CN107229385B - 一种提高控制光标移动轨迹的光滑程度的方法 - Google Patents

一种提高控制光标移动轨迹的光滑程度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明专利的实施例中公开了一种联合信息交互系统，其特征在于，采用增强校准点附近图像相对于周围环境图像对比度的方法来进行抗环境光干扰。该方法还包括，其一是增强校准点附近图像对于周围环境图像的亮度差，其二是增强校准点附近图像边缘的光滑程度。采用本发明专利所示的方法，使得光学触摸屏自动定位的抗环境光干扰能力大为提高。

Description

一种提高控制光标移动轨迹的光滑程度的方法
技术领域
本发明专利涉及一种提高控制光标移动轨迹的光滑程度的方法
背景技术
本人在申请号为200910180424X所描述的专利中公开了一种基于光学原理进行触摸控制的通用光学触摸屏装置。该装置能将任何显示屏幕变成一个光学的触摸屏。并将人的触摸控制从触屏旁边解放出来：使用者用光束作为控制器，只要把“光点”发射到触屏上，就能实现对触屏的遥控点击触摸。
该专利中，为了实现用光点来对显示屏幕的触摸操作，利用摄像机不断拍摄显示屏幕，对拍得的图像进行处理，识别出控制光点在显示屏幕上指示的位置，进而依此控制计算机光标移动到此为止，从而实现了控制光点对计算机光标移动的控制。
如果直接使用识别出的控制光点来控制计算机光标相应依次移动。那计算机光标移动的轨迹光滑程度主要由摄像机的拍摄帧率决定：摄像机的拍摄帧率越高，每秒能控制计算机光标移动的点数越多，相应的移动轨迹就会越光滑。
由于摄像机硬件参数的限制，其拍摄频率不能无限提高；以及受到计算机处理速度的限制，每秒种能够处理的拍摄图像帧率也有限。这就限制了计算机光标移动轨迹的光滑程度。对于需要实现光滑轨迹控制的操作(例如：在显示屏幕上面写字、绘画等)来说造成很大制约。
发明内容
有鉴于此，本发明专利实施例的主要目的在于提高控制光标移动轨迹光滑程度。
采用本发明专利所示的方法，能够在不提高摄像机拍摄帧率下，大大提高光学触摸屏控制光标移动轨迹的光滑程度。
一种使用校准方块的、提高光学触摸屏控制光标移动轨迹的光滑程度的方法，其特征在于，采用增强校准方块顶点附近图像相对于周围环境图像对比度的方法来进行抗环境光干扰，包括，其一是增强校准点附近图像对于周围环境图像的亮度差，其二是增强校准点附近图像边缘的光滑程度。
优选的，其特征在于，增强校准点附近图像对于周围环境图像的亮度差的方法，还包括，利用拍摄反色图像相减的方法，以减小周围环境光的亮度干扰。
优选的，其特征在于，拍摄反色图像相减的方法，还包括，在显示屏幕上显示校准原始图及其反色图像，利用拍摄所得的图像相减获得最终使用的经过亮度差增强校准图；实施的过程还包括，
先在屏幕上显示校准图，并拍摄下来获得校准原始图(101)；
然后紧接着在屏幕上显示校准图的反色图，并拍摄下来获得矫正参考图(104)；
由于校准原始图(101)和矫正参考图(104)相邻拍摄，从拍摄获得的图像可看出，周围环境光比较类似；
这时，用校准原始图(101)减去矫正参考图(104)，得到最终使用的经过亮度差增强的校准图(106)；
由此可见，若用校准原始图(101)直接来计算校准点，图中(103)所指的区域对方块(102)在整体图像中的亮度有较大的影响，很难精确的计算出各个方块的顶点；而在获得的最终使用的经过亮度差增强的校准图(106)中，如(103)所指的区域被(105)所指的区域减掉一样，校准原始图(101)和矫正参考图(104)中不变的环境光部分被减掉了；此时，图(106)中方块较周围环境光的亮度对比十分明显；更易于图像识别，获得更准确的定位。
优选的，其特征在于，两幅图像相减的算法，还包括，
用两幅图相同坐标位置的像素点的像素值相减获得在该位置的结果图案像素值：如图1所示，设坐标点x，y处第一幅图(101)的像素值为a，相同坐标点x，y处第二幅图(104)的像素值为b，则在该坐标点x，y处两幅图的相减图(106)的像素值为a-b；其中，若a-b的值小于零，则设为0；
优选的，其特征在于，增强校准点附近图像边缘的光滑度的方法，还包括，是增强方块相对于周围环境图像边缘的光滑度。
优选的，其特征在于，增强方块相对于周围环境图像边缘的光滑度的方法，还包括，增强方块顶点附近图像边缘的光滑度。
优选的，其特征在于，增强方块顶点附近图像边缘的光滑度的方法，还包括，在显示屏幕上特别显示出方块四个顶点附近小区域的图像，用以获得更光滑的方块顶点附近图像边缘。
优选的，其特征在于，获得更光滑的方块顶点附近图像边缘的方法，实施过程还包括，
首先，利用权利要求4所述的方法，用仅含方块四个顶点附近小区域的校准原始图(201)减去其矫正参考图(202)获得经过亮度差增强的方块顶点附近小区域图(203)；图(203)中方块顶点附近图像相比于周围图像亮度值增强。
然后，获得方块中心的填充图案。为了后续图像处理中提取方块顶点的方便，需要将图(203)的方块中心填上。然后，利用权利要求4所述的方法，用方块扣除四个顶点附近小区域后剩下的中心区域图片(301)减去其矫正参考图(302)获得经过亮度差增强的方块中心填充图(303)；图(303)中方块中心填充图案相比于周围图像亮度值增强。
最后，将经过亮度差增强的方块顶点附近小区域图(203)加上方块中心的填充图(303)，获得最终使用的校准图(401)。
优选的，其特征在于，两幅图像相加的算法，还包括，
用两幅图相同坐标位置的像素点的像素值相加获得在该位置的结果图案像素值：如图4所示，设坐标点x，y处第一幅图(203)的像素值为a，相同坐标点x，y处第二幅图(303)的像素值为b，则在该坐标点x，y处两幅图的相加图(401)的像素值为a+b；其中，若a+b的值大于255，则设为255。
优选的，其特征在于，获得方块中心的填充图的方法，还包括，需要将填充图案设置为略大于方块减去其顶点附近区域后的空白区域，才能更有利于后续图像处理中提取方块顶点。
附图说明
图1为本实用新型专利实施例所述的利用反色图像相减来增强校准方块相对于环境图案亮度示意图；
图2为本实用新型专利实施例所述的利用反色图像相减来获得增强的方块顶点区域示意图；
图3为本实用新型专利实施例所述的利用反色图像相减来获得方块中心相对于周围环境增强的填充图案示意图；
图4为本实用新型专利实施例所述的将增强的方块顶点区域和方块中心填充图案相加示意图；
图5为本实用新型专利实施例所述的经过抗干扰设计的校准图校准效果示意图；
图6为本实用新型专利实施例所述的校准前后对比图。
具体实施方式
为使本发明专利的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明专利再作进一步详细的说明。
如图1所示，A、B、C、D为从连续摄像拍摄到的四张图中识别出来的控制光点的位置，若仅用它们直接控制计算机光标移动到相应位置，那么计算机光标移动的轨迹为图中线段AB、BC、CD；对于新拍摄的一张图，设识别出来控制光点的位置为E，则计算机光标新增的移动轨迹为线段DE。
图2所示为经过曲线拟合之后的光标移动轨迹。先以A、B、C、D四个点来拟合出曲线。当新的一个点E出现的时候，用曲线ABCD的解析式计算出DE的曲线轨迹。然后控制光标按照曲线DE移动。
设A、B、C、D四个点的位置坐标分别为Ax，Ay、Bx，By、Cx，Cy、Dx，Dy，则曲线ABCD的解析式为：
设新的一点E的位置坐标为Ex，Ey，则，新增的曲线DE可以视为曲线ABCD的延伸，其解析式与相同。
Ex＝x+Ax*f+Bx*g+Cx*h
Ey＝y+Ay*f+By*g+Cy*h
t＝1/(Ndiv*i)
f＝t*t*(3-2*t)
g＝t*(t-1)*(t-1)
h＝t*t*(t-1)
Ax＝
图3所示为由第N，N+1，N+2，N+3个已知实测点，拟合出N+3点和新增的N+4点之间的曲线流程图。
步骤301，记录
要做到更精确的自动对准，就得增强摄像获得的对准图中方块相对于周围环境的对比度。
为了提高光学触摸屏的自动定位精度，增强其在各种环境光下自动对准的抗环境光干扰能力，我们设计了如下方法：
方法一是增强方块相对于周围环境图像的亮度，以减小周围环境光的亮度干扰。可以采用拍摄显示区域的反色图像，利用图像相减的方法。
具体的校准过程是：
先在显示屏幕上面显示含有校准方块的校准图，并拍摄下来获得校准原始图(101)；然后紧接着在显示屏幕上面显示校准图的反色图，并拍摄下来获得矫正参考图(104)。由于图(101)和图(104)相邻拍摄，从获得的图像可看出，图片中的环境光互相类似。
这时，用校准原始图(101)减去矫正参考图(104)，得到最终使用的经过亮度差增强的校准图(106)。
从获得的图像可看出，若用校准原始图(101)直接来计算校准点，图中(103)所指的区域对方块(102)在整体图像中的亮度有较大的影响，很难精确的计算出各个方块的顶点。而在获得的最终使用的经过亮度差增强的校准图(106)中，如(103)所指的区域被(105)所指的区域减掉一样，校准原始图(101)和矫正参考图(104)中不变的环境光部分被减掉了；此时，图(106)中方块较周围环境光的亮度对比十分明显；更易于图像识别，获得更准确的定位。
其中，两幅图像相减的算法是：用两幅图相同坐标位置的像素点的像素值相减获得在该位置的结果图案像素值：如图1所示，设坐标点x，y处第一幅图(101)的像素值为a，相同坐标点x，y处第二幅图(104)的像素值为b，则在该坐标点x，y处两幅图的相减图(106)的像素值为a-b；其中，若a-b的值小于零，则设为0；
方法二是增强方块边缘的光滑度，尤其是增强方块顶点附近图像边缘的光滑度。可以采用在显示屏幕上特别显示出方块四个顶点附近小区域的图像，用以获得更光滑的方块顶点附近图像边缘。如下是一个具体的实施过程：
首先，获得方块顶点附近的增强图案。
利用图1所示的方法，用仅含方块四个顶点附近小区域的校准原始图(201)减去其矫正参考图(202)获得经过亮度差增强的方块顶点附近小区域图(203)；图(203)中方块顶点附近图像相比于周围图像亮度值增强。
然后，获得方块中心的填充图案。
为了后续图像处理中提取方块顶点的方便，需要将图(203)的方块中心填上。然后，利用图1所示的方法，用方块扣除四个顶点附近小区域后剩下的中心区域图片(301)减去其矫正参考图(302)获得经过亮度差增强的方块中心填充图(303)；图(303)中方块中心填充图案相比于周围图像亮度值增强。
最后，将经过亮度差增强的方块顶点附近小区域图(203)加上方块中心的填充图(303)，获得最终使用的校准图(401)。
两幅图像相加的算法是：用两幅图相同坐标位置的像素点的像素值相加获得在该位置的结果图案像素值：如图4所示，设坐标点x，y处第一幅图(203)的像素值为a，相同坐标点x，y处第二幅图(303)的像素值为b，则在该坐标点x，y处两幅图的相加图(401)的像素值为a+b；其中，若a+b的值大于255，则设为255。
需要注意的是，实测表明，需要将图(301)方块中心的菱形区域略大于图(201)中方块中心的空白区域，才能更有利于后续图像处理中提取方块顶点。
图5为采用抗干扰设计的自动对准效果和未采用抗干扰设计的自动对准效果对比图。
其中，(501)中背景图为直接拍摄校准方块获得，其上标记了利用该图计算出的顶点坐标；
(502)中背景图为图(401)，其上标记了利用图(401)计算出的顶点坐标。
可以看到经过抗干扰处理获得的校准点坐标要更加精确得多。
以上所述，仅为本发明专利的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种使用校准方块的、提高光学触摸屏控制光标移动轨迹的光滑程度的方法，其特征在于，采用增强校准方块顶点附近图像相对于周围环境图像对比度的方法来进行抗环境光干扰；
增强校准方块顶点附近图像相对于周围环境图像对比度的方法还包括增强校准方块顶点附近图像边缘的光滑程度；
增强校准方块顶点附近图像边缘的光滑度的方法还包括，增强校准方块相对于周围环境图像边缘的光滑度；
增强校准方块顶点附近图像边缘的光滑度的方法还包括，在显示屏幕上特别显示出校准方块四个顶点附近小区域的图像，用以获得更光滑的校准方块顶点附近图像边缘；
获得更光滑的校准方块顶点附近图像边缘，其实施过程还包括，首先，利用增强校准方块顶点附近图像对于周围环境图像的亮度差的方法，用仅含校准方块四个顶点附近小区域的校准原始图(201)减去其矫正参考图(202)获得经过亮度差增强的校准方块顶点附近小区域图(203)；然后，利用增强校准方块顶点附近图像对于周围环境图像的亮度差的方法，用校准方块扣除四个顶点附近小区域后剩下的中心区域图片(301)减去其矫正参考图(302)获得经过亮度差增强的校准方块中心填充图；最后，将经过亮度差增强的校准方块顶点附近小区域图(203)加上校准方块中心的填充图(303)，获得最终使用的校准图(401)；
所述的增强校准方块顶点附近图像对于周围环境图像的亮度差的方法还包括，利用拍摄反色图像相减的方法，以减小周围环境光的亮度干扰，拍摄反色图像相减的方法还包括，在显示屏幕上显示校准原始图及其反色图像，利用拍摄所得的图像相减获得最终使用的经过亮度差增强校准图，实施的过程还包括，先在屏幕上显示校准图，并拍摄下来获得校准原始图(101)，然后紧接着在屏幕上显示校准图的反色图，并拍摄下来获得矫正参考图(104)，用校准原始图(101)减去其矫正参考图(104)，得到最终使用的经过亮度差增强的校准图(106)；
获得校准方块中心的填充图的方法还包括，需要将填充图案设置为略大于校准方块减去其顶点附近区域后的空白区域，才能更有利于后续图像处理中提取校准方块顶点。
2.依据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用拍摄反色图像相减的方法包括，用两幅图相同坐标位置的像素点的像素值相减获得在该位置的结果图案像素值，若结果图案像素值的值小于零，则设为0；所述将经过亮度差增强的校准方块顶点附近小区域图(203)加上校准方块中心的填充图(303)的方法为用两幅图相同坐标位置的像素点的像素值相加获得在该位置的结果图案像素值，若结果图案像素值的值大于255，则设为255。
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