CN103418138A - 一种激光互动游戏的安全控制装置和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光互动游戏的安全控制装置和应用方法,特点是,该装置包括投影机、摄像机、投影幕、电脑主机、激光组件和护栏；电脑主机与投影机、摄像机连接；投影幕置于护栏内，激光组件固定在护栏横杆上；激光组件包括供电电源、万向节、限位块和激光模组，激光模组射出激光，指向投影幕形成激光光点。摄像机将采集的信息传输给电脑主机，电脑主机对激光光点信息进行解析处理，发送并执行指令，跟踪、记录激光光点位置，实现激光与投影内容的互动；激光互动游戏的安全通过护栏、万向节、限位块限制激光投射的范围及激光光点形状识别来控制。这种控制装置在激光互动游戏运行过程中提供了一种激光使用的安全控制手段，以免对眼睛造成伤害。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光互动游戏的安全控制装置和应用方法，属于激光技术应用领域。
背景技术
随着激光技术的发展，高亮度激光笔作为一种新型、操作便捷灵活、扩展性好的交互工具被广泛用于展馆、展会等公共场合的互动游戏中。其特点是：人们手握激光笔就可以自由自在地进行作画写字和互动游戏。
为了保证影象动作的抓取和识别得以有效实现，通常使用安全等级属class Ⅲ等级的手持式激光笔。第三级激光器是中等功率激光器，是指在避害反应时间内能够对人眼产生伤害，连续激光直接在光束内观察有危险。在公众场合，当人们尤其是儿童手持激光笔进行远距离互动游戏时，激光投射方向很难控制，极易照射到他人的眼中及皮肤，存在着很大的安全隐患。
另外，激光笔采用干电池供电，只能连续工作几个小时，且激光功率稳定性较差。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明目的在于提供一种激光互动游戏的安全控制装置，在激光互动游戏运行过程中，通过机械限位控制互动范围，通过激光光点图形识别，控制信号接收的唯一性，确保激光的安全可靠使用，以免对眼睛造成伤害。
本发明的技术方案是：一种激光互动游戏的安全控制装置，其特征在于：一种激光互动游戏的安全控制装置由投影机、摄像机、投影幕、电脑主机、激光组件和护栏组成。所述的电脑主机与投影机、摄像机连接，所述的电脑主机包括图像采集卡、独立显卡，图像采集卡与摄像机连接；所述的护栏将投影幕围在护栏内，护栏的深度大于宽度；至少有1个以上的激光组件固定在投影幕对面的护栏横杆上；所述的激光组件包括供电电源、单节式精密万向节、限位块和至少为1个以上的激光模组，所述激光模组射出激光，指向投影幕，在投影幕上形成激光光点。
激光模组输出的总功率在50mW以下，波长可以是可见光、不可见光或两种光波长混合；激光模组射出的激光光点形状可以是几何图形或组合图案，供电电源采用+5V低电压电源，电源线从护栏的管内走线。
所述的单节式精密万向节包括输出轴、输入轴和支点，输出轴和输入轴之间最大轴间夹角为45度，两轴在45度夹角范围内绕支点转动；所述的激光模组安装在输出轴内，使输出的激光限定在最大轴间夹角45度角内；所述的限位块与输入轴连接，套在输出轴上，其内圈结构呈几何图形，限制激光投射在投影幕上的范围。
所述的电脑主机通过视频信号线和信号控制线直接与投影仪连接，控制投影仪将互动内容投射在投影幕上，摄像机通过图像采集卡采集投射在投影幕上的激光光点；摄像机将采集的信息传输给电脑主机，电脑主机对激光光点信息进行解析处理，发送并执行指令，跟踪、记录激光光点位置，实现激光与投影内容的互动；激光互动游戏的安全通过护栏、万向节、限位块限制激光投射的范围及激光光点形状识别来控制。
一种激光互动游戏的安全控制装置的应用方法，该应用方法步骤是：
1.通过护栏将投影幕围在护栏内，激光互动游戏的范围不超出投影幕的范围，防止人员进入游戏区，避免激光直接投射到人眼及皮肤，实现护栏在激光互动游戏中的安全控制；
2.将激光组件连接在投影幕对面的护栏横杆上，限制激光组件在360度三维空间随意移动，并调节激光的出光方向，使单节式精密万向节最大轴间夹角时的激光光点轨迹能均匀覆盖投影幕，确保游戏互动范围；单节式精密万向节的输入轴与护栏相连，输出轴绕单节式精密万向节的支点转动，激光模组安装在单节式精密万向节的输出轴内，使激光模组输出的激光限制在单节式精密万向节最大轴间夹角45度的三维空间内灵活转动，实现单节式精密万向节在激光互动游戏中的激光的空间安全控制；
3.当激光组件安装位置相对投影幕中心位置偏离时，激光斜着投向投影幕，当输出轴以最大轴间夹角转动时，激光光点在投影幕上形成的最大轨迹呈不标准椭圆形，这时边界超出了投影幕；
4. 限位块套在输出轴上，设定激光投射的安全互动范围≤投影幕尺寸；当激光组件与投影幕的相对位置确定时，激光光点沿着安全互动范围的边界移动，采用逐点采样法,通过出光点距离投影幕的距离、采样点与出光点的空间相对坐标，计算出与投影幕安全互动范围边界在限位块这个位置对应的几何轨迹，即为这个位置限位块内圈结构的几何图形。通过限位块内圈对激光空间角度的限制，进而限定了激光在投影幕上的激光光点投影范围，实现了限位块在激光互动游戏中的安全控制；
5.激光模组射出的激光光点形状设计成除单个圆点外的几何图形或组合图案，与常规激光笔输出的单个圆光点形成明显区别，计算机通过摄像机的图像采集，对图像进行比对、识别，确认，使常规激光笔的单个圆光点不能进行互动游戏，排除了外来激光笔的干扰和不安全性；
6.通过上述步骤，使激光模组射出的激光光点在投影幕上的互动范围被控制在设定的安全范围内。
本发明的有益效果在于：提供了一种激光互动游戏的安全控制装置。这种控制装置在激光互动游戏运行过程中提供了一种激光使用的安全控制手段，以免对眼睛造成伤害，确保激光的安全使用。
附图说明
图1 为激光互动游戏及激光安全控制示意图；
图2 为激光组件的结构示意图；
图3 为单节式精密万向节结构示意图；
图4 为单节式精密万向节的最大轴间夹角示意图；
图5 为激光组件相对投影幕相对位置示意图；
图6 为单节式精密万向节的最大轴间夹角时激光的投射范围俯视图；
图7 为激光互动安全投射范围的侧视图；
图8 为激光模组偏离投影幕中心线时激光在投影幕位置的最大轨迹示意图；
图9 为限位块内圈在C点位置的几何图形结构示意图；
图10 为激光光点形状的几何图形和组合图案示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
一种激光互动游戏的安全控制装置，由图1—图10所示，其特征在于，该激光互动游戏的安全控制装置包括投影机1、摄像机2、投影幕3、电脑主机4、激光组件5和护栏6。所述电脑主机4与投影机1、摄像机2连接，电脑主机4包括图像采集卡41、独立显卡42；图像采集卡41与摄像机2连接；所述的护栏6将投影幕3围在护栏6内，护栏6的深度不小于宽度；至少有1个以上的激光组件5固定在投影幕3对面的护栏6横杆上；所述的激光组件5包括供电电源52、单节式精密万向节53、限位块54和至少为1个以上的激光模组51，由激光模组51射出激光55，投射在投影幕3上形成激光光点56。
所述的激光模组51输出的激光总功率在50mW以下，发射的激光为532nm可见光、808nm不可见光或多种波长如808nm和532nm混合光，不可见光的激光光点56可通过摄像机2采集观测到，激光模组5射出的激光光点56形状可以是三角形、五角星等几何图形或三个圆点、四个圆点、五个圆点加中心圆点等组合图案，确保摄像机2跟踪、记录、保留激光光点56信号的唯一性，所述的供电电源52采用+5V低电压电源，电源线从护栏6的管内走线，可使激光模组51长时间连续稳定地可靠工作。
所述的单节式精密万向节53为常规机械零件,包含输出轴53A、输入轴53B和支点，输出轴53A和输入轴53B之间最大轴间夹角为45度，两轴在45度夹角范围内可绕支点灵活转动；所述的激光模组51安装在输出轴53A内，使输出的激光55限定在最大轴间夹45度角内；所述的限位块54与输入轴53B连接，套在输出轴53A上，其内圈结构呈几何图形，限制激光55投射在投影幕3上的范围。
所述的电脑主机4通过视频信号线和信号控制线直接与投影仪1连接,控制投影机1将互动内容投射在投影幕3上，摄像机2通过图像采集卡41采集投射在投影幕3上的激光光点56；摄像机2将采集的信息传输给电脑主机4，电脑主机4对激光光点56信息进行解析处理，发送并执行指令，跟踪、记录激光光点56的位置，实现激光55与投影内容的互动；激光互动游戏的安全通过护栏6、单节式精密万向节53、限位块54的机械限位来控制激光55的投射范围，通过激光光点56形状识别来控制信号接收的唯一性，实现激光互动游戏的安全控制。
一种激光互动游戏的安全控制装置的应用方法,该方法的步骤是：
1、 通过护栏6将投影幕3围在护栏6内，使激光互动游戏的范围不超出投影幕的范围，防止人员进入游戏区，避免激光55直接投射到人眼及皮肤，实现护栏6在激光互动游戏中的安全控制；
2、 将激光组件5连接在投影幕3对面的护栏6横杆上某个位置，使激光组件5不能在360度的空间随意移动，并调节激光55的出光方向，使单节式精密万向节53最大轴间45度夹角时的激光光点56轨迹能均匀覆盖投影幕3，确保游戏互动范围；单节式精密万向节53的输入轴53B与护栏6相连，输出轴53A绕单节式精密万向节53的支点转动，激光模组51安装在单节式精密万向节53的输出轴53A内，使激光模组51输出的激光55限制在单节式精密万向节53最大轴间夹角45度的三维空间内灵活转动，实现单节式精密万向节53在激光互动游戏中的激光的空间安全控制；
3、 当激光组件5安装位置相对投影幕3中心位置偏离时，激光55斜着投向投影幕3。当输出轴53A以最大轴间夹角45度转动时，激光光点56在投影幕3上形成的最大轨迹呈不标准椭圆形，这时边界超出了投影幕3；
4、 限位块54套在输出轴53A上，设定激光55投射的安全互动范围≤投影幕3尺寸，当激光组件5与投影幕3的相对位置确定时，激光光点56沿着安全互动范围的边界移动，采用逐点采样法,通过出光点距离投影幕3的距离、采样点与出光点的空间相对坐标，可以计算出与投影幕3安全互动范围边界在限位块这个位置对应的几何轨迹，即为这个位置限位块54内圈结构的几何图形，通过限位块54内圈对激光55空间角度的限制，进而限定了激光55在投影幕3上的激光光点56投影范围，实现了限位块54在激光互动游戏中的安全控制；
5、 激光模组51射出的激光光点56形状设计成除单个圆点外的几何图形或组合图案，与常规激光笔输出的单个圆光点形成明显区别。电脑主机4通过摄像机2的图像采集，对图像进行比对、识别，确认，使常规激光笔的单个圆光点不能进行互动游戏，排除了外来激光笔的干扰和不安全性；
通过上述步骤，可以使激光模组51射出的激光光点56在投影幕3上的互动范围被控制在设定的安全范围内。
Claims (5)
1.一种激光互动游戏的安全控制装置，其特征在于,该装置包括投影机、摄像机、投影幕、电脑主机、激光组件和护栏；所述的电脑主机与投影机、摄像机连接，所述的电脑主机包括图像采集卡、独立显卡，所述图像采集卡与摄像机连接；所述的投影幕置于护栏内，护栏的深度大于宽度；至少有1个以上的激光组件固定在投影幕对面的护栏横杆上；所述的激光组件包括供电电源、单节式精密万向节、限位块和至少为1个以上的激光模组，所述激光模组射出激光，指向投影幕，在投影幕上形成激光光点。
2.根据权利要求1所述的一种激光互动游戏的安全控制装置，其特征在于,所述的激光模组输出的总功率在50mW以下，波长为可见光、不可见光或两种光波长混合；激光模组射出的激光光点形状为三角形、五角星几何图形或三个圆点、四个圆点、五个圆点加中心圆点的组合图案，所述的供电电源采用+5V低电压电源，电源线从护栏的管内走线。
3.根据权利要求1所述的一种激光互动游戏的安全控制装置，其特征在于,所述的单节式精密万向节包括输出轴、输入轴和支点，输出轴和输入轴之间最大轴间夹角为45度，两轴在45度夹角范围内绕支点转动；所述的激光模组安装在输出轴内，使输出的激光限定在最大轴间夹角45度角内；所述的限位块与输入轴连接，套在输出轴上，其内圈结构呈几何图形，限制激光投射在投影幕上的范围。
4.根据权利要求1所述的一种激光互动游戏的安全控制装置，其特征在于, 所述的电脑主机通过视频信号线和信号控制线直接与投影仪连接，控制投影仪将互动内容投射在投影幕上，摄像机通过图像采集卡采集投射在投影幕上的激光光点；摄像机将采集的信息传输给电脑主机，电脑主机对激光光点信息进行解析处理，发送并执行指令，跟踪、记录激光光点位置，实现激光与投影内容的互动；激光互动游戏的安全通过护栏、万向节、限位块限制激光投射的范围及激光光点形状识别来控制。
5.权利要求1所述的一种激光互动游戏的安全控制装置的应用方法，其特征在于，该应用方法步骤为：
（1）通过护栏将投影幕围在护栏内，使激光互动游戏的范围不超出投影幕的范围,防止人员进入游戏区，避免激光直接投射到人眼及皮肤，实现护栏在激光互动游戏中的安全控制；
（2）将激光组件连接在投影幕对面的护栏横杆上，限制激光组件在360度三维空间随意移动，并调节激光的出光方向，使单节式精密万向节最大轴间夹角时的激光光点轨迹能均匀覆盖投影幕，确保游戏互动范围；单节式精密万向节的输入轴与护栏相连，输出轴绕单节式精密万向节的支点转动，激光模组安装在单节式精密万向节的输出轴内，使激光模组输出的激光限制在单节式精密万向节最大轴间夹角45度的三维空间内灵活转动，实现单节式精密万向节在激光互动游戏中的激光的空间安全控制；
(3) 当激光组件安装位置相对投影幕中心位置偏离时，激光斜着投向投影幕；
当输出轴以最大轴间夹角转动时，激光光点在投影幕上形成的最大轨迹呈不标准椭圆形，这时边界超出了投影幕；
(4) 限位块套在输出轴上，设定激光投射的安全互动范围≤投影幕尺寸；
当激光组件与投影幕的相对位置确定时，激光光点沿着安全互动范围的边界移动，采用逐点采样法,通过出光点距离投影幕的距离、采样点与出光点的空间相对坐标，计算出与投影幕安全互动范围边界在限位块这个位置对应的几何轨迹，即为这个位置限位块内圈结构的几何图形；
通过限位块内圈对激光空间角度的限制，进而限定了激光在投影幕上的激光光点投影范围，实现了限位块在激光互动游戏中的安全控制；
（5）激光模组射出的激光光点形状设计成除单个圆点外的几何图形或组合图案，与常规激光笔输出的单个圆光点形成明显区别，计算机通过摄像机的图像采集，对图像进行比对、识别，确认，使常规激光笔的单个圆光点不能进行互动游戏，排除了外来激光笔的干扰和不安全性；
（6）通过上述步骤，使激光模组射出的激光光点在投影幕上的互动范围被控制在设定的安全范围内。
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