[發明專利]一種全向攝像頭構造的便攜光學觸摸屏及其定位校準方法

有效

• 申請號: 201310284933.3
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103425355A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 周愷弟
• 申請（專利權）人: 周愷弟
• 主分類號: G06F3/042
• 分類號: G06F3/042
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

技術領域

本發明涉及到計算機視覺及人機交互技術，特別涉及一種全向攝像頭構造的便攜光學觸摸屏及其定位校準方法。

背景技術

觸摸屏比傳統的輸入設備擁有更友好直觀的人機交互接口，因此正逐漸替代傳統輸入設備。

傳統的觸摸屏包括電容、電阻觸摸屏。電阻觸摸屏雖然廉價，但是外層薄膜容易被劃傷導致觸摸屏不可用，多層結構會導致很大的光損失。電容屏是目前最流行的觸摸屏，它的缺點是：在潮濕天氣容易引起誤操作；只能用手或者專門的觸摸筆觸摸；容易發生漂移；價格昂貴不適合制作大面積的觸摸屏。

光學觸摸屏相對比傳統觸摸屏有很大的優勢。如價格幾乎不隨觸摸面積增加而增加，十分廉價且易維護。以surface為代表的光學多點觸摸屏，體積很大且昂貴。紅外線觸摸屏有難以實現多點觸摸，光照條件下不穩定的缺點。

發明內容

基于此，有必要提供一種廉價、便攜、易用、易維護、易擴展、支持多點、觸摸尺寸可變的光學觸摸屏。此外還提供其定位方法和校準方法。

本發明采用的技術方案為：一種全向攝像頭構造的便攜光學觸摸屏，包括：

圖像采集裝置：用于采集觸摸表面上方的圖像；

紅外光源：用于帶在觸摸物體上，以被圖像采集裝置捕捉，或者照射觸摸物體，使觸摸物體反射紅外光，以被圖像采集裝置捕捉；

其中圖像采集裝置是一種紅外全向攝像頭，由紅外攝像頭、全向鏡頭組成；該觸摸屏必須包含兩個或兩個以上的圖像采集裝置。

進一步的，所述的全向鏡頭是由平面圓柱投影法（Flat?Cylinder?Percpective）構造的光學鏡頭，紅外攝像頭的光軸與全向鏡頭的中心軸重合，紅外攝像頭通過全向鏡頭可以得到圖像采集裝置周圍360度視場的環形像。

本發明還提供全向攝像頭構造的便攜光學觸摸屏的定位方法，該定位方法包含以下步驟：

獲得圖像采集裝置采集的圖像，并對圖像進行處理，得到該采集裝置捕捉到的所有觸摸物體圖像的質心的坐標；

根據這些坐標，計算經過該圖像采集裝置中心及觸摸物體的直線方程，最終得到一個直線集合；

多個圖像采集裝置經過上述兩步處理，形成多個直線集合，取兩個直線集合，可以設為A和B，則A中的直線與B中的直線兩兩相交得到一個點集；

在多于兩個圖像采集裝置的情況下，會產生多個點集，取這些點集的交集，這樣可以排除“鬼點”，得到觸摸點集合；

在只有兩個圖像采集裝置的情況下，可以根據用甄別算法甄別出“鬼點”并排除，得到觸摸點集合。

進一步的，所述的對圖像采集裝置采集到的圖像進行處理的具體步驟為：

從圖像采集裝置中獲取一幀圖像；

使用運動物體識別算法，將圖像中的像素區分為運動的前景像素和靜止的背景像素，并生成相應的二值圖像；

使用區域連通算法，將二值圖像進行連通處理，以劃分出不同的觸摸物體；

計算捕捉到的所有觸摸物體圖像的質心的坐標。

所述的圖像處理并不對圖像采集裝置捕捉的整幀圖像進行處理，而是處理圖像中的一部分像素，這部分像素是由觸摸表面上方的光線經過全向鏡頭折反射到紅外攝像頭而形成的，這部分像素所在的區域是以圖像采集裝置采集到的環形像的圓心為圓心，以一定距離為半徑，以一定長度為寬度的圓環圖像探測區，長度和寬度為該方法所需的參數。

另外本發明提供一種全向攝像頭構造的便攜光學觸摸屏的校準方法，當該觸摸屏的每一個圖像采集裝置中心在觸摸表面坐標系內的坐標都已知時，校準方法至少使用一個校準點即可完成校準，所有校準點在觸摸表面的坐標已知；當該觸摸屏存在一個圖像采集裝置中心在觸摸表面坐標系內的坐標未知時，校準方法至少使用兩個校準點且使用校準線，所有校準點在觸摸表面的坐標已知；校準線是觸摸表面顯示的一條線段，校準線的一個端點固定且為校準點中的一個，另一個端點可動，用戶能夠控制校準線繞它的固定端點旋轉，以使校準線依次貫穿每個圖像采集裝置的中心。

進一步的，當該觸摸屏的每一個圖像采集裝置中心在觸摸表面坐標系內的坐標都已知時，該校準方法包括以下步驟：

觸摸表面顯示至少一個校準點，并向校準算法提供校準點在觸摸表面坐標系內的坐標和所有圖像采集裝置中心在觸摸表面坐標系內的坐標；

用戶依次觸摸校準點，被圖像采集裝置捕捉后，對圖像進行處理，將處理結果提供給校準算法；

校準算法利用幾何關系將圖像處理裝置的默認坐標系修正為與觸摸表面坐標系相平行的坐標系。