CN110753212A - 一种互动激光投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了本发明提供一种互动激光投影系统，其包括图像投影显示模块，用于通过扫描微镜将激光偏转反射至投影面，以形成具有可见光图像和红外图像的虚拟互动界面；图像采集模块，至少用于采集所述虚拟互动界面上的红外图像；图像处理模块，至少用于根据采集到的所述红外图像分析获得互动指令；其中，所述图像投影显示模块还用于执行所述互动指令以形成匹配的可见光图像。本发明的一种互动激光投影系统，以解决现有技术中采用DLP或者LCOS的投影方式导致的体积大、功耗大、成本高的问题。

Description

一种互动激光投影系统
技术领域
本发明涉及扫描成像领域，具体地涉及一种互动激光投影系统。
背景技术
在智能生活的日益发展趋势下，互动投影作为一种新型的人机互动方式，已经越来越吸引大家的关注。互动投影是采用先进的计算机视觉技术和投影显示技术来营造一种奇幻动感的交互体验。
目前的互动投影系统主要是利用DLP(Digital Light Processing，数字光处理)或者LCOS(LiquidCrystalonSilicon，硅基液晶)的投影方式加上额外的图像采集相机组成，其中DLP和LCOS两种投影方式主要是投影芯片不同，整个系统工作模式基本相似，这两种投影方式基本占据了整个投影市场。
现有的DLP投影如图1所示，DLP投影系统中包括大功率光源、光源准直、光强匀化系统、中继系统、TIR棱镜及投射系统，由DLP投影方式组成的投影系统零部件多、体积大，且由于较多的零部件导致整个系统对光能利用效率低，功耗大，成本高。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种互动激光投影系统，以解决现有技术中采用DLP或者LCOS的投影方式导致的体积大、功耗大、成本高的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
在一个总体方面，本发明提供一种互动激光投影系统，包括：
图像投影显示模块，用于通过扫描微镜将激光偏转反射至投影面，以形成具有可见光图像和红外图像的虚拟互动界面；
图像采集模块，至少用于采集所述虚拟互动界面上的红外图像；
图像处理模块，至少用于根据采集到的所述红外图像分析获得互动指令；
其中，所述图像投影显示模块还用于执行所述互动指令以形成匹配的可见光图像。
优选地，所述扫描微镜为二维扫描微镜，所述图像投影显示模块还包括：
可见光激光器，用于提供可见光光源，以形成可见光图像；
红外激光器，用于提供红外激光光源，以形成红外图像；
合束单元，用于将所述可见光光源和所述红外激光光源合束形成合束光源；
所述二维扫描微镜通过二维偏转反射所述合束光源以形成具有可见光图像与红外图像的虚拟互动界面；
控制单元，用于接收所述互动指令，并控制所述可见光激光器执行所述互动指令，以形成与所述互动指令匹配的可见光图像。
优选地，所述二维扫描微镜为机械摆镜、压电驱动的扫描镜、音圈电机驱动扫描镜或MEMS电磁扫描微镜。
优选地，所述可见光激光器为RGB三色激光器，优选地，所述RGB三色激光器和/或所述红外激光器为半导体激光器、光纤激光器。
优选地，所述图像采集模块包括：
红外摄像单元，用于采集所述虚拟互动界面上的红外图像；
图像输出单元，用于将采集到的所述红外图像发送至所述图像处理模块。
优选地，所述图像处理模块包括：
图像接收单元，用于接收所述红外图像；
图像分析单元，用于根据所述红外图像分析获得互动指令，并将所述互动指令发送至所述控制单元。
优选地，所述红外图像为红外点阵图像。
优选地，所述图像分析单元包括：
存储单元，用于存储连续的至少两帧所述红外图像；
差分红外图像生成单元，用于将连续的两帧红外图像差分处理，生成差分红外图像；
互动指令获取单元，用于分析所述差分红外图像，以获取互动指令；
指令发送单元，用于将所述互动指令发送至所述控制单元。
与现有技术相比，本发明的一种互动激光投影系统，不仅实现了用户与投影显示系统之间的互动，且本发明的投影系统元件少(与现有相比少了光强匀化系统，投射系统，中继系统)，使得光损失降低，提升了光利用效率，降低了成本，且由于减少了很多零部件，本系统结构简单、体积小、轻便，可将本发明的互动激光投影系统集成至移动终端(例如手机)上，做到手持。更重要的是，现有的DLP投影成像，只会在特定位置图像清晰，当改变屏幕位置的时候，需要重新调焦。而本发明的互动激光投影系统为无焦投影系统，投影图像在很大范围内都是清晰的，可以投影在任何位置，且图像都是清楚。另外本发明的光源采用低功率的半导体激光器，不仅功耗低，而且形成的图像色彩绚丽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的DLP投影系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种互动激光投影系统的结构框图；
图3为发明实施例的一种互动激光投影系统的工作过程结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
如图2所示，为本实施例的一种互动激光投影系统的结构框图，所述互动激光投影系统包括：图像投影显示模块100、图像采集模块200及与所述图像投影显示模块100和所述图像采集模块200均通讯的图像处理模块300，其中该通讯可通过有线或无线的方式进行。
参照图2，图像投影显示模块100中通过扫描微镜104将激光偏转反射至投影面，在投影面上投影产生虚拟互动界面7，其中虚拟互动界面7承载可见的可见光图像及不可见的红外图像，互动者可在虚拟互动界面7上触发互动动作，由于互动者触发的互动动作使得虚拟互动界面7上的红外图像发生变化；图像采集模块200实时采集虚拟互动界面7上的红外图像，并将采集到的红外图像实时发送至图像处理模块300，图像处理模块300通过算法分析所述红外图像，然后分析判断互动者互动动作所表达的意思，解析出与所述互动动作匹配的互动指令，再将该互动指令发送至图像投影显示模块100；图像投影显示模块100执行该互动指令使承载于虚拟互动界面7上的可见光图像随之发生变化，以契合互动者的互动动作。
具体的，图像投影显示模块100，用于通过扫描微镜104将激光偏转反射至投影面上，以形成具有可见光图像和红外图像的虚拟互动界面7；其还用于执行互动指令以形成匹配的可见光图像。
具体的，参照图2，所述图像投影显示模块100包括：
可见光激光器101，用于提供可见光光源，以形成可见光图像；优选的，可见光激光器101为RGB三色激光器，用于分别提供RGB三色激光光源，以形成可见光图像；其中理解的是，其至少包括一个R色激光器、一个G色激光器及一个B色激光器，其分别提供R色激光光源、G色激光光源和B色激光光源，通过R色激光光源、G色激光光源和B色激光光源形成彩色可见光图像。
红外激光器102，用于提供红外激光光源，以在虚拟互动界面7上呈现不可见的红外图像；其中，形成的红外图像为不可见的测图案，图像形成原理如彩色图像，两者可同时产生。优选地，所述红外图像为红外点阵图像，当红外点阵图像照射到互动者身上时，由于人体其特殊性相对于背景对红外光的反射不同，这样就可以把人体和背景区别开来。当互动者发生互动动作时，采集的红外点阵图像亦同时发生变化。
合束单元103，用于将RGB三色激光光源和所述红外激光光源合束形成合束光源。
扫描微镜104，所述扫描微镜104为二维扫描微镜，通过二维偏转反射所述合束光源以形成具有可见光图像与红外图像的虚拟互动界面7。
控制单元105，用于接收图像处理模块300发送的所述互动指令，控制所述RGB三色激光器，改变其形成的可见光图像。
其中，优选的，所述二维扫描微镜为机械摆镜、压电驱动的扫描镜、音圈电机驱动扫描镜或MEMS电磁扫描微镜。优选的二维扫描微镜为MEMS电磁扫描微镜，其可以产生高分辨率图像。其中，可理解的是，所述二的维扫描微镜可通过两个一维振镜来替代，即利用两个一维扫描的振镜分别负责光束的XY两个方向的扫描以实现二维方向的反射。
优选的，所述RGB三色激光器和/或所述红外激光器为半导体激光器、光纤激光器。优选的为低功率的半导体激光器，半导体激光器功率在近百毫瓦级，与现有技术用的是瓦级相比，达到降低功耗。另外MEMS振镜的控制功耗毫瓦级，也低于现有DLP投影方式中的DMD的功耗。
另外，由于激光器的光谱窄，形成色域广，色域可达到160％NTSC，其色彩绚丽远优于LED投影。
图像采集模块200，用于采集所述虚拟互动界面7上的红外图像；其中，随互动者在所述虚拟互动界面触发的互动动作，所述图像采集模块200采集到的红外图像随之变化；
具体的，参照图2，图像采集模块200包括：
红外摄像单元201，用于采集所述虚拟互动界面7上的红外图像；其中，随互动者在所述虚拟互动界面触发互动动作，所述图像采集模块采集到的红外图像随之变化；
图像输出单元202，用于将采集到的所述红外图像发送至所述图像处理模块300。
图像处理模块300，用于接收所述红外图像并根据所述红外图像分析分析定位互动者的互动指令，并发送互动指令至所述图像投影显示模块100，以使所述虚拟互动界面7的可见光图像发生相应变化。
具体的，参照图2，所述图像处理模块300包括：
图像接收单元301，用于接收所述红外图像；
图像分析单元302，用于根据所述红外图像分析定位所述互动动作的互动指令，并将所述互动指令发送至所述控制单元。
参照图2，作为本实施例的一种实现图像分析的方式，所述图像分析单元302包括：
存储单元3021，用于存储连续的至少两帧所述红外图像；
差分红外图像生成单元3022，用于将连续的两帧红外图像差分处理，生成差分红外图像；其中，差分处理利用图像差分技术，所述差分技术就是将存储单元3021存储的连续两帧的红外点阵图像进行逐个像素相减，从而得到互动者互动动作发生部分的差分红外图像，因此只要互动者在动，差分红外图像生成单元3022就可通过差分处理生成差分红外图像；
互动指令获取单元3023，用于分析生成的所述差分红外图像，以获取互动指令；通过算法分析获取与所述差分红外图像匹配的互动指令；
指令发送单元3024，用于将所述互动指令发送至所述控制单元105。
本实施例的一种互动激光投影系统的工作过程如下：
参照图3所示，1～4是激光光源，常见的激光光源为半导体激光器、光纤激光器等；对于显示彩色图像，激光光源需要使用RGB三色激光器，即图3中的1～3。4为红外激光器，随着微镜的转动可以投影出不可见的红外图像，该红外图像用于分析互动者的互动动作。5为合束系统，其目的是将RGB三色光和红外光合束到一起。6为二维扫描微镜，是整个互动投影的核心部分；它是一种可以高速偏转的反射镜，可以实现双轴偏转，其在工作过程中，通过快速偏转将光束反射至图像各个像素位置从而扫描出图像。7为投影形成的虚拟互动界面，是图像的承载体。本发明的扫描投影系统是一种无焦系统，虚拟互动界面可以在摆放在很大范围内。8为红外摄像系统，用于探测红外激光器所扫描形成的图案。
1～3RGB三色激光器是投影系统中光源，提供图像的色彩信息。当从激光器发出的光束，通过6扫描微镜的二维偏转扫描后，会反射入射形成一个二维的亮平面(虚拟互动界面7)；同时，根据图像每个像素的颜色信息对激光器进行调制，就可以控制激光束在这个二维亮平面(虚拟互动界面7)上任何一点的亮度和色彩，从而在成像屏幕上逐点“画出”图像。由于激光光谱窄，色域可达到160％NTSC，其色彩绚丽远优于LED投影。红外激光器4是用于产生不可见的红外测试图案(即红外图像)，图像形成原理如彩色图像，两者可以同时产生。互动动作测试图像种类繁多，如网格图像、点阵图或线阵列图等。这些红外图像会随着互动者的不断运动反射出具有不同信息的红外图像，最后被摄像系统8采集。后端图像处理系统通过算法分析这些红外图像，然后判断出互动者运动所表达的意思，再反馈至投影系统；投影系统根据反馈信息会调整投影图像发生相对应的变化，这样投影图像看上去就会很契合互动者的运动而发生变化，以此形成完整的MEMS激光扫描互动投影过程。
本发明的一种互动激光投影系统，不仅实现了用户与投影显示系统之间的互动，且本发明的投影系统元件少(与现有相比少了光强匀化系统，投射系统，中继系统)，使得光损失降低，提升了光利用效率，降低了成本，且由于减少了很多零部件，本系统结构简单、体积小、轻便，可将本发明的互动激光投影系统集成至移动终端(例如手机)上，做到手持。更重要的是，现有的DLP投影成像，只会在特定位置图像清晰，当改变屏幕位置的时候，需要重新调焦。而本发明的互动激光投影系统为无焦投影系统，投影图像在很大范围内都是清晰的，可以投影在任何位置，且图像都是清楚。另外本发明的光源采用低功率的半导体激光器，不仅功耗低，而且形成的图像色彩绚丽。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (8)

1.一种互动激光投影系统，其特征在于，包括：
图像投影显示模块，用于通过扫描微镜将激光偏转反射至投影面，以形成具有可见光图像和红外图像的虚拟互动界面；
图像采集模块，至少用于采集所述虚拟互动界面上的红外图像；
图像处理模块，至少用于根据采集到的所述红外图像分析获得互动指令；
其中，所述图像投影显示模块还用于执行所述互动指令以形成匹配的可见光图像。
2.根据权利要求1所述的互动激光投影系统，其特征在于，所述扫描微镜为二维扫描微镜，所述图像投影显示模块还包括：
可见光激光器，用于提供可见光光源，以形成可见光图像；
红外激光器，用于提供红外激光光源，以形成红外图像；
合束单元，用于将所述可见光光源和所述红外激光光源合束形成合束光源；
所述二维扫描微镜通过二维偏转反射所述合束光源以形成具有可见光图像与红外图像的虚拟互动界面；
控制单元，用于接收所述互动指令，并控制所述可见光激光器执行所述互动指令，以形成与所述互动指令匹配的可见光图像。
3.根据权利要求2所述的互动激光投影系统，其特征在于，其特征在于，所述二维扫描微镜为机械摆镜、压电驱动的扫描镜、音圈电机驱动扫描镜或MEMS电磁扫描微镜。
4.根据权利要求3所述的互动激光投影系统，其特征在于，所述可见光激光器为RGB三色激光器，优选地，所述RGB三色激光器和/或所述红外激光器为半导体激光器、光纤激光器。
5.根据权利要求2～4任一所述的互动激光投影系统，其特征在于，所述图像采集模块包括：
红外摄像单元，用于采集所述虚拟互动界面上的红外图像；
图像输出单元，用于将采集到的所述红外图像发送至所述图像处理模块。
6.根据权利要求5所述的互动激光投影系统，其特征在于，所述图像处理模块包括：
图像接收单元，用于接收所述红外图像；
图像分析单元，用于根据所述红外图像分析获得互动指令，并将所述互动指令发送至所述控制单元。
7.根据权利要求6所述的互动激光投影系统，其特征在于，所述红外图像为红外点阵图像。
8.根据权利要求7所述的互动激光投影系统，其特征在于，所述图像分析单元包括：
存储单元，用于存储连续的至少两帧所述红外图像；
差分红外图像生成单元，用于将连续的两帧红外图像差分处理，生成差分红外图像；
互动指令获取单元，用于分析所述差分红外图像，以获取互动指令；
指令发送单元，用于将所述互动指令发送至所述控制单元。
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