CN101882034A

CN101882034A - 触摸装置的触摸笔颜色识别装置及方法

Info

Publication number: CN101882034A
Application number: CN 201010237107
Authority: CN
Inventors: 唐年华; 刘国平; 钟杰婷
Original assignee: Vtron Technologies Ltd
Current assignee: Vtron Technologies Ltd
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: CN101882034B

Abstract

本发明涉及触摸装置的触摸笔颜色识别装置及方法，其方法主要步骤是：通过图像作差法或通过计算触摸笔在触摸屏位置来确定触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置；以该位置为中心，选取采样区域；将采样区域中的像素点的R、G、B值分别求取平均值，并将结果转化到HSV颜色空间进行调整；将调整后的H、S、V值转化回RGB格式，并将RGB颜色值作为最终确定的颜色，输出给显示屏进行显示。本发明能够更准确的对触摸装置的笔色进行识别，且有效的改善了显示颜色偏暗的情况，运算简单。

Description

触摸装置的触摸笔颜色识别装置及方法

技术领域

本发明涉及人机交互领域，特别涉及触摸装置的触摸笔颜色识别装置及方法。

背景技术

现有的人机交互技术中，基于摄像头定位的触摸技术具有准确率高、能实现多点触摸、维护简单等优点，因此人们也越来越青睐于基于摄像头定位的触摸技术。基于摄像头定位触摸技术，如申请号为200910039968.4、公开号为CN101566898A的中国发明专利申请“电子显示系统的定位装置及方法”，具有成本低、实现简单等特点。但是通常我们还需要反映出触摸笔的颜色，然后在显示屏上显示相应的颜色，便于区别不同颜色触摸笔的触摸操作，同时也使得触摸更具有直观性。但现有技术的颜色识别通常只是简单的从拍摄图像中提取触摸点处像素的灰度值直接作为显示颜色进行显示，使得显示的笔画颜色容易与实际触摸笔颜色出现偏差，且颜色偏暗。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供触摸装置的触摸笔颜色识别装置，解决了现有颜色识别容易出现偏差，且显示颜色偏暗的技术问题。

本发明的另一目的是提供触摸装置的触摸笔颜色识别方法，该方法基于上述触摸装置的触摸笔颜色识别装置。

本发明的首要目的是通过下述技术方案实现：本触摸装置的触摸笔颜色识别装置，包括用于确定触摸笔位置的定位摄像头，红外光源，用于拍摄触摸笔颜色的颜色识别摄像头，控制单元以及显示单元；其中，定位摄像头水平放置在屏幕的上边框，颜色识别摄像头倾斜放置在屏幕的上边框的左上角或右上角，定位摄像头的光轴与颜色识别摄像头的光轴在同一平面上，红外光源设在屏幕的上边框；控制单元分别与摄像头定位装置、颜色识别摄像头及显示单元连接；所述控制单元用于通过图像作差法或通过计算触摸笔在触摸屏的位置来确定触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置，并用于以触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置为中心来选取采样区域，然后将采样区域中像素点求RGB值的平均值，并将平均值转化到HSV颜色空间进行调整，最后再转化为RGB颜色值输出给显示屏进行显示。

所述定位摄像头包括与红外光源并排放置的第一定位摄像头和第二定位摄像头；第一定位摄像头和第二定位摄像头分别与控制单元连接，且均采用黑白摄像头；所述黑白摄像头的镜头配有红外滤光片。

所述颜色识别摄像头采用彩色摄像头，所述彩色摄像头配有闪光灯装置，所述彩色摄像头的镜头配有红外截止滤光片，所述闪光灯装置发出的光的波长小于红外波长。

本发明的另一目的是通过下述技术方案实现：本触摸装置的触摸笔颜色识别方法，包括以下步骤：

(1)启动触摸装置；

(2)通过图像作差法或通过计算触摸笔在触摸屏的位置，来确定触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置；

(3)以步骤(2)中触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置为中心，选取采样区域；

(4)将步骤(3)中采样区域中的像素点的R、G、B值分别求取平均值，并将平均值转化到HSV颜色空间进行调整，得到调整后的H、S、V值；

(5)将调整后的H、S、V值转化回RGB格式，并将RGB颜色值作为最终确定的颜色，输出给显示屏进行显示。

所述步骤(2)中，通过图像作差法来确定触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置，包括以下步骤：

(1-1)在触摸装置上未放置触摸笔的情况下，通过颜色识别摄像头拍摄此时的图像并保存在控制单元的第一存储单元中，作为背景图像；

(1-2)判断定位摄像头所拍摄的当前帧图像中是否有光斑，若否，进入步骤(1-3)；若是，进入步骤(1-4)；

(1-3)更新第一存储单元中的背景图像：将颜色识别摄像头所拍摄的当前帧图像作为新的背景图像，替换掉步骤(1-1)中所保存的背景图像，然后返回步骤(1-2)；

(1-4)颜色识别摄像头启动闪光灯装置并进行拍摄，并保存所拍摄的当前帧图像在控制单元的第二存储单元中，作为前景图像；

(1-5)将第一存储单元中的背景图像，以及第二存储单元中的前景图像都进行灰色世界法白平衡处理，并且进行复制，并对背景图像的复制图像、前景图像的复制图像都进行灰色世界法白平衡、彩色图像灰度化处理；

(1-6)对背景图像的复制图像、前景图像的复制图像进行逐像素作差运算，将差值最大的像素点在图像中的坐标位置(x，y)作为触摸笔在图像上的位置。

所述步骤(2)中，通过计算触摸笔在触摸屏的位置来确定触摸笔在颜色识别摄像头拍摄图像中成像的位置，包括以下步骤：

(2-1)启动定位摄像头进行拍摄；

(2-2)判断所拍摄图像中是否有触摸点，若否，返回步骤(2-1)，若有，进入步骤(2-3)；

(2-3)计算触摸点在触摸屏的位置a(x1，y1)，同时启动颜色识别摄像头进行拍摄；

(2-4)根据颜色识别摄像头的放置位置以及步骤(2-3)中计算出的触摸点在触摸屏位置a(x1，y1)，确定触摸笔在颜色识别摄像头的拍摄图像中的成像位置。

所述步骤(4)中，在HSV颜色空间进行调整，包括以下步骤：

(4-1)判断S值是否为非零值，若是，进入步骤(4-2)，若否，进入步骤(4-3)；

(4-2)对H值进行非等间量化法调整；

(4-3)判断V值是否小于0.5，若是，将数值0赋值给V，若否，将数值1赋值给V。

其中，所述步骤(4-2)中的非等间量化法为6级量化法、8级量化法或者16级量化法。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点及有益效果：

1、在定位装置识别到有触摸时，才打开闪光灯，促发颜色识别摄像头进行拍摄，然后再进行后续的触摸笔颜色识别，不用对颜色识别摄像头拍摄的每一帧图像进行笔色识别处理，能有效提高图像处理速度，进而提高响应速度。

2、能更准确的对触摸装置的触摸笔颜色进行识别，且有效的改善了显示颜色偏暗的情况，减少周围环境和触摸笔位置的不同导致的亮度变化影响到对触摸笔颜色的判断，有效减少误判、运算简单。

附图说明

图1是本发明触摸装置的触摸笔颜色识别装置的结构示意图；

图2是本发明触摸装置的触摸笔颜色识别方法的流程示意图；

图3是本发明通过图像作差法来确定触摸笔位置的流程示意图；

图4是本发明通过计算触摸笔在触摸屏位置来确定触摸笔位置的流程示意图；

图5是本发明的HSV颜色空间调整中H值非等间量化示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参见图1，本发明触摸装置的触摸笔颜色识别装置包括：两个用于确定触摸笔位置的第一定位摄像头101和第二定位摄像头102，红外光源106，一个用于拍摄触摸笔颜色的颜色识别摄像头103，控制单元104以及显示屏105；其中，颜色识别摄像头103为广角镜头，拍摄角度为110°，将其倾斜放置在屏幕的上边框的左上角或右上角，使其能拍摄到除上边框之外的屏幕的其余三个边框；而定位摄像头101、102为鱼眼镜头，两者的拍摄角度都为180°，将两者水平放置在屏幕的上边框，亦使其能拍摄到除上边框之外的屏幕的其余三个边框；101、102、103三个摄像头的光轴需在同一平面上，该平面与屏幕平面平行，且二者距离(即光轴所在的平面与屏幕所在的平面的距离)不超过2cm；红外光源106紧贴屏幕上边框，朝向均向下，其发射的红外光能散射照亮除屏幕上边框之外其余三个边框，控制单元104分别与第一定位摄像头101、第二定位摄像头102、颜色识别摄像头103、显示屏105连接。

所述用于确定触摸笔位置的第一定位摄像头101和第二定位摄像头102均采用镜头配有红外滤光片的黑白摄像头，拍摄的图像为黑白二值图像，且图像为带装图像，这样可以提高处理速度。通过该两个定位摄像头对触摸笔坐标位置进行定位的技术为现有技术，本专利不作详细展开描述。所述颜色识别摄像头103采用彩色摄像头，彩色摄像头配有闪光灯装置，且彩色摄像头的镜头配有红外截止滤光片。闪光灯装置发出的光的波长小于红外波长；由于红外波长约为760nm，因此闪光灯装置所发出的光的波长小于760nm。

这样，配有红外滤光片的第一定位摄像头101和第二定位摄像头102，可以忽略掉可见光的影响，进行对触摸笔的定位；配有上述闪光灯装置，且镜头配有红外截止滤光片的彩色摄像头，可以忽略掉红外光的影响，进而确保颜色识别摄像头所拍摄图像的颜色不受红外光影响，且闪光灯装置能确保在比较暗的环境下也能清晰的拍摄到触摸笔的颜色。

控制单元104用于通过图像作差法或通过计算触摸笔在触摸屏的位置，来确定触摸笔在颜色识别摄像头103所拍摄图像中成像的位置，并用于以触摸笔在颜色识别摄像头103所拍摄图像中成像的位置为中心来选取采样区域，然后将采样区域中像素点求RGB值的平均值，并将平均值转化到HSV颜色空间进行调整，最后再转化为RGB颜色值输出给显示屏105进行显示。

参见图2，本发明触摸装置的触摸笔颜色识别方法，包括以下步骤：

(1)启动触摸装置；

(2)通过图像作差法，来确定触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置；

(3)以步骤(2)中触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置为中心，选取采样区域；例如，以(x，y)为中心，R为半径选取区域作为采样区域，R可以由用户根据实际情况进行定义；

参见图3，本实施例在所述步骤(2)中，采用通过图像作差法来确定触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置，包括以下步骤：

(1-2)判断定位摄像头所拍摄的当前帧图像(即判断第一定位摄像头或第二定位摄像头所拍摄的当前帧图像)中是否有光斑，若否，进入步骤(1-3)；若是，进入步骤(1-4)；

所述步骤(1-2)中通过判断第一定位摄像头101或第二定位摄像头102所拍摄图像中是否有光斑，来确定是否有触摸笔放入触摸装置。具体判断可以通过设定像素灰度值阈值，若连续n个像素灰度值超过所设定的像素灰度值阈值，则认为存在光斑，n可以由用户根据实际触摸笔大小情况进行设定，若不满足上述条件，则认为不存在光斑。

所述步骤(1-5)中，进行的灰色世界法白平衡处理，可以有效改善偏色对图像色彩的影响，使得颜色的提取以及处理更加精确。

所述步骤(4)中，将从步骤(3)中采样区域内所有像素点的R、G、B值分别求取平均值，将求取到的平均值R1、G1、B1代入RGB转化到HSV的公式里(该公式为公知算法，在此不作详述)，可以得到相应的H、S、V值。

所述步骤(4)中的在HSV颜色空间进行调整，包括以下步骤：

(4-2)对H值进行非等间量化法调整；

其中，步骤(4-1)的作用在于通过饱和度S来区分识别彩色的触摸笔和非彩色(白、灰、黑)的触摸笔，S为零时，判断为非彩色的触摸笔，需要进一步判断V值；S为非零值时，判断为彩色的触摸笔，需要进行进一步的H值判断。

所述步骤(4-3)中，V值小于0.5，则认为触摸笔是黑色，将数值0赋值给V；若V值大于或等于0.5，则认为触摸笔是白色，将数值1赋值给V。

所述步骤(4-2)中的非等间量化法为6级量化法、8级量化法或者16级量化法。本实施例采用8级量化法。

参见图5，在R、G、B分别相隔120度的圆环里，非等间量化成了8个区间，分别为：

区间一(h＜＝20°&&h＞315°)

区间二(20°＜h＜＝40°)

区间三(40°＜h＜＝75°)

区间四(75°＜h＜＝155°)

区间五(155°＜h＜＝190°)

区间六(190°＜h＜＝270°)

区间七(270°＜h＜＝295°)

区间八(295°＜h＜＝315°)

其中，h为本实施例中用平均值R1、G1、B1代入RGB转化到HSV的公式里得到相应的H值，若h值落到区间一，则h值调节为0°；若h值落到区间二，则h值调节为30°；若h值落到区间三，则h值调节为58°；若h值落到区间四，则h值调节为120°；若h值落到区间五，则h值调节为173°；若h值落到区间六，则h值调节为240°；若h值落到区间七，则h值调节为282°；若h值落到区间八，则h值调节为300°。即，一般判断h值落到哪个区间，就把哪个区间的中间值赋给h。

实施例2

本实施例的触摸装置的触摸笔颜色识别装置结构与实施例1相同，不同之处在于工作流程中的步骤(2)，其余步骤均相同。本实施例的步骤(2)，采用通过计算触摸笔在触摸屏位置，来确定触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置，如图4所示，其包括以下步骤：

(2-1)启动定位摄像头进行拍摄；

(2-2)判断所拍摄图像中是否有触摸点(即是否有光斑)，若否，返回步骤(2-1)，若有，进入步骤(2-3)；

(2-3)计算触摸点在触摸屏位置a(x1，y1)，同时启动颜色识别摄像头进行拍摄(即触发颜色识别摄像头的闪光灯装置闪亮，从而促发颜色识别摄像头进行拍摄)；

(2-4)根据颜色识别摄像头的放置位置以及步骤(2-3)中计算出的触摸点在触摸屏位置a(x1，y1)，确定步骤(2-3)触摸笔在颜色识别摄像头的拍摄图像中的成像位置。

其中，所述步骤(2-3)计算触摸点在触摸屏的位置a(x1，y1)的计算方法为现有技术，本发明不作详述。

所述步骤(2-4)中，根据颜色识别摄像头的放置位置以及步骤(2-3)中计算出的触摸点在触摸屏位置a(x1，y1)，确定步骤(2-3)触摸笔在颜色识别摄像头的拍摄图像中的成像位置为：将a(x1，y1)代入颜色识别摄像头的成像公式(该公式为公知公式，本实施例不作详述)，即可计算出所述步骤(2-3)触摸笔在颜色识别摄像头的拍摄图像中的成像位置。

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所述实施例的限制，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

1.触摸装置的触摸笔颜色识别装置，其特征在于：包括用于确定触摸笔位置的定位摄像头，红外光源，用于拍摄触摸笔颜色的颜色识别摄像头，控制单元以及显示单元；其中，定位摄像头水平放置在屏幕的上边框，颜色识别摄像头倾斜放置在屏幕的上边框的左上角或右上角，定位摄像头的光轴与颜色识别摄像头的光轴在同一平面上，红外光源设在屏幕的上边框；控制单元分别与摄像头定位装置、颜色识别摄像头及显示单元连接；

所述控制单元用于通过图像作差法或通过计算触摸笔在触摸屏的位置来确定触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置，并用于以触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置为中心来选取采样区域，然后将采样区域中像素点求RGB值的平均值，并将平均值转化到HSV颜色空间进行调整，最后再转化为RGB颜色值输出给显示屏进行显示。

2.根据权利要求1所述的触摸笔颜色识别装置，其特征在于：所述定位摄像头包括与红外光源并排放置的第一定位摄像头和第二定位摄像头；第一定位摄像头和第二定位摄像头分别与控制单元连接，且均采用黑白摄像头；所述黑白摄像头的镜头配有红外滤光片。

3.根据权利要求1所述的触摸笔颜色识别装置，其特征在于：所述颜色识别摄像头采用彩色摄像头，所述彩色摄像头配有闪光灯装置，所述彩色摄像头的镜头配有红外截止滤光片，所述闪光灯装置发出的光的波长小于红外波长。

4.基于权利要求1所述触摸笔颜色识别装置的触摸装置的触摸笔颜色识别方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)启动触摸装置；

5.根据权利要求4所述的触摸笔颜色识别方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过图像作差法来确定触摸笔在颜色识别摄像头所拍摄图像中成像的位置，包括以下步骤：

6.根据权利要求4所述的触摸笔颜色识别方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过计算触摸笔在触摸屏的位置来确定触摸笔在颜色识别摄像头拍摄图像中成像的位置，包括以下步骤：

(2-1)启动定位摄像头进行拍摄；

7.根据权利要求4-6中任一项所述的触摸笔颜色识别方法，其特征在于，所述步骤(4)中，在HSV颜色空间进行调整，包括以下步骤：

(4-2)对H值进行非等间量化法调整；

8.根据权利要求7所述的触摸笔颜色识别方法，其特征在于：所述步骤(4-2)中的非等间量化法为6级量化法、8级量化法或者16级量化法。