CN115243022B - 一种激光投影互动展示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光投影互动展示系统,涉及投影展示技术领域，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括处理器、多媒体控制模块、GSM模块、串口通信模块、多媒体模块、传感器模块和互动展示模块，所述软件部分包括控制软件和展示软件，所述处理器用于运行控制软件和互动展示软件，并控制所述多媒体控制模块、所述GSM模块、所述串口通信模块、所述传感器模块和所述互动展示模块工作；本发明还公开了一种激光投影互动展示方法，本发明能够改善传统展示系统响应时间过长的不足，实现定位的准确性，提高展示系统的时效性并增强家具的展示效果，可以展现较好的互动效果。
Description
技术领域
本发明涉及投影展示技术领域，具体涉及一种激光投影互动展示系统。
背景技术
投影互动是参与者和地面上影响的真实互动，使多名参与者融入场景中，观众通过感应设备控制地面投影或是墙面投影，实现效果定做效果。家具适宜住宅为平台，利用各项现代技术将与家具生活有关的设施进行集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的一项工具。不光可以提升家具安全性，还可实现环保节能的居住环境。展示系统是一种以信息输出为目的、以信息发布传递为主导的系统。随着科学技术的不断发展，在家具上展示逐渐融入了越来越多的技术，现已形成体积较小、医用的控制器，让用户可以不费力气地操作智能家具内部的各项组成子系统。然而传统的激光投影时，存在部分感应区域没有感受到反射光的情况，导致展示系统最终的响应时间过长。
因此，急需对一种激光投影互动展示系统解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种激光投影互动展示系统，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种激光投影互动展示系统，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括处理器、多媒体控制模块、GSM模块、串口通信模块、多媒体模块、传感器模块和互动展示模块，所述软件部分包括控制软件和展示软件；
所述处理器用于运行控制软件和互动展示软件，并控制所述多媒体控制模块、所述GSM模块、所述串口通信模块、所述传感器模块和所述互动展示模块工作；
所述多媒体控制模块与所述多媒体模块和所述传感器模块电连接，所述多媒体控制模块用于控制所述多媒体模块和所述传感器模块工作；
所述传感器模块用于感应激光互动操作信号，控制所述多媒体模块工作，跟踪激光定位互动点位置，并将数据发送至所述处理器；
所述串口通信模块用于通过监视串口获取所述传感器模块感应的信息，根据传感器模块的协议，解析信息并提取有效数据，并将有效数据发送至所述处理器；
所述GSM模块与所述处理器电连接，所述GSM模块用于传输展示系统的控制信息；
所述互动展示模块用于展示激光投影内容；
所述控制软件包括数据采集、数据分析和数据传输，用于对互动点进行有效处理并与系统互动；
所述展示软件用于编辑、调试所需展示的投影互动内容并在所述互动展示模块上进行展示。
进一步地，所述传感器模块包括区域扫描距离传感器，所述区域扫描传感器利用激光面进行二维面的测距，感知区域内的目标。
更进一步地，所述传感器模块还包括激光发射器、旋转偏转器、分光器、反射镜和接收器，所述旋转偏转器与所述激光发射器连接，所述旋转偏转器设置在所述激光发射器外部，用于时间周期性发射一定角度范围的激光脉冲；所述分光器与所述旋转偏转器连接，所述分光器将流经所述旋转偏转器的激光束分为两路激光脉冲，控制一路进入所述接收器，另一路经所述发射镜进入所述接收器，形成一个扇形的二维扫描区域。
进一步地，所述多媒体控制模块包括控制电路，所述控制电路包括电流驱动单元、继电器单元、监控单元，所述电流驱动单元与所述继电器单元连接，所述电流驱动单元用于驱动所述继电器单元工作，所述监控单元用于监控所述多媒体的工作状态。
进一步地，所述控制软件包括互动点位置判断和建立展示页面，所述互动点位置判断用于判断互动点是否在在设定反射范围内，若在设定反射范围内，获取该互动点的位置坐标，并进行滤波处理，若不在设定反射范围内进行补齐处理，获得互动点的位置坐标，并进行滤波处理；所述建立展示页面用于计算得到的互动点的位置坐标，建立互动展示转换计算公式，通过所述展示软件实现变化展示。
更进一步地，所述滤波处理采用加权平均滤波法。
进一步地，所述互动展示模块包括显示设备。
进一步地，该激光投影互动展示系统，还包括上位机，所述上位机与所述处理器通信连接，所述上位机用于监控以及向所述处理器发送指令。
进一步地，一种激光投影互动展示方法，应用于激光投影互动展示系统，包括以下步骤：
步骤S1：初始化操作，系统通过处理器控制多媒体控制模块进而启动多媒体模块和传感器模块；
步骤S2：扫描操作，通过多媒体控制模块实时获取传感器模块获得多媒体模块的信号，得到扫描数据，并将扫描数据发送至多媒体控制模块；
步骤S3：处理操作，通过多媒体控制模块接收扫描数据，并将扫描数据发送至处理器，处理器通过控制软件对扫描数据进行互动点判断、滤波处理，补齐操作以及建立页面展示；
步骤S4：投影操作，处理器通过展示软件编辑、调试所需展示的投影互动内容并在互动展示模块上进行展示；
步骤S5：传输操作，处理器通过GSM模块将投影展示内容上传至上位机，上位机进行监控。
从上述的技术方案可以看出，本发明的优点是：
本发明能够改善传统展示系统响应时间过长的不足，实现定位的准确性，提高展示系统的时效性并增强家具的展示效果，可以展现较好的互动效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的一种激光投影互动展示系统的硬件部分的组成结构示意图。
图2为本发明的一种激光投影互动展示系统的软件部分的组成结构示意图。
图3为本发明的传感器模块的组成结构图。
图4为本发明的一种控制电路的电路图。
图5为本发明的互动点位置的判断的流程图。
图6为本发明的一种激光投影互动展示方法的步骤图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1和图2示出了一种激光投影互动展示系统的硬件部分和软件组成结构示意图。
根据图1和图2所示的一种激光投影互动展示系统，包括：硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括处理器、多媒体控制模块、GSM模块、串口通信模块、多媒体模块、传感器模块和互动展示模块，所述软件部分包括控制软件和展示软件。
所述传感器模块用于感应激光互动操作信号，跟踪定位激光定位互动点位置，并将数据发送至所述处理器。
所述传感器模块包括区域扫描距离传感器和信号接收器，所述区域扫描传感器利用激光面进行二维面的测距，感知区域内的目标，所述信号接收器用于。
本实施例中，传感器模块包括至少一个区域传感器，可选用rotoScan ROD4－08plus区域扫描来测量距离。
图3示出传感器模块的组成原理图。
根据传感器模块的组成原理图，所述传感器模块包括激光发射器、旋转偏转器、分光器、反射镜和接收器，所述旋转偏转器与所述激光发射器连接，所述旋转偏转器设置在所述激光发射器外部，用于时间周期性发射一定角度范围的激光脉冲；所述分光器与所述旋转偏转器连接，所述分光器将流经所述旋转偏转器的激光束分为两路激光脉冲，控制一路进入所述接收器，另一路经所述发射镜进入所述接收器，形成一个扇形的二维扫描区域。
本实施例中，激光发射器采用红外激光二极管，设定传感器内的激光二极管产生激光脉冲波长为820nm，激光束直径为15nm，在精光直射情况下，保证人员视力完好。在激光投影互动时，激光在旋转偏转器的支持下形成一个激光发射区，反射区的工作范围为190°，可分为每个0.36°的角度，对应得到529个测量值。
本实施例中，传感器模块还包括外壳，外壳内包括激光发射器、旋转偏转器、分光器、反射镜和接收器，外壳选用防触电等级高的压住铝合金和材料，保证外部绝缘，确保人身安全。
所述多媒体模块与所述多媒体控制模块连接，所述多媒体模块用于为用户提供互动。
本实施例中，多媒体模块可包括家用电器和多媒体等终端设备。
在一个实施例中，多媒体模块可采用4个指示灯模拟多媒体。所述处理器控制不同用途的指示灯与不同功能的处理器的单片机引脚连接。
所述处理器用于运行控制软件和互动展示软件，并控制所述多媒体控制模块、所述串口通信模块、所述GSM模块、所述串口通信模块、所述传感器模块和所述互动展示模块工作。
本实施例中，所述处理器采用ARM10架构的xscale270核心处理器，利用其内部32M的ROM存储器和64M的RAM存储器储存展示数据。
所述GSM模块通过所述串口通信模块与所述处理器电连接，所述GSM模块用于传输展示系统的控制信息。
本实施例中，所述GSM模块采用嵌入式核心处理器，连接RS-232标准串口实现激光展示系统控制信息的传递。
所述串口通信模块用于通过监视串口获取所述传感器模块感应的信息，并根据传感器模块的协议，解析信息并提取有效数据，并将有效数据发送至所述处理器，所述串口通信模块与所述处理器连接。
具体地，所述串口通信模块采用RS-232标准串口和USB接口，通过RS-232标准串口实现展示系统控信息的传递；USB接口作为传输信号的接口，与上位机进行通信。串口利用422接口芯片实现TTL与串口电平之间的转换，所述处理器与串行通信选用RX和TX交叉连接模式，以实现读写数据的传输。
本实施例中，多媒体串口采用直插式串口连接插件端子，控制9针的串口器件端子运行给三个接口单元，控制多媒体控制模块与处理器之间的电压相等，实现数据的正常传送。
所述多媒体控制模块包括控制电路，所述控制电路包括电流驱动单元、继电器单元、监控单元，所述电流驱动单元与所述继电器单元连接，所述电流驱动单元用于驱动所述继电器单元工作，所述监控单元用于监控所述多媒体的工作状态。
图4示出了一种控制电路的具体电路图。
具体地，根据图4示出的一种时实施例中的控制电路，电流驱动单元包括4个三极管(Q1～Q4)，继电器单元包括4个继电器(J1～J4)，监控单元包括4个发光二极管；4个三极管用于驱动4个继电器，4个继电器用于驱动上述实施例中模拟多媒体模块的4个LED灯，4个发光二极管用于监控多媒体模块的工作状态。单片机引脚P1.0～P1.3为低电平时，发光二极管为点亮状态，二极管接口四个三极管处于导通状态，继电器内的线圈通电，吸合继电器内部开关，保持继电器处于闭合状态。
具体地，三极管包括P型三极管。通过三极管控制继电器进而实现对多媒体模块的控制。
所述互动展示模块与所述处理器连接，所述互动展示模块用于展示激光投影内容。
本实施例中，所述互动展示模块可包括显示设备。具体地，可以是电视、智能手机、平板和电脑等具有显示功能的终端，借助显示设备能够使用户直观地感受到展示效果。
一种激光投影互动展示系统的软件部分包括控制软件和展示软件，所述控制软件用于对互动点进行有效处理并与系统互动，所述控制软件包括数据采集、数据分析和数据传输、串口通信，所述数据采集用于通过所述串口通信接收所述传感器模块采集的数据，所述数据分析用于对采集的数据进行分析处理，所述数据传输用于将处理的数据传输至所述上位机；所述展示软件用于编辑、调试所需展示的投影互动内容并在所述互动展示模块上进行展示
具体地，串口通信用于实现串口通信任务，将传感器模块的扫描的数据传输至所述处理器，接收回显用于显示串口接收的数据。
所述控制软件包括互动点位置判断和建立展示页面，所述互动点位置判断用于判断互动点是否在在设定反射范围内，若在设定反射范围内，获取该互动点的位置坐标，并进行滤波处理，若不在设定反射范围内进行补齐处理，获得互动点的位置坐标，并进行滤波处理；所述建立展示页面用于计算得到的互动点的位置坐标，建立互动展示转换计算公式，通过所述展示软件实现变化展示。
本实施例中，采用加权滤波算法对获得的互动点位置进行滤波。
图5示出了互动点位置的判断的流程图。
根据图5示出的互动点位置的判断的流程图，所述互动点位置判断用于判断互动点是否在在设定反射范围内，若在设定反射范围内，获取该互动点的位置坐标，并进行滤波处理，若不在设定反射范围内进行补齐处理，获得互动点的位置坐标，并进行滤波处理，包括以下步骤：
首先，获取当前周期扫描得到的数组及前三个周期的数组；
其次，判断数组是否在设定的反射范围内；
当数组处于设定的反射范围内，计算周期内该的坐标范围；若不在设定的单设范围内，对没有感应到发射光的地方进行补偿。
计算周期内该点的坐标范围如下：
假设传感器模块扫描得到的数组为：
X＝{x1，x2，x3，x4}，其中，x1～x4表示扫描获得的数组。
对获得数组进行加权滤波，经加权滤波处理扫描得到的数组，加权处理公式为：其中，ki表示权值，权值满足数量关系/>为了保证滤波处理数据稳定，在投影二维平面内随机选取一点(x,y)，加权分解该点处理得到：
其中x表示扫描周期及该角度所测距离值转换为直角坐标系的x轴坐标，y表示扫描周期及该角度所测距离转换为直角坐标系的y轴坐标，x1，x2，x3，y1，y2，y3表示前三个扫描周期的计算值，操作数系数为实际操作得到的经验值。
在传感器模块进行扫描中，偶尔会有本来应该感应反射光的地方没有感应到反射光的情况，于是就要对没有感应到反射光的地方进行补偿，补齐处理时，利用滤波扫描得到的数据零值点前后相邻两个距离值，对数据进行补齐操作，补齐操作时根据如下公式：
其中L表示零值的距离，Li-1表示零值前一个距离值，Li+1表示零值后一个距离值。根据就算得到的距离值判断互动点位置，根据互动点位置建立转换坐标计算公式，实现转换不同职能展示系统的展示页码的功能。
所述建立展示页面用于计算得到的互动点的位置坐标，建立互动展示转换计算公式，获得多媒体变换展示，包括：利用计算得到的互动点位置，在展示系统中更换展示多媒体图像时，按需插入24帧更换过程的画面，根据计算获得下一个变换多媒体对应的互动点。
假定更换展示智能家居画面过程中独立换面为N幅，翻动角度为θ，展示系统每次展示的家具高度为H，宽度为M，假设计算得到的互动点的坐标系的原点，翻动过程中的圆心角为θ1，计算得到跟换过程形成的圆弧半径：
其中，R表示轨迹圆弧半径，
计算得到变换过程中展示系统的翻转角度：
其中，N表示帧数；
因此，在整个翻转过程中，互动点的运动轨迹坐标表示为：
其中，Pi表示运动点坐标。变换展示多媒体图片时，以多媒体图片底边中点为原点，建立新的坐标系，新的坐标系原点为(M,0)，根据如下公式计算得到的中点坐标，
将中点坐标作为标准坐标连接中点及互动点，计算得到两点间的直线方程，将直线方程的截距作为展示变换尺度，获得下一个变换多媒体对应的互动点，实现展示系统变换展示多媒体的功能。
如图6示出的一种激光投影互动展示方法的步骤图。
根据图6示出的激光投影互动展示方法，该激光投影互动展示方法包括以下步骤：
步骤S1：初始化操作，系统通过处理器控制多媒体控制模块进而启动多媒体模块和传感器模块；
步骤S2：扫描操作，通过多媒体控制模块实时获取传感器模块获得多媒体模块的信号，得到扫描数据，并将扫描数据发送至多媒体控制模块；
步骤S3：处理操作，通过多媒体控制模块接收扫描数据，并将扫描数据发送至处理器，处理器通过控制软件对扫描数据进行互动点判断、滤波处理，补齐操作以及建立页面展示；
步骤S4：投影操作，处理器通过展示软件编辑、调试所需展示的投影互动内容并在互动展示模块上进行展示；
步骤S5：传输操作，处理器通过GSM模块将投影展示内容上传至上位机，上位机进行监控。
本发明能实现改善传统展示系统响应时间过长的不足，实现定位的准确性，提高展示系统的时效性并增强家具的展示效果，可以展现较好的互动效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。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 (4)
1.一种激光投影互动展示系统，其特征在于，包括：硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括处理器、多媒体控制模块、GSM模块、串口通信模块、多媒体模块、传感器模块和互动展示模块，所述软件部分包括控制软件和展示软件；
所述处理器用于运行控制软件和互动展示软件，并控制所述多媒体控制模块、所述GSM模块、所述串口通信模块、所述传感器模块和所述互动展示模块工作；
所述多媒体控制模块与所述多媒体模块和所述传感器模块电连接，所述多媒体控制模块用于控制所述多媒体模块和所述传感器模块工作；
所述传感器模块用于感应激光互动操作信号，跟踪激光定位互动点位置，并将数据发送至所述处理器；
所述串口通信模块用于通过监视串口获取所述传感器模块感应的信息，根据传感器模块的协议，解析信息并提取有效数据，并将有效数据发送至所述处理器；
所述GSM模块与所述处理器电连接，所述GSM模块用于传输展示系统的控制信息；
所述互动展示模块用于展示激光投影内容；
所述控制软件包括数据采集、数据分析和数据传输，用于对互动点进行处理并与系统互动；
所述展示软件用于编辑、调试所需展示的投影互动内容并在所述互动展示模块上进行展示；
所述传感器模块包括区域扫描距离传感器，所述区域扫描传感器利用激光面进行二维面的测距，感知区域内的目标；
所述传感器模块还包括激光发射器、旋转偏转器、分光器、反射镜和接收器，所述旋转偏转器与所述激光发射器连接，所述旋转偏转器设置在所述激光发射器外部，用于时间周期性发射一定角度范围的激光脉冲；所述分光器与所述旋转偏转器连接，所述分光器将流经所述旋转偏转器的激光束分为两路激光脉冲，控制一路进入所述接收器，另一路经经所述反射镜进入所述接收器，形成一个扇形的二维扫描区域；
还包括一种激光投影互动展示方法，包括以下步骤：
步骤S1：初始化操作，系统通过处理器控制多媒体控制模块进而启动多媒体模块和传感器模块；
步骤S2：扫描操作，通过多媒体控制模块实时获取传感器模块获得多媒体模块的信号，得到扫描数据，并将扫描数据发送至多媒体控制模块；
步骤S3：处理操作，通过多媒体控制模块接收扫描数据，并将扫描数据发送至处理器，处理器通过控制软件对扫描数据进行互动点判断、滤波处理，补齐操作以及建立页面展示；
步骤S4：投影操作，处理器通过展示软件编辑、调试所需展示的投影互动内容并在互动展示模块上进行展示；
步骤S5：传输操作，处理器通过GSM模块将投影展示内容上传至上位机，上位机进行监控；
所述控制软件包括互动点位置判断和建立展示页面，所述互动点位置判断用于判断互动点是否在在设定反射范围内，若在设定反射范围内，获取该互动点的位置坐标，并进行滤波处理，若不在设定反射范围内进行补齐处理，获得互动点的位置坐标，并进行滤波处理，所述滤波处理采用加权平均滤波法；所述建立展示页面用于计算得到的互动点的位置坐标，建立互动展示转换计算公式，通过所述展示软件实现变化展示，具体包括：
获取当前周期扫描得到的数组及前三个周期的数组；
判断数组是否在设定的反射范围内；
当数组处于设定的反射范围内，计算周期内该点的坐标范围；若不在设定的单设范围内，对没有感应到发射光的地方进行补偿；
计算周期内该点的坐标范围如下：
假设传感器模块扫描得到的数组为：
X＝{x1，x2，x3，x4}，其中，x1～x4表示扫描获得的数组；
对获得数组进行加权滤波，经加权滤波处理扫描得到的数组，加权处理公式为：其中，ki表示权值，权值满足数量关系/>为了保证滤波处理数据稳定，在投影二维平面内随机选取一点(x,y)，加权分解该点处理得到：
其中x表示扫描周期及该角度所测距离值转换为直角坐标系的x轴坐标，y表示扫描周期及该角度所测距离转换为直角坐标系的y轴坐标，x1，x2，x3，y1，y2，y3表示前三个扫描周期的计算值；
在传器模块进行扫描中，偶尔会有本来应该感应反射光的地方没有感应到反射光的情况，于是就要对没有感应到反射光的地方进行补偿，补齐处理时，利用滤波扫描得到的数据零值点前后相邻两个距离值，对数据进行补齐操作，补齐操作时根据如下公式：
其中L表示零值的距离，Li-1表示零值前一个距离值，Li+1表示零值后一个距离值，根据就算得到的距离值判断互动点位置，根据互动点位置建立转换坐标计算公式，实现转换不同职能展示系统的展示页码的功能；
所述建立展示页面用于计算得到的互动点的位置坐标，建立互动展示转换计算公式，获得多媒体变换展示，包括：利用计算得到的互动点位置，在展示系统中更换展示多媒体图像时，按需插入24帧更换过程的画面，根据计算获得下一个变换多媒体对应的互动点；
若更换展示智能家居画面过程中独立换面为N幅，翻动角度为θ，展示系统每次展示的家具高度为H，宽度为M，设计算得到的互动点的坐标系的原点，翻动过程中的圆心角为θ1，计算得到跟换过程形成的圆弧半径：
其中，R表示轨迹圆弧半径，
计算得到变换过程中展示系统的翻转角度：
其中，N表示帧数；
在整个翻转过程中，互动点的运动轨迹坐标表示为：
其中，Pi表示运动点坐标，变换展示多媒体图片时，以多媒体图片底边中点为原点，建立新的坐标系，新的坐标系原点为(M,0)，根据如下公式计算得到的中点坐标，
将中点坐标作为标准坐标连接中点及互动点，计算得到两点间的直线方程，将直线方程的截距作为展示变换尺度，获得下一个变换多媒体对应的互动点，实现展示系统变换展示多媒体的功能。
2.根据权利要求1所述的激光投影互动展示系统，其特征在于，所述多媒体控制模块包括控制电路，所述控制电路包括电流驱动单元、继电器单元、监控单元，所述电流驱动单元与所述继电器单元连接，所述电流驱动单元用于驱动所述继电器单元工作，所述监控单元用于监控所述多媒体的工作状态。
3.根据权利要求1所述的激光投影互动展示系统，其特征在于，所述互动展示模块包括显示设备。
4.根据权利要求1所述的激光投影互动展示系统，其特征在于，还包括上位机，所述上位机与所述处理器通信连接，所述上位机用于监控以及向所述处理器发送指令。
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