[發明專利]一種指尖觸碰檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201410175698.0
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103955316A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 謝翔;李國林;蔡西蕾;宋瑋;鄭毅;呂眾;任力飛;王志華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F3/042
• 分類號: G06F3/042
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李迪

技術領域

本發明涉及計算機技術領域，具體涉及一種指尖觸碰檢測系統及方法。

背景技術

近年來，隨著智能手機、平板電腦及谷歌眼睛的出現，人們與數字世界的溝通越趨緊密，而這也進一步促進了智能設備的微型化。受傳統顯示設備體積的限制，依靠傳統顯示器的智能設備已無法進一步微型化，人們因而將注意力轉移至投影式顯示設備中。

為了實現對投影屏幕觸碰動作的判斷，近年來出現了許多新的人機交互系統及方法，主要分為兩類，一類是在投影圖像中隱含條紋式結構光并通過條紋的偏移量來判斷是否發生觸碰事件。該系統主要缺陷在于需要具有高幀率的投影設備隱含條紋結構光來實現觸碰判斷。另一類是在投影人機交互界面圖像的同時，采用深度相機采集投影面和觸控物的空間信息，計算出投影面和觸控物間距離后，通過距離閾值判斷觸碰事件是否發生。該系統的缺陷是需要使用深度傳感器采集深度信息，而深度傳感器的分辨率目前還較低，從而導致該系統精度不高。另外，采用深度傳感器還將導致系統的成本較高、體積較大、功耗較高。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種指尖觸碰檢測系統及方法，能夠實現低成本、低功耗、高精度的觸碰檢測。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種指尖觸碰檢測系統，該系統包括：

投影界面處理單元，用于接收外部輸入的人機交互界面信息，并將接收的人機交互界面信息輸出給投影單元；

投影單元，用于將人機交互界面信息投影至投影平面；

圖像傳感單元，用于采集投影平面上的投影區域圖像，并將采集到的投影區域圖像發送給圖像處理單元；

圖像處理單元用于判斷投影區域圖像內是否含有指尖，并在含有指尖時計算指尖與人機交互界面的距離及其在人機交互界面中的位置信息；若所述指尖與人機交互界面的距離小于等于第一門限值，輸出觸碰信息至觸碰檢測單元；否則輸出含指尖的投影區域圖像和指尖在人機交互界面中的位置信息至觸碰檢測單元；

圖像處理單元還用于獲取系統內參數、系統固有外參數、系統可變外參數和投影單元與圖像傳感單元間的單應性矩陣，并將所述系統內參數、系統固有外參數、系統可變外參數和投影單元與圖像傳感單元間的單應性矩陣輸出至觸碰檢測單元；

其中系統內參數為投影單元和圖像傳感單元的光心位置參數；系統固有外參數為投影單元和圖像傳感單元間相對空間位置和姿態關系參數；系統可變外參數為圖像傳感單元及投影單元與投影平面之間的相對空間位置與姿態關系參數；

觸碰檢測單元，包括判斷執行模塊、成像面上光心映射位置計算模塊、指尖最低點獲取模塊、陰影前端點獲取模塊以及指尖觸碰判斷模塊，其中，

判斷執行模塊，用于當接收來自圖像處理單元的輸出信息為觸碰信息時，直接輸出觸碰信息，若接收來自圖像處理單元的輸出信息為含指尖的投影區域圖像和指尖在人機交互界面中的位置信息時，執行成像面上光心映射位置計算模塊；

成像面上光心映射位置計算模塊，用于接收圖像處理單元輸出的系統固有外參數、系統可變外參數、系統固有內參數以及投影單元與圖像傳感單元間單應性矩陣，將所述接收到的參數通過幾何計算獲取圖像傳感單元平面上過圖像傳感單元光心且垂直于投影平面的直線與投影面的交點b以及過投影單元光心與圖像傳感單元光心的直線與投影面的交點a位置信息，并將以上兩交點信息輸出至所述指尖最低點獲取模塊及所述陰影前端點獲取模塊；

指尖最低點獲取模塊，用于接收圖像處理單元輸出的含指尖的投影區域圖像和指尖在人機交互界面中的位置信息以及來自所述成像面上光心映射位置計算模塊輸出的交點b的位置信息，利用指尖在人機交互界面中可能發生觸碰的區域信息及指尖的顏色信息獲取指尖并對指尖進行邊緣檢測獲取指尖邊緣，對指尖邊緣進行圓擬合擬合出圓心o，連接圓心o與交點b，直線ob與指尖邊緣交點即定義為指尖最低點f,設其在圖像傳感單元成像面上的坐標為并將指尖最低點f的位置信息輸出至所述陰影前端點獲取模塊；

陰影前端點獲取模塊，用于接收圖像處理單元輸出的含指尖的投影區域圖像和指尖在人機交互界面中的位置信息及接收來自所述成像面上光心映射位置計算模塊輸出的交點a的位置信息、所述指尖最低點獲取模塊輸出的指尖最低點f的位置信息，利用陰影在HSV顏色空間中的特征獲取指尖陰影區域，通過連接交點a與指尖最低點f，連線與陰影邊緣處交點即為陰影前端點s，設其在圖像傳感單元成像面上的坐標為并輸出指尖最低點f及陰影前端點s位置信息至所述指尖觸碰判斷模塊；