WO2014048280A1 - 人机交互系统及红外影像捕捉装置 - Google Patents

人机交互系统及红外影像捕捉装置 Download PDF

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infrared
image
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方璡
金劲松
程俊
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Tencent Technology Shenzhen Co Ltd
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation

Definitions

  • the present invention relates to the field of computer technology, and in particular to a human-computer interaction system and an infrared image capturing device.
  • a large projection-based interactive whiteboard is an implementation of such a typical human-computer interaction technology, which can utilize the cooperation of an infrared camera and an infrared light generator to realize human-computer interaction; or use processed and removed
  • the ordinary camera of the infrared filter captures the infrared light indicating signal input from the infrared light generator to realize human-computer interaction.
  • the projector of the Digital Light Processing (DLP) mode using the imaging device-Digital Micromirror Device (DMD) is adopted one by one.
  • the image is scanned by point scanning, and the camera's shutter of 30 frames per second can only capture the defective and unscanned complete picture, so the modified ordinary camera
  • the screen projected by the DLP mode projector cannot be captured normally, that is, the frame rate of the camera and the projector is inconsistent, which may cause a defect in the frame image.
  • the infrared light signal and the visible light signal are difficult to distinguish due to the image captured by the modified ordinary camera, so it is difficult for the computer to analyze the location of the infrared light signal, resulting in failure of human-computer interaction.
  • the object of the present invention is to overcome the defects of the existing human-computer interaction system, and to provide a new human-computer interaction system and an infrared image capturing device, which are low in cost and can reliably and accurately capture images in the image. Infrared light signal.
  • the invention provides an infrared image capturing device in a human-computer interaction system, which comprises an image capturing device and a visible light filter.
  • the image capturing device is configured to capture visible light signals and infrared light signals.
  • the visible light filter is disposed in front of the image capturing device for filtering visible light signals in the projected image before the image enters the image capturing device, so that the image capturing device captures the image The infrared light signal.
  • the present invention also provides a human-computer interaction system including a computing processing device, a projection device, an infrared light generator, and an infrared image capturing device.
  • the projection device is coupled to the computing processing device to project an image in the computer processing device to a projection area to produce a projected image.
  • the infrared light generator is configured to output an infrared light indicating signal on the projected image.
  • the infrared image capturing device is configured to capture the infrared light indicating signal in the projected image.
  • the infrared image capturing device includes an image capturing device and a visible light filter. The image capture device is configured to capture visible light signals and infrared light signals.
  • the visible light filter is disposed in front of the image capturing device for filtering visible light signals in the projected image before the projected image enters the image capturing device, so that the image capturing device captures the image
  • the infrared light indicating signal in the projected image the computer processing device performs an operation according to the infrared light indicating signal.
  • the human-computer interaction system and the infrared image capturing device provided by the invention set a visible light filter in front of the image capturing device, thereby filtering out the visible light signal, and letting the infrared light signal pass, reaching
  • the purpose of using an expensive infrared camera is therefore lower in cost and is advantageous for a wide range of promotion.
  • the infrared image capturing device provided by the present invention only needs to capture the infrared light indicating signal, which is not mixed with the visible light signal, the calculating processing device can easily and accurately analyze the position of the infrared light indicating signal, and does not cause a person.
  • the failure of the machine interaction, and the computer processing device can also avoid the defect of the frame image defect caused by the different frame rates of the light source, the projector and the image capturing device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a human-machine interaction system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the infrared image capturing device 140 shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a human-computer interaction system implemented in the present invention.
  • the human-machine interaction system 00 in the embodiment of the present invention includes a computing processing device 110, a projection device 120, an infrared light generator 30, and an infrared image capturing device 140.
  • the computing processing device 110 refers to a computing system having computing processing capabilities, such as an electronic device having a central processing unit (CPU), a memory, and the like, and also refers to a computing system having an operating system capable of providing a program operating environment. Specifically, the computing processing device 110 can utilize various types of computers. The device is implemented, for example, a desktop computer, a notebook computer, a tablet computer, etc.; or implemented by a handheld device having computing processing capability, such as a smart phone, etc.; or by using other computing device capable of computing processing capability or the like.
  • Projection device 120 is coupled to computing processing device 110 for projecting images in computing processing device 10 to projection region 190 to produce corresponding projected images.
  • the projection device 120 can be connected to the computing device 110 through the projection device interface 121, and the projection device interface 21 can include a Video Graphic Array (VGA) interface and a composite video output interface. High Definition Muitimedm Interfeee (HDMI) and more.
  • VGA Video Graphic Array
  • HDMI High Definition Muitimedm Interfeee
  • the projection device 120 can also be connected to the ascending processing device 110 by other wired or wireless connection means.
  • the infrared light generator 130 is for outputting an infrared light signal to generate an infrared light indicating signal on the projected image on the projection area 190.
  • the infrared light generator 130 can be implemented by using an infrared light laser, and the emitted infrared light laser beam is struck on the projection area 190 to form an infrared light indicating signal.
  • the infrared light indicating signal can be an infrared light laser beam spot. .
  • the infrared image capturing device 140 is connected to the computing processing device 110 for capturing the infrared light indicating signal in the projected image and inputting the captured infrared light indicating signal to the computer processing device 110, and the computing processing device 110 can determine the infrared light. Indicates where the signal is located in the projected image, thereby enabling human-computer interaction.
  • the infrared image capturing device 140 can be connected to the computing processing device 1 through the image capturing interface 14], for example, the infrared image capturing device 140 can be a USB camera device connected to the computing processing device 110 via a USB interface; Alternatively, the infrared image capturing device 140 may be built in the computing processing device 110 to be connected to the computing processing device 10; or the infrared image capturing device 140 may be connected to the computer processing device 110 by a wireless connection method (for example, Wffi or the like). connection. Additionally, control software can be installed in the computing device 110 for controlling the infrared image capturing device 140 to operate to capture infrared light indicating signals in the projected image.
  • a wireless connection method for example, Wffi or the like
  • the infrared image capturing device 140 of the present invention includes an image capturing device 141 and a visible light filter 142.
  • the image capturing device 141 has the ability to capture visible light signals and infrared light signals.
  • the image capturing device 141 may employ a conventional camera that does not include an infrared light filter.
  • the ordinary camera generally includes an infrared light filter.
  • the camera in the present invention may be a modified ordinary camera that removes the infrared light filter, so that the ordinary camera can capture visible light signals and infrared without increasing the cost.
  • the ability of light signals may also be a camera that does not have an infrared light filter installed at the time of production.
  • the image capturing device 141 includes a lens 1411 and a photosensitive member 1412 disposed behind the lens 1411.
  • the photosensitive element 1412 can be implemented by a charge coupled device (CCD) or a complementary metal-oxide semiconductor (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) or the like.
  • CCD charge coupled device
  • complementary metal-oxide semiconductor Complementary Metal-Oxide Semiconductor
  • the visible light filter 142 is disposed in front of the image capturing device 141. Therefore, before the image capturing device enters the image capturing device 141, the visible light filter 142 filters out the visible light signal in the projected image, and the infrared light indicating signal passes through the image capturing device 141. Only the infrared light indicating signal in the projected image is captured, and then the infrared light indicating signal is input to the computer processing device 110, and finally the computer processing device 110 can recognize the position of the infrared light indicating signal in the projected image. And performing related operations according to the infrared light indication signal, thereby realizing human-computer interaction.
  • the infrared image capturing device 140 may further include a switching element 143 connected to the visible light filter 42 to control the visible light filter 142 to be received or lowered to achieve visible light filtering.
  • the mirror 142 can be selectively disposed prior to the image capture device 140.
  • the switchable element 43 can be manipulated to close the visible light filter 141, and then the image capturing device 140 can simultaneously capture the visible light signal and Infrared light signal.
  • the steerable switching element 143 can lower the visible light filter 141 to filter out the visible light signal, so that the image capturing device 140 captures only the infrared light signal.
  • the human-computer interaction system and the infrared image capturing device provided by the present invention set a visible light filter in front of the image capturing device, thereby filtering out the visible light signal to allow the infrared light signal to pass, without using an expensive infrared light camera.
  • the human-computer interaction system and the infrared image capturing device provided by the present invention are low in cost, and since the infrared image capturing device of the present invention only needs to capture the infrared light indicating signal, it does not interfere with other visible light signals, so the calculation processing
  • the device is easy and accurate
  • the location of the infrared light indication signal is analyzed, which does not cause the failure of human-computer interaction, and it can also avoid the defect of frame image defect caused by different frame rates of the light source, the projector and the image capturing device.

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Description

人机交互系统及红外影像捕捉装置 本专利申请要求于 2012年 09月 29日提交的、 申请号为 201210371671. X, 申请人为腾讯科技（深圳）有限公司、 发明名称为 "人机交互系统及红外影像 捕捉装置" 的中国专利申请的优先权， 该申请的全文以引用的方式并入本申请 中。
技术领域
本发明涉及计算机技术领域， 特别是涉及人机交互系统及红外影像捕捉装 置。
背景技术
随着科技的发展， 计算机已经被广泛地应用在人们日常的工作和生活中。 在基于计算机视觉的人机交互技术中， 需要藉由摄像头来捕捉辨认用户的动作， 从而实现人机交互。 但是， 由于用户的动作一般比较复杂， 而且进行辨认的成 本较高， 因此典型的、 易于应用的人机交互技术包括让用户持有一个能够易于 供摄像头辨识的指示装置（例如红外点触笔等等）， 通过辨认红外点触笔所输入 的红外光指示信号， 从而实现人机交互。 目前常用的基于投影的大型交互白板 就是这种典型的人机交互技术的一种实现方式， 其可以利用红外摄像头和红外 光发生器的配合以实现人机交互； 或者釆用经过处理的、 去除了红外滤光镜的 普通摄像头来捕捉红外光发生器所输入的红外光指示信号从 实现人机交互。
但是， 对于采用红外摄像头的人机交互系统来说， 由于红外摄像头价格昂 贵， 因此整个人机交互系统的成本较高， 不利于大范围的推广。
而对于采用改装的普通摄像头的人机交互系统来说， 由于采用成像器件-数 字微透镜装置 (Digital Micromirror Device, DMD)的数字光处理 (Di gitai Light Procession, DLP)模式的投影仪是通过逐个点扫描而成像的， 并且摄像头每秒 30 帧的快门只能拍摄到残缺的尚未扫描完整的画面， 因此经过改装的普通摄像头 无法正常捕捉 DLP模式的投影仪所投射的画面， 即摄像头和投影仪的帧率不一 致容易引发帧影像残缺的缺陷。 此外， 在强光环境下， 由于经过改装的普通摄 像头捕捉到的影像中红外光信号和可见光信号难以区分， 因此计算机难以分析 出红外光信号的所在位置， 从 ,¾导致人机交互的失效。
发明内容
本发明的目的在于， 克服现有的人机交互系统所存在的缺陷， 而提供一种 新的人机交互系统及红外影像捕捉装置， 该装置成本较低， 而且能够可靠准确 地捕捉影像中的红外光信号。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供一种人机交互系统中的红外影像捕捉装置， 其包括影像捕捉装 置和可见光滤镜。 其中所述影像捕捉装置用于捕捉可见光信号和红外光信号。 所述可见光滤镜设置在所述影像捕捉装置之前， 以用于在影像进入所述影像捕 捉装置之前滤除所述投影影像中的可见光信号， 从而使所述影像捕捉装置捕捉 到所述影像中的所述红外光信号。
本发明还提供一种人机交互系统， 其包括计算处理装置、 投影装置、 红外 光发生器和红外影像捕捉装置。 所述投影装置与所述计算处理装置连接， 以将 所述计算机处理装置中的影像投射至投影区域从而产生投影影像。 所述红外光 发生器用于在所述投影影像上输出红外光指示信号。 所述红外影像捕捉装置用 于捕捉所述.投影影像中的所述红外光指示信号。 其中， 所述红外影像捕捉装置 包括影像捕捉装置和可见光滤镜。 所述影像捕捉装置用于捕捉可见光信号和红 外光信号。 所述可见光滤镜设置在所述影像捕捉装置之前， 以用于在所述投影 影像进入所述影像捕捉装置之前滤除所述投影影像中的可见光信号， 从而使所 述影像捕捉装置捕捉到所述投影影像中的所述红外光指示信号， 则所述计算机 处理装置根据所述红外光指示信号来执行湘应的操作。
本发明所提供的人机交互系统及红外影像捕捉装置是在影像捕捉装置前设 置可见光滤镜， 从而过滤掉可见光信号， 而让红外光信号通过， 达到并不需要 采用价格昂贵的红外光摄像头的目的， 因此其成本较低， 利于大范围的推广。 而且由于本发明所提供的红外影像捕捉装置只需要捕捉红外光指示信号， 其不 会和可见光信号相互混杂， 因此计算处理装置可易于准确地分析出红外光指示 信号的所在位置， 不会导致人机交互的失效， 并且该计算机处理装置也可以避 免由于光源、 投影仪、 影像捕捉装置不同帧率而造成的帧影像残缺的缺陷。
上述说明仅是本发明技术方案的概述， 为了能够更清楚了解本发明的技术 手段.， 可以依照说明书的内容予以实施， 并且为了让本发明的上述和其他目的、 特征和优点能够更明显易懂， 以下特举较佳实施例， 并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图 1为本发明实施例的人机交互系统的示意图。
图 2为图 1所示的红外影像捕捉装置 140的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为了达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以 下结合附图及较佳实施例， 对依.据本发明所提出的人机交互系统及红外影像捕 捉装置的具体实施方式、 方法、 步骤、 结构、 特征及其功效进行详细说明如下。
有关本发明的前述及其他技术内容、 特点及功效， 在以下配合参考图式的 较佳实施例的详细说明中将可被清楚呈现。 通过对具体实施方式的说明,可以更 加深入且具体的了解本发明为了达成预定目的所采取的技术手段及功效， 然而 所附图式仅是提供参考与说明之用 , 并非用来对本发明加以限制。
图 1 为本发明实施倒的人机交互系统的示意图。 如图 1所示， 本发明实施 例中的人机交互系统】00包括计算处理装置 110、 投影装置 120、 红外光发生器 】30、 以及红外影像捕捉装置 140。
计算处理装置 110 是指具有计算处理能力的计算系统， 例如具有中央处理 器 (Central Processing Unit, CPU)、 内存等电子器件， 并且还指具有操作系统能够 提供程序运行环境的计算系统。 具体地， 计算处理装置 110 可以利用各类电脑 设备来实现， 例如桌面电脑、 笔记本电脑、 平板电脑等等； 或者利用具有计算 处理能力的手持设备来实现， 例如智能手机等等； 或者利用其他具有计算处理 能力的机器人设备等等来实现。
投影装置 120与计算处理装置 110连接， 以用于将计算处理装置】10中的 影像投影至投影区域 190从而产生相应的投影影像。 其中， 投影装置 120可以 通过.投影装置接口 121 而与计算处理装置 110相连接， 而投影装置接口 〗21可 以包括视频图形阵列 (Video Graphic Array, VGA)接口、 复合视频输出接口。 高清 晰度多媒体接口（High Definition Muitimedm Interfeee, HDMI)等等。 当然，投影装 置 120也可以通过其他的有线或者无线连接方式来与升算处理装置 110相连接。
红外光发生器 130用于输出红外光信号， 以在投影区域 190上的投影影像 上产生红外光指示信号。 其中， 红外光发生器 130可以采用红外光激光器来实 现， 发射出的红外光激光束打在投影区域 190上从而形成红外光指示信号， 在 此， 红外光指示信号可以为红外光激光束光点。
红外影像捕捉装置 140与计算处理装置 110连接， 以用于捕捉.投影影像中 的红外光指示信号并将捕捉到的红外光指示信号输入至计算机处理装置 110，则 计算处理装置 110 可以确定红外光指示信号在投影影像中的所在位置， 从而实 现人机交互。
红外影像捕捉装置 140可以通过影像捕捉接口 14】 而与计算处理装置 1】0 相连接， 例如， 红外影像捕捉装置 140可以为 USB摄像装置， 其通过 USB接口 而与计算处理装置 110相连.接； 或者， 红外影像捕捉装置 140可以内置在计算 处理装置 110 内， 从而与计算处理装置 〗10相连接； 或者， 红外影像捕捉装置 140通过无线连接方式（例如 Wffi等方式）来与计算机处理装置 110相连接。 此外， 计算处理装置 110 中可以安装有控制软件， 以用于控制红外影像捕捉装 置 140进行工作， 从而捕捉投影影像中的红外光指示信号。
图 2为图 1所示的红外影像捕捉装置 140的示意图。 如图 2所示， 本发明 的红外影像捕捉装置 140包括影像捕捉装置 141和可见光滤镜 142。
其中， 影像捕捉装置 141 具有捕捉可见光信号和红外光信号的能力， 在本 发明中， 影像捕捉装置 141 可以采用不包括红外光滤镜的普通摄像头。 现有的 普通摄像头一般含有红外光滤镜， 本发明中的摄像头可以是经改装的将红外光 滤镜去除后的普通摄像头， 因此其可以在不增加成本的基础上， 使普通摄像头 具有捕捉可见光信号和红外光信号的能力。 当然， 本发明中的普通摄像头也可 以是在制作时就没有安装红外光滤镜的摄像头。
影像捕捉装置 141包括镜头 1411和设置在镜头 1411之后的感光元件 1412。 其中， 感光元件 1412可以采用电荷耦合元件 (Charge Coupled Device, CCD)或者 互补性氧化金属半导体 (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等等来实现。 当然， 本领域技术人员可以理解的是， 影像捕捉装置 141中的镜头 1411的数量 及类型可以根据需要而进行更换。
可见光滤镜 142设置在影像捕捉装置 141之前， 因此投影影像在进入影像 捕捉装置 141之前， 可见光滤鏡 142会过滤掉投影影像中的可见光信号， 而让 红外光指示信号通过， 则影像捕捉装置 141 只会捕捉到投影影像中的红外光指 示信号， 然后再将红外光指示信号输入至计算机处理装置 110， 最后 i 算机处理 装置 110 可以辨认确定出红外光指示信号在投影影像中的所在位置， 并根据红 外光指示信号来执行相关的操作， 从而实现人机交互。
此外， 如图 2 所示, 在本发明中， 红外影像捕捉装置 140还可以进一步包 括切换元件 143，其与可见光滤镜】42连接从而控制可见光滤镜 142收^或者放 下， 以实现使可见光滤镜 142能够选择性地设置在影像捕捉装置 140之前的目 的。 例如， 当人机交互系统 100 需要同时捕捉投影影像和投影影像中的红外光 指示信号时， 則可操控切换元件〗43将可见光滤镜 141收起， 那么影像捕捉装 置 140可同时捕捉可见光信号及红外光信号。 而当只需要捕捉投影影像中的红 外光指示信号时， 则可操控切换元件 143将可见光滤镜 141放下， 从而过滤掉 可见光信号， 以使影像捕捉装置 140只捕捉红外光信号。
因此， 本发明提供的人机交互系统及红外影像捕捉装置是在影像捕捉装置 前设置可见光滤镜， 从而过滤掉可见光信号， 以让红外光信号通过， 而并不需 要采用价格昂贵的红外光摄像头， 因此本发明提供的人机交互系统及红外影像 捕捉装置成本较低， 且由于本发明的红外影像捕捉装置只需要捕捉红外光指示 信号， 不会和其他的可见光信号发生相互混杂， 因此计算处理装置易于准确地 分析出红外光指示信号的所在位置， 不会导致人机交互的失效， 而且其也可以 避免光源、 投影仪、 影像捕捉装置不同帧率所引起的帧影像残缺的缺陷。
以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式上的 限制， 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上， 然而并非用以限定本发明,任何熟 悉本专业的技术人员， 在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技 术内容作出些许更动或修饰而形成等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明 技术方案内容， 依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 等 同变化与修饰， 均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

WO 2014/048280 权 利 要 求 书 PCT/CN2013/083923
1. 一种人机交互系统中的红外影像捕捉装置， 其特征在于， 其包括： 影像捕捉装置， 用于捕捉可见光信号和红外光信号；
可见光滤镜， 设置在所述影像捕捉装置之前， 以用于在影像进入所述影像 捕捉装置之前滤除所述投影影像中的可见光信号， 从而使所述影像捕捉装置捕
2. 根据权利要求 1所述的红外影像捕捉装置， 其特征在于， 所述影像捕捉 装置为不包括红外光滤镜的摄像头。
3. 根据权利要求 2所述的红外影像捕捉装置， 其特征在于， 所述影像捕捉 装置包括镜头和设置在所述镜头之后的感光元件。
4. 根据权利要求 1所述的红外影像捕捉装置， 其特征在于， 进一步包括： 切换元件， 与所述可见光滤鏡连接， 以用于控制所述可见光滤镜选择性地 设置在所述影像捕捉装置之前。
5. 一种人机交互系统， 其特征在于， 包括：
计算处理装置；
投影装置， 与所述计算处理装置连接， 以用于将所述计算机处理装置中的 影像投射至投影区域从而产生投影影像；
红外光发生器， 用于在所述投影影像上输出红外光指示信号；
红外影像捕捉装置， 用于捕捉所述投影影像中的所述红外光指示信号， 其 中， 所述红外影像捕捉装置包括：
影像捕捉装置， 用于捕捉可见光信号和红外光信号；
可见光滤镜， 设置在所述影像捕捉装置之前， 以用于在所述投影影像 进入所述影像捕捉装置之前滤除所述投影影像中的可见光信号， 从而使所 述影像捕捉装置捕捉到所述投影影像中的所述红外光指示信号， 则所述计 算机处理装置根据所述红外光指示信号而执行相应的操作
6. 根据权利要求 5所述的人机交互系统， 其特征在于， 所述影像捕捉装置 为不包括红外光滤镜的摄像头。
7. 根据权利要求 6所述的人机交互系统， 其特征在于， 所述影像捕捉装置 包括镜头和设置在所述镜头之后的感光元件。
8. 根据权利要求 5所述的人机交互系统， 其特征在于， 所述红外影像捕捉 装置进一奇包括；
切换元件， 与所述可见光滤镜连接， 以用于控制所述可见光滤镜选择性地 设置在所述影像捕捉装置之前。
9. 根据权利要求 5所述的人机交互系统， 其特征在于， 所述计算处理装置 为具有操作系统且具有提供程序运行的环境的计算系统。
10. 根据权利要求 5所述的人机交互系统， 其特征在于， 所述计算处理装置 安装有控制软件以用于控制所述红外影像捕捉装置捕捉所述投影影像中的所述 红外光指示信号
PCT/CN2013/083923 2012-09-29 2013-09-22 人机交互系统及红外影像捕捉装置 Ceased WO2014048280A1 (zh)

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