CN102880355B - 基于摄像头定位的触摸光斑提取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摄像头定位的触摸光斑提取方法及系统。方法包括如下步骤：获取无触摸物体和有触摸物在触摸区域内的原始图像和对比图像，将两者做差并做绝对值运算得到差值图像；获取对比图像中相对于原始图像的灰度值下降区域在差值图像中的最大灰度差值；根据最大灰度差值以及其对应像素点在对比图像中原始灰度值设定灰度修正值；利用灰度修正值对实时获取的触摸区域内的实时图像依次进行降幅处理、直方图统计，并通过一经验阈值将直方图中小于经验阈值的像素灰度值置0，最后进行边缘提取得到触摸光斑数据输出。本发明光斑提取精度高，抗干扰能力强，能适应复杂的光照环境，在多个光斑在非常靠近的情况下也能正确提取出触摸光斑数据。

Description

基于摄像头定位的触摸光斑提取方法及系统

技术领域

本发明涉及摄像头定位技术，具体涉及一种基于摄像头定位的触摸光斑提取方法及系统。

背景技术

人机交互在现代信息技术产业中的应用范围越来越广。光学定位技术中的摄像头定位触摸技术以其反应灵敏、书写流畅、结构制造简单而广泛应用于大尺寸交互显示平台上。在摄像头定位技术中，线扫描摄像头体积小，重量轻，对于定位框整体结构有其特别的优势；另外，其拍摄的可视角度广，对20~80寸定位尺寸的定位框都能全屏拍摄到触摸物体对图像的改变，因而成为目前摄像头定位技术中一大重要的发展方向。对所有摄像头定位技术来说，从拍摄图像中获取的触摸光斑直接影响触摸定位效果的优劣。

目前线扫描定位技术中，出于成本节约的考虑，触摸光源采用多个LED灯点光源排列的方式，如图1所示，在触摸屏左右两个顶角放置线扫描摄像头101和102，其他三个边301、302和303设置红外LED灯点光源。而获取触摸光斑的技术则采用将当前图像与背景图像作差，再采用二值化图像，获取触摸光斑起止位置的方法。但由于摄像头拍摄到差值图像的灰度值呈现山峦状起伏，如图7所示，且如果两个触摸光斑相隔较近时，两个触摸光斑中间的波谷的灰度值会跟随抬高，因此普通的二值化方法只能获取到一个合并的光斑。这样触摸将无法进行两点及以上的定位触摸识别。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种光斑提取精度高的基于摄像头定位的触摸光斑提取方法。

本发明还提供一种光斑提取精度搞的基于摄像头定位的触摸光斑提取系统。

为实现本发明的第一个目的，采取的技术方案如下：

一种基于摄像头定位的触摸光斑提取方法，包括如下步骤：

获取无触摸物体在触摸区域内的原始图像；

获取有触摸物在触摸区域内的对比图像；

将对比图像和原始图像做差，并将差值结果做绝对值运算得到差值图像；

获取对比图像中相对于原始图像灰度值下降的区域；

获取灰度值下降区域在差值图像中的最大灰度差值；

根据最大灰度差值以及其对应像素点在对比图像中原始灰度值设定灰度修正值；

实时获取触摸区域内的实时图像；

利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像；

对降幅图像进行直方图统计，并通过一经验阈值将直方图中小于经验阈值的像素灰度值置0，得到灰度变换后的图像；

对灰度变换后的图像进行边缘提取得到触摸光斑数据输出。

作为一种优选方案，所述根据最大灰度差值以及其对应像素点在对比图像中原始灰度值设定灰度修正值的具体步骤为：

设灰度值下降区域在差值图像中的最大灰度差值为dx，最大灰度差值对应像素点在对比图像中的原始灰度值为X0；

令修正系数k= X0/dx；

令灰度修正值Z0/(k+α)，其中α为一设定的系数，Z0为利用该灰度修正值进行修正的图像中各像素点灰度值。

作为进一步的优选方案，所述利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像的具体步骤为：

获取实时图像中各个像素点的灰度值Z0；

采用Y=Z0- Z0/(k + α)对实时图像中各个像素点进行降幅处理得到降幅图像。

作为一种优选方案，所述对灰度变换后的图像进行边缘提取得到触摸光斑数据输出的具体步骤为：

对灰度变换后的图像进行边缘提取；

将灰度值大于设定好的边缘阈值的边缘像素归为触摸光斑的边界，获取所有触摸光斑的边界像素；

根据触摸光斑左右边界连续的原则在边界像素中提取各触摸光斑对应的左右边界像素值作为触摸光斑数据输出。

作为一种优选方案，所述对灰度变换后的图像进行边缘提取的具体步骤为：利用边缘检测算子对灰度变换后的图像进行边缘提取。

作为进一步的优选方案，所述边缘检测算子为sobel算子。

为实现第二个发明目的，采取的技术方案如下：

一种基于摄像头定位的触摸光斑提取系统，包括：

图像采集单元，用于采集触摸区域内的图像，包括采集无触摸物体在触摸区域内的原始图像、采集有触摸物在触摸区域内的对比图像以及实时采集触摸区域内的实时图像；

差值图像获取单元，用于从图像采集单元中获取对比图像和原始图像并将两者进行差值运算得到差值结果，并将差值结果做绝对值运算得到差值图像；

灰度修正值获取单元，用于从图像采集单元中获取对比图像和原始图像以及从差值图像获取单元中获取差值图像，获取对比图像相对原始图像灰度值下降的区域，然后获取灰度值下降区域在差值图像中的最大灰度差值，根据最大灰度差值以及其对应像素点在对比图像中的原始灰度值设定灰度修正值；

降幅图像获取单元，从图像采集单元中获取实时图像以及从灰度修正值获取单元中获取灰度修正值，利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像；

灰度变换后的图像获取单元，其内存储有一经验阈值；灰度变换后的图像获取单元用于从降幅图像获取单元中获取降幅图像进行直方图统计，并将直方图中小于经验阈值的像素灰度值置0，获取灰度变换后的图像；

触摸光斑提取单元，用于从灰度变换后的图像获取单元中获取灰度变换后的图像进行边缘提取，得到触摸光斑数据输出。

作为一种优选方案，所述降幅图像获取单元包括：

灰度值获取单元，用于从图像采集单元中获取实时图像，并提取实时图像中各个像素点的灰度值；

降幅处理单元，用于从灰度修正值获取单元中获取灰度修正值和从灰度值获取单元中获取实时图像中各个像素点的灰度值，利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像。

作为一种优选方案，所述触摸光斑提取单元还用于存储一边缘阈值，将提取的灰度值大于边缘阈值的边缘像素归为触摸光斑的边界，根据触摸光斑左右边界连续的原则在边界像素中提取各触摸光斑对应的左右边界像素作为触摸光斑数据输出。

作为一种优选方案，所述触摸光斑提取单元还用于存储边缘检测算子，其利用边缘检测算子对灰度变换后的图像进行边缘提取。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明利用实时图像灰度修正、直方图统计、灰度变换和边缘提取相结合的方法获取触摸光斑，光斑提取精度高，抗干扰能力强，能适应复杂的光照环境，在多个光斑在非常靠近的情况下也能正确提取出触摸光斑数据。

附图说明

图1 为本发明的硬件平台示意图；

图2为本发明的基于摄像头定位的触摸光斑提取方法实施例的流程图；

图3为本发明中利用线扫描摄像头拍摄的原始图像放大显示图；

图4为图3的原始图像中各像素灰度值示意图；

图5为本发明中利用线扫描摄像头拍摄的实时图像放大显示图；

图6为图5中实时图像像素灰度值示意图；

图7为本发明中对实时图像进行处理得到的降幅图像灰度值示意图；

图8为本发明中对实时图像进行处理得到的灰度变换后的图像灰度值示意图；

图9为本发明中实时图像的最终输出光斑实现示意图；

图10为本发明中基于摄像头定位的触摸光斑提取的结构框架图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图2所示，为本发明的基于摄像头定位的触摸光斑提取方法实施例的流程图。该实施例的基于摄像头定位的触摸光斑提取方法具体步骤包括：

步骤S101：获取无触摸物体在触摸区域内的原始图像；原始图像的获取一般是在触摸系统启动运行时获取无触摸物体在触摸区域内的图像作为原始图像；如图3所示，为本发明线扫描摄像头拍摄的原始图像放大显示图，图4为图3中各像素灰度值示意图，从图4可以知道，原始图像中各像素的灰度值起伏不定；

步骤S102：获取有触摸物在触摸区域内的对比图像；

步骤S103：将对比图像和原始图像做差，并将差值结果做绝对值运算得到差值图像；

步骤S104：获取对比图像中相对于原始图像灰度值下降的区域；

步骤S105：根据最大灰度差值以及其对应像素点在对比图像中原始灰度值设定灰度修正值；

步骤S106：实时获取触摸区域内的实时图像；如图5所示为有触摸物体在触摸区域时，线扫描摄像头拍摄到触摸物体的放大显示图（图像像素纵向复制10倍），图6为图5中各像素灰度值示意图，其中P点处的凹陷部分为触摸物体所形成的灰度值下降区域；

步骤S107：利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像，如图7所示为实时图像经过处理后得到的降幅图像灰度值示意图；

步骤S108：对降幅图像进行直方图统计，并通过一经验阈值将直方图中小于经验阈值的像素灰度值置0，得到灰度变换后的图像，其中直方图中大于或等于经验阈值的像素灰度值保持不变,这样使得大部分低灰度的像素灰度置为0，而触摸光斑所在区域的像素灰度保持不变。经验阈值的设定是为了在直方图中将非触摸光斑所在的图像像素灰度值置为0，而使触摸光斑所在的图像像素灰度值不变，如图8所示，为灰度变换后的图像灰度值示意图。

步骤S109：对灰度变换后的图像进行边缘提取得到触摸光斑数据输出。

在具体实施过程中，步骤S105中根据最大灰度差值以及其对应像素点在对比图像中原始灰度值设定灰度修正值，可以通过如下方式实现：

设灰度值下降区域在差值图像中的最大灰度差值为dx，最大灰度差值对应像素点在对比图像中的原始灰度值为X0；

令修正系数k= X0/dx；

并进一步得到灰度修正值Z0/(k+α)，其中α为一设定的系数，Z0为利用该灰度修正值进行修正的图像中各像素点灰度值。设置α的目的是使得灰度修正值Z0/(k+α)不会过大，从而避免非灰度值下降区域所对应的像素点经修正后超过原始灰度值的情况出现。

在步骤S107中的利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像，可以采用如下方式实现：

获取实时图像中各个像素点的灰度值Z0；

采用Y=Z0- Z0/(k + α)对实时图像中各个像素点进行降幅处理得到降幅图像。Z0均表示实时图像中各像素点的灰度值，Z0/(k + α)表示实时图像中各个像素点各自对应一个灰度修正值；灰度修正值是一次性设定好的，其根据原始图像和对比图像预先计算获取，每次获得实时图像后只需将实时图像与灰度修正值作差即可，无需每采集一帧图像都要计算一次灰度修正值。

在具体实施过程中，步骤S109中的对灰度变换后的图像进行边缘提取得到触摸光斑数据的输出，可以利用边缘检测算子进行边缘的提取，一种最优选的方式是采用sobel算子进行边缘的提取。在对灰度变换后的图像进行边缘提取后，可以利用设定好的边缘阈值对提取的边缘像素进行检验，将灰度值大于边缘阈值的边缘像素归为触摸光斑的边界，获取所有触摸光斑的边界像素，并根据触摸光斑左右边界连续的原则在边界像素中提取各触摸光斑对应的左右边界像素值作为触摸光斑数据输出，从而提取得到实时图像中的触摸光斑，如图9所示，最终输出的触摸光斑显示示意图。

实施例2

根据上述本发明的基于摄像头定位的触摸光斑提取方法,本发明还提供了一种基于摄像头定位的触摸光斑提取系统，以下就本发明的基于摄像头定位的触摸光斑提取系统的具体示例进行详细说明。图10给出了本系统的一个实施例的结构示意图，以下针对这一实施例进行详细说明。

本实施例的基于摄像头定位的触摸光斑提取系统包括：图像采集单元401、差值图像获取单元402、灰度修正值获取单元403、降幅图像获取单元404、灰度变换后的图像获取单元405、触摸光斑提取单元405，其中，

图像采集单元401，用于采集触摸区域内的图像，包括采集无触摸物体在触摸区域内的原始图像、采集有触摸物在触摸区域内的对比图像以及实时采集触摸区域内的实时图像，采集到的原始图像和对比图像会传输至差值图像获取单元402、灰度修正值获取单元403，采集到的实时图像会传输至降幅图像获取单元404中进行处理，图像采集单元401一般为一个以上，可以如图1所示，采用线扫描摄像头作为图像采集单元101安装在触摸屏左右两个顶角上。

差值图像获取单元402，其从图像采集单元401中获取对比图像和原始图像并将两者进行差值运算得到差值结果，并将差值结果做绝对值运算得到差值图像，差值图像传输至灰度修正值获取单元403中进行处理；

灰度修正值获取单元403，其从图像采集单元401中获取对比图像和原始图像以及从差值图像获取单元402中获取差值图像，根据对比图像获取对比图像相对原始图像灰度值下降的区域，然后获取灰度值下降区域在差值图像中的最大灰度差值，根据最大灰度差值以及其对应像素点在对比图像中的原始灰度值设定灰度修正值；具体地，可以设灰度值下降区域在差值图像中的最大灰度差值为dx，最大灰度差值对应像素点在对比图像中的原始灰度值为X0；令修正系数k= X0/dx；令灰度修正值Z0/(k+α)，其中α为一设定的系数，Z0为利用该灰度修正值进行修正的图像中各像素点灰度值。

降幅图像获取单元404，从图像采集单元401中获取实时图像以及从灰度修正值获取单元403中获取灰度修正值，利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像。得到的降幅图像传输至灰度变换后的图像获取单元405进行直方图统计。

具体地，降幅图像获取单元404包括：

灰度值获取单元，用于从图像采集单元401中获取实时图像，并提取实时图像中各个像素点的灰度值Z0；

降幅处理单元，用于从灰度修正值获取单元403中获取灰度修正值和从灰度值获取单元中获取实时图像中各个像素点的灰度值Z0，利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像，可以采用Y=Z0- Z0/(k + α)对实时图像中各个像素点进行降幅处理得到降幅图像。

灰度变换后的图像获取单元405，其内存储有一经验阈值；灰度变换后的图像获取单元405用于从降幅图像获取单元404中获取降幅图像进行直方图统计，并将直方图中小于经验阈值的像素灰度值置0，获取灰度变换后的图像并传输至触摸光斑提取单元406；

触摸光斑提取单元406，用于从灰度变换后的图像获取单元405中获取灰度变换后的图像进行边缘提取，得到触摸光斑数据输出。

具体地，触摸光斑提取单元405还用于存储边缘检测算子和一边缘阈值，其利用边缘检测算子对灰度变换后的图像进行边缘提取，将提取的灰度值大于边缘阈值的边缘像素归为触摸光斑的边界，根据触摸光斑左右边界连续的原则在边界像素中提取各触摸光斑对应的左右边界像素作为触摸光斑数据输出。

Claims (6)

1.一种基于摄像头定位的触摸光斑提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取无触摸物体在触摸区域内的原始图像；

获取有触摸物在触摸区域内的对比图像；

将对比图像和原始图像做差，并将差值结果做绝对值运算得到差值图像；

获取对比图像中相对于原始图像灰度值下降的区域；

获取灰度值下降区域在差值图像中的最大灰度差值；

根据最大灰度差值以及其对应像素点在对比图像中原始灰度值设定灰度修正值；

实时获取触摸区域内的实时图像；

利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像；

对降幅图像进行直方图统计，并通过一经验阈值将直方图中小于经验阈值的像素灰度值置0，得到灰度变换后的图像；

对灰度变换后的图像进行边缘提取得到触摸光斑数据输出；

所述对灰度变换后的图像进行边缘提取得到触摸光斑数据输出的具体步骤为：

利用边缘检测算子对灰度变换后的图像进行边缘提取；

将灰度值大于设定好的边缘阈值的边缘像素归为触摸光斑的边界，获取所有触摸光斑的边界像素；

根据触摸光斑左右边界连续的原则在边界像素中提取各触摸光斑对应的左右边界像素值作为触摸光斑数据输出。

2.根据权利要求1所述的基于摄像头定位的触摸光斑提取方法，其特征在于，所述根据最大灰度差值以及其对应像素点在对比图像中原始灰度值设定灰度修正值的具体步骤为：

设灰度值下降区域在差值图像中的最大灰度差值为dx，最大灰度差值对应像素点在对比图像中的原始灰度值为X0；

令修正系数k= X0/dx；

令灰度修正值为Z0/(k+α)，其中α为一设定的系数，Z0为利用该灰度修正值进行修正的图像中各像素点灰度值。

3.根据权利要求2所述的基于摄像头定位的触摸光斑提取方法，其特征在于，所述利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像的具体步骤为：

获取实时图像中各个像素点的灰度值Z0；

采用Y=Z0- Z0/(k + α)对实时图像中各个像素点进行降幅处理得到降幅图像。

4.根据权利要求1所述的基于摄像头定位的触摸光斑提取方法，其特征在于，所述边缘检测算子为sobel算子。

5.一种基于摄像头定位的触摸光斑提取系统，其特征在于，包括：

图像采集单元，用于采集触摸区域内的图像，包括采集无触摸物体在触摸区域内的原始图像、采集有触摸物在触摸区域内的对比图像以及实时采集触摸区域内的实时图像；

差值图像获取单元，用于从图像采集单元中获取对比图像和原始图像并将两者进行差值运算得到差值结果，并将差值结果做绝对值运算得到差值图像；

灰度修正值获取单元，用于从图像采集单元中获取对比图像和原始图像以及从差值图像获取单元中获取差值图像，获取对比图像相对原始图像灰度值下降的区域，然后获取灰度值下降区域在差值图像中的最大灰度差值，根据最大灰度差值以及其对应像素点在对比图像中的原始灰度值设定灰度修正值；

降幅图像获取单元，用于从图像采集单元中获取实时图像以及从灰度修正值获取单元中获取灰度修正值，利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像；

灰度变换后的图像获取单元，其内存储有一经验阈值；灰度变换后的图像获取单元用于从降幅图像获取单元中获取降幅图像进行直方图统计，并将直方图中小于经验阈值的像素灰度值置0，获取灰度变换后的图像；

触摸光斑提取单元，用于从灰度变换后的图像获取单元中获取灰度变换后的图像进行边缘提取，得到触摸光斑数据输出；

所述触摸光斑提取单元还用于存储一边缘阈值，将提取的灰度值大于边缘阈值的边缘像素归为触摸光斑的边界，根据触摸光斑左右边界连续的原则在边界像素中提取各触摸光斑对应的左右边界像素作为触摸光斑数据输出；

所述触摸光斑提取单元还用于存储边缘检测算子，其利用边缘检测算子对灰度变换后的图像进行边缘提取。

6.根据权利要求5所述的基于摄像头定位的触摸光斑提取系统，其特征在于，所述降幅图像获取单元包括：

灰度值获取单元，用于从图像采集单元中获取实时图像，并提取实时图像中各个像素点的灰度值；

降幅处理单元，用于从灰度修正值获取单元中获取灰度修正值和从灰度值获取单元中获取实时图像中各个像素点的灰度值，利用灰度修正值对实时图像中各个像素点灰度值进行降幅处理得到降幅图像。