CN107197223A - 微型投影设备和投影设备的手势控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型投影设备和投影设备的手势控制方法，微型投影设备包括：微型投影设备主体和手势检测模块；微型投影设备主体包括投影键盘模块、屏幕投影模块和处理计算模块；投影键盘模块用于实现对处理计算模块输入信息；屏幕投影模块用于显示处理计算模块输出的图像；手势检测模块用于检测使用者在屏幕上操作的操作手势并将手势信号传输给处理计算模块。本发明的微型投影设备体积小，携带方便，直接投影电脑屏幕来代替外接的投影设备，使其更为适应办公和培训等场合；通过检测人手在投影出来的屏幕上的操作来实现屏幕的翻页功能和标注功能，使得用户进行投影内容的讲解时，能够快速、方便地实现对投影内容的操作。

Description

微型投影设备和投影设备的手势控制方法

技术领域

本发明属于具有计算能力的投影设备技术领域，特别是涉及一种微型投影设备，以及投影设备的手势控制方法。

背景技术

投影仪又称投影机，是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备，教育、商务、政府、家庭娱乐是支撑投影机行业的四大主要消费群体。从行业未来的发展形式来看，教育仍是行业未来发展支柱领域。2010年全国共有幼儿园12.91万所，小学39.42万所、普通中学7.90万所，普通中等院校3047所，高等教育学校1778所，按每个教室配备一台投影机计算，据相关数据显示中国仅教育行业市场容量就达1100万台以上。

在办公、培训等应用场合中，投影仪必须结合具有视频输出功能的电脑共同使用。然而，传统的电脑和投影仪体积都非常大，不易携带，且使用前电脑和投影的安装连接过程繁琐。使用电脑和投影仪播放幻灯片时，幻灯片的翻页功能需要借助鼠标、键盘或者其他附加硬件设备实现，而在幻灯片上的标注则必须通过鼠标操作才能实现，导致投影仪和电脑的结合在实际教学、培训中使用不便。

公开号为CN203851219U的中国专利提出了一种投影仪，其包括位于同一壳体内的光机板、分别与所述光机板电性连接的支持安卓智能操作系统的PCB板和用于将外部220V供电电压转换为12V电压的电源转换模块，还包括设置在所述光机板背面用于根据所述光机板的输出进行视频播放的光机。但是该设备运行的操作系统为安卓智能操作系统，不能良好的兼容Windows操作系统下的应用软件。同时该设备需要通过有线或无线的方式连接外部的鼠标和键盘来进行输入操作，大大降低了使用的便捷性和实用性。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种微型投影设备，本发明的第二目的是提供一种投影设备的手势控制方法，以解决投影设备不具有翻页批注功能的缺点。

为了实现上述第一目的，本发明提供一种微型投影设备，其包括：微型投影设备主体和手势检测模块；

所述微型投影设备主体包括投影键盘模块、屏幕投影模块和处理计算模块；

所述投影键盘模块在微型投影设备主体周围的一水平面区域投影出虚拟键盘，投影键盘模块用于实现对处理计算模块输入信息；

所述屏幕投影模块在微型投影设备主体周围的一竖直平面上投影出屏幕，屏幕投影模块用于显示处理计算模块输出的图像；

所述手势检测模块安装在所述屏幕的边缘，用于检测使用者在所述屏幕上操作的操作手势并将手势信号传输给处理计算模块。

本发明如上所述的微型投影设备，进一步，所述手势检测模块包括手势检测模块壳体、第一线阵图像采集单元、第二线阵图像采集单元、手势检测模块红外线发射器和手势检测模块处理单元；所述第一线阵图像采集单元、第二线阵图像采集单元和手势检测模块红外线发射器安装于所述手势检测模块壳体表面的同一直线上并且在使用时与屏幕平行；所述手势检测模块红外线发射器所发射的红外线平行于所述屏幕；所述第一线阵图像采集单元、第二线阵图像采集单元均覆盖有红外线带通滤光片。

本发明如上所述的微型投影设备，进一步，所述第一线阵图像采集单元、第二线阵图像采集单元与手势检测模块处理单元通信连接，向手势检测模块处理单元传输所采集的图像；手势检测模块处理单元处理图像以生成操作手势信号并将手势信号传输给处理计算模块。

本发明如上所述的微型投影设备，进一步，所述投影键盘模块包括投影单元、摄像单元和投影键盘模块处理单元，所述投影单元在微型投影设备主体周围的一水平面区域投影出虚拟键盘，所述摄像单元捕捉用户在虚拟键盘上的操作手势，所述投影键盘模块处理单元将所述摄像头模块捕捉的所述操作手势转化为输入信号输送给所述微型投影设备的处理计算模块。

本发明如上所述的微型投影设备，进一步，所述摄像单元的摄像头覆盖有红外线带通滤光片，在所述微型投影设备主体底部安装有投影键盘模块红外线发射器，所述投影键盘模块红外线发射器发射平行于所述虚拟键盘的一字型红外线。

本发明如上所述的微型投影设备，进一步，所述手势检测模块与所述微型投影设备通过蓝牙、红外、无线局域网或ZigBee的方式连接并进行通信。

本发明的微型投影设备通过投影键盘模块代替传统实体键盘来减小电脑体积，从而使其携带更为方便；通过屏幕投影模块实现内容的直接显示来代替外接的投影设备，使其更为适应办公和培训等场合的多变性和复杂性；通过手势检测模块检测人手在投影出来的屏幕上的操作来实现屏幕的翻页功能和标注功能，使得用户进行投影内容的讲解时，能够快速、方便地实现对投影内容的操作。

为了实现上述第二目的，本发明提供一种投影设备的手势控制方法，包括以下步骤:

步骤1，第一线阵图像采集单元、第二线阵图像采集单元获取使用者手部在屏幕上滑动时形成的线性图像；

步骤2，手势检测模块处理单元根据线性图像中成像物长度和连续性获得成像物的形状特征值，根据成像物的位置变化获得成像物的运动特征值；

步骤3，手势检测模块处理单元根据成像物的形状特征值和成像物的运动特征值确定用户的手势信号，并将手势信号传输给处理计算模块。

11.本发明如上所述的投影设备的手势控制方法，优选的，在步骤2中，手势检测模块处理单元根据线性图像中成像物长度和连续性获得成像物的形状特征值的具体过程为：手势检测模块处理单元预设长度依次变小的第一长度阈值，第二长度阈值，第三长度阈值，第四长度阈值；成像物图像连续，以及成像物图像长度小于所述第一长度阈值且大于所述第二长度阈值，则识别为手掌操作；成像物图像连续，以及图像长度小于所述第三长度阈值且大于所述第四长度阈值，则识别为手指操作；成像物图像不连续，则识别为无效手势操作。

本发明如上所述的投影设备的手势控制方法，优选的，在步骤3中：手势检测模块处理单元识别出操作手势为手掌左右划过屏幕时，采集模块向微型投影设备的处理计算模块发送翻页手势信号；手势检测模块处理单元识别出操作手势为手指左右划过屏幕或者在屏幕上画圈时，向微型投影设备的处理计算模块发送标注手势信号；手势检测模块处理单元识别出的操作手势非翻页手势或标注手势，则判定为无效手势信号。

本发明如上所述的投影设备的手势控制方法，优选的，在步骤1中，手势检测模块红外线发射器发射平行于所述屏幕的红外线；人手在所述屏幕上操作时，反射红外线至第一线阵图像采集单元和第二线阵图像采集单元。

利用本发明投影设备的手势控制方法在检测人手在投影出来的屏幕上的操作时，通过判断目标图像的连续性和长度等形状特征值来识别操作手势是否有效，进而有效避免了人手的误操作或者人手之外其他非操作用物体对操作手势的误触发。

附图说明

图1是本发明一种实施例的微型投影设备示意图；

图2是本发明一种实施例的投影键盘模块结构图；

图3是本发明一种实施例的手势检测模块结构图；

图4是本发明一种实施例的检测人手操作示意图；

图5是本发明一种实施例的目标图像几何中心坐标计算示意图；

图6是线阵图像采集单元所采集的手掌操作图像示意图；

图7是线阵图像采集单元所采集的手指操作图像示意图；

图8是线阵图像采集单元所采集的一种无效手势操作图像示意图；

图9是线阵图像采集单元所采集的另一种无效手势操作图像示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

101、微型投影设备主体，102、投影键盘模块，103、虚拟键盘，104、屏幕投影模块，105、处理计算模块，106、手势检测模块，107、红外线，108、屏幕，109、竖直平面，110、投影键盘模块红外线发射器，201、投影单元，202、摄像单元，203、投影键盘模块处理单元，301、第一线阵图像采集单元，302、第二线阵图像采集单元，303、手势检测模块红外线发射器，304、手势检测模块处理单元，305、手势检测模块壳体，501、第一线阵图像采集单元中心线，502、第二线阵图像采集单元中心线，503、第一线阵图像采集单元光心，504、第二线阵图像采集单元光心。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的微型投影设备和投影设备的手势控制方法的实施例。

图1-图4示出本发明一种实施例的微型投影设备，其包括：微型投影设备主体101和手势检测模块106；

微型投影设备主体101包括投影键盘模块102、屏幕投影模块104和处理计算模块105；

投影键盘模块102在微型投影设备主体周围的一水平面区域投影出虚拟键盘103，投影键盘模块102用于实现对处理计算模块105输入信息；

屏幕投影模块104在微型投影设备主体周围的一竖直平面109上投影出屏幕108，屏幕投影模块104用于显示处理计算模块105输出的图像；

手势检测模块106安装在屏幕的边缘，用于检测使用者在屏幕上操作的操作手势并将手势信号传输给处理计算模块105。上述手势检测模块与微型投影设备通过无线的方式或有线的方式连接并进行通信，无线方式包括蓝牙、红外、无线局域网或ZigBee。

在如图3所示出的实施例中，手势检测模块106包括手势检测模块壳体305、第一线阵图像采集单元301、第二线阵图像采集单元302、手势检测模块红外线发射器303和手势检测模块处理单元304；第一线阵图像采集单元301、第二线阵图像采集单元302和手势检测模块红外线发射器303安装于手势检测模块壳体305表面的同一直线上并且在使用时与屏幕平行；手势检测模块红外线发射器303所发射的红外线107平行于屏幕；第一线阵图像采集单元301、第二线阵图像采集单元302均覆盖有红外线带通滤光片。红外线带通滤光片能够滤除其他波长的光线，从而避免了其他图像的干扰信息，降低了处理单元的计算量。

第一线阵图像采集单元301、第二线阵图像采集单元302与手势检测模块处理单元304通信连接，向手势检测模块处理单元304传输所采集的图像；手势检测模块处理单元304处理图像以生成操作手势信号并将手势信号传输给处理计算模块105。

在如图2所示出的实施例中，投影键盘模块102包括投影单元201、摄像单元202和投影键盘模块处理单元203，投影单元201在微型投影设备主体101周围的一水平面区域投影出虚拟键盘103，摄像单元202捕捉用户在虚拟键盘103上的操作手势，投影键盘模块处理单元203将摄像头模块捕捉的操作手势转化为输入信号输送给微型投影设备的处理计算模块105。在一种实施例中，投影单元包括激光发射器和光栅，所述光栅上刻有虚拟键盘图案。

摄像单元202的摄像头覆盖有红外线带通滤光片，在微型投影设备主体101底部安装有投影键盘模块红外线发射器110，投影键盘模块红外线发射器110发射平行于虚拟键盘的一字型红外线107。例如，投影单元201在水平的桌面上投影出虚拟键盘103，上述一字型红外线107则为平行于桌面的红外线束，并且红外线束至少覆盖虚拟键盘的轮廓。

在上述实施例微型投影设备使用时，中当进行复杂的信息输入时，用户通过敲击投影单元201投影出的虚拟键盘103进行操作，用户手指敲击所述虚拟键盘103时反射红外线107至摄像单元202，所述摄像单元202采集用户手指红外线图像，投影键盘模块处理单元203将所述摄像头模块捕捉的操作手势图像转化为手势信号输送给微型投影设备的处理计算模块105。

当进行投影内容讲解时，人手在屏幕108上进行操作，反射红外线107至所述第一线阵图像采集单元301和第二线阵图像采集单元302，手势检测模块处理单元304根据第一线阵图像采集单元301和第二线阵图像采集单元302所获得红外线图像中的手部图像获取手势信息，并将手势信息对应操作通过有线或无线的方式发送至微型投影设备的处理计算模块105。

一种投影设备的手势控制方法，该方法在以下结构的微型投影设备上实现，微型投影设备包括：微型投影设备主体和手势检测模块；

微型投影设备主体包括投影键盘模块、屏幕投影模块和处理计算模块；投影键盘模块在微型投影设备主体周围的一水平面区域投影出虚拟键盘，投影键盘模块用于实现对处理计算模块输入信息；屏幕投影模块在微型投影设备主体周围的一竖直平面上投影出屏幕，屏幕投影模块用于显示处理计算模块输出的图像；手势检测模块安装在屏幕的边缘，用于检测使用者在屏幕上操作的操作手势并将手势信号传输给处理计算模块。

基于上述投影设备的手势控制方法包括以下步骤：

步骤1，第一线阵图像采集单元301、第二线阵图像采集单元302获取使用者手部在屏幕上滑动时形成的线性图像；在步骤1中，手势检测模块红外线发射器303发射平行于屏幕的红外线107；人手在屏幕上操作时，反射红外线107至第一线阵图像采集单元301和第二线阵图像采集单元302。

步骤2，手势检测模块处理单元304根据线性图像中成像物长度和连续性获得成像物的形状特征值，根据成像物的位置变化获得成像物的运动特征值；在步骤2中，手势检测模块处理单元304根据线性图像中成像物长度和连续性获得成像物的形状特征值的具体过程为：手势检测模块处理单元304预设长度依次变小的第一长度阈值，第二长度阈值，第三长度阈值，第四长度阈值；成像物图像连续，以及成像物图像长度小于第一长度阈值且大于第二长度阈值，则识别为手掌操作；成像物图像连续，以及图像长度小于所述第三长度阈值且大于所述第四长度阈值，则识别为手指操作；成像物图像不连续，则识别为无效手势操作。在一种具体实施例中，第一长度阈值为110mm，第二长度阈值为30mm；第三长度阈值为20mm，第四长度阈值为5mm。

步骤3，手势检测模块处理单元304根据成像物的形状特征值和成像物的运动特征值确定用户的手势信号，并将手势信号传输给处理计算模块105。在步骤3中：手势检测模块处理单元304识别出操作手势为手掌左右划过屏幕时，采集模块向微型投影设备的处理计算模块105发送翻页手势信号；手势检测模块处理单元304识别出操作手势为手指左右划过屏幕或者在屏幕上画圈时，向微型投影设备的处理计算模块105发送标注手势信号；手势检测模块处理单元304识别出的操作手势非翻页手势或标注手势，则判定为无效手势信号。

在本发明如上所述的实施例中，利用线阵图像采集单元进行图像采集，能够大大减少处理单元的计算量，加快手势识别的速度，给使用者更加流畅的使用体验。利用成像物长度和连续性获得成像物的形状特征值实现了对成像物的智能筛选和智能识别，智能筛选是指手势检测模块处理单元能够排除靠近屏幕的物体不是人的手部的情况，智能识别是指手势检测模块处理单元能够根据预设的长度阈值识别进行操作的人的手部具体是手指还是手掌，进而根据手指和手掌的不同定义不同的手势信号。

第一种实施例的投影设备的手势控制方法过程如下：

参阅图1-6，当用户手部在屏幕108操作时，第一线阵图像采集单元301和第二线阵图像采集单元302采集的图像为图6中的手掌操作图像，手掌操作图像的左右两图像中，任意一幅图像中的目标图像连续，图像长度小于第一长度阈值且大于第二长度阈值，手势检测模块处理单元304通过手掌操作图像的左右两图像中目标图像的位置计算出手掌在屏幕108上的位置；

计算手掌在屏幕108上的位置的方法如图5所示，图中示出了：第一线阵图像采集单元301、第二线阵图像采集单元302、第一线阵图像采集单元中心线501、第二线阵图像采集单元中心线502、第一线阵图像采集单元光心503、第二线阵图像采集单元光心504，x为人手几何中心点到第一线阵图像采集单元中心线的水平距离，y为人手几何中心点到第一线阵图像采集单元本体的竖直距离，X_R为第一红外线图像中目标图像的几何中心点到第一线阵图像采集单元中心的距离，X_L为第二红外线图像中目标图像的几何中心点到第二线阵图像采集单元中心的距离，f为第一线阵图像采集单元和第二线阵图像采集单元的焦距，则人手的几何中心实际坐标的计算方法为：

进而，

从而得到手掌位置的坐标为(X,Y)；

通过跟踪手掌的位置变化获得手掌的运动特征值，当手势检测模块处理单元302通过运动特征值识别出手掌在屏幕上左右滑动则识别为翻页手势，并向微型投影设备的处理计算模块105发送翻页指令。上述跟踪手掌位置变化获得手掌的运动特征值按照以下一种优选方式实现，在预定间隔时间内检测手掌位置坐标X变化(设定X为水平方向)，在该时间段内手掌位置坐标X向左变化大于预定值M时(例如M为30cm至50cm)，手掌的运动特征值向左，此时识别为向左翻页手势；在该时间段内手掌位置坐标X向右变化大于预定值M时(例如M为30cm至50cm)，手掌的运动特征值向右，此时识别为向右翻页手势。

第二种实施例的投影设备的手势控制方法过程如下：

本实施例与第一种实施例基本相同，区别在于：当用户手指在屏幕108操作时，第一线阵图像采集单元301和第二线阵图像采集单元302采集的图像为图7中的手指操作图像，手指操作图像的左右两图像中，任意一幅图像中的目标图像连续，图像长度小于第三长度阈值且大于第四长度阈值，手势检测模块处理单元304通过手指操作图像的左右两图像中目标图像的位置计算出手指在屏幕108上的位置，并通过手指的位置变化获得手指的运动特征值，当手势检测模块处理单元302通过运动特征值识别出手指在屏幕上水平划动或者在屏幕上画圈则识别为标注手势，并向微型投影设备的处理计算模块105发送标注指令。

第三种实施例的投影设备的手势控制方法过程如下：

本实施例与第一种实施例基本相同，区别在于：当用户的多个手指在屏幕108操作时，第一线阵图像采集单元301和第二线阵图像采集单元302采集的图像为图8中的无效手势操作图像，无效手势操作图像的左右两图像中，任意一幅图像中的目标图像不连续，手势检测模块处理单元识别为无效手势。

第四种实施例的投影设备的手势控制方法过程如下：

本实施例与第一种实施例基本相同，区别在于：当有一大型物体无意中划过屏幕108，述第一线阵图像采集单元301和第二线阵图像采集单元302采集的图像为图9中的无效手势操作图像，无效手势操作图像的左右两图像中，任意一幅图像中的目标图像连续，但长度大于第一长度阈值，手势检测模块处理单元识别为无效手势。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (10)

1.一种微型投影设备，其特征在于，包括：微型投影设备主体和手势检测模块；

所述微型投影设备主体包括投影键盘模块、屏幕投影模块和处理计算模块；所述投影键盘模块在微型投影设备主体周围的一水平面区域投影出虚拟键盘，投影键盘模块用于实现对处理计算模块输入信息；所述屏幕投影模块在微型投影设备主体周围的一竖直平面上投影出屏幕，屏幕投影模块用于显示处理计算模块输出的图像；

所述手势检测模块安装在所述屏幕的边缘，用于检测使用者在所述屏幕上操作的操作手势并将手势信号传输给处理计算模块。

2.根据权利要求1所述的微型投影设备，其特征在于，所述手势检测模块包括手势检测模块壳体、第一线阵图像采集单元、第二线阵图像采集单元、手势检测模块红外线发射器和手势检测模块处理单元；所述第一线阵图像采集单元、第二线阵图像采集单元和手势检测模块红外线发射器安装于所述手势检测模块壳体表面的同一直线上并且在使用时与屏幕平行；所述手势检测模块红外线发射器所发射的红外线平行于所述屏幕；所述第一线阵图像采集单元、第二线阵图像采集单元均覆盖有红外线带通滤光片。

3.根据权利要求2所述的微型投影设备，其特征在于，所述第一线阵图像采集单元、第二线阵图像采集单元与手势检测模块处理单元通信连接，向手势检测模块处理单元传输所采集的图像；手势检测模块处理单元处理图像以生成操作手势信号并将手势信号传输给处理计算模块。

4.根据权利要求2或3所述的微型投影设备，其特征在于，所述投影键盘模块包括投影单元、摄像单元和投影键盘模块处理单元，所述投影单元在微型投影设备主体周围的一水平面区域投影出虚拟键盘，所述摄像单元捕捉用户在虚拟键盘上的操作手势，所述投影键盘模块处理单元将所述摄像头模块捕捉的所述操作手势转化为输入信号输送给所述微型投影设备的处理计算模块。

5.根据权利要求4所述的微型投影设备，其特征在于，所述摄像单元的摄像头覆盖有红外线带通滤光片，在所述微型投影设备主体底部安装有投影键盘模块红外线发射器，所述投影键盘模块红外线发射器发射平行于所述虚拟键盘的一字型红外线。

6.根据权利要求1所述的微型投影设备，其特征在于，所述手势检测模块与所述微型投影设备通过蓝牙、红外、无线局域网或ZigBee的方式连接并进行通信。

7.一种投影设备的手势控制方法，包括以下步骤:

步骤1，第一线阵图像采集单元、第二线阵图像采集单元获取使用者手部在屏幕上滑动时形成的线性图像；

步骤2，手势检测模块处理单元根据线性图像中成像物长度和连续性获得成像物的形状特征值，根据成像物的位置变化获得成像物的运动特征值；

步骤3，手势检测模块处理单元根据成像物的形状特征值和成像物的运动特征值确定用户的手势信号，并将手势信号传输给处理计算模块。

8.根据权利要求7所述的投影设备的手势控制方法，其特征在于，在步骤2中，手势检测模块处理单元根据线性图像中成像物长度和连续性获得成像物的形状特征值的具体过程为：手势检测模块处理单元预设长度依次变小的第一长度阈值，第二长度阈值，第三长度阈值，第四长度阈值；成像物图像连续，以及成像物图像长度小于所述第一长度阈值且大于所述第二长度阈值，则识别为手掌操作；成像物图像连续，以及图像长度小于所述第三长度阈值且大于所述第四长度阈值，则识别为手指操作；成像物图像不连续，则识别为无效手势操作。

9.根据权利要求8所述的投影设备的手势控制方法，其特征在于，在步骤3中：手势检测模块处理单元识别出操作手势为手掌左右划过屏幕时，采集模块向微型投影设备的处理计算模块发送翻页手势信号；手势检测模块处理单元识别出操作手势为手指左右划过屏幕或者在屏幕上画圈时，向微型投影设备的处理计算模块发送标注手势信号；手势检测模块处理单元识别出的操作手势非翻页手势或标注手势，则判定为无效手势信号。

10.根据权利要求9所述的投影设备的手势控制方法，其特征在于，在步骤1中，手势检测模块红外线发射器发射平行于所述屏幕的红外线；人手在所述屏幕上操作时，反射红外线至第一线阵图像采集单元和第二线阵图像采集单元。