CN109407901B - 投影仪外置触控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及投影仪触控技术领域，具体涉及投影仪外置触控系统，包括供电单元、光源发射单元、光线接收单元、信号处理单元、数据处理单元，触碰点处的光线被阻挡而反射照射到光线接收单元中的传感器上，传感器接受特定角度的反射光线产生响应信号，再由数据处理单元计算出触碰点的空间坐标，由此实现触控，能满足各种类型的投影仪的触控需求，适用性强，且根据两个产生响应的传感器感知的反射光线的数据直线方程即可求得触碰点的空间坐标，减少触摸点定位过程的步骤，缩短触碰操作的响应时间，进而提高响应速率。

Description

投影仪外置触控系统
技术领域
本发明涉及投影仪触控技术领域，具体涉及投影仪外置触控系统。
背景技术
现如今我们在工作和学习中经常使用投影仪，通过投影仪将电脑中的图像投影到幕布上形成投影图像，市场上现有的投影仪大部分不具备触控功能，且在现有触控技术中，进行触摸点定位时，如红外触控技术一般要进行长、短边上的各个扫描方向的扫描，以确定长、短边上的每一个扫描方向上的被遮挡光路，然后根据扫描得到的所有被遮挡光路中，两两相交的被遮挡光路的位置，采用浮点运算的方式计算两两相交的被遮挡光路的交点的坐标值，以实现对触摸点的定位，其中扫描所有的被遮挡的光路不但花费时间长，导致触摸屏的响应时间较长、响应速率慢。
发明内容
本发明提供了投影仪外置触控系统，解决现有的投影仪不具备触控功能、现有的触摸点坐标定位繁杂、耗时长导致触摸屏响应速率慢的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了投影仪外置触控系统，采用的技术方案为：包括供电单元，还包括：
光源发射单元，用于发射光线并在距投影仪幕布一定距离的空间平面内形成衍射光幕，所述衍射光幕覆盖所述投影仪幕布并与所述投影仪幕布的形状相适配；
光线接收单元，用于接收由于衍射光幕的光线被障碍物阻挡后形成的、与设定角度的栅格平行的反射光线，并由与所述光线接收单元内的各所述栅格一一对应的传感器产生相应唯一的、确定的响应信号；
信号处理单元，用于接收所述光线接收单元输出的响应信号，并将响应信号进行处理后输入数据处理单元；
数据处理单元，用于接收经所述信号处理单元输出的响应信号，并根据响应信号计算得到所述衍射光幕中触碰点的空间坐标信号；
所述供电单元、光源发射单元、光线接收单元、信号处理单元、数据处理单元通信连接。
优选地，所述信号处理单元为信号放大单元，用于将响应信号进行放大处理。
优选地，还包括显示单元，所述显示单元用于接收数据处理单元输出的空间坐标信号并在坐标显示屏上显示所述触碰点的空间坐标，所述显示单元与所述供电单元、光源发射单元、光线接收单元、信号处理单元、数据处理单元通信连接。
优选地，还包括坐标计算方法，所述坐标计算方法包括以下步骤：
(1)定义各所述传感器的横向空间物理位置所形成的直线为X轴，与所述X轴纵向垂直并相交的直线为Y轴，所述X轴与所述Y轴形成的平面为坐标平面；
(2)各传感器感知的反射光线的空间轨迹在坐标平面内均为数学直线方程Y＝aX+b，由至少两个传感器感知的反射光线的直线方程计算出的交点的空间坐标即为触碰点的空间坐标。
优选地，所述坐标计算方法包括以下步骤：
(1)定义各所述传感器的横向空间物理位置所形成的直线为X轴，与所述X轴纵向垂直并相交的直线为Y轴，所述X轴与所述Y轴形成的平面为坐标平面，所述X轴与所述Y轴的交点为坐标平面的坐标原点；
(2)定义各栅格的设定角度为α，各产生响应信号的所述传感器的空间坐标为(m,n)，各所述传感器感知的反射光线的空间轨迹在坐标平面内均为数学直线方程Y＝aX+b，由各所述传感器对应的各栅格的设定角度α计算数学直线方程中的a值，由各产生响应的所述传感器的空间坐标(m,n)计算直线方程中的b值，即可得出与各产生响应信号的传感器对应的反射光线的数学直线方程，由至少两个传感器感知的反射光线的直线方程计算出交点的空间坐标，即为触碰点的空间坐标。
优选地，各栅格的设定角度α分别为45度角、90度角、135度角。
优选地，45度角栅格对应的传感器感知的反射光线(1)的数学直线方程为Y＝X+n-m，90度角栅格对应的传感器感知的反射光线(2)的数学直线方程为X＝m，135度角栅格对应的传感器感知的反射光线(3)的数学直线方程为Y＝-X+n+m，由至少两个所述数学直线方程计算交点即为触碰点的空间坐标。
本发明与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)通过光源发射单元、光线接收单元、信号处理单元、数据处理单元和显示单元，衍射光幕中照射到触碰点处的光线被阻挡而反射照射到光线接收单元，光线接收单元中的传感器接受特定角度的反射光线的照射而产生响应信号，经信号处理单元进行放大输出至数据处理单元，由数据处理单元根据坐标计算方法计算出触碰点的空间坐标，并将空间坐标信号输送至显示单元呈现为人眼可见的形式，由此触碰点的轨迹变化即被实时记录下来并显示在显示单元上，进而实现触控，本发明能满足各种类型的投影仪的触控需求，适用性强。
(2)本发明的坐标计算方法不需要逐个扫描所有被遮挡的光路，由于每个传感器都有唯一且确定的IP地址，响应信号传输至数据处理单元后，即可判断出为哪个传感器接收了何种角度的反射光线的照射，且每个传感器所感知的反射光线在空间平面内的轨迹均为数学直线方程，计算各不同传感器所感知的反射光线在空间平面内的交点即可求得触碰点的空间坐标，由于每个传感器感知的反射光线的数学直线方程为固定的，故根据两个产生响应的传感器的空间坐标即可求得触碰点的空间坐标，减少触摸点定位过程的步骤，从而减少了触碰操作的响应时间，进而提高了响应速率。
附图说明
图1为本发明不同角度的栅格对应的传感器感知的反射光线的空间轨迹图。
图中：1：45度角栅格对应的传感器感知的反射光线、2：90度角栅格对应的传感器感知的反射光线、3:135度角栅格对应的传感器感知的反射光线、401：A区、501：B区、601：C区。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
投影仪外置触控系统，包括供电单元，还包括光源发射单元、光线接收单元、信号处理单元、数据处理单元和显示单元，供电单元、光源发射单元、光线接收单元、信号处理单元、数据处理单元、显示单元通信连接。
光源发射单元采用红外光源发射单元，红外光源发射单元发射红外光并在距投影仪幕布一定距离的空间平面内形成衍射光幕，优选地是在无线接近投影仪幕布的空间平面内形成平行于幕布的红外衍射光幕，红外衍射光幕覆盖幕布并且与幕布的形状相配合。
光线接收单元，用于接收由于衍射光幕的光线被障碍物阻挡后形成的、与设定角度的栅格平行的反射光线，并由与所述光线接收单元内的各所述栅格一一对应的传感器产生相应唯一的、确定的响应信号，各传感器具有唯一的且固定的IP地址信号，光线接收单元包括至少两种与水平方向呈不同设定角度的栅格对应的至少两种传感器，各传感器仅接收与各所述栅格平行的反射光线并产生响应信号，在本实施例中各栅格的设定角度分别为45度角、90度角、135度角，45度角栅格对应的传感器仅接收与45度角栅格平行的反射光线，90度角栅格对应的传感器仅接收与90度角栅格平行的反射光线，135度角栅格对应的传感器仅接收与135度角栅格平行的反射光线，各传感器接收反射光线并产生响应信号，光线接收单元将产生的响应信号通过通信插口传输至信号处理单元。
信号处理单元，用于接收光线接收单元输出的响应信号，信号处理单元包括与各角度的光线传感器对应的信号放大单元，各信号放大单元将与对应的响应信号进行放大，以得到合适强度的信号。
数据处理单元，接收信号处理单元输出的响应信号，并通过坐标定位方法，根据传感器产生的响应信号计算出衍射光幕中触碰点的空间坐标，并将空间坐标信号传输至显示单元数据处理单元，数据处理单元采用89C52型单片机进行数据处理。
显示单元，用于接收数据处理单元输出的触碰点的空间坐标信号并在坐标显示屏上显示，坐标显示屏采用LCD1602型。
本发明实现触碰的原理是：当发生触碰时，衍射光幕中照射到触碰点的光线被阻挡而发生反射，反射光线照射到光线接收单元，仅有与光线接收单元中设定角度的栅格平行的反射光线可以进入各栅格，并被光线接收单元中的、与各栅格一一对应的传感器接收，传感器受到反射光线照射产生响应信号，响应信号经过信号处理单元将信号进行放大，再输送至数据处理单元并被处理，转化成触碰点的空间坐标，最后通过显示单元的坐标显示屏将触碰点的空间坐标显示为人眼可见的形式，若坐标显示屏上有坐标显示，则表明有触碰动作的发生，若触碰物在衍射光幕上移动，触碰点的实时空间坐标被不断输出至显示单元并显示在坐标显示屏上，就可看到触碰的轨迹，实现以坐标控制触碰的过程，若将实时记录的空间坐标连接为线条就可实现书写或标记的功能。
本实施例中数据处理单元采用坐标定位方法将传感器的响应信号转化为触碰点的空间坐标信号，坐标定位方法的具体步骤为：
(1)定义各横向线性均匀排列的栅格形成的直线为X轴，与X轴纵向垂直并相交的直线为Y轴，各栅格位于Y轴的同一侧，X轴与Y轴形成的平面为坐标平面，X轴与Y轴的交点为坐标原点，定义各产生响应信号的传感器的空间坐标为(m,n)；
(2)定义相邻各栅格的横向距离为p，定义各45度角光线传感器的编号依次为a1,a2,a3......ai(i为栅格数)，各90度角光线传感器的编号依次为b1,b2,b3......bi(i为栅格数)，各135度角光线传感器的编号依次为c1,c2,c3......ci(i为栅格数)，各传感器的编号按照与坐标原点距离由近及远的顺序标注；
(3)各传感器感知的反射光线的空间轨迹在坐标平面内均为数学直线方程Y＝aX+b，设定角度α＝45时，数学直线方程中的a＝1，b＝n-m,则45度角栅格对应的传感器感知的反射光线1的数学直线方程为Y＝X+n-m，设定角度α＝135时，数学直线方程中的a＝-1，b＝n+m,则135度角栅格对应的传感器感知的反射光线3的数学直线方程为Y＝-X+n+m，设定角度α＝90时，90度角栅格对应的传感器感知的反射光线2的数学直线方程为X＝m；
(4)定义45度角栅格对应的传感器感知的反射光线1与90度角栅格对应的传感器感知的反射光线2的相交区为A区(401)，90度角栅格对应的传感器感知的反射光线2与135度角栅格对应的传感器感知的反射光线3的相交区为B区(501)，45度角栅格对应的传感器感知的反射光线1、90度角栅格对应的传感器感知的反射光线2与135度角栅格对应的传感器感知的反射光线3的相交区为C区(601)；
(5)定义触碰点为z，触碰点z在A区(401)时，产生响应信号的45度角栅格对应的传感器的编号为ai，该传感器的空间坐标为(p×ai，0)，即m＝p×ai，n＝0，则该45度角栅格对应的传感器感知的反射光线1的数学直线方程为Y＝X-p×ai，产生响应信号的90度角栅格对应的传感器的编号为bi，该传感器的空间坐标为(p×bi，0),即m＝p×bi，n＝0，则该90度角栅格对应的传感器感知的反射光线2的数学直线方程为X＝p×bi，则触碰点z的空间坐标即为45度角栅格对应的传感器感知的反射光线1与90度角栅格对应的传感器感知的反射光线2相交点的空间坐标，即计算各自对应的数学直线方程的交点，得到触碰点z的空间坐标为(p×bi，p×bi-p×ai)；
(6)触碰点z在B区(501)时，产生响应信号的90度角栅格对应的传感器的编号为bi，该传感器的空间坐标为(p×bi，0)，即m＝p×bi，n＝0，则该90度角栅格对应的传感器感知的反射光线2的数学直线方程为X＝p×bi，产生响应信号的135度角栅格对应的传感器的编号为ci，该传感器的空间坐标为(p×ci，0)，即m＝p×ci，n＝0，则该135度角栅格对应的传感器感知的反射光线3的数学直线方程为Y＝-X+p×ci，则触碰点z的空间坐标即为90度角栅格对应的传感器感知的反射光线2与135度角栅格对应的传感器感知的反射光线3相交点的空间坐标，即计算各自对应的数学直线方程的交点，得到触碰点z的空间坐标为(p×bi，p×ci-p×bi)；
(7)触碰点z在C区(601)时，按照步骤(3)和步骤(4)相同的计算方法，计算出触碰点的空间坐标为分别为(p×bi，p×bi-p×ai)和(p×bi，p×ci-p×bi)，取以上两个空间坐标的平均值即为触碰点z的空间坐标为
Figure BDA0001826736150000041
在本发明中，当在确定同一个触碰点的空间坐标，多个临近的角度相同的各栅格对应的各传感器会同时产生响应信号，此时以处于中间位置的传感器来计算触碰点的空间坐标，此外还可以设计其他角度的栅格，如30度角栅格、60度角栅格、120度角栅格和150度角栅格，或者其他设定角度的栅格，在触碰点的空间坐标时按照以上实施例相同的方法进行计算，且为了满足触碰点坐标计算的精确性及触控范围的不同大小，可以调整设定角度栅格的排列密度和栅格的数量。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.投影仪外置触控系统，包括供电单元，其特征在于还包括：
光源发射单元，用于发射光线并在距投影仪幕布一定距离的空间平面内形成衍射光幕，所述衍射光幕覆盖所述投影仪幕布并与所述投影仪幕布的形状相适配；
光线接收单元，用于接收由于衍射光幕的光线被障碍物阻挡后形成的、与设定角度的栅格平行的反射光线，并由与所述光线接收单元内的各所述栅格一一对应的传感器产生相应唯一的、确定的响应信号，其中，各栅格的设定角度α分别为45度角、90度角、135度角；
信号处理单元，用于接收所述光线接收单元输出的响应信号，并将响应信号进行处理后输入数据处理单元；
数据处理单元，用于接收经所述信号处理单元输出的响应信号，并根据响应信号计算得到所述衍射光幕中触碰点的空间坐标信号；
所述供电单元、光源发射单元、光线接收单元、信号处理单元、数据处理单元通信连接。
2.如权利要求1所述的投影仪外置触控系统，其特征在于：所述信号处理单元为信号放大单元，用于将响应信号进行放大处理。
3.如权利要求2所述的投影仪外置触控系统，其特征在于：还包括显示单元，所述显示单元用于接收数据处理单元输出的空间坐标信号并在坐标显示屏上显示所述触碰点的空间坐标，所述显示单元与所述供电单元、光源发射单元、光线接收单元、信号处理单元、数据处理单元通信连接。
4.如权利要求1-3任一所述的投影仪外置触控系统，其特征在于：还包括坐标计算方法，所述坐标计算方法包括以下步骤：
(1)定义各所述传感器的横向空间物理位置所形成的直线为X轴，与所述X轴纵向垂直并相交的直线为Y轴，所述X轴与所述Y轴形成的平面为坐标平面；
(2)各传感器感知的反射光线的空间轨迹在坐标平面内均为数学直线方程Y＝aX+b，由至少两个传感器感知的反射光线的直线方程计算出的交点的空间坐标即为触碰点的空间坐标。
5.如权利要求4所述的投影仪外置触控系统，其特征在于：所述坐标计算方法包括以下步骤：
(1)定义各所述传感器的横向空间物理位置所形成的直线为X轴，与所述X轴纵向垂直并相交的直线为Y轴，所述X轴与所述Y轴形成的平面为坐标平面，所述X轴与所述Y轴的交点为坐标平面的坐标原点；
(2)定义各栅格的设定角度为α，各产生响应信号的所述传感器的空间坐标为(m,n)，各所述传感器感知的反射光线的空间轨迹在坐标平面内均为数学直线方程Y＝aX+b，由各所述传感器对应的各栅格的设定角度α计算数学直线方程中的a值，由各产生响应的所述传感器的空间坐标(m,n)计算直线方程中的b值，即可得出与各产生响应信号的传感器对应的反射光线的数学直线方程，由至少两个传感器感知的反射光线的直线方程计算出交点的空间坐标，即为触碰点的空间坐标。
6.如权利要求5所述的投影仪外置触控系统，其特征在于：45度角栅格对应的传感器感知的反射光线(1)的数学直线方程为Y＝X+n-m，90度角栅格对应的传感器感知的反射光线(2)的数学直线方程为X＝m，135度角栅格对应的传感器感知的反射光线(3)的数学直线方程为Y＝-X+n+m，由至少两个所述数学直线方程计算交点即为触碰点的空间坐标。
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