CN203012636U

CN203012636U - 一种基于激光投影定位的人机交互系统

Info

Publication number: CN203012636U
Application number: CN 201220615353
Authority: CN
Inventors: 金劲松
Original assignee: SHENZHEN RICHEN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN RICHEN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2022-11-20

Abstract

本实用新型公开了一种基于激光投影定位的人机交互系统，其中，所述系统包括：投影设备、交互设备、图像采集装置和上位机，所述图像采集装置固定在投影设备旁，所述交互设备连接上位机，所述图像采集装置和投影设备分别连接上位机，所述交互设备为激光笔。所述人机交互方法兼顾了传统鼠标按键定义方式，以及光标位置指示的相对定位方式，具备绝对定位方式光标位置指示操作直接感，避免了系统标定问题，方便了使用，降低该交互系统对应用环境的要求。

Description

一种基于激光投影定位的人机交互系统

技术领域

本实用新型涉及显示系统的交互技术领域，尤其涉及一种基于激光投影定位的人机交互系统。

背景技术

随着计算机技术的发展，人机交互的方式越来越多样化，从鼠标、键盘到手势、体感、声控等，一直朝着方便用户使用的方向发展。激光定位的交互系统是一种类似于鼠标的交互系统，可以利用激光精确定位鼠标光标的位置，并且可以产生鼠标消息。在进行演讲展示或者玩一些远程操控类的游戏时使用这种激光笔会带来一种全新的体验。

现有技术中的激光定位的人机交互系统主要分为两类：

一是利用激光笔射出的亮点来完成所有交互功能。例如：专利CN200810035544.6公开了一种激光笔指示与光点轨迹识别的方法，采用计算机与嵌入式设备交互的方法，实现激光笔、嵌入式设备、计算机三者的交互，由嵌入式设备连接视频采集设备，通过获得的视频的亮度信息来获得激光笔的光点位置，然后传送至计算机中，由计算机对用户展示效果。该专利能成功识别光点的轨迹信息，形成各种形状、字母、数字灯的展示效果。专利CN201010194032.1通过捕获包含激光点的投影屏幕的图像，检测激光点在所述投影屏幕中位置信息和时间信息。确定激光点是处于移动状态或停顿状态，并根据所述激光点状态信息，按照书写一个字符的过程中定位于书写交替进行的规律，将激光点在所述投影屏幕上的轨迹分割为定位轨迹和书写轨迹，并将其映射为能够显示在投影屏幕上的字符的笔画，实现人机交互的目的。

二是带有无线传输模块的激光笔交互系统。例如：专利CN201210026754.5实用新型了一种能用激光笔直接控制电脑的新型鼠标控制系统。由激光笔模块，位置检测模块，USB无线接收模块组成，激光笔模块和位置检测模块分别向USB无线接收模块反馈按键开关状态信息和鼠标位置信息。从而使激光笔具有一个功能键并可以控制鼠标光标的移动。专利CN200810101593.5实用新型了一种带用户身份标识的无线控制激光笔:由激光笔外壳、激光发射电路和无线发射电路组成,并且具有握式和书写等多种操作方式。同时激光笔上配置有鼠标左键右键，可以完成鼠标的所有功能，并支持多用户并用时匹配用户和光点轨迹,进而区分多用户同时支持多用户无冲突并行使用。

从上述分类可以看出，现有技术中一类是通过检测激光笔模块光点产生的耀斑，根据预先设定位置编码或时序编码来实现指定内容的交互，该方法虽然实现了激光直接指向性交互的优点，但其实现上需要改变用户使用习惯；另一类通过红光激光器加鼠标按键消息的方式也实现了激光直接指向性交互的优点，但其对光点反射耀斑的检测精度和实时性要求较高，否则会给用户感觉激光光线和屏幕光标不重合或者移动不流畅。要解决这个问题，系统的复杂度提高；同时该系统使用必须标定，增加了系统使用复杂度。

有鉴于此，现有技术有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型目的在于提供一种基于激光投影定位的人机交互系统。旨在解决现有技术中人机交互时存在的系统复杂度高、必须使用系统标定等问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于激光投影定位的人机交互系统，其中，包括：

用于投影出上位机传送的图像信息，形成一交互界面的投影设备；

用于在交互界面上形成交互信息，以及接收用户的交互指令，将所述交互指令发送至上位机中的交互设备；

用于实时获取交互界面上的图像信息和交互信息，并将其发送到上位机中的图像采集装置；

用于根据交互信息和图像信息，经过计算获得交互信息在交互界面上的位置；同时，还用于将交互指令转化为相应的鼠标按键信息，实现鼠标的多个按键功能，完成人机交互的上位机；

所述图像采集装置固定在投影设备旁，所述交互设备连接上位机，所述图像采集装置和投影装置分别连接上位机，所述交互设备为激光笔。

优选地，所述的基于激光投影定位的人机交互系统，其中，所述激光笔包括：激光发光器件、左键按钮、右键按钮、左键双击按钮、无线2.4G发送模块及电源管理模块和电池。

优选地，所述的基于激光投影定位的人机交互系统，其中，所述图像采集装置包括：摄像机、与摄像机相连的曝光调整单元和设置在摄像机的镜头前的滤光片。

优选地，所述的基于激光投影定位的人机交互系统，其中，所述上位机为台式计算机、笔记本电脑或嵌入式系统。

优选地，所述的基于激光投影定位的人机交互系统，其中，所述上位机包括：一与曝光调整单元相连的图像处理单元，用于对摄像机获取的图像信息和交互信息进行处理。

有益效果：

本申请的基于激光投影定位的人机交互系统，兼顾了传统鼠标按键定义方式，以及光标位置指示的相对定位方式，具备绝对定位方式光标位置指示操作直接感，避免了系统标定问题，方便了使用，降低该交互系统对应用环境的要求。

附图说明

图1为本申请的基于激光投影定位的人机交互系统的结构框图。

图2为本申请的基于激光投影定位的人机交互系统的实施例中激光笔的示意图。

图3为本申请的基于激光投影定位的人机交互方法中的硬件结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种基于激光投影定位的人机交互系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，其为本申请的基于激光投影定位的人机交互系统的结构框图。如图所示，所述基于激光投影定位的人机交互系统包括：投影设备100、交互设备200、图像采集装置300和上位机400，所述图像采集装置300固定在投影设备100旁，所述交互设备200连接上位机400，所述图像采集装置300和投影设备100分别连接上位机400，所述交互设备200为激光笔。

具体来说，所述投影设备100用于投影出上位机400传送的图像信息，形成一交互界面；所述交互界面即是用于显示上位机400传送的图像信息，其中，所述图像信息包括预设的图像、游戏、文字数据、桌面、菜单、虚拟键盘等。

所述交互设备200用于在交互界面上形成交互信息，以及接收用户的交互指令，将所述交互指令发送至上位机中。如图2所示，所述激光笔包括：激光发光器件10、左键按钮20、右键按钮30、左键双击按钮40、无线2.4G发送模块及电源管理模块50和电池60（在本实施例中为7号电池），所述交互信息即用户使用激光笔在交互界面上（如投影画面）打出的红外激光耀斑。

所述图像采集装置300用于实时获取交互界面上的图像信息和交互信息，并将其发送到上位机400中。在本实施例中，所述图像采集装置包括：摄像机、与摄像机相连的曝光调整单元和设置在摄像机的镜头前的滤光片。

所述摄像机的摄像头可以采用CCD或者CMOS等，为了保证采集的图像信息的精度和准确性，应当保证所述摄像头具有一定的定位精度和速度，如：定位精度为0.1个像素，速度为每秒30帧等。为了提高对外界光线的抗干扰性，所述摄像头可以设置一滤光片，对外界光线进行过滤，一定程度上降低光线的干扰，大大提高了系统的稳定性，并且降低了图像处理的复杂度。与摄像机连接的曝光调整单元，用于调节摄像机的曝光时间，使摄像机捕捉的投影在屏幕上的图像信息的平均灰度值在预设的范围之内，如何调整方法会在后面进行介绍。进一步地，所述上位机还包括一与曝光调整单元相连的图像处理单元，用于对摄像机获取的图像信息和交互信息进行处理。关于具体处理步骤也会在后续进行介绍。

所述上位机400用于根据交互信息和图像信息，经过计算获得交互信息在交互界面上的位置；同时，上位机400还将交互指令转化为相应的鼠标按键信息，实现鼠标的多个按键功能，完成人机交互。在本实施例中，所述上位机可以是台式计算机、笔记本电脑、嵌入式系统等控制器，可以进行数据处理及数据运行。上位机内运行的软件主要功能有标定、位置识别和坐标转换。其中标定是可选模块，只有工作在绝对位置精度要求高的模式下或系统调试时需要启用，常规工作模式下时，不需要做标定。

下面通过一个具体例子来说明基于激光投影定位的人机交互方法是如何实现的。

请参阅图3，其为基于激光投影定位的人机交互方法中的硬件结构示意图。所述激光笔包括USB无线发射模块、按键和激光头，上位机通过一USB无线接收模块与激光笔的USB无线发射模块通讯，所述上位机通过USB连接一用于图像捕捉的摄像头。

用户使用激光笔在交互界面上（如投影画面）打出一个红外激光耀斑；与此同时，系统实时通过摄像头采集图像信息，然后发送至上位机；当上位机接收到新的图像信息后，经过运算获得激光耀斑所在点的位置，控制程序把鼠标或标识点移动到相应人眼不可见的激光耀斑位置或附近；同时，当用户按下激光笔上的按键开关后，激光笔通过无线发射模块把按键消息发出，上位机的USB无线接收模块接收到按键消息后，控制程序把按键消息转化为相应的鼠标按键消息，从而实现鼠标的多个按键功能，完成人机交互全过程。为了实现真正意义上地互动，即通过激光笔真正实现鼠标功能。还需要在激光笔上设置相应的按键，具体说来，包括：鼠标左键、鼠标右键、鼠标左键双击键等。当相应的按键按下，激光笔上的无线发送模块会把相应按键的信息通过无线信号发送给上位机的USB无线接收模块，最后上位机就接收到激光笔发出的按键信息，另外结合所述摄像头从视频采集装置捕捉到的图像信息中提取出光标的位置信息；产生相应的鼠标动作。同样地，当交互设备为点触笔时，用户使用点触笔以点触的方式在交互画面上进行交互，点触笔在用户点触的瞬间发出红外光，系统实时通过摄像头采集图像信息，使用与激光笔一样的处理方法定位鼠标光标的位置。点触笔不含无线模块，当系统检测到激光笔发出的红外光时，就认为有鼠标左键消息产生。使用这种方式进行交互时，用户可以直接在投影画面上进行绘图、写字等操作，类似于现行的在触摸屏幕上实现点触摸交互方式。

为了实现鼠标功能，肯定需要计算鼠标位置；即首先要计算出激光指示点（即激光束）在图像中的位置，然后根据这个位置再计算出鼠标在电脑屏幕中的坐标。现有技术是利用视频采集装置（如摄像头）读入的图像坐标与鼠标在电脑屏幕中的坐标的转换来实现的。

上面已经介绍到了，这一过程很容易受到外界的影响，及时在摄像头上安装一滤光片也不能完全解决问题。为了减小这种影响，在使用摄像头捕捉画面时，首先让程序自动调整摄像头的曝光时间，调整到合适的范围之后，再进行自动标定。

当用户按下激光笔上的按键后，激光笔内的无线发射模块便将按键的信息发送出去，上位机的USB无线接收模块接收到按键信号后便提交给上位机系统，系统响应响应的鼠标按键操作。本系统在计算激光笔耀斑的位置是持续的，与响应激光笔按键可以做到并行操作，不像其他的系统只有在按下按键后才计算一次耀斑的位置，这样可以完全真实的模拟鼠标的操作。

综上所述，本实用新型的基于激光投影定位的人机交互系统，其中，所述系统包括：投影设备、交互设备、图像采集装置和上位机，所述图像采集装置固定在投影设备旁，所述交互设备连接上位机，所述图像采集装置和投影设备分别连接上位机，所述交互设备为激光笔。所述人机交互方法兼顾了传统鼠标按键定义方式，以及光标位置指示的相对定位方式，具备绝对定位方式光标位置指示操作直接感，避免了系统标定问题，方便了使用，降低该交互系统对应用环境的要求。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种基于激光投影定位的人机交互系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于激光投影定位的人机交互系统，其特征在于，所述激光笔包括：激光发光器件、左键按钮、右键按钮、左键双击按钮、无线2.4G发送模块及电源管理模块和电池。

3.根据权利要求1所述的基于激光投影定位的人机交互系统，其特征在于，所述图像采集装置包括：摄像机、与摄像机相连的曝光调整单元和设置在摄像机的镜头前的滤光片。

4.根据权利要求1所述的基于激光投影定位的人机交互系统，其特征在于，所述上位机为台式计算机、笔记本电脑或嵌入式系统。

5.根据权利要求3所述的基于激光投影定位的人机交互系统，其特征在于，所述上位机包括：一与曝光调整单元相连的图像处理单元，用于对摄像机获取的图像信息和交互信息进行处理。