CN203217524U - 基于球形显示的多点触摸系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于球形显示的多点触摸系统，包括:包括触摸球幕、投影仪、红外灯、球幕镜头、具有红外摄像头的摄像机、反射镜和计算机；所述触摸球幕为能透过红外光的投影球幕材料制成的触摸球幕，所述触摸球幕下部有一开口；所述红外灯位于该开口处，向触摸球幕提供红外光线；所述球幕镜头位于该开口正中，并将投影仪发出的色光投射到触摸球幕上；所述计算机分别与摄像机和投影仪连接；所述反射镜设置于球幕镜头和红外摄像头之间，反射镜的反射光通路正对红外摄像头，反射镜的透射光通路位于投影仪的投射方向上。对于本实用新型而言，影像在位置和高度上是平滑过渡的，不同位置得到的视角都相当于平面上的最佳视角。

Description

基于球形显示的多点触摸系统

技术领域

本实用新型涉及一种人机交互领域中的多点触摸系统。特别涉及一种基于球形显示的多点触摸系统。

背景技术

随着人机交互技术的高速发展，多点触摸交互技术得到了越来越多的研究与开发，特别是在2005年Jeff Han提出的基于FTIR的触摸系统和2007年苹果公司发布的支持两指操作的iPhone之后，多点触摸技术越来越被用户所熟知，已成为了当今的潮流。2008年初，微软公司创始人比尔·盖茨曾经预测：未来五年内人与电脑的交互方式将发生重大变革，现有的鼠标和键盘将被更为直观和自然的技术所取代。传统上，人们一直只习惯于用鼠标、键盘等输入设备来操控计算机，然而利用手指直接在屏幕上进行操作要来得更为精确和方便，另外用户在操控过程中也能体会到更多的乐趣。因此，多点触摸方式以其设备简单、操作方便、用户体验度高、承载信息量大等优点有望成为未来人机交互的主流。

多点触摸系统不仅是一个多触点检测系统，也是一个多用户系统。然而，传统的互动装置显示面积小，当需要多个用户同时完成一项任务时，界面的尺寸会成为用户人数限制的条件。因此，需要实现一个大屏幕的多点触摸系统来解决上述问题。目前主流的大屏幕显示屏主要是平面的背投屏幕，如触摸墙、互动桌面等，它们具有操作方式人性化、支持多用户体验等优点，但是也存在着一些局限性，如所占空间面积较大，多个用户同时操作容易造成相互影响和干扰等，存在使用操作不便等多种缺陷和不足。

实用新型内容

本实用新型目的是，为了解决现有的平面显示的多点触摸系统的缺陷和不足。

本实用新型技术方案是：一种基于球形显示的多点触摸装置，包括触摸球幕、投影仪、红外灯、球幕镜头、具有红外摄像头的摄像机、反射镜和计算机；所述触摸球幕为能透过红外光的投影球幕材料制成的触摸球幕，所述触摸球幕下部有一开口；所述红外灯位于该开口处，向触摸球幕提供红外光线；所述球幕镜头位于该开口正中，并将投影仪发出的色光投射到触摸球幕上；所述计算机分别与摄像机和投影仪连接，所述计算机用于控制投影仪向所述触摸球幕的投影、控制摄像机的红外摄像头对触摸球幕上图像的采集、对采集到的触摸球幕上的触摸事件进行分析计算，并根据分析计算结果对投影仪进行显示控制；所述反射镜设置于球幕镜头和红外摄像头之间，球幕镜头对应设置有反射镜的反射光通路和透射光通路，反射光通路正对红外摄像头，透射光通路位于投影仪的投射方向上，反射镜能通过其他光线而反射红外光。

进一步，运行于计算机中的软件系统包括四个模块：球幕显示模块、触点跟踪模块、手势识别模块和互动应用模块，互动应用模块根据应用需求，将指令以图片的形式通过投影仪在触摸球幕上显示出来；用户看到触摸球幕上显示的图片后，触摸相应的位置；触点跟踪模块捕捉用户在球幕上留下的多个触点信息，并将该信息传递给手势识别模块；手势识别模块根据多个不同位置的触点信息，获得用户输入的触点轨迹，从而判断用户的具体需求，将该需求传回给互动应用模块；互动应用模块根据分析出的用户的需求做出响应。

进一步，触摸球幕由能透过红外光线的树脂材料、亚克力板和有机玻璃制成的，直径为70cm。

进一步，红外灯选择波长780nm、功率200mw的圆形红外灯，安装在触摸球幕下方的开口边缘的内侧，从而保证红外光线能均匀地照射到触摸球幕上。

进一步，红外摄像头采用CCD摄像头，摄像头安装在触摸球幕下方的开口靠中间的位置，使得摄像头能将整个球幕拍到。

进一步，球幕镜头采用宽角度的鱼眼镜头作为球幕镜头，安装在触摸球幕的正下方。

进一步，投影仪选用分辨率为1024×768，3000标准光亮度的NEC NP63+投影仪。

进一步，计算机采用频率为3.3GHz的Intel酷睿i3系列处理器，4G内存和Windows XPsp2操作系统的主机。

本实用新型具有以下的优点和有益效果：（1）球幕是一个360度全方位显示屏幕，用户无需移动，就能从不同的位置、不同的角度和不同的时间框架里观看同一播放影像；（2）球幕的漫反射成像特性可以使多个用户同时在一个球幕上的不同位置操作，而不相互干扰；（3）对于球形显示的多点触摸系统，用户在不同位置将得到不一样的视角，一个小小的角度偏移甚至就能看到新的映像内容；（4）影像在位置和高度上是平滑过渡的，这意味着对于用户来说，不同位置得到的视角都相当于平面上的最佳视角。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为图1中计算机中的软件模块连接关系框图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

如图1所示，基于球形显示的多点触摸系统包括:包括触摸球幕1、红外灯2、具有红外摄像头3的摄像机、反射镜4、球幕镜头5、投影仪6和计算机7；所述触摸球幕1为能透过红外光的投影球幕材料制成的触摸球幕，所述触摸球幕1下部有一开口；所述红外灯2位于该开口处，向触摸球幕提供红外光线；所述球幕镜头5位于该开口正中，并将投影仪6发出的色光投射到触摸球幕1上；所述计算机7分别与摄像机和投影仪6连接，所述计算机7用于控制投影仪6向所述触摸球幕1的投影、控制摄像机的红外摄像头3对触摸球幕1上图像的采集、对采集到的触摸球幕1上的触摸事件进行分析计算，并根据分析计算结果对投影仪6进行显示控制；所述反射镜4设置于球幕镜头5和红外摄像头3之间，球幕镜头5对应设置有反射镜4的反射光通路和透射光通路，反射光通路正对红外摄像头3，透射光通路位于投影仪6的投射方向上，反射镜4能通过其他光线而反射红外光。

其中：

（1）触摸球幕1：触摸球幕由能透过红外光线的树脂材料、亚克力板和有机玻璃制成的，可以根据自己的需要选择大小合适的球幕。本实用新型选用直径为70cm的球幕，球幕下面有一个开口，红外光线经过开口进入球幕。

（2）红外灯2：红外灯选择波长780nm、功率200mw的圆形红外灯，安装在触摸球幕下方的开口边缘的内侧，从而保证红外光线能均匀地照射到触摸球幕上。

（3）红外摄像头3：采用CCD摄像头，摄像头安装在触摸球幕下方的开口靠中间的位置，使得摄像头能将整个球幕拍到。

（4）球幕镜头5：采用宽角度的鱼眼镜头作为球幕镜头，安装在触摸球幕的正下方。鱼眼镜头的作用是将平面影像做相应的变形，从而能在三维球幕上平滑的显示出来。

（5）反射镜4：反射镜安装在球幕镜头里面，目的是为了增加投影仪的投射距离。球幕镜头对应设置有反射镜片的反射光通路和透射光通路，反射光通路正对红外摄像头，透射光通路位于投影仪的投射方向上，反射镜能通过其他光线而反射红外光。

（6）投影仪6：投影仪的选择主要考虑的是亮度和投影距离。另外投影仪的分辨率也很重要，因为有些应用程序可能需要显示高清的影像，这就需要选择高分辨率的投影仪。这里选用分辨率1024×768，3000标准光亮度的NEC NP63+投影仪。

（7）计算机7：多点触摸系统的软件实现需要计算机来处理，采用频率为3.3GHz的Intel酷睿i3系列处理器，4G内存和Windows XP sp2操作系统的主机。

图2是本实用新型的软件模块连接关系框图，主要分为四个部分：球幕显示模块，触点跟踪模块，手势识别模块，和互动应用模块。各个部分流程和功能如下：

（1）球幕显示模块完成将二维输入图片经过投影变换显示到球幕上的过程。设二维图片中的任意点P的坐标为p(x,y)，其中

中心点坐标为(0,0)，而在球幕上采用的是经纬度坐标p(latitude,longitude)，其中经度坐标longitude的取值范围为0～2π的转换关系，纬度坐标latitude的取值范围为0～π。转换关系为：

$\mathrm{latitude}=\sqrt{x^2+y^2}*\mathrm{\π}$

当y＞0时， $\mathrm{longitude}=\arccos (x/\sqrt{x^2+y^2});$ 当y≤0时，

$\mathrm{longitude}=2\mathrm{\π}-\arccos (x/\sqrt{x^2+y^2})$

（2）触点跟踪模块：触摸点跟踪的作用是将摄像头采集到的原始图像信息，经过相应的处理得到触点信息，并经TUIO通信协议发送给手势识别模块。本系统使用Community CoreVision（CCV）开源软件进行触点跟踪。当手指触摸屏幕时，CCV软件能将触点信息检测出来，并在屏幕的相应位置显示白点。

（3）手势识别模块：当触点信息被准确地追踪后，通过手势识别模块便可对输入触点轨迹进行解释为相应的手势命令，再传递给应用程序实现最终交互的功能。这里采用最为常用的基于隐马尔可夫模型的手势识别算法完成本模块所需功能，手势识别模块将手势命令的识别结果发送给互动应用模块。

（4）互动应用模块：属于上层应用，为图像或者视频的表现形式，能够对手势识别引擎提供的手势命令做出响应，最终通过显示屏显示出来。典型应用如图片查看器（在触摸球幕上查看图片以及移动、缩放和旋转操作）、写字板（通过跟踪触摸点的轨迹可以实现多个手指在触摸屏幕上进行写字的功能）、虚拟粒子系统（当手指触摸屏幕时，在触摸区域周围，会出现绚丽的动感效果）等。

因此，根据图2和上述描述，本系统的工作流程如下：互动应用模块根据应用需求，将指令以图片的形式通过投影仪，在触摸球幕上显示出来；用户看到触摸球幕上显示的图片后，触摸相应的位置；触点跟踪模块捕捉用户在球幕上留下的多个触点信息，并将该信息传递给手势识别模块；手势识别模块根据多个不同位置的触点信息，获得用户输入的触点轨迹，从而判断用户的具体需求，将该需求传回给互动应用模块；互动应用模块根据分析出的用户的需求做出响应。

综上所述，对于球形显示的多点触摸系统，用户在不同位置将得到不一样的视角，一个小小的角度偏移甚至就能看到新的映像内容，且影像在位置和高度上是平滑过渡的，这意味着对于用户来说，不同位置得到的视角都相当于平面上的最佳视角。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.基于球形显示的多点触摸系统，其特征在于,包括:包括触摸球幕、投影仪、红外灯、球幕镜头、具有红外摄像头的摄像机、反射镜和计算机；所述触摸球幕为能透过红外光的投影球幕材料制成的触摸球幕，所述触摸球幕下部有一开口；所述红外灯位于该开口处，向触摸球幕提供红外光线；所述球幕镜头位于该开口正中，并将投影仪发出的色光投射到触摸球幕上；所述计算机分别与摄像机和投影仪连接，所述计算机用于控制投影仪向所述触摸球幕的投影、控制摄像机的红外摄像头对触摸球幕上图像的采集、对采集到的触摸球幕上的触摸事件进行分析计算，并根据分析计算结果对投影仪进行显示控制；所述反射镜设置于球幕镜头和红外摄像头之间，球幕镜头对应设置有反射镜的反射光通路和透射光通路，反射光通路正对红外摄像头，透射光通路位于投影仪的投射方向上，反射镜能通过其他光线而反射红外光。 

2.根据权利要求1所述的基于球形显示的多点触摸系统，其特征在于，其中触摸球幕由能透过红外光线的树脂材料、亚克力板和有机玻璃制成的，直径为70cm。 

3.根据权利要求1所述的基于球形显示的多点触摸系统，其特征在于，其中红外灯选择波长780nm、功率200mw的圆形红外灯，安装在触摸球幕下方的开口边缘的内侧，从而保证红外光线能均匀地照射到触摸球幕上。 

4.根据权利要求1所述的基于球形显示的多点触摸系统，其特征在于，其中红外摄像头采用CCD摄像头，摄像头安装在触摸球幕下方的开口靠中间的位置，使得摄像头能将整个球幕拍到。 

5.根据权利要求1所述的基于球形显示的多点触摸系统，其特征在于，其中球幕镜头采用宽角度的鱼眼镜头作为球幕镜头，安装在触摸球幕的正下方。 

6.根据权利要求1所述的基于球形显示的多点触摸系统，其特征在于，其中投影仪选用分辨率为1024×768，3000标准光亮度的NEC NP63+投影仪。 

7.根据权利要求1所述的基于球形显示的多点触摸系统，其特征在于，其中计算机采用频率为3.3GHz的Intel酷睿i3系列处理器，4G内存和Windows XP sp2操作系统的主机。 

Images