CN102023763A - 触摸系统摄像头的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触摸系统摄像头的定位方法。该方法包括以下步骤：S10：显示器显示摄像头连续采集的图像；S21：在显示器中显示水平参考线，若显示一条水平参考线，该水平参考线为采样区域，执行步骤S22，若显示两条水平参考线，该两条水平参考线之间的区域为采样区域，则执行步骤S23；S22：通过调整摄像头和/或水平参考线的位置，使得屏幕边框的成像与该水平参考线重合，执行步骤S30；S23：通过调整摄像头和/或两条参考线的位置，使得该两条水平参考线之间的区域落入屏幕边框的成像区域中，执行步骤S30；S30：计算机存储摄像头的定位数据。该方法实现了摄像头的准确定位以及能够自动适应一定范围的环境温度变化。

Description

触摸系统摄像头的定位方法

技术领域

本发明涉及一种触摸系统摄像头的定位方法。

背景技术

随着计算机多媒体技术的发展，交互式电子白板作为一种先进的教育或会议辅助人机交互设备，可以实现无尘书写、随意书写、远程交流等功能。从硬件实现原理上，基于CCD或CMOS摄像定位的触摸屏系统具有分辨率高、定位精确、结构简单、成本低等特点，在大屏幕触摸定位方面具有广阔的应用空间，技术人员对其技术和方法不断改进，现已应用于多种计算机多媒体交互系统中。

如图1所示，基于屏幕表面摄像头定位触摸屏的原理是利用显示屏幕1的边框2处两个或以上摄像头3从不同视角拍摄显示屏幕表面，使屏幕1完全处于取景范围内，以高于屏幕表面的边框2作背景参照，采集有触摸时的图像与无触摸时的图像进行比较，分析遮挡物体所形成的图像光斑对应于显示屏幕表面的坐标位置，通过计算处理装置进行识别分析并转化为响应的指令加以执行，从而完成人机交互操作。

在实际应用中，要实现上述定位功能，必须先安装调整好相关用于定位拍摄摄像头的位置，使之满足以下的拍摄条件：1、使屏幕完全处于取景范围内，2、摄像头尽量贴近屏幕表面但又不能被屏幕本身遮挡，以得到较好的书写效果，3、屏幕表面（背景边框）在摄像头中成像需近似于一水平直线状态。由于科技的进步，目前数字图像传感器（CCD或CMOS）的物理尺寸大部分已做到1/2~1/4英寸或更小，而模具加工精度制约了安装过程必须通过调整摄像头的安装位置，使之满足成像要求。这样，使得屏幕表面摄像头定位的触摸屏生产效率低下，定位精度不稳定。另一方面，由于温度会对摄像头以及结构件产生热胀冷缩影响，使得拍摄区域会随着温度得变化而产生偏移并产生盲区，影响了设备的稳定性和可靠性。

为此本发明提供一种易于实现的用于触摸系统的表面摄像头的定位方法和装置，以实现摄像头的准确定位以及能够自动适应一定范围的环境温度变化，是一个需要解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种用于触摸系统表面摄像头的定位方法，以实现摄像头的准确定位并能够自动适应一定范围的环境温度变化。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种触摸系统摄像头的定位方法，该系统包括：触摸屏幕、设置于该触摸屏幕表面的摄像头、用于调整摄像头位置的定位装置、以及分别与摄像头和定位装置连接的计算机，该计算机包括显示器，该方法包括以下步骤：

S10：显示器显示摄像头连续采集的图像；

S21：在显示器中显示水平参考线，若显示一条水平参考线，则该水平参考线为采样区域，执行步骤S22；若显示两条水平参考线，则该两条水平参考线之间的区域为采样区域，执行步骤S23；

S22：通过调整摄像头和/或水平参考线的位置，使得屏幕边框的成像与该水平参考线重合，执行步骤S30；

S23：通过调整摄像头和/或两条参考线的位置，使得该两条水平参考线之间的区域落入屏幕边框的成像区域中，且该两条水平参考线在移动的过程中距离保持不变，执行步骤S30；

S30：计算机存储摄像头的定位数据。

作为改进之一：在步骤S23中，该两条水平参考线分别表示低温T1时的采样区域和高温T2时的采样区域。

作为改进之二，所述步骤S22、步骤S23通过以下步骤调整摄像头和/或参考线的位置：

S201：判断屏幕边框是否完全处于摄像头取景范围内，若是则执行步骤S202；若否则先调整摄像头的左右指向，使得屏幕边框完全处于取景范围内，然后再执行步骤S202；

S202：判断摄像头前方是否有遮挡，若是则执行步骤S203；若否则先调整摄像头距离屏幕表面的高度，使摄像头贴近屏幕表面且不被触摸屏幕遮挡，然后再执行步骤S203；

S203：在显示器中显示水平参考线；

S204：判断屏幕边框的成像是否呈近似直线状态，若是执行步骤S205；若否则先调整摄像头前后倾角，使屏幕边框的成像是否呈近似直线状态，然后再执行步骤S205；

S205：判断屏幕边框的成像是否呈水平状态，若是则执行步骤S206；若否则先调整摄像头左右两端距离屏幕表面高度，使屏幕边框的成像在同一水平面上，然后再执行步骤S206；

S206：判断屏幕边框的成像是否与该一条水平参考线重合或包含该两条水平参考线之间的区域，若是则执行步骤S30；若否则先调整水平参考线的高度，使得屏幕边框的成像与该一条水平参考线重合或包含该两条水平参考线之间的区域，然后再执行步骤S30。

作为改进之三：所述水平参考线位于显示器屏幕中间位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

（1）利用了摄像头本身的摄像功能结合显示器的辅助水平参考线所具有的参考和标定功能，以实时反馈的图像信息和参考线之间的比对，指引摄像头位置的调整；

（2）并且，通过设置两条水平参考线的方式，调整采样区间范围，使得调整好的设备具有适应一定范围内环境温度变化的能力；

（3）最后，水平参考线在图像中的相对位置，同时又是作为摄像头定位采样区间的一个基础参数，保存下来供定位运行时使用。调整摄像头时参照的水平参考线，既是用来参考比对调整位置，同时又标记了数字图像传感器（CCD或COMS）成像的采样区间，能较大程度的简化摄像头位置调整的操作步骤。

附图说明

图1是基于摄像头的触摸系统的原理示意图；

图2是实施例一所采用的硬件结构示意图；

图3是实施例一执行步骤1时显示器所显示图像；

图4是实施例一执行完步骤6时显示器的图像；

图5是实施例二执行完步骤206时显示器的图像；

图6是实施例一的流程示意图之一；

图7是实施例一的流程示意图之二。

具体实施方式

实施例一

下面以显示器显示一条水平参考线时的摄像头定位方法进行说明。

如图2所示，该定位方法所采用的硬件触摸系统包括：触摸屏幕、设置于该触摸屏幕表面的摄像头、用于调整摄像头位置的定位装置、以及分别与摄像头和定位装置连接的计算机，该计算机包括显示器。本实施例具有多路像素为640×480的摄像头，其中每路摄像头的定位调整方法都是一样的。但是本发明的摄像头既可以是一个也可以是多个，而且不限制摄像头的像素分辨率。

如图6、图7所示，该定位方法包括以下步骤：

S1：将定位装置连接至计算机，显示器显示摄像头连续采集的图像；

S2：使摄像头略高于屏幕表面的水平面，以屏幕边缘的背景边框为拍摄目标，使屏幕边框完全处于取景范围内；

S3：调整摄像头距离屏幕表面的高度，使摄像头尽量贴近屏幕表面但又不能被屏幕本身遮挡；

S4：显示器显示出一条水平参考线9，该水平参考线9可以在显示器中上下移动；

S5：调整摄像头的前后倾角，使屏幕边框成像成一直线状态；

S6：在执行步骤S5的同时，调整摄像头左右两端距离屏幕表面高度，使屏幕边框成像在同一水平面上，可一边调整摄像头，一边调整软件中水平参考线的显示位置，使水平参考线跟屏幕边框的成像重合；

S7：保存调整摄像头后的各个相关参数，供定位装置处理定位操作时调用。调整时参照的水平参考线，既是用来参考比对调整位置，同时又标记了数字图像传感器（CCD或COMS）成像的采样区间，能较大程度的简化摄像头位置调整的操作步骤。

在步骤S1中：接通摄像头定位装置硬件设备，定位装置连接到计算机上，在计算机端运行调整软件，设置好摄像头分辨率、快门、增益等参数，使显示器的图像清晰显示。显示器所显示的图像的构成为：图像上部1为边框在触摸屏幕玻璃上的倒影区域，图像中部2为边框成像区域，图像下部3为实景区域。此时，显示器显示的图像如图3所示，图像中部3呈弧形，且两端不在同一水平线上。在步骤S2和S3中：有些时候屏幕玻璃会对摄像头产生遮挡，而不能使整个屏幕和屏幕边框成像在摄像头，这时通过步骤S2和S3调整，使屏幕表面区域完全处于取景范围内。这个阶段，因为只关注成像范围是否完整和是否有遮挡，摄像头的没有经过各个角度的调整，整条屏幕背景边框的成像仍然为弧形状态，而且两端也不在同一水平面上。

定位装置可以根据计算机的指令调整摄像头高低、左右角度、前后倾角。调整时，先将摄像头安装于略高于屏幕表面的高度，镜头面向屏幕表面，然后根据计算机上显示的图像为依据，调整摄像头的左右角度，使屏幕表面区域完全处于取景范围内；调整摄像头距离屏幕表面的高度，使摄像头尽量贴近屏幕表面但又不能被屏幕本身遮挡。

在步骤S4中：该水平参考线代表摄像头拍摄的屏幕表面采样区域。在进行定位采集时，以这条线的区域上是否有物体成像来判断是否有物体落到屏幕上，并根据物体成像的位置来换算该物体在屏幕上的坐标。通过步骤S4，显示器上会显示一条水平横线。通过比对水平参考线与实际成像效果，可看出这时候，屏幕边框成像并非是直线状态，而是呈弧状弯曲，而且两头不在同一水平面上。

在步骤S5中，摄像头镜头可以看作是多个凸透镜的组合，根据凸透镜成像畸变原理，调整摄像头的前后倾角到一个合适位置，可以使屏幕背景边框成像成一直线状态。通过步骤S5，调整摄像头的前后倾角，根据凸透镜成像的畸变原理，可以调整到一个角度，使得使屏幕边框成像成一直线状态。

在步骤S6中，由于经过步骤S5后，此时屏幕边框成像呈直线状态，但是通过水平参考线对比可以发现，屏幕边框的成像是倾斜的。在本步骤中，通过调整摄像头的左右两端距离屏幕表面的高度，以此控制屏幕边框成像在同一水平面上，最终水平参考线9与屏幕边框的成像重合，得到如图4所示的效果。调整的同时注意使水平参考线保持在采像高度的中间位置附近，在此实施例中，就是在第240行像素附近。因为根据镜头（凸透镜成像）畸变原理，位于图像中间区域的物体成像畸变程度最低，这样有助于设备进行定位操作时，保持较高的定位精度。调整过程中，通过修正水平参考线的高度，最终使得水平参考线跟屏幕边框的成像重合，得到如图4所示的效果。此外，在本步骤中，也可以先将水平参考线的位置固定，然后通过调节摄像头的位置来使得两者重合。

在步骤S7中，主要是保存调试结果，前面步骤所调整参考的水平直线同时也是标记采样区域及变化范围的一组参数，把这组参数记录下来，在定位装置运行定位操作的时候，就可以直接以这组数据作为基础参数配置设备，使定位装置正常运行。

整个调整及结果保存过程，通过调整实物与辅助水平参考线相结合，不但能精确的调整好摄像头的位置角度，而且操作简单、直观、可靠，效果显著，能极大的提高屏幕表面摄像头定位的触摸屏设备的安装效率。

实施例二

本实施例与上述实施例的不同之处主要是在步骤S4中，本实施例的显示器显示两条水平参考线。

本实施例的摄像头定位方法包括以下步骤：

S101：显示器显示摄像头连续采集的图像；

S201：判断屏幕边框是否完全处于摄像头取景范围内，若是则执行步骤S202；若否则先调整摄像头的左右指向，使得屏幕边框完全处于取景范围内，然后再执行步骤S202；

S202：判断摄像头前方是否有遮挡，若是则执行步骤S203；若否则先调整摄像头距离屏幕表面的高度，使摄像头贴近屏幕表面且不被触摸屏幕遮挡，然后执行步骤S203；

S203：在显示器中显示两条水平参考线，该两条水平参考线之间的区域为采样区域，且该两条水平参考线分别表示低温T1时的采样区域和高温T2时的采样区域，执行步骤S204；

S204：判断屏幕边框的成像是否呈近似直线状态，若是执行步骤S205；若否则先调整摄像头前后倾角，使屏幕边框的成像是否呈近似直线状态，然后执行步骤S205；

S205：判断屏幕边框的成像是否呈水平状态，若是则执行步骤S206；若否则先调整摄像头左右两端距离屏幕表面高度，使屏幕边框的成像在同一水平面上，然后执行步骤S206；

S206：判断屏幕边框的成像包含该两条水平参考线之间的区域，若是则执行步骤S301；若否则先调整两条水平参考线的高度，使得屏幕边框的成像包含该两条水平参考线之间的区域，然后执行步骤S301。

S301：计算机存储摄像头的定位数据。

本实施例的工作原理是：

对于屏幕表面摄像头定位的触摸屏装置，由于温度会对摄像头以及结构件产生热胀冷缩影响，使得拍摄区域会随着温度得变化而产生偏移。为此本实施例通过显示的两条水平参考线做比对调整，最后得到如图所示的图像。在本实施例中，要求本摄像头定位装置能适应-5℃~+45℃环境下正常运行。图5中91’代表在-5℃（T1）环境时采样区域，92’代表在+45℃（T2）环境下采样区域，两条线之间的区域则代表在这个温度区间变化时的采样区域。移动两条水平参考线的纵向位置（高度），使两条水平参考线之间的区域都落在屏幕（背景）边框的成像范围内，即可使设备适应-5℃~+45℃范围内因温度引起结构件变形所产生的拍摄区域偏移，而不会因为这些偏移引起采样区间偏差，出现定位盲区的问题。从而解决温度变化对摄像头以及结构件产生热胀冷缩影响，使得拍摄区域会随着温度得变化而产生偏移并产生盲区的问题。

Claims (4)

1.一种触摸系统摄像头的定位方法，该系统包括：触摸屏幕、设置于该触摸屏幕表面的摄像头、用于调整摄像头位置的定位装置、以及分别与摄像头和定位装置连接的计算机，该计算机包括显示器，该方法包括以下步骤：

S10：显示器显示摄像头连续采集的图像；

S21：在显示器中显示水平参考线，若显示一条水平参考线，则该水平参考线为采样区域，执行步骤S22；若显示两条水平参考线，则该两条水平参考线之间的区域为采样区域，执行步骤S23；

S22：通过调整摄像头和/或水平参考线的位置，使得屏幕边框的成像与该水平参考线重合，执行步骤S30；

S23：通过调整摄像头和/或两条参考线的位置，使得该两条水平参考线之间的区域落入屏幕边框的成像区域中，且该两条水平参考线在移动的过程中距离保持不变，执行步骤S30；

S30：计算机存储摄像头的定位数据。

2.根据权利要求1所述的一种触摸系统摄像头的定位方法，其特征在于：在步骤S23中，该两条水平参考线分别表示低温T1时的采样区域和高温T2时的采样区域。

3.根据权利要求1或2所述的一种触摸系统摄像头的定位方法，其特征在于，所述步骤S22、步骤S23通过以下步骤调整摄像头和/或参考线的位置：

S201：判断屏幕边框是否完全处于摄像头取景范围内，若是则执行步骤S202；若否则先调整摄像头的左右指向，使得屏幕边框完全处于取景范围内，然后再执行步骤S202；

S202：判断摄像头前方是否有遮挡，若是则执行步骤S203；若否则先调整摄像头距离屏幕表面的高度，使摄像头贴近屏幕表面且不被触摸屏幕遮挡，然后再执行步骤S203；

S203：在显示器中显示水平参考线；

S204：判断屏幕边框的成像是否呈近似直线状态，若是执行步骤S205；若否则先调整摄像头前后倾角，使屏幕边框的成像是否呈近似直线状态，然后再执行步骤S205；

S205：判断屏幕边框的成像是否呈水平状态，若是则执行步骤S206；若否则先调整摄像头左右两端距离屏幕表面高度，使屏幕边框的成像在同一水平面上，然后再执行步骤S206；

S206：判断屏幕边框的成像是否与该一条水平参考线重合或包含该两条水平参考线之间的区域，若是则执行步骤S30；若否则先调整水平参考线的高度，使得屏幕边框的成像与该一条水平参考线重合或包含该两条水平参考线之间的区域，然后再执行步骤S30。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种触摸系统摄像头的定位方法，其特征在于：所述水平参考线位于显示器屏幕中间位置。

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