CN102033663A - 摄像头表面定位系统以及笔色识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有笔色识别功能的摄像头表面定位系统以及基于该系统的笔色识别方法。该系统包括：识别摄像头和主控制模块，该识别摄像头中设有双滤光片切换器，该双滤光片切换器包括红外光滤光片和可见光滤光片，该主控制模块用于控制双滤光片切换器的切换操作，并在触摸事件发生后获得触摸笔的RGB值。该笔色识别方法实现了以该系统为基础的笔色识别。本发明将原摄像头表面定位系统中的一个或多个摄像头中的红外光滤光片替换成具有红外光滤光片和可见光滤光片的双滤光片切换器，并通过主控制模块定位触摸笔有效触及定位表面时的中心位置，然后获取该下一帧图像中该中心位置的可见光颜色(RGB值)，从而达到自动识别触摸笔颜色的目的。本发明在基本不改变原有系统架构的基础上，无需增加额外的硬件例如摄像头，即可实现快速准确识别笔色，克服了现有技术中的不足。
Description
技术领域
本发明涉及一种摄像头表面定位系统，具体涉及一种具有笔色识别功能的摄像头表面定位系统以及基于该系统的笔色识别方法。
背景技术
目前在摄像头表面定位系统中，存在几种笔色识别技术。
第一种需要特定托盘支持，把不同颜色的笔放入不同的托盘中，系统通过检测某个托盘中的触摸笔被拿起来进行识别。例如，第一个托盘放入红色笔，当系统检测到第一个托盘的笔被拿起时，系统即认为将要进行红色笔操作。这种技术存在几个严重的缺陷：一是笔不能放错托盘，因为系统只能识别对应托盘中的笔是否被取出而不能识别笔的实际颜色；二是不能同时拿起两支触摸笔，因为这样一来系统无法知道正在写的是哪一支笔；三是能识别的笔色数量有限，因为托盘所占体积较大，所以设备中只能放置有限的几个托盘。
针对第一种技术的不足，市场上又出现了一种基于图像识别技术的笔色识别技术。该技术需要在原有的摄像头表面定位系统中增加一路摄像头，该摄像头专门用于笔色拍摄。由于摄像头表面定位系统需要红外光支持，所以系统中每个摄像头均安装了滤光片，该滤光片的作用是滤除可见光，仅让红外光通过。而笔色识别却恰好相反，需要滤除红外光，仅保留可见光。所以，该技术需要增加一路专门用于拍摄笔色的摄像头，该摄像头也安装了滤光片，以保证滤除红外光而仅让可见光通过光学镜头。当系统检测到触摸事件发生时，读取笔色拍摄摄像头的图像，对图像数据进行识别处理，从而在画板上画出与笔色相同颜色的线条。
虽然第二种技术比较先进，可以克服了第一种技术的不足。但由于增加了摄像头，不仅增加了系统的成本，提高了对安装空间的要求，同时还增加了系统的调试难度。
发明内容
本发明解决的技术问题克服上述不足，提供一种在基本不改变原有摄像头表面定位系统架构的基础上，不需要增加摄像头，即可实现快速准确识别笔色的摄像头表面定位系统。
本发明解决的另一技术问题是，提供一种无需改变原有系统架构，也无需增加摄像头，即可快速准确识别笔色的方法。
为解决上述第一技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种摄像头表面定位系统，其包括：设置在定位表面一侧的红外光源和若干个摄像头，设置在定位表面其余侧的用于吸收红外光的吸光材料，用于读取该若干个摄像头的图像数据并进行处理，从而获得触摸笔位置的主控制模块，以及与该主控制模块连接的计算机，其中：
至少其中一个摄像头为识别摄像头，该识别摄像头中设有与所述主控制模块连接的双滤光片切换器，该双滤光片切换器包括红外光滤光片和可见光滤光片；
所述主控制模块包括：
用于在未发生触摸事件时，控制该双滤光切换器保持为红外滤光模式的第一模块。触摸事件是指摄像头检测到触摸笔进入或有效触及定位表面的情形；
用于在触摸事件发生时，控制该双滤光片切换器由红外光滤光模式切换至可见光滤光模式的第二模块；
用于在该双滤光片切换器由红外光滤光模式切换至可见光滤光模式之前，存储该识别摄像头所拍摄的红外光图像中的触摸笔的中心点坐标值的第三模块；
用于在该双滤光片切换器由红外光滤光模式切换至可见光滤光模式之后，读取下一帧图像数据，并获取该图像中的位于该中心点坐标处的RGB值的第四模块；
用于在第四模块读取该下一帧图像数据之后，控制该双滤光片切换器由可见光滤光片片模式切换回红外光滤光模式的第五模块；以及，
用于将该RGB值发送给所述计算机的第六模块。
作为改进之一：所述摄像头包括光学镜头和CMOS感光器，所述双滤光片切换器设置在相应摄像头的光学镜头和CMOS感光器之间。
作为改进之二：所述第一模块、第五模块控制所述主控制模块向所述双滤光片切换器输出正向电压，使得所述双滤光片切换器处于红外光滤光模式；所述第二模块控制所述主控制模块向所述双滤光片切换器输出反向电压，使得所述双滤光片切换器处于可见光滤光模式。
为解决该另一技术问题，本发明采用的另一技术方案是：
一种基于摄像头表面定位系统的笔色识别方法，其中：
该摄像头表面定位系统包括：设置在定位表面一侧的红外光源和若干个摄像头，设置在定位表面其余侧的用于吸收红外光的吸光材料，用于读取该若干个摄像头的图像数据并进行处理，从而获得触摸笔位置的主控制模块，以及与该主控制模块连接的计算机，且至少其中一个摄像头为识别摄像头，该识别摄像头中设有与所述主控制模块连接的双滤光片切换器，该双滤光片切换器包括红外光滤光片和可见光滤光片；
该方法包括以下步骤：
S10：启动系统；
S20：未检测到触摸事件发生，主控制模块控制双滤光片切换器保持红外光滤光模式；
S30：检测到触摸事件发生，主控制模块把识别摄像头所拍摄的红外光图像中的触摸笔的中心点坐标值存储在寄存器中；
S40：主控制模块控制双滤光片切换器由红外光滤光模式切换至可见光滤光模式；
S50：读取识别摄像头下一帧图像数据，并获取该图像中的位于该中心点坐标处的RGB值；
S60：主控制模块把该RGB值发送给计算机，该RGB值即为是触摸笔的颜色；
S70：主控制模块控制双滤光片切换器由可见光滤光模式切换回红外光滤光模式，系统进入坐标定位状态；
S80：检测到触摸事件结束，重复步骤S20；
S90：关闭系统。
作为改进之一：所述主控制模块通过向所述双滤光片切换器输出正向电压，使得所述双滤光片切换器处于红外光滤光模式；所述主控制模块通过向所述双滤光片切换器输出反向电压，使得所述双滤光片切换器处于可见光滤光模式。
作为改进之二：在步骤S50中，读取下一帧图像数据方法是：在主控制模块控制双滤光片切换器切换到可见光模式后，等待所述识别摄像头帧同步信号有效，识别摄像头帧同步信号再次有效后的数据为下一帧图像数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将原摄像头表面定位系统中的一个或多个摄像头中的红外光滤光片替换成具有红外光滤光片和可见光滤光片的双滤光片切换器，并通过主控制模块定位触摸笔有效触及定位表面时的中心位置，然后获取该下一帧图像中该中心位置的可见光颜色(RGB值)，从而达到自动识别触摸笔颜色的目的。本发明在基本不改变原有系统架构的基础上，无需增加额外的硬件例如摄像头，即可实现快速准确识别笔色，克服了现有技术中的不足。
附图说明
附图1是摄像头表面定位系统的结构示意图；
附图2是现有摄像头的结构示意图；
附图3是本发明的具有双滤光片切换器的识别摄像头的结构示意图；
附图4是坐标定位模式下拍摄到的图像示意图；
附图5是笔色识别模式下拍摄到得图像示意图；
附图6是本发明的笔色识别方法的流程图。
具体实施方式
如附图1所示，本发明的摄像头表面定位系统包括：一个主控制模块，两个或以上摄像头，一个红外光源，以及计算机。摄像头分别安装在定位表面顶端向斜下方或正下方拍摄，所有摄像头均与主控制模块连接，主控制模块与计算机通过USB或RS232连接。红外光源是在定位表面顶端安装的若干红外灯，红外灯向下照射以提供红外光源。定位表面左右两侧及下方分别贴上深色吸光材料，以防止红外光反射到摄像头中。主控制模块不断同时读取摄像头图像数据并处理，当触摸笔点击定位表面时，触摸笔把红外光反射到摄像头中，主控制模块通过图像识别技术对触摸笔进行识别定位，把触摸笔的位置发送给计算机，从而完成触摸定位功能。
本发明在硬件上只需将原系统中的其中一个摄像头改造成识别摄像头，其他所有硬件均可沿用原系统的硬件。在本实施方式中，具体是对安装在定位表面左上方的摄像头1改造成识别摄像头。该摄像头1安装在定位表面左上方，斜向右下方拍摄。该摄像头1的光学镜头视角大于90°，能拍摄到整个定位表面的图像。
摄像头1改造前的结构如图2所示，其包括：光学镜头10、CMOS感光器20、设置在感光器下部的PCB电路板30，以及设置在光学镜头10和CMOS感光器之间的滤光片40。此外光学镜头10设置在镜头底座50中。
摄像头1改造后的结构如图3所示，其结构与现有摄像头的结构大致相同，区别部分是将原滤光片40替换成具有两片滤光片的双滤光片切换器90。这两片滤光片中，其中一片是可滤除可见光保留红外光的红外光滤光片，另一片是滤除红外光保留可见光的可见光滤光片。
双滤光片切换器通过两根控制线与主控制模块连接，由主控制模块控制其切换操作。当主控制模块向控制线施加正向电压时，双滤光片切换器切换到红外光滤光片(即红外光滤光片模式)，此时，红外光滤光片仅让红外光通过，可见光被滤除，此时可进行触摸坐标定位操作；当主控制模块向控制线施加反向电压时，双滤光片切换器切换到可见光滤光片滤光片，此时，滤光片仅能让可见光通过，红外光被滤除，此时可进行笔色识别操作。当双滤光片切换器切换到红外光滤光片时，定位系统与原系统工作方法完全一致。
基于上述硬件结构，如图6所示，本发明的笔色识别方法如下：
步骤S10：启动定位系统。
步骤S20：在无触摸事件发生的情况下，定位系统进入等待状态。主控制模块向双滤光片切换器的控制线施加正向电压，使双滤光片切换器处于红外光滤光片模式，红外光可通过滤光片在CMOS图像传感器中成像，可见光被滤光片滤除。触摸事件是指摄像头检测到触摸笔进入或有效触及定位表面的情形。在触摸事件发生之前，系统将继续处于等待状态。
步骤S30：当触摸笔点击定位表面时，主控制模块通过系统的摄像头检测到触摸事件的发生。此定位系统各摄像头所得到的图像如图4所示，即各摄像头均采集到能够显示触摸笔位置的红外光图像。主控制模块把摄像头1
(识别摄像头)所拍摄的红外光图像中的触摸笔的中心点坐标值存储在寄存器中。这里的中心点坐标并不是指触摸笔的空间三维坐标，而是指其指在摄像头1所拍摄的红外光图像中的二维坐标。
步骤S40：主控制模块向双滤光片切换器的控制线施加反向电压，使双滤光片切换器切换到可见光滤光片。此时，可见光可通过滤光片在CMOS图像传感器中成像，红外光被滤光片滤除，系统进入笔色识别状态。此时CMOS只能接收可见光所成图像，各摄像头拍摄到的图像如图5所示，其中摄像头1拍摄到的是可见光图像，其余摄像头拍摄到的是红外光图像。
步骤S50：根据第二步存储的坐标值，主控制模块在下一帧图像(可见光图像)数据中读取触摸笔中心点坐标下图像的RGB三种颜色的值，并把颜色值存储在寄存器中。
进一步的，读取下一帧图像数据方法是：主控制模块在双滤光片切换器切换到可见光滤光片后，等待摄像头帧同步信号有效，摄像头帧同步信号再次有效后的数据为下一帧图像数据。
由于摄像头帧率很高，起码能达到100Hz以上，而笔色识别只需要一帧图像，即最长时间只需1/100秒即可完成笔色识别工作，对坐标定位基本不造成影响。
步骤S60：主控制模块把RGB三种颜色的值发送给计算机，该RGB三种颜色的值即认为是触摸笔的颜色。
步骤S70：主控制模块再次向双滤光片切换器的控制线施加正向电压，使双滤光片切换器切换到红外光滤光片，此时，红外光可通过滤光片在CMOS图像传感器中成像，可见光被滤光片滤除。系统进入坐标定位状态，定位系统按照原系统进行定位操作。
步骤S80：触摸笔移出定位表面，触摸事件结束。系统重新回到等待状态。
步骤S90：关闭定位系统。
Claims (6)
1.一种摄像头表面定位系统，其包括：设置在定位表面一侧的红外光源和若干个摄像头，设置在定位表面其余侧的用于吸收红外光的吸光材料，用于读取该若干个摄像头的图像数据并进行处理，从而获得触摸笔位置的主控制模块，以及与该主控制模块连接的计算机，其特征在于：
至少其中一个摄像头为识别摄像头，该识别摄像头中设有与所述主控制模块连接的双滤光片切换器，该双滤光片切换器包括红外光滤光片和可见光滤光片；
所述主控制模块包括：
用于在未发生触摸事件时，控制该双滤光切换器保持为红外滤光模式的第一模块；
用于在触摸事件发生时，控制该双滤光片切换器由红外光滤光模式切换至可见光滤光模式的第二模块；
用于在该双滤光片切换器由红外光滤光模式切换至可见光滤光模式之前，存储该识别摄像头所拍摄的红外光图像中的触摸笔的中心点坐标值的第三模块；
用于在该双滤光片切换器由红外光滤光模式切换至可见光滤光模式之后，读取下一帧图像数据，并获取该图像中的位于该中心点坐标处的RGB值的第四模块；
用于在第四模块读取该下一帧图像数据之后，控制该双滤光片切换器由可见光滤光片片模式切换回红外光滤光模式的第五模块；以及，
用于将该RGB值发送给所述计算机的第六模块。
2.根据权利要求1所述的摄像头表面定位系统，其特征在于：所述摄像头包括光学镜头和CMOS感光器，所述双滤光片切换器设置在相应摄像头的光学镜头和CMOS感光器之间。
3.根据权利要求1或2所述的摄像头表面定位系统，其特征在于：所述第一模块、第五模块控制所述主控制模块向所述双滤光片切换器输出正向电压，使得所述双滤光片切换器处于红外光滤光模式；所述第二模块控制所述主控制模块向所述双滤光片切换器输出反向电压，使得所述双滤光片切换器处于可见光滤光模式。
4.一种基于摄像头表面定位系统的笔色识别方法，其特征在于：
该摄像头表面定位系统包括：设置在定位表面一侧的红外光源和若干个摄像头，设置在定位表面其余侧的用于吸收红外光的吸光材料，用于读取该若干个摄像头的图像数据并进行处理，从而获得触摸笔位置的主控制模块，以及与该主控制模块连接的计算机，且至少其中一个摄像头为识别摄像头，该识别摄像头中设有与所述主控制模块连接的双滤光片切换器，该双滤光片切换器包括红外光滤光片和可见光滤光片；
该方法包括以下步骤：
S10：启动系统；
S20：未检测到触摸事件发生，主控制模块控制双滤光片切换器保持红外光滤光模式；
S30：检测到触摸事件发生，主控制模块把识别摄像头所拍摄的红外光图像中的触摸笔的中心点坐标值存储在寄存器中；
S40：主控制模块控制双滤光片切换器由红外光滤光模式切换至可见光滤光模式；
S50：读取识别摄像头下一帧图像数据，并获取该图像中的位于该中心点坐标处的RGB值；
S60：主控制模块把该RGB值发送给计算机，该RGB值即为是触摸笔的颜色；
S70：主控制模块控制双滤光片切换器由可见光滤光模式切换回红外光滤光模式，系统进入坐标定位状态；
S80：检测到触摸事件结束，重复步骤S20；
S90：关闭系统。
5.根据权利要求4所述的一种基于摄像头表面定位系统的笔色识别方法，其特征在于：所述主控制模块通过向所述双滤光片切换器输出正向电压，使得所述双滤光片切换器处于红外光滤光模式；所述主控制模块通过向所述双滤光片切换器输出反向电压，使得所述双滤光片切换器处于可见光滤光模式。
6.根据权利要求4所述的一种基于摄像头表面定位系统的笔色识别方法，其特征在于：在步骤S50中，读取下一帧图像数据方法是：在主控制模块控制双滤光片切换器切换到可见光模式后，等待所述识别摄像头帧同步信号有效，识别摄像头帧同步信号再次有效后的数据为下一帧图像数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121003 Termination date: 20190930 |
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