式LED书写笔相比，更符合用户的书写操作习惯，操作更为简单和方便。

3)多功能人机交互：计算机通过系统自动标定和分析图像采集装置所捕捉的红外电子书写笔的位置实现对电子书写笔的定位，由于电子书写笔内还包括分别与无线发射模块相连接的具有鼠标右键功能的右键按键、上翻页按键和下翻页按键，无线发射模块可以及时地将电子书写笔的按键信息发送到无线接收装置，无线接收装置再发送给计算机，电子书写笔实现了鼠标功能在可成像平面上操作，从而实现了人机交互。

本发明交互式投影系统的实现方法，通过计算机计算出其输出的在显示器显示的标定图案平面与其投影图案平面的投影变换矩阵，实现系统的自动标定。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明交互式投影系统的工作流程示意图。

图2为图1中电子书写笔的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明交互式投影系统包括可成像平面1、在可成像平面1上操作的电子书写笔2、计算机3、分别与计算机3相连接的投影装置4、图像采集装置5以及无线接收装置6，所述的图像采集装置5为嵌有滤光片的摄像头。

在本实施例中，滤光片为940nm和650nm的双带通滤光片。

如图2所示，电子书写笔2上设置有红外发射装置21，电子书写笔2内设置有与无线接收装置6相对应的无线发射模块22，红外发射装置21位于电子书写笔2的笔尖处并通过红外发射轻触开关23与无线发射模块22相连接，电子书写笔2内还包括分别与无线发射模块22相连接的具有鼠标右键功能的右键按键24、上翻页按键25和下翻页按键26。

在本实施例中，红外发射装置21为红外LED灯，所使用的波长为940nm。

在本实施例中，投影装置4为普通投影仪，所使用的波长为650nm。

在本实施例中，可成像平面1为幕布。

一种交互式投影系统的实现方法：

1)系统标定：

a)计算机3在显示器上显示一副N×M的棋盘图，通过投影装置4投射到可成像平面1；

b)图像采集装置5获取可成像平面1上的投影图像，找到投影图像中所有棋盘内角点的位置，并进行排序；

c)利用投影图像中的角点位置和计算机3显示器屏幕上对应的角点位置，计算投影变换矩阵。

2)电子书写笔2在可成像平面1上操作，红外发射装置21被触发发射红外亮点在可成像平面1上形成红外亮点图像；

3)无线发射模块22将电子书写笔2的无线信号发送到无线接收装置6，无线接收装置6将无线信号传递给计算机3；

4)计算机3对无线信号进行分析，获取电子书写笔2的按键操作；

5)图像采集装置5获取电子书写笔2的红外亮点图像，扫描图像每一个像素，找到像素值超过指定阈值的所有像素点，并计算这些像素点的中心位置，即电子书写笔2在图像中的位置；

6)通过投影变换矩阵，计算机3将电子书写笔2在图像中的位置转换为计算机显示器平面上对应的位置，投影装置4将此位置信息投射到可成像平面1上。

总之，本发明的实施例公布的是其较佳的实施方式，但并不限于此。本领域的普通技术人员极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种交互式投影系统，包括可成像平面、在可成像平面上操作的电子书写笔、计算机、分别与计算机相连接的投影装置、图像采集装置以及无线接收装置，所述电子书写笔上设置有红外发射装置，电子书写笔内设置有与无线接收装置相对应的无线发射模块，其特征在于：所述的图像采集装置为嵌有滤光片的摄像头。

2.根据权利要求1所述的交互式投影系统，其特征在于：所述的滤光片为与红外发射装置所使用的红外波段和与投影装置所使用的波段相符的双带通滤光片。

3.根据权利要求2所述的交互式投影系统，其特征在于：所述的双带通滤光片为940nm和650nm的双带通滤光片。

4.根据权利要求1所述的交互式投影系统，其特征在于：所述的红外发射装置位于电子书写笔的笔尖处并通过红外发射轻触开关与无线发射模块相连接。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的交互式投影系统，其特征在于：所述的电子书写笔内还包括分别与无线发射模块相连接的具有鼠标右键功能的右键按键、上翻页按键和下翻页按键。

6.根据权利要求1所述的交互式投影系统，其特征在于：所述的红外发射装置为红外LED灯。

7.根据权利要求1所述的交互式投影系统，其特征在于：所述的投影装置为投影仪。

8.根据权利要求1所述的交互式投影系统，其特征在于：所述的可成像平面为普通幕布、墙面、白板其中的一种。

9.一种如权利要求1所述的交互式投影系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)系统标定：

a)计算机在显示器上显示一副N×M的棋盘图，通过投影装置投射到可成像平面；

b)图像采集装置获取可成像平面上的投影图像，找到投影图像中所有棋盘内角点的位置，并进行排序；

c)利用投影图像中的角点位置和计算机显示器屏幕上对应的角点位置，计算投影变换矩阵。

2)电子书写笔在可成像平面上操作，红外发射装置被触发发射红外亮点在可成像平面上形成红外亮点图像；

3)无线发射模块将电子书写笔的无线信号发送到无线接收装置，无线接收装置将无线信号传递给计算机；

4)计算机对无线信号进行分析，获取电子书写笔的按键操作；

5)图像采集装置获取电子书写笔的红外亮点图像，扫描图像每一个像素，找到像素值超过指定阈值的所有像素点，并计算这些像素点的中心位置，即电子书写笔在图像中的位置；

6)通过投影变换矩阵，计算机将电子书写笔在图像中的位置转换为计算机显示器平面上对应的位置，投影装置将此位置信息投射到可成像平面。

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