[發(fā)明專利]一種非接觸人機交互的空間3D顯示裝置及顯示控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610121629.0
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105791806A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡世淵;陳磊;蔡晨;王鈺涵;魯家豪;王明清;鄭明;吳堅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H04N13/04
• 分類號: H04N13/04;G06F3/01
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間全息顯示領(lǐng)域，涉及人的手勢識別的互動全息技術(shù)，具體涉及一 種非接觸人機交互的空間3D顯示裝置及顯示控制方法。

背景技術(shù)

全息投影是近年來盛行的立體投影技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于模型展示、沙盤模擬 和虛擬體驗中。它是一種利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實的三維圖像，觀眾 無需配戴3D眼鏡即可觀看到立體的虛擬場景，全息投影技術(shù)徹底顛覆了傳統(tǒng)的展 示效果，它展現(xiàn)出一個亦幻亦真的立體空間，將展示目標(biāo)飛揚的神韻注入到如夢似詩 的場景當(dāng)中，形成的旖旎和令人窒息的立體美景，具有很強的視覺效果。讓觀眾流連 忘返。這項技術(shù)在一些博物館、舞臺之上的應(yīng)用較多，而在國外的舞臺應(yīng)用上廣泛流 行。全息立體投影設(shè)備不是利用數(shù)碼技術(shù)實現(xiàn)的，而是投影設(shè)備將不同角度影像投影 至一種國外進口的全息膜上，讓你看不到不屬于你自身角度的其他圖像，因而實現(xiàn)了 真正的全息立體影像。

但這項技術(shù)存在一項致命的缺陷與不足，就是成像系統(tǒng)的顯示圖像必須實現(xiàn)存 入，且播放順序無法更改，觀眾無法根據(jù)自己的需要，對所成的像進行特定的操作， 即不能實現(xiàn)人與3D圖像之間的交互，人只能被動的接受信息，這將極大地制約該成 像系統(tǒng)的應(yīng)用及普及。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明采用紅外控制和圖像識別相結(jié)合的復(fù)合技術(shù)，通過手勢的 變化，使輸入計算機的紅外光強、圖像灰度發(fā)生變化，進而調(diào)節(jié)輸出參數(shù)，達到了人 機交互的目的，具有非接觸式控制、空間3D顯示的優(yōu)勢特征。

一種非接觸人機交互的空間3D顯示裝置，包括3D成像模塊、紅外控制模塊、 圖像識別模塊與計算機；3D成像模塊、紅外控制模塊、圖像識別模塊安裝在外框架 上。

所述3D成像模塊包括外框架、支撐臺、四棱錐玻璃柜體與顯示屏。其中，外框 架上安裝顯示屏；支撐臺上設(shè)置四棱錐玻璃柜體；使四棱錐玻璃柜體的頂端朝向顯示 屏中心點。

所述紅外控制模塊由n紅外二極管、n個紅外接收器以及單片機構(gòu)成。n≥2；n 個紅外二極管與n個紅外接收器分別安裝于外框架上相對位置，使n個紅外二級管 的發(fā)射端分別朝向n個紅外接收器的接收端；n個紅外接收器與單片機相連，單片機 與計算機相連。

所述圖像識別模塊為攝像頭，安裝與外框架上，朝向外框架的一條涂抹為黑色的 棱邊；攝像頭與計算機相連。

上非接觸人機交互的空間3D顯示裝置的顯示控制方法為：利用分束的原理，使 顯示屏顯示的3D視頻圖像經(jīng)全系鍍膜玻璃分束，在四棱錐玻璃柜體中心合成懸浮的 空間立體視頻圖像，達到3D成像的效果。

將紅外二極管和紅外接收器之間作為圖像控制區(qū)域，通過人手在圖像控制區(qū)域內(nèi) 劃動，影響紅外線的傳播，使得紅外接收器接收到的紅外線數(shù)字信號發(fā)生變化，進而 使紅外接收器輸出的數(shù)字信號發(fā)生跳變，將信號輸入計算機，從而控制視頻播放器相 應(yīng)組件。

將攝像頭的圖像獲取區(qū)域作為圖像控制區(qū)域，人手在圖像控制區(qū)域劃動時，手指 遮蓋住了攝像機所拍攝到的圖像，則在圖像中會出現(xiàn)明顯的與黑色帶狀信號顏色不同 的信號，此信號為手指位置信號；由此，通過計算機對接收到的攜帶手勢信息的圖像 進行處理，分析前后圖像的灰度信息，則可得到手指的位置信息，當(dāng)手指位置移動時， 手指位置信號產(chǎn)生相應(yīng)的變化。計算機運行根據(jù)不同手勢位置信號控制視頻播放器調(diào) 用相應(yīng)函數(shù),進而控制視頻播放器進行不同操作的程序，由此來實現(xiàn)特定的功能。 本發(fā)明的優(yōu)點為：

1、本發(fā)明非接觸人機交互的空間3D顯示裝置，采用了紅外控制模塊，利用紅 外發(fā)射管和紅外接收管實現(xiàn)了用戶手勢的識別，是在3D成像人像交互領(lǐng)域的原理性 的創(chuàng)新，用更簡單易得的原材實現(xiàn)了非接觸式交互，且增加發(fā)射接收管的數(shù)目，能夠 辨別更復(fù)雜的手勢，具有很大的發(fā)展前景。

2、本發(fā)明非接觸人機交互的空間3D顯示裝置，具有控制簡單、成本低廉和反 應(yīng)靈敏的優(yōu)勢，實現(xiàn)了人與3D成像之間的交互；并且具有很大的進步空間，有助于 實現(xiàn)更進一步的交互式3D成像系統(tǒng)的研究。

3、本發(fā)明非接觸人機交互的空間3D顯示裝置，不需媒介設(shè)備，即可定量地識 別出用戶手勢的變化信息，使得展示柜中的空間3D圖像發(fā)生平移、放大、切換等效 果。