CN1862360A

CN1862360A - 用于投影屏幕的触摸检测系统

Info

Publication number: CN1862360A
Application number: CN200610086634.9A
Authority: CN
Inventors: 翁冬冬; 刘越; 王涌天
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing University of Technology; Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2006-11-15

Abstract

一种应用于投影屏幕的触摸检测系统包括投影机，投影屏幕，图像采集单元和图像处理单元，所述投影机包括一个一般的商用投影机和在该投影机前端安装的可调节方向的偏振光滤光片，所述投影屏幕为金属屏幕，所述图像采集单元包括可调节的偏振光滤光片和摄像机；所述图像处理单元根据所用户手部在所述投影屏幕前的晃动，从所采集到的图像中分辨出用户手部的位置从而触发进一步的操作。

Description

用于投影屏幕的触摸检测系统

技术领域

本发明涉及一种人机交互交互设备，尤其涉及一种应用于投影屏幕的触摸检测系统。

背景技术

在大型展示项目中经常需要实现大面积的可触摸交互系统，一般这种系统都使用投影机作为显示设备，将图像投影到特定区域。这种方式与原有的屏幕显示方式有很大的区别，导致原有的用于显示器的触摸检测技术无法在这种情况下使用。针对这个问题，一般采用基于图像区域运动检测的方法实现触摸交互。这种方法的具体实现过程是：在环境中架设一台摄像机，通过摄像机拍摄投影屏幕区域的图像。当某一用户在投影屏幕区域中挥动手臂，摄像机所将拍摄得到的前后两张连续图像进行相减可以得到一个运动区域，认为这个运动区域就是用户触摸的位置。通过这种方式可以实现用户与系统之间的互动。

但是这种系统存在一个致命的缺点：当投影屏幕中的画面内容运动的时候，系统无法区分那些运动区域是由用户挥动手臂导致的，那些区域是画面内容导致的。这个时候会发生错误的判断，导致系统检测失败。

所以需要一种技术手段，既能够过滤掉屏幕内容画面运动对系统的不良影响有能够保证区域检测的正确性。本发明创造性的将一种常见的光学现象引入大面积投影触摸检测系统中，通过在系统中加入两个偏振滤光片有效的解决了背景画面的干扰问题。

发明内容

本发明提出了一种基于偏振光的运动检测的全新方法，使用这种方法可以实现比直接进行运动检测更为稳定和鲁棒性的效果。

本发明所提供的系统包括金属投影屏幕、摄像机前置偏振光滤光片、摄像机、投影机前置偏振光滤光片、投影机、图像采集单元及软件处理部分。其中摄像机采集金属投影屏幕的图像，由于摄像机前置偏振光滤光片和偏振光滤光片的相互作用，投影机所投出的画面在摄像机中不会出现，从而当摄像机检测用户手部在金属投影屏幕前的运动时不受投影机所投出画面的干扰。

本发明所提供的系统，基于偏振光检测和图像处理的原理，通过安装在摄像机和投影机前端的两个偏振光滤光片，实现起偏器和检偏器的功能。这两个偏振片的起偏方向可以调节，可以以光轴为中心旋转；当系统运行的时候，这两个偏振光滤光片的起偏方向相互垂直。

在系统中使用一个能够保持偏振光反射性质的金属投影屏幕，这个金属屏幕采用包含金属材料的增亮投影屏幕，当某种偏振光入射到该表面，其反射光也是同种偏振光。

这样，投影机投出的图像大部分被过滤掉。由于投影屏幕是用户手部运动的背景，由于背景上的图像变化被过滤，对用户手部运动的检测可以视为一个在静止背景上搜索运动区域的问题。从而大大简化了图像处理的难度，提高了系统的稳定性，减少了系统对使用场合的限制。在系统中，摄像机的图像被图像处理单元获取并处理，图像获取和处理的速度不小于15次每秒。

系统正式运行之前需要进行初始化过程，这个过程主要是通过标定程度确定投影机在金属投影屏幕上画面四个顶点在摄像机图像上的位置。

在系统正式运行时，图象处理单元首先接收摄像机的图像，之后对接收到的连续两幅图像进行差值确定运动区域，认为该区域就是用户的手部。

最后，系统结合初始化过程中得到的数据来计算用户手部实际上触摸屏幕的位置，并最终将这个数据输入计算机。

系统还通过记录投影屏幕上画面的四个顶点在摄像机图像上的位置，通过图像扭曲运算，根据用户手部在摄像机图像上的位置，准确地计算用户手部实际上在投影画面上的位置，从而实现准确的屏幕交互。

附图说明

图1为本发明所提供触摸检测系统的示意图；

其中包括：(1)金属投影屏幕；(2)摄像机前置偏振光滤光片；(3)摄像机；(4)投影机前置偏振光滤光片；(5)投影机；(6)图像采集单元

图2为图像处理单元的数据处理流程；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明所提供的应用于投影屏幕的触摸检测系统，包括金属投影屏幕1；摄像机前置偏振光滤光片2；摄像机3；投影机前置偏振光滤光片4；投影机5；图像采集单元6；其中摄像机3采集金属投影屏幕1的图像，由于摄像机前置偏振光滤光片2和偏振光滤光片4的相互作用，投影机5所投出的画面在摄像机3中不会出现，从而当摄像机3检测用户手部在金属投影屏幕1前的运动时不受投影机5所投出画面的干扰。

其中，金属投影屏幕1为任意一种能够保持偏振光反射性能的投影屏幕，这里所说的偏振光反射性能是指，该屏幕应该保证当某一偏振方向的偏振光入射的时候，其反射光式具有同一偏振方向的偏振光。

所述摄像机前置偏振光滤光片2和投影机前置偏振光滤光片4，应该选取有较高透过率的偏振片，尽量保持光强衰减在50％左右。而且两片偏振片必须能够进行旋转调节，以改变起偏方向。在进行系统标定步骤S1时，应调节任一偏振片，使得投影机5在金属投影屏幕1上画面在摄像机3图像上可见。这时可以通过记录该画面的四个顶点来记录该画面在图像上的位置。在系统正式运行并开始检测用户手部运动之前，应该调节任一偏振片，使得投影机5在金属投影屏幕1上画面在摄像机3图像上不可见，以保证系统的正常运行。

为了达到对红外光具有较好的响应，所述摄像机3优选为CCD摄像机，例如，普通CCD监控摄像头；所述摄像机3的分辨率至少为320×240，例如更高的640×480；所述摄像机3的采集速度至少为30帧/秒。

摄像机3的摆放应该保证整个金属投影屏幕1全部在摄像机3图像内，并尽量充满图像。

正如本领域人员所公知的那样，所述摄像机3可以通过有线或无线的数据传输方式将拍摄到的图像传输到图像处理单元6，例如通过USB2.0接口。

所述图像处理单元6包括中心处理器，用于控制图像处理单元6的整体操作，所述中心处理器可以为DSP或FPGA。

所述图像处理单元6还包括存储单元，用于存储图像处理单元6的数据处理流程的程序和执行该程序时所产生的数据。所述存储单元优选为Flash存储器。

所述图像处理单元6可以在步骤S6中将经过数据处理后所产生的数据输出，即将包含用户手部在屏幕上位置的数据以自定义格式输出，可以输出到与图像处理单元6连接的计算机中。

Claims

1.一种用于投影屏幕的触摸检测系统，其特征在于：该系统包括金属投影屏幕(1)；摄像机前置偏振光滤光片(2)；摄像机(3)；投影机前置偏振光滤光片(4)；投影机(5)；图像采集单元(6)及软件处理部分。

2.根据权利要求1所述的一种用于投影屏幕的触摸检测系统，其特征在于：金属投影屏幕(1)采用包含金属材料的增亮投影屏幕，当某种偏振光入射到该表面，其反射光也是同种偏振光。

3.根据权利要求1所述的一种用于投影屏幕的触摸检测系统，其特征在于：摄像机前置偏振光滤光片(2)和投影机前置偏振光滤光片(4)的起偏方向可以调节，可以以光轴为中心旋转；当系统运行的时候，这两个偏振光滤光片的起偏方向相互垂直。

4.根据权利要求1所述一种用于投影屏幕的触摸检测系统，其特征在于：摄像机(3)的图像被图像处理单元(6)获取并处理，图像获取和处理的速度不小于15次每秒。

5.根据权利要求1所述的一种用于投影屏幕的触摸检测系统，其特征在于：图像处理单元(6)及软件处理部分对接收到的图像进行数据处理，数据处理流程包括以下步骤：

标定投影机(5)在金属投影屏幕(1)上画面四个顶点在摄像机(3)图像上的位置(S1)；

接收摄像机(3)的图像(S2)；

对接收到的连续两幅图像进行差值确定运动区域，认为该区域就是用户的手部(S3)；

根据(S1)获得的投影机(5)在金属投影屏幕(1)上画面四个顶点在摄像机(3)图像上的位置计算用户手部实际上触摸屏幕的位置(S4)；

输出所产生的数据(S5)。