CN110502159A - 基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置及控制方法，包括光源、匀光片、若干条送光光纤、壳体、若干条受光光纤、图像采集模块和处理模块，所述壳体上设有若干个贯穿孔，所述若干个贯穿孔均匀分布在所述壳体的外表面上，所述送光光纤、受光光纤和贯穿孔的数量均相同，所述若干个送光光纤、若干个受光光纤与所述若干个贯穿孔一一对应设置，所述送光光纤的输出端与所述受光光纤的输入端固定在所述贯穿孔内。本发明传感装置为基于光纤的触摸传感检测装置，对电磁干扰免疫，对温度的抗干扰能力强，结构简单，制备和加工的工艺简单。

Description

基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置及控制方法

技术领域

本发明涉及光纤触摸传感技术领域，更具体地说涉及基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置及控制方法。

背景技术

触摸式传感器作为人机交互接口装置(human interface device)被广泛地应用于如智能手机，电脑，智能家居控制系统、工业控制系统等多个领域。传统的电容式触摸传感器是利用人体的电容耦合效应感应进行工作的，寿命长，通常可支持多点触控，但其制备需要用到微机电加工技术而导致流程复杂、成本相对较高。另外，电容式触摸传感器易受到其表面水滴、汗液影响造成信号误判。红外光学触摸传感器也常用于各类触摸传感控制系统，当用户在触摸红外触摸屏幕时，手指会挡住经过该位置的横竖两条红外线，控制器通过计算即可判断出触摸点的位置。但红外触摸传感器容易受到各种热源和阳光源的干扰，如果检测环境中存在较强的红外电磁波干扰，红外触摸传感器探测准确度和灵敏度会出现一定程度下降，甚至会出现信号误读和错判。

发明内容

本发明型要解决的技术问题是：现有的触摸传感器结构复杂，制造成本较高，抗干扰能力差。

本发明提供基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置及控制方法，提高抗干扰能力和检测准确度。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置，包括光源、匀光片、若干条送光光纤、壳体、若干条受光光纤、图像采集模块和处理模块，所述壳体上设有若干个贯穿孔，所述若干个贯穿孔均匀分布在所述壳体的外表面上，所述送光光纤、受光光纤和贯穿孔的数量均相同，所述若干个送光光纤、若干个受光光纤与所述若干个贯穿孔一一对应设置，所述送光光纤的输出端与所述受光光纤的输入端固定在所述贯穿孔内；

所述光源发出的光束经过匀光片后通过所述送光光纤的输入端进入送光光纤，所述图像采集模块采集所述受光光纤的输出端的出射光，所述图像采集模块与所述处理模块电连接，所述处理模块用于处理所述图像采集模块采集的图像信息。

作为上述技术方案的进一步改进，所述送光光纤和受光光纤的纤芯直径范围均为8～980μm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述送光光纤和受光光纤的包层直径范围均为125～1000μm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述光源为红外发光二极管。

作为上述技术方案的进一步改进，所述图像采集模块为红外摄像头。

作为上述技术方案的进一步改进，所述处理模块为电脑处理终端。

还提供一种基于图像处理技术的多光纤触摸式控制方法，所述方法包括：

所述光源发出的光束经过匀光片后进入送光光纤；

所述图像采集模块预先采集所述壳体的外表面没有触摸体时所述受光光纤输出的光信号，得到本底图像；

所述壳体的外表面有触摸体时，所述送光光纤输出的光线在触摸体处发生反射，光线被反射输入到受光光纤中，图像采集模块采集所述受光光纤输出的光线，得到待测图像，所述受光光纤输出的光线在待测图像上形成光斑；

通过用待测图像减去所述本底图像来进行去噪；

选择触摸手势判断类型，根据不同的触摸手势判断类型来检测去噪后的图像中光斑的对应参数，进行触摸手势判定。

作为上述技术方案的进一步改进，所述触摸手势判断类型包括自定义触摸手势判断以及单点或多点触摸手势判断。

本发明的有益效果是：一方面，本发明传感装置为基于光纤的触摸传感检测装置，对电磁干扰免疫，对温度的抗干扰能力强，结构简单，制备和加工的工艺简单。

另一方面，本发明具有较高的触摸位置检测分辨率，最高分辨率取决于所用的光纤直径大小，可检测多种触摸方式，实现不同触摸方式对应输出不同的操作指令。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本实施例传感装置的结构示意图；

图2是光源、匀光片和送光光纤的集束端的连接结构示意图；

图3是受光光纤和红外摄像头的连接结构示意图；

图4是本实施例中控制方法的处理步骤流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

实施例1，参照图1，基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置，包括光源100、匀光片200、若干条送光光纤300、壳体500、若干条受光光纤400、图像采集模块600和处理模块700，所述壳体500上设有若干个贯穿孔501，所述若干个贯穿孔501均匀分布在所述壳体500的外表面上，所述送光光纤300、受光光纤400和贯穿孔501的数量均相同，所述若干个送光光纤300、若干个受光光纤400与所述若干个贯穿孔501一一对应设置，所述送光光纤300的输出端与所述受光光纤400的输入端固定在所述贯穿孔501内；

所述光源100发出的光束经过匀光片200后通过所述送光光纤300的输入端进入送光光纤300，所述图像采集模块600采集所述受光光纤400的输出端的出射光，所述图像采集模块600与所述处理模块700电连接，所述处理模块700用于处理所述图像采集模块600采集的图像信息。

送光光纤300的输入端被制作成第一集束301插入聚乙烯套管中，并用环氧树脂胶固定，送光光纤300的集束端被剪切并在抛光纸上抛光使端面平齐。所述送光光纤300的集束端用于接收光源100发出的光，所述若干个送光光纤300的每一个输入端穿过所述壳体500的内部，对应固定安装在所述壳体500的贯穿孔501中。

参考图2，所述光源100、匀光片200和送光光纤300的集束端被同轴依次放置于第一夹具800中，通过环氧树脂胶固定在第一夹具800中，所述匀光片200被置于送光光纤300的集束端和光源100的中间。

受光光纤400的输出端被插入热缩管中制成第二集束401，经加热固定于热缩管内，所述受光光纤400的集束端被插入聚乙烯套管中，并用环氧树脂胶固定，受光光纤400的集束端被剪切并在抛光纸上抛光使端面平齐。

所述若干条受光光纤400用于将触摸体反射的光信号传输到所述图像采集模块600，所述若干个受光光纤400的每个输入端穿过所述壳体500的内部，对应固定安装在所述壳体500的贯穿孔501中。

所述触摸体为放置在所述壳体500的外表面的遮挡物，本实施例中的触摸体为手指。

所述壳体500内部中空，外表面上均匀分布着若干个贯穿孔501。每个贯穿孔501处固定设有一条送光光纤300和一条受光光纤400。本实施例中所述壳体500呈半球状。本实施例中所述半球形的壳体500的直径范围为3-20cm，所述贯穿孔501的直径的范围为0.5-3mm。

当所述壳体500的外表面有触摸体时，所述送光光纤300输出的光线在触摸体处发生反射，将光线反射到与所述触摸体相近的受光光纤400，即为与所述输出光线发生反射的送光光纤300相对应的受光光纤400，所述受光光纤400将接收到的光信号传输给所述图像采集模块600，所述图像采集模块600将接收到的光信号转换成图像信息发送给处理模块700，所述处理模块700对接收到的图像信息进行处理，判断出触摸体的触摸手势。本实施例中的触摸体为手指。

本发明传感装置为基于光纤的触摸传感检测装置，对电磁干扰免疫，抗干扰能力强，可应用于有电磁干扰的环境中以及易燃易爆环境中。本传感装置结构简单，制备和加工的工艺简单。

进一步作为优选的实施方式，所述送光光纤300的输出端的端面与所述壳体500的外表面齐平，所述受光光纤400的输入端的端面与所述壳体500的外表面齐平。

进一步作为优选的实施方式，所述送光光纤300和受光光纤400的纤芯直径范围均为8～980μm。

进一步作为优选的实施方式，所述送光光纤300和受光光纤400的包层直径范围均为125～1000μm。

作为优选，所述每根送光光纤300的纤芯直径范围均为50-200μm，且包层直径范围均为125-250μm。

进一步作为优选的实施方式，所述光源100为红外发光二极管。

进一步作为优选的实施方式，所述处理模块700为电脑处理终端。

进一步作为优选的实施方式，所述图像采集模块600为红外摄像头。

红外摄像头的光学镜头组中含有长波红外滤光片，可以将可见光波长范围内的光信号滤掉，有效地降低了传感器周围环境光对检测结果的影响。红外摄像头输出的电信号输入到电脑处理终端由Labview程序进行图像处理。

参照图3，所述受光光纤400的集束端和红外摄像头被放置在第二夹具900中，并通过环氧树脂胶固定。红外摄像头为可变焦摄像头，在将红外摄像头固定于第二夹具900中之前，需要调节好其焦距以及红外摄像头和受光光纤400的相对位置，使受光光纤400的输出端可清晰地成像于红外摄像头内部的感光元件上。

参考图4，所述的基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置包括一种基于图像处理技术的多光纤触摸式控制方法，所述方法包括：

所述光源100发出的光束经过匀光片200后进入送光光纤300，所述送光光纤300向所述壳体500的外表面输出的光线；

所述图像采集模块600预先采集所述壳体500的外表面没有触摸体时所述受光光纤400输出的光信号，得到本底图像；

所述壳体500的外表面有触摸体时，所述送光光纤300输出的光线在触摸体处发生反射，光线被反射输入到受光光纤400中，图像采集模块600采集所述受光光纤400输出的光线，得到待测图像，所述受光光纤400输出的光线在待测图像上形成光斑；

所述光线输入受光光纤400时，所述受光光纤400被点亮。

通过用待测图像减去所述本底图像来进行去噪；

选择触摸手势判断类型，根据不同的触摸手势判断类型来检测去噪后的图像中光斑的对应参数，进行触摸手势判定。

进一步作为优选的实施方式，所述触摸手势判断类型包括自定义触摸手势判断以及单点或多点触摸手势判断。

本实施例的工作原理：

所述光源100发出的光线经过匀光片200匀光作用后进入送光光纤300，所述送光光纤300输出的光线用于检测壳体500外表面是否有触摸体。当所述壳体500的外表面有触摸体时，所述送光光纤300输出的光线被所述壳体500外表面的触摸体所反射，反射后的光线进入同一个贯穿孔501内的受光光纤400，点亮该受光光纤400。所述受光光纤400将光线传输到图像采集模块600，图像采集模块600将采集得到的光信号转换成图像信息，并将图像信息传输给处理模块700进行处理分析。本实施例中的处理模块700为电脑处理终端。

所述图像采集模块600预先采集所述壳体500的外表面没有触摸体时所述受光光纤400输出的光信号，得到本底图像；

所述本底图像为受光光纤400没有被点亮时，所述图像采集模块600所捕捉的所有的受光光纤400输出的光线形成的图像。

当所述壳体500的外表面有触摸体时，所述送光光纤300输出的光线在触摸体处发生反射，光线被反射输入到受光光纤400中来点亮该受光光纤400，图像采集模块600采集所述受光光纤400输出的光线，得到待测图像，被点亮的受光光纤400在待测图像上形成光斑；

所述电脑处理终端的处理分析过程：

将待测图像减去所述本底图像进行去噪。

所述图像采集模块600采集的图像中，只有所述贯穿孔501中被点亮的受光光纤400有高强度的亮度输出，其他的贯穿孔501的受光光纤400输出可以视为本底噪声输出。通过将所述待测图像中所包含的像素矩阵中的各个像素灰度值减去其对应的本底图像的灰度值。所述本底图像的灰度值为无受光光纤400点亮时，图像采集模块600所捕捉的本底图像中各个像素的灰度值。

通过这样的去噪方法极大地减小了周围环境中噪声光信号对触摸检测的影响。

去噪后，选择触摸手势判断类型，根据不同的触摸手势判断类型来检测去噪后的图像中光斑的对应参数，进行触摸手势判定。

所述触摸手势判断类型包括自定义触摸手势判断以及单点或多点触摸手势判断。在电脑处理终端中预设好当检测到不同的触摸手势后执行的对应不同的操作指令。

当选择单点或多点触摸手势判断时，则电脑处理终端只判断光斑的数量。

当电脑处理终端检测到光斑的数量为1个时，则判断为单点触发手势，所述电脑处理终端中的Labview程序可以通过电脑处理终端的通讯接口输出预设的第一操作指令。

当电脑处理终端检测到光斑的数量为超过1个时，则判断为多点触发手势，所述电脑处理终端中的Labview程序可以通过电脑处理终端的通讯接口输出预设的第二操作指令。

当选择自定义触摸手势判断时，则电脑处理终端需要判断光斑的数量、光斑的位置以及光斑出现的顺序。

所述自定义触摸手势判断则需要根据需求在电脑处理终端的寄存器中预先设定光斑的圆心位置、光斑数量以及光斑出现的顺序。当电脑处理终端检测到去噪后的图像上的光斑圆心位置、光斑数量以及光斑出现的顺序与预设的一致，则所述电脑处理终端中的Labview程序可以通过电脑处理终端的通讯接口输出操作指令。

本实施例中的自定义触摸手势包括左触摸手势和右触摸手势，当检测到光斑的数量超过一个，且所述光斑出现的顺序为从左到右，则判断为左触摸手势。所述电脑处理终端检测到所述左触摸手势时，电脑处理终端中的Labview程序可以通过电脑处理终端的通讯接口输出预设的第三操作指令，所述电脑处理终端控制对应的执行模块执行所述预设的第三操作指令。

通过电脑处理终端的Labview程序进行检测，检测去噪后的图像中光斑的数量、位置以及光斑出现的顺序，进行触摸手势判定。

本实施例中所述电脑处理终端的Labview程序的检测过程：

所述图像采集模块600实时采集所述受光光纤400点亮后的待测图像，可以得到光斑出现的顺序。然后对去噪后的图像采用图像二值化最优阈值迭代进行光斑轮廓的划分，通过逐像素迭代均值法来定位光斑的大小，最后通过包围圆心周围像素点取均值，定位光斑圆心的位置和光斑的数量。

电脑处理终端检测到光斑的位置、数量以及光斑出现的先后顺序时，将检测到的光斑显示在电脑处理终端的显示模块上，用户可以直观地看到去噪后的图像中光斑的情况，结合所述壳体500在本底图像中建立的坐标系进行标定，可以确定出现光斑的贯穿孔501的位置。

本发明具有较高的触摸位置检测分辨率，最高分辨率取决于所用的光纤直径大小，最高分辨率可为125μm，同时本发明可检测多种触摸方式，实现不同触摸方式对应输出不同的操作指令。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置，其特征在于：包括光源、匀光片、若干条送光光纤、壳体、若干条受光光纤、图像采集模块和处理模块，所述壳体上设有若干个贯穿孔，所述若干个贯穿孔均匀分布在所述壳体的外表面上，所述送光光纤、受光光纤和贯穿孔的数量均相同，所述若干个送光光纤、若干个受光光纤与所述若干个贯穿孔一一对应设置，所述送光光纤的输出端与所述受光光纤的输入端固定在所述贯穿孔内；

所述光源发出的光束经过匀光片后通过所述送光光纤的输入端进入送光光纤，所述图像采集模块采集所述受光光纤的输出端的出射光，所述图像采集模块与所述处理模块电连接，所述处理模块用于处理所述图像采集模块采集的图像信息。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置，其特征在于：所述送光光纤和受光光纤的纤芯直径范围均为8～980μm。

3.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置，其特征在于：所述送光光纤和受光光纤的包层直径范围均为125～1000μm。

4.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置，其特征在于：所述光源为红外发光二极管。

5.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置，其特征在于：所述图像采集模块为红外摄像头。

6.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置，其特征在于：所述处理模块为电脑处理终端。

7.基于图像处理技术的多光纤触摸式控制方法，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项的所述的基于图像处理技术的多光纤触摸式传感装置，所述方法包括：

所述光源发出的光束经过匀光片后进入送光光纤；

所述图像采集模块预先采集所述壳体的外表面没有触摸体时所述受光光纤输出的光信号，得到本底图像；

所述壳体的外表面有触摸体时，所述送光光纤输出的光线在触摸体处发生反射，光线被反射输入到受光光纤中，图像采集模块采集所述受光光纤输出的光线，得到待测图像，所述受光光纤输出的光线在待测图像上形成光斑；

通过用待测图像减去所述本底图像来进行去噪；

选择触摸手势判断类型，根据不同的触摸手势判断类型来检测去噪后的图像中光斑的对应参数，进行触摸手势判定。

8.根据权利要求7所述的基于图像处理技术的多光纤触摸式控制方法，其特征在于：所述触摸手势判断类型包括自定义触摸手势判断以及单点或多点触摸手势判断。