CN103605436B - 一种交互投影定位方法及交互投影设备 - Google Patents

Abstract

本本发明涉及一种交互投影定位方法，分别以投影光源、被投影面为基础建立第一坐标系和第二坐标系，根据投影面上目标点位于第二坐标系中的坐标D_目2和第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系，获得投影面上该目标点位于第一坐标系中的坐标D_目1，进而获得被投影面上与投影面上目标点相对应的点的位置。本发明还涉及一种基于本发明设计交互投影定位方法的交互投影设备，使得交互投影设备的使用更加趋向人性化。

Description

一种交互投影定位方法及交互投影设备

技术领域

本发明涉及一种交互投影定位方法及交互投影设备。

背景技术

随着交互技术的不断发展，交互设备在越来越多的场合中得到应用。在投影设备的应用方面，现在通常是将交互设备连接到电脑，然后由电脑连接到投影设备，将电脑的显示投射出来；如果在投影设备内实现交互设备的定位系统，则可以不需要电脑，直接进行定位，特别是对于内置了操作系统的投影设备，将大大简化整个投影交互系统。

用投影设备直接进行定位，现有的平面交互定位技术不能满足准确定位的要求。传统的交互定位系统，都是基于交互区域为一个平面的矩形，这是因为目前交互区域一般为特定的材质，比如液晶屏，电子白板等，这些特定的材质都被加工成矩形。所以交互的时候可以假定交互的区域为一个矩形，在此前提下对于交互区域进行定位即可。但是对于投影来讲，投影的区域有时并不一定是一个矩形，当被投影面所在面与投影面所在面相交时，则投影设备投影被投影面，获得的投影面就不是一个矩形，而是一个非矩形的四边形，在这种情况下，投影面上的点与被投影面上的点在空间坐标上将不再是简单的线性关系，而现有的定位技术将不足以将投影面上的点准确对应到被投影面上，从而无法对投影面区域进行准确的操作，即现有的投影定位技术只限于被投影面与投影面相平行，而对于被投影面所在面与投影面所在面相交时，则无法进行准确的投影定位。

发明内容

针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种不局限于被投影面与投影面相平行的情况，能够准确实现投影定位的交互投影定位方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种交互投影定位方法，基于投影光源，获得被投影面上与投影面上目标点相对应的点的位置，包括如下步骤：

步骤01.以投影光源为坐标系原点O，建立第一坐标系{O,X,Y,Z}，Z轴垂直于所述被投影面；建立第二坐标系{O',X',Y',Z'}，坐标系原点O'位于所述投影面所在平面，Z'轴垂直于所述投影面；

步骤02.获得投影面上目标点位于第二坐标系中的坐标D_目2，根据第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系，获得投影面上该目标点位于第一坐标系中的坐标D_目1；

步骤03.获得第一坐标系中，投影面上该目标点与原点O之间连线的直线方程；在第一坐标系中，获得该直线方程与被投影面的交点坐标，该交点坐标即为被投影面上与投影面上目标点相对应的点的位置。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系如下式所示：

其中，（A_X偏移，A_Y偏移，A_Z偏移）为原点O'在第一坐标系中的坐标，a₁₁、a₁₂、a₁₃、a₂₁、a₂₂、a₂₃为第一坐标系与第二坐标系之间的比例参数；以上各个参数通过如下过程获得：

在所述被投影面上选择至少6个不同的点，并分别获得各个点位于第一坐标系中的坐标；获得所述投影面上与被投影面上已选各个点分别对应的数个点，并分别获得该对应数个点位于第二坐标系中的坐标，将以上各点坐标分别代入第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系中，获得A_X偏移、A_Y偏移、A_Z偏移、a₁₁、a₂₁、a₁₂、a₂₂、a₁₃和a₂₃；其中，所述被投影面上点位于第一坐标系的坐标分别对应(l，m，n)，投影面上点位于第二坐标系的坐标分别对应(x'，y'，z')，z'=0。

本发明所述一种交互投影定位方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计的交互投影定位方法，相对于现有技术，不仅适用于被投影面与投影面相平行的情况，更可扩展应用到被投影面所在面与投影面所在面相交的情况下，能够准确实现被投影面与投影面之间的定位，使得交互投影技术的适用范围更加广泛，且本发明设计的交互投影定位方法简单易行，适用于各种交互投影设备。

与此相应，针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于本发明设计的交互投影定位方法，不局限于被投影面与投影面相平行的情况，能够准确实现交互投影的交互投影设备。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种交互投影设备，包括交互投影机和触控面板，交互投影机和触控面板之间通过有线方式或无线方式连接进行信号传输；交互投影机将被投影面投影到触控面板上，即投影面位于触控面板上，触控面板实时检测投影面上的目标点的位置，并发送给交互投影机，交互投影机定位获得被投影面上与投影面上目标点相对应的点的位置。

作为本发明的一种优选技术方案：所述交互投影机和触控面板之间通过USB、WIFI或蓝牙方式连接进行信号传输。

本发明所述一种交互投影设备采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计的交互投影设备，基于现有交互投影设备基础上，采用全新的交互投影定位方法，能够适用于被投影面所在面与投影面所在面相平行或相交的情况下，准确进行被投影面与投影面之间的交互定位，使得交互投影设备的使用更加趋向人性化。

附图说明

图1是本发明设计的交互投影定位方法的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明设计了一种交互投影定位方法，基于投影光源，获得被投影面上与投影面上目标点相对应的点的位置，具体应用过程中，按照如下步骤：

步骤01.以投影光源为坐标系原点O，建立第一坐标系{O,X,Y,Z}，Z轴垂直于所述被投影面；建立第二坐标系{O',X',Y',Z'}，坐标系原点O'位于所述投影面所在平面，Z'轴垂直于所述投影面；

步骤02.获得投影面上目标点位于第二坐标系中的坐标D_目2，根据第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系，获得投影面上该目标点位于第一坐标系中的坐标D_目1；第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系如下式所示：

步骤03.获得第一坐标系中，投影面上该目标点与原点O之间连线的直线方程；在第一坐标系中，获得该直线方程与被投影面的交点坐标，该交点坐标即为被投影面上与投影面上目标点相对应的点的位置。

其中，第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系通过如下步骤获得：

步骤001.在第一坐标系中，分别位于坐标轴X'、Y'、Z'方向上的单位长度向量 分别表示为如下：

其中，分别为沿坐标轴X、Y、Z方向上的单位长度向量，a_i和a_ij为实数，i＝1、2、3，j＝1、2、3；分别为原点O'相对于原点O在第一坐标系中坐标轴X上、坐标轴Y上、坐标轴Z上的偏移量，设 即（A_X偏移，A_Y偏移，A_Z偏移）为原点O'在第一坐标系中的坐标；

步骤002.选择所述投影面上的一个点，该点位于第二坐标系中的坐标为(x'，y'，z')，获得该点位于第一坐标系中的坐标(x，y，z)，其中各坐标表示如下：

x=A_X偏移+a₁₁x'+a₂₁y'+a₃₁z'，

y=A_Y偏移+a₁₂x'+a₂₂y'+a₃₂z'，

z=A_Z偏移+a₁₃x'+a₂₃y'+a₃₃z'，

步骤003.由于点(x'，y'，z')位于第二坐标系中所述投影面上，因此，z'=0，则该点位于第二坐标系中的坐标为(x'，y'，0)，进而获得该点位于第一坐标系中的坐标(x，y，z)表示如下：

x=A_X偏移+a₁₁x'+a₂₁y'，

y=A_Y偏移+a₁₂x'+a₂₂y'，

z=A_Z偏移+a₁₃x'+a₂₃y'；

步骤004.设所述被投影面上与所述投影面上点(x，y，z)相对应的点的坐标为(l，m，n)，根据光沿直线传播，原点O、点(l，m，n)和点(x，y，z)三点共线，获得关系方程进而获得第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系如下：

所述第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系中，A_X偏移、A_Y偏移、A_Z偏移、a₁₁、a₂₁、a₁₂、a₂₂、a₁₃和a₂₃通过如下过程获得：

由于为六元一次方程，在所述被投影面上选择6个不同的点，并分别获得该6个点位于第一坐标系中的坐标；根据被投影面的画面与投影面的画面，获得所述投影面上与被投影面上已选6个点分别对应的6个点，并分别获得该对应6个点位于第二坐标系中的坐标，将以上各点坐标代入第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系中，其中，所述被投影面上点位于第一坐标系的坐标分别对应(l，m，n)，投影面上点位于第二坐标系的坐标分别对应(x'，y'，z')，z'=0，由以上过程获得A_X偏移、A_Y偏移、a₁₁、a₂₁、a₁₂和a₂₂；同理获得A_Z偏移、a₁₃和a₂₃；

本发明设计的交互投影定位方法，相对于现有技术，不仅适用于被投影面与投影面相平行的情况，更可扩展应用到被投影面所在面与投影面所在面相交的情况下，能够准确实现被投影面与投影面之间的定位，使得交互投影技术的适用范围更加广泛，且本发明设计的交互投影定位方法简单易行，适用于各种交互投影设备。

与此相应，本发明还设计了一种基于本发明设计的交互投影定位方法的交互投影设备，包括交互投影机和触控面板，交互投影机和触控面板之间通过有线方式或无线方式连接进行信号传输；交互投影机将被投影面投影到触控面板上，即投影面位于触控面板上，触控面板实时检测投影面上的目标点的位置，并发送给交互投影机，交互投影机定位获得被投影面上与投影面上目标点相对应的点的位置。

作为本发明的一种优选技术方案：所述交互投影机和触控面板之间通过USB、WIFI或蓝牙方式连接进行信号传输。

本发明设计的交互投影设备，基于现有交互投影设备基础上，采用全新的交互投影定位方法，能够适用于被投影面所在面与投影面所在面相平行或相交的情况下，准确进行被投影面与投影面之间的交互定位，使得交互投影设备的使用更加趋向人性化。

综上所述，本发明设计的交互投影定位方法及交互投影设备，相对于现有技术，不仅适用于被投影面与投影面相平行的情况，更可扩展应用到被投影面所在面与投影面所在面相交的情况下，能够准确实现被投影面与投影面之间的定位，使得交互投影设备的使用更加趋向人性化。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种交互投影定位方法，基于投影光源，获得被投影面上与投影面上目标点相对应的点的位置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤01.以投影光源为坐标系原点O，建立第一坐标系{O,X,Y,Z}，Z轴垂直于所述被投影面；建立第二坐标系{O',X',Y',Z'}，坐标系原点O'位于所述投影面所在平面，Z'轴垂直于所述投影面；

步骤02.获得投影面上目标点位于第二坐标系中的坐标D_目2(x'，y'，z')，根据第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系，根据如下：

l＝A_X偏移+a₁₁x'+a₂₁y'+a₃₁z'，

m＝A_Y偏移+a₁₂x'+a₂₂y'+a₃₂z'，

n＝A_Z偏移+a₁₃x'+a₂₃y'+a₃₃z'，

获得投影面上该目标点位于第一坐标系中的坐标D_目1(l，m，n)；其中，第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系如下：

所述第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系中，A_X偏移、A_Y偏移、A_Z偏移、a₁₁、a₂₁、a₁₂、a₂₂、a₁₃和a₂₃通过如下过程获得：

由于为六元一次方程，在所述被投影面上选择6个不同的点，并分别获得该6个点位于第一坐标系中的坐标；根据被投影面的画面与投影面的画面，获得所述投影面上与被投影面上已选6个点分别对应的6个点，并分别获得该对应6个点位于第二坐标系中的坐标，将以上各点坐标代入第一坐标系与第二坐标系之间的变换关系中，其中，所述被投影面上点位于第一坐标系的坐标分别对应(l，m，n)，投影面上点位于第二坐标系的坐标分别对应(x'，y'，z')，z'＝0，由以上过程获得A_X偏移、A_Y偏移、a₁₁、a₂₁、a₁₂和a₂₂；同理获得A_Z偏移、a₁₃和a₂₃；

步骤03.获得第一坐标系中，投影面上该目标点与原点O之间连线的直线方程；在第一坐标系中，获得该直线方程与被投影面的交点坐标，该交点坐标即为被投影面上与投影面上目标点相对应的点的位置。

2.一种基于权利要求1所述交互投影定位方法的交互投影设备，其特征在于：包括交互投影机和触控面板，交互投影机和触控面板之间通过有线方式或无线方式连接进行信号传输；交互投影机将被投影面投影到触控面板上，即投影面位于触控面板上，触控面板实时检测投影面上的目标点的位置，并发送给交互投影机，交互投影机定位获得被投影面上与投影面上目标点相对应的点的位置。

3.根据权利要求2所述交互投影设备，其特征在于：所述交互投影机和触控面板之间通过USB、WIFI或蓝牙方式连接进行信号传输。