智能互动投影系统

摘要

本发明公开了一种智能互动投影系统，包括：一红外摄像机单元，一虚拟互动区域，一投影仪单元，一红外激光发射器单元，一存储单元，一处理单元，有线通信单元及无线通信单元；当虚拟互动区域的任意位置被手指或其他触摸设备“点击”时，红外摄像机单元检测到光场被阻断，通过处理单元识别“点击”事件的位置信息，通过存储单元将红外摄像机单元坐标系下的位置信息映射到虚拟互动区域坐标系下的位置信息，并将“点击”事件转换成对应的触摸事件，通过数据传输单元，传输到移动终端或者电脑中。本发明替代了键盘、鼠标、触摸板等传统的输入设备，增强了系统的便携性，并且实现了单点和多点触摸屏的全部功能。

主权项

智能互动投影系统，其特征在于，所述的智能互动投影系统包括：一红外摄像机单元(4)，一虚拟互动区域(2)，一投影仪单元(3)，一红外激光发射器单元(8)，一存储单元，一处理单元，有线通信单元及无线通信单元；定义任意平整物体表面所形成平面(1)上某个区域为虚拟互动区域(2)；红外激光发射器单元(8)部署在平面(1)上，且贴近平面(1)，并在平面(1)的表面形成完全覆盖虚拟互动区域(2)的红外激光光场；投影仪单元(3)将影像投射到平面(1)上，与平面(1)的垂直距离不高于60cm，且投影仪单元(3)的投影区域与虚拟互动区域(2)完全重合，并向虚拟互动区域(2)投影由移动终端或者电脑输出的画面；红外摄像机单元(4)安装在投影仪单元(3)的上方或者下方，且红外摄像机单元(4)的视场能够覆盖的范围大于虚拟互动区域(2)，并且有适当余量；处理单元通过图像处理获得用户“点击”目标的位置，过程如下：步骤A、背景建模：定义I(k)为红外摄像机单元(4)采集的第k帧图像，累计30帧图像作为背景建模的基础，对上述30帧图像求算数和，即并求均值将Bg作为背景模型；步骤B、前景获取：将红外摄像机单元(4)接收到的图像I(m)与背景模型Bg差分运算，获得前景目标Fg＝Bg‑I(m)，其中，m表示每个目标轮廓上像素点的个数；步骤C、提取目标质心坐标：在Fg图像中，定义第i行第j列的像素值表达式为Fg(i,j)，对图像Fg沿x方向和y方向分别求一阶差分，表达式为：Δ_xFg(i,j)＝Fg(i+1,j)‑Fg(i,j)Δ_yFg(i,j)＝Fg(i,j+1)‑Fg(i,j)用上述两个表达式遍历整帧图像之后，即获得图像的边缘，定义边缘上每点在x方向的像素坐标为X_i，y方向的像素坐标为Y_j，则目标质心的x方向和y方向的坐标表示为：$C_x=\stackrel{m}{\Sigma }{X}_i$$C_y=\stackrel{m}{\Sigma }{Y}_j$其中，m表示每个目标轮廓上像素点的个数；步骤D、目标跟踪：每个目标对应一个特定的图像帧，因此，定义目标质心坐标的一般形式为CM(C_x,C_y)_k，其中，k为该目标对应的图像帧的序号；将目标质心算法应用于多个图像帧时，获得一系列的CM(C_x,C_y)_k，该CM(C_x,C_y)_k序列即为目标运动轨迹，将一定时间内所有图像帧获得的CM(C_x,C_y)_k按照图像帧的先后顺序存储在队列中，即为目标的运动轨迹，从而实现了对目标的跟踪；步骤E、用户用手指或者触控笔“单击”虚拟互动区域(2)产生目标，红外摄像机单元(4)便采集到图像并通过上述算法进行目标的识别与跟踪，即产生CM(C_x,C_y)_k序列；存储单元用于存储红外摄像机单元图像坐标系(6)到虚拟互动区域坐标系(13)的映射关系数据，用户首先在红外摄像机单元(4)拍摄到的图像中选择虚拟互动区域(2)的四个边缘点：“左上角点”、“左下角点”、“右上角点”和“右下角点”，分别定义为LT(i,j)、LB(i,j)、RT(i,j)和RB(i,j)，定义投影仪单元(3)与虚拟互动区域(2)的四个边缘点对应的四个点为LT'(i,j)、LB'(i,j)、RT'(i,j)和RB'(i,j)；定义坐标系变换的变换矩阵为$\mathrm{Map}=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{00}& a_{01}& b_0\\ a_{10}& a_{11}& b_1\end{array}\right],$结合上述图像中的两组8个边缘点，求解Map中的变量：$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{LT}}\\ j_{\mathrm{LT}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a}_{00}·i_{{\mathrm{LT}}^{\prime }}+a_{01}·j_{{\mathrm{LT}}^{\prime }}+b_0\\ a_{10}·i_{{\mathrm{LT}}^{\prime }}+a_{11}·j_{{\mathrm{LT}}^{\prime }}+b_1\end{array}\right]$$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{RT}}\\ j_{\mathrm{RT}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a}_{00}·i_{{\mathrm{RT}}^{\prime }}+a_{01}·j_{{\mathrm{RT}}^{\prime }}+b_0\\ a_{10}·i_{{\mathrm{RT}}^{\prime }}+a_{11}·j_{{\mathrm{RT}}^{\prime }}+b_1\end{array}\right]$$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{LB}}\\ j_{\mathrm{LB}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a}_{00}·i_{{\mathrm{LB}}^{\prime }}+a_{01}·j_{{\mathrm{LB}}^{\prime }}+b_0\\ a_{10}·i_{{\mathrm{LB}}^{\prime }}+a_{11}·j_{{\mathrm{LB}}^{\prime }}+b_1\end{array}\right]$$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{RB}}\\ j_{\mathrm{RB}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a}_{00}·i_{{\mathrm{RB}}^{\prime }}+a_{01}·j_{{\mathrm{RB}}^{\prime }}+b_0\\ a_{10}·i_{{\mathrm{RB}}^{\prime }}+a_{11}·j_{{\mathrm{RB}}^{\prime }}+b_1\end{array}\right]$定义I(k)为红外摄像机单元(4)采集的第k帧图像，则MI(k)＝Map·I(k)即为变换完的图像；将通过矩阵变换的控制信息按照计算机鼠标协议的规范，转换成鼠标协议，传输给计算机实现控制。