CN110119208B - 悬浮显示成像装置及悬浮显示触控方法 - Google Patents

悬浮显示成像装置及悬浮显示触控方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种悬浮显示成像装置，包括显示面板，以及与显示面板成角度设置空气成像板，还包括：红外照明结构，用于向悬浮成像区域提供红外光；反射型红外滤光片，设置于所述显示面板和所述空气成像板之间，用于反射经手指反射的红外光；红外传感面板，位于所述反射型红外滤光片远离所述显示面板的一侧，用于接收所述反射型红外滤光片反射的红外光，并在检测到具有预设亮度分布的光斑时发出影像信号；影像处理结构，用于根据所述影像信号获得手指触控位置，并根据包括所述触控位置的触控信息，触发相应的触控操作。本发明还涉及一种悬浮显示触控方法。

Description

悬浮显示成像装置及悬浮显示触控方法
技术领域
本发明涉及悬浮显示产品制作技术领域，尤其涉及一种悬浮显示成像装置及悬浮显示触控方法。
背景技术
由于悬浮显示的显示画面已经脱离了物理显示器件，人机交互过程也将悬空展开，此时由于手指不能与实体传感器相接触，传统电容或电阻触控技术将不再有效。现有的解决方案均采用成像交互技术，如基于深度图像的手势识别。
虽然悬浮显示技术使显示图像脱离了屏幕实体，但其本质上还是一种二维显示，使用者在感知和交互上仍是采用的二维交互的逻辑。基于成像的交互技术需要在三维空间中准确捕捉使用者的手部操作及运动，这在技术上目前仍具有一定难度，尤其是在动作幅度较小时容易导致识别失败。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种悬浮显示成像装置及悬浮显示触控方法，解决目前悬浮成像交互、动作幅度小容易导致识别失败的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种悬浮显示成像装置，包括显示面板，以及与显示面板成角度设置空气成像板，还包括：
红外照明结构，用于向悬浮成像区域提供红外光；
反射型红外滤光片，设置于所述显示面板和所述空气成像板之间，用于反射经手指反射的红外光；
红外传感面板，位于所述反射型红外滤光片远离所述显示面板的一侧，用于接收所述反射型红外滤光片反射的红外光，并在检测到具有预设亮度分布的光斑时发出影像信号；
影像处理结构，用于根据所述影像信号获得手指触控位置，并根据包括所述触控位置的触控信息，触发相应的触控操作。
可选的，所述红外传感面板与所述显示面板相对于所述反射型红外滤光片成镜像设置。
可选的，所述红外传感面板的面积大于或等于所述显示面板的显示区域的面积。
可选的，所述红外传感面板包括基板，以及位于所述基板上的光电探测器阵列，每个所述光电探测器包括薄膜晶体管和将入射至所述基板上的红外光转化为光电流的光电二极管。
可选的，所述空气成像板与所述显示面板之间的夹角为40-50度。
可选的，所述影像处理结构包括触控位置获取单元，所述触控位置获取单元包括：
第一获取模式子单元，用于根据所述影像信号获取图像信息，并根据所述图像信息中的高亮度区域的位置确定所述触控位置；和/或，
第二获取模式子单元，用于根据所述影像信号获取图像信息，并对所述图像信息中的高亮度区域图像信息进行分析、以确定手指指端是否位于合焦位置。
可选的，所述第二获取模式子单元包括：
第一处理部分，用于获取所述高亮度区域图像信息的图像梯度分布；
第二处理部分，用于根据所述图像梯度分布、利用卷积神经网络判断手指指端是否处于合焦位置，并在手指的指端处于合焦位置时，确定所述触控位置。
可选的，所述合焦位置为与悬浮成像区域重合、且成像清晰的位置。
本发明还提供一种悬浮显示触控方法，应用于上述的悬浮显示成像装置，包括以下步骤：
采集手指的图像信息；
确定根据所述图像信息获取触控位置的处理模式为第一获取模式或第二获取模式；
触发与所述触控位置相应的触发操作；
其中，
在所述第一获取模式下获取触控位置包括：根据所述影像信号获取图像信息，并根据所述图像信息中的高亮度区域的位置确定所述触控位置；
在所述第二获取模式下获取触控位置包括：根据所述影像信号获取图像信息，并对所述图像信息中的高亮度区域图像信息进行分析、以确定手指指端是否位于合焦位置。
可选的，在所述第二获取模式下获取触控位置具体包括：
获取所述图像信息中的高亮度区域图像信息；
获取所述高亮度区域图像信息的图像梯度分布；
利用卷积神经网络对所述图像梯度分布进行分析处理、以判断手指的指端是否处于合焦位置；
在手指的指端处于合焦位置时，确定所述触控位置。
可选的，在利用卷积神经网络对所述图像梯度分布进行分析处理、以判断手指的指端是否处于合焦位置的步骤前，还包括：
将所述高亮度区域图像信息的像素分辨率转化为与卷积神经网络相匹配的像素分辨率。
本发明的有益效果是：降低悬浮显示成像交互难度，提高触控位置的识别灵敏度，避免动作幅度小时识别失败的问题。
附图说明
图1表示本发明实施例中悬浮显示成像装置结构示意图；
图2表示本发明实施例中红外传感面板部分结构示意图；
图3表示本发明实施例中手指悬浮触控第一状态时的影像示意图；
图4表示本发明实施例中手指悬浮触控第二状态时的影像示意图；
图5表示本发明实施例中手指悬浮触控第三状态时的影像示意图；
图6表示本发明实施例这种悬浮显示触控方法流程示意图；
图7表示本发明实施例中在所述第二获取模式下获取触控位置的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，与悬浮图像交互，通过三维建模以捕捉使用者对的手部操作及运动，动作幅度较小容易导致识别失败。
针对上述技术问题，本实施例提供一种悬浮显示成像装置，包括显示面板1，以及与显示面板1成角度设置空气成像板2，还包括：
红外照明结构3，用于向悬浮成像区域10提供红外光；
反射型红外滤光片4，设置于所述显示面板1和所述空气成像板2之间，用于反射经手指反射的红外光；
红外传感面板5，位于所述反射型红外滤光片4远离所述显示面板1的一侧，用于接收所述反射型红外滤光片4反射的红外光，并在检测到具有预设亮度分布的光斑时发出影像信号；
影像处理结构，用于根据所述影像信号获得手指触控位置，并根据包括所述触控位置的触控信息，触发相应的触控操作。
如图1所示，空气成像板2放置于显示面板1前方，显示面板1各像素发出的光束经过空气成像板2偏折后再次汇聚，并在显示面板1相对于空气成像板2的镜像位置处形成悬浮像。红外照明结构3向悬浮成像区域10提供红外光照明，当手指进入悬浮像区域10时，手指反射的红外光束进入空气成像板2，并经反射型红外滤光片4反射，成像于红外传感面板5。红外传感面板5能够检测到高亮光斑并将影像信号送入影像处理结构处理。可准确的获取触控位置，提高触控位置的识别灵敏度。
需要说明的是，本实施例中采用反射型红外滤光片4对显示面板1发出可见光成像光束完全透过，不影响显示效果；对从手指端反射回的红外光束则完全反射，保证光学触控信号可到达红外传感面板5，且反射型红外滤光片4的面积大于显示面板1的面积，并足以覆盖成像光束口径，以保证手指反射的红外光完全被反射型红外滤光片4反射。
需要说明的是，所述预设亮度分布可根据实际需要设定。
根据空气成像板2的成像特性，显示面板1与悬浮像区域10相对于空气成像板2成镜像关系；由于悬浮成像区域10与触控平面共面，显示面板1与触控平面成镜像关系，且本实施例中，所述红外传感面板5与所述显示面板1相对于所述反射型红外滤光片4成镜像设置。
本实施例中，所述红外传感面板5的面积大于或等于所述显示面板1的显示区域的面积，以保证显示面板1的显示区域被全面覆盖。
所述红外传感面板5的具体结构形式可以有多种，本实施例中，所述红外传感面板5包括基板05，以及位于所述基板05上的光电探测器阵列，每个所述光电探测器包括薄膜晶体管03和将入射至所述基板05上的红外光转化为光电流的光电二极管04，如图2所示。光电二极管04负责将采集到的红外光转换为光电流，薄膜晶体管03为光电流的控制的开关。驱动电路通过栅极线01控制薄膜晶体管03的导通与截止，在薄膜晶体管03导通的状态下，与其串联的光电二极管04产生的光电流会沿数据线02传输到驱动电路中，经处理后转换为对应像素的灰度信息。在驱动电路的时序控制下，可以在一定的采集周期内完成红外传感面板内图像数据的采集。
本实施例中，所述空气成像板2与所述显示面板1之间的夹角为40-50度。如图1所示，显示面板1平行于水平面设置，所述空气成像板2位于显示面板1的前方，根据空气成像板2的特性，显示面板1通过空气成像板2形成的悬浮成像与显示面板1成镜像关系，所述空气成像板2与所述显示面板1之间的夹角为40-50度，悬浮成像恰好位于观察者的前方，便于观察者的观看。
本实施例中，所述红外照明结构3位于所述空气成像板2的下方(参考图示方向)，且红外照明结构3位于悬浮成像区域10的左下方，有效的对悬浮成像区域10提供照明。
本实施例中，所述影像处理结构包括触控位置获取单元，所述触控位置获取单元包括：
第一获取模式子单元，用于根据所述影像信号获取图像信息，并根据所述图像信息中的高亮度区域的位置确定所述触控位置；和/或，
第二获取模式子单元，用于根据所述影像信号获取图像信息，并对所述图像信息中的高亮度区域图像信息进行分析、以确定手指指端是否位于合焦位置。
触控操作可以根据应用场景设置为两种：普通模式和精细模式。普通模式为所述第一获取模式子单元进行，精细模式由所述第二获取模式子单元进行，在普通模式下，影像处理结构根据采集影像的亮度最大值确定触控位置，也就是根据所述图像信息中的高亮度区域的位置确定所述触控位置。由于悬浮触控状态下没有了物理约束和可能存在的视觉偏差，手指不容易准确定位在悬浮像表面，此时指尖可能存在一定的离焦而指腹却恰好在合焦位置，如图5所示，此时，指腹位置的影像亮度最大，因此影像处理结构将以指腹影像位置作为使用者触控位置，造成误触。为了提高触控的精度，精细模式通过对采集到的影像做进一步的处理确定触控点是否为指端，也就是，对所述图像信息中的高亮度区域图像信息进行分析、以确定手指指端是否位于合焦位置。
需要说明的是，在实际应用时，根据不同的应用场景，所述触控位置获取单元可以仅包括所述第一获取模式子单元，或仅包括第二获取模式子单元，或者同时包括所述第一获取模式子单元和所述第二获取模式子单元，并通过切换单元实现所述第一换区模式子单元和所述第二获取模式子单元的自动切换。
需要说明的是，合焦位置为与悬浮成像区域重合、且能够在所述红外传感面板上成像清晰的位置。
本实施例中，所述第二获取模式子单元包括：
第一处理部分，用于获取所述高亮度区域图像信息的图像梯度分布；
第二处理部分，用于根据所述图像梯度分布、利用卷积神经网络判断手指指端是否处于合焦位置，并在手指的指端处于合焦位置时，确定所述触控位置。
手指对悬浮像触控时，包括三种状态，对应三种状态，到达所述红外传感面板的表面的影像也有所区别。
第一状态：手指未达到悬浮像平面(悬浮成像区域)，手指完全离焦，此时影像光斑弥散，如图3所示；
第二状态：手指恰好位于悬浮像平面，指尖部位合焦，成像清晰，而后端的指腹则逐渐离焦，光斑弥散，如图4所示；
第三状态，手指穿过悬浮像平面，只有指腹中间部位合焦，而指尖和指跟则处于离焦状态，整体上光斑呈弥散，如图5所示。
图像的离焦和合焦直接决定图像的梯度分布，因此，通过对图像求解梯度，可以判断手指是否处于合焦位置。
为了增强系统的鲁棒性，本实施例采用卷积神经网络对图像的梯度分布图进行训练。为了降低卷积神经网络训练和判定的数据处理压力，仅将图像中的高亮区域进行截取进行后续处理，也就是说，通过卷积神经网络进行分析判断的对象是高亮度区域图像信息，而不是由所述红外传感面板接收的完整的图像信息。在系统标定阶段，通过大量的触控测试在手指合焦和离焦位置获取大量图像，并对这些图像是否合焦进行人工标注，作为卷积神经网络的训练数据。在实际应用中，利用前述训练得到的神经网络模型完成对手指合焦和离焦状态的判定。在显示系统工作状态时，影像处理结构对采集到的每一帧图像进行识别，只有当手指的指端处于合焦位置时，才能触发相应的操作行为。
本实施例还提供一种悬浮显示触控方法，应用于上述的悬浮显示成像装置，如图6所示，包括以下步骤：
采集手指的图像信息；
确定根据所述图像信息获取触控位置的处理模式为第一获取模式或第二获取模式；
触发与所述触控位置相应的触发操作；
其中，
在所述第一获取模式下获取触控位置包括：根据所述影像信号获取图像信息，并根据所述图像信息中的高亮度区域的位置确定所述触控位置；
在所述第二获取模式下获取触控位置包括：根据所述影像信号获取图像信息，并对所述图像信息中的高亮度区域图像信息进行分析、以确定手指指端是否位于合焦位置。
红外照明结构向悬浮成像区域提供红外光照明，当手指进入悬浮像区域时，手指反射的红外光束进入空气成像板，并经反射型红外滤光片反射，成像于红外传感面板。红外传感面板能够检测到高亮光斑并将影像信号送入影像处理结构处理。可准确的获取触控位置，提高触控位置的识别灵敏度。
本实施例中，如图7所示，在所述第二获取模式下获取触控位置具体包括：
获取所述图像信息中的高亮度区域图像信息；
获取所述高亮度区域图像信息的图像梯度分布；
利用卷积神经网络对所述图像梯度分布进行分析处理、以判断手指的指端是否处于合焦位置；
在手指的指端处于合焦位置时，确定所述触控位置。
本实施例中，在利用卷积神经网络对所述图像梯度分布进行分析处理、以判断手指的指端是否处于合焦位置的步骤前，还包括：
将所述高亮度区域图像信息的像素分辨率转化为与卷积神经网络相匹配的像素分辨率。
在利用卷积神经网络对所述图像梯度分布进行分析处理，可提高触控位置判断的精确性。
以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (11)

1.一种悬浮显示成像装置，包括显示面板，以及与显示面板成角度设置空气成像板，其特征在于，还包括：
红外照明结构，用于向悬浮成像区域提供红外光；
反射型红外滤光片，设置于所述显示面板和所述空气成像板之间，用于反射所述空气成像板折射的由手指反射的红外光；
红外传感面板，位于所述反射型红外滤光片远离所述显示面板的一侧，用于接收所述反射型红外滤光片反射的红外光，并在检测到具有预设亮度分布的光斑时发出影像信号；
影像处理结构，用于根据所述影像信号获得手指触控位置，并根据包括所述触控位置的触控信息，触发相应的触控操作。
2.根据权利要求1所述的悬浮显示成像装置，其特征在于，所述红外传感面板与所述显示面板相对于所述反射型红外滤光片成镜像设置。
3.根据权利要求1所述的悬浮显示成像装置，其特征在于，所述红外传感面板的面积大于或等于所述显示面板的显示区域的面积。
4.根据权利要求1所述的悬浮显示成像装置，其特征在于，所述红外传感面板包括基板，以及位于所述基板上的光电探测器阵列，每个所述光电探测器包括薄膜晶体管和将入射至所述基板上的红外光转化为光电流的光电二极管。
5.根据权利要求1所述的悬浮显示成像装置，其特征在于，所述空气成像板与所述显示面板之间的夹角为40-50度。
6.根据权利要求1所述的悬浮显示成像装置，其特征在于，所述影像处理结构包括触控位置获取单元，所述触控位置获取单元包括：
第一获取模式子单元，用于根据所述影像信号获取图像信息，并根据所述图像信息中的高亮度区域的位置确定所述触控位置；和/或，
第二获取模式子单元，用于根据所述影像信号获取图像信息，并对所述图像信息中的高亮度区域图像信息进行分析、以确定手指指端是否位于合焦位置。
7.根据权利要求6所述的悬浮显示成像装置，其特征在于，所述第二获取模式子单元包括：
第一处理部分，用于获取所述高亮度区域图像信息的图像梯度分布；
第二处理部分，用于根据所述图像梯度分布、利用卷积神经网络判断手指指端是否处于合焦位置，并在手指的指端处于合焦位置时，确定所述触控位置。
8.根据权利要求7所述的悬浮显示成像装置，其特征在于，所述合焦位置为与悬浮成像区域重合、且成像清晰的位置。
9.一种悬浮显示触控方法，应用于权利要求1-8任一项所述的悬浮显示成像装置，其特征在于，包括以下步骤：
采集手指的图像信息；
确定根据所述图像信息获取触控位置的处理模式为第一获取模式或第二获取模式；
触发与所述触控位置相应的触发操作；
其中，
在所述第一获取模式下获取触控位置包括：根据所述影像信号获取图像信息，并根据所述图像信息中的高亮度区域的位置确定所述触控位置；
在所述第二获取模式下获取触控位置包括：根据所述影像信号获取图像信息，并对所述图像信息中的高亮度区域图像信息进行分析、以确定手指指端是否位于合焦位置。
10.根据权利要求9所述的悬浮显示触控方法，其特征在于，在所述第二获取模式下获取触控位置具体包括：
获取所述图像信息中的高亮度区域图像信息；
获取所述高亮度区域图像信息的图像梯度分布；
利用卷积神经网络对所述图像梯度分布进行分析处理、以判断手指的指端是否处于合焦位置；
在手指的指端处于合焦位置时，确定所述触控位置。
11.根据权利要求10所述的悬浮显示触控方法，其特征在于，
在利用卷积神经网络对所述图像梯度分布进行分析处理、以判断手指的指端是否处于合焦位置的步骤前，还包括：
将所述高亮度区域图像信息的像素分辨率转化为与卷积神经网络相匹配的像素分辨率。
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