一种三维体感双向交互系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种三维体感双向交互系统和方法，所述包括人体三维坐标获取步骤和超声力场生成触感步骤；其中，所述人体三维坐标获取步骤包括获取人体姿态图像数据，选择需要感知的人体目标对象，对人体目标对象进行匹配，计算所述人体目标对象的视差，确定人体目标对象的三维坐标；所述超声力场生成触感步骤：将控制信号经过控制系统编码产生调制信号；根据所述人体目标对象的三维坐标，调制超声换能器驱动电路功率，产生不同功率的超声力场，通过超声力场生成触感。本发明专利技术提供的三维体感双向交互系统和方法既可以控制机器又可以感知机器反应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维体感操控领域，特别涉及一种三维体感双向交互系统和方法。
技术介绍
传统移动智能终端和设备操控，如手机、平板电脑、家用电器等，主要采用按键或触控方式进行操控，但受限于精度的不足，难以实现精准定位和复杂操控，同时操作过程也较为复杂，难以实现全范围操控和智能化。随着3D显示时代的到来，虚拟现实及增强现实技术正走向使用，原有的鼠标、键盘操控方式已经不适用于进行3D现实条件下的人机交互，体感技术成为了一种最友好的人机交互方式，可以公布不同的肢体动作或手势动作实现人机交互。体感技术的出现使得信息的采集更加的全方位，更能准确的进行判断决策，在娱乐、运动、健康医疗等领域会得到更广泛的应用。体感技术，在于人们可以很直接地使用肢体动作，与周边的装置或环境互动，而无需使用任何复杂的控制设备，便可让人们身历其境地与内容做互动。目前已有的体感技术虽然可以用更为自然的方式实现人机交互，但是与实体交互设备相比少了可以感受的装置，人无法感知机器的反应，交互成为了一种单向控制。例如已公开的专利文献(公开号为CN103646425A)的中国专利提供了一种体感交互的方法及系统，能快速有效的实现体感交互。但是其只能实现人对机器的操控，人体无法感知来自机器的反应，所以人体无法对机器的反应做出判断从而进行进一步的操控，导致在实际应用过程中出现反应不足和操控不到位的问题。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术专利目的在于提供了一种既可以控制机器又可以感知机器反应的三维体感双向交互系统和方法。本专利技术提供一种三维体感双向交互方法，包括人体三维坐标获取步骤和超声力场生成触感步骤；其中，所述人体三维坐标获取步骤包括：利用第一图像传感器和第二图像传感器获取人体姿态图像数据；对所述第一图像传感器和第二图像传感器获取的人体姿态图像数据进行处理并选择需要感知的人体目标对象；将所述需要感知的人体目标对象进行匹配，计算所述人体目标对象的视差；根据人体目标对象的视差确定人体目标对象的三维坐标；所述超声力场生成触感步骤：将控制信号经过控制系统编码产生调制信号；根据所述人体目标对象的三维坐标，调制超声换能器驱动电路功率，产生不同功率的超声力场，通过超声力场生成触感。进一步，本专利技术所述计算所述人体目标对象的视差包括取出第二图像传感器的图像数据，与第一图像传感器的图像数据进行匹配，确定人体目标对象在第二图像传感器的图像数据中的位置，计算人体目标对象在第一图像传感器和第二图像传感器图像中的视差。进一步，本专利技术所述控制系统包括译码电路和频率合成器，其中，所述译码电路用于激活超声阵列中特定形状超声换能器组合，用于控制超声力场的形状；所述频率合成器用于产生相应频率的激励信号驱动超声换能器以特定的频率振荡。本专利技术还提供一种三维体感双向交互系统，包括人体三维坐标获取模块和超声力场生成触感模块；其中，所述体三维坐标获取模块包括：图像数据获取模块，用于获取人体姿态图像数据；图像处理模块，用于将所述人体姿态图像数据进行处理并选择需要感知的人体目标对象；对象匹配模块，用于将所述需要感知的人体目标对象进行匹配；计算模块，用于计算所述人体目标对象的视差并确定人体目标对象的三维坐标；所述超声力场生成触感模块包括：译码电路，用于激活超声阵列中特定形状超声换能器组合，用于控制超声力场的形状；频率合成器，用于产生相应频率的激励信号驱动超声换能器以特定的频率振荡；触感产生模块，用于根据所述人体目标对象的三维坐标，调制超声换能器驱动电路功率，产生不同功率的超声力场，通过超声力场生成触感。进一步，本专利技术所述图像数据获取模块包括第一图像传感器和第二图像传感器。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中：图1是本专利技术三维体感双向交互方法的人体三维坐标获取流程图；图2是本专利技术三维体感双向交互系统的三维坐标提取装置结构图；图3是本专利技术三维体感双向交互方法的超声力场生成触感流程图；图4是本专利技术三维体感双向交互系统的超声阵列结构图；图5是本专利技术三维体感双向交互系统的换能器结构图。具体实施例下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供了一种既可以控制机器又可以感知机器反应的双向人机交互装置。该装置由两个模块构成：(1)基于机器视觉的人体三维坐标获取系统，可以实时抓取人肢体(主要是手)的实时位置坐标；(2)基于超声波阵列的超声力场生成触感系统，对超声波阵列的输入信号进行编码可以产生不同形状不同强度的压力场，人肢体可以感受力场带来的触感，实现人与机器的双向交互。基于机器视觉的人体三维坐标获取模块实时抓取肢体三维坐标，该模块基于双目视觉原理，除平面信息外可以计算深度信息，从而实现对对象的三维信息提取。请参阅图1是本专利技术三维体感双向交互方法的人体三维坐标获取流程图，主要步骤包括：(a)图像数据输入，将图像传感器1和图像传感器2的原始数据经过图像处理器进行编码，变成视频流信号输入到处理机；(b)对象选择，取出图像传感器1的视频流信号，根据需求将背景剔除，选择需要感知的对象；(c)目标匹配，取出图像传感器2的视频流信号，与图像传感器1的数据进行匹配，确定对象在图像传感器2中的位置，计算该对象在图像传感器1和图像传感器2中的视差；(d)深度计算：根据对象在图像传感器1和图像传感器2中的视差计算深度信息；(e)三维坐标计算：根据对象在图像传感器1中的相对位置计算另外两维坐标。三维坐标提取装置为基于双目视觉的三维位置传感系统。请参阅图2是本专利技术三维体感双向交互系统的三维坐标提取装置结构图，同一物体在两个摄像头(摄像头1和摄像头2，即为图像传感器1和图像传感器2)上成像在水平位置上存在视差，距图像右边缘距离分别为d1和d2。那么Z方向高度h可以通过如下公式计算：其中，f为镜头焦距，T为镜头间距。X，Y方向的位置可以通过物体在图片中的相对位置等比例换算，那么物体在X，Y，Z方向上的坐标分别可以确定。根据Z方向坐标h，通过处理机计算超声阵列驱动脉冲幅度。超声力场生成触感模块实现对超声波力场强度、形状的控制，请参阅图3是本专利技术三维体感双向交互方法的超声力场生成触感流程图，主要步骤包括：(a)将上位机控制信号经过控制系统编码产生调制信号，主要包括译码电路和频率合成器，译码电路用于激活超声阵列中特定形状超声换能器组合，用于控制超声力场的形状，频率合成器用于产生相应频率的激励信号驱动超声换能器以特定的频率振荡；(b)根据获取的三维坐标信号，调制超声换能器驱动电路功率，用于产生不同功率的超声力场，从而通过超声力场生成触感。请参阅图4是本专利技术三维体感双向交互系统的超声阵列结构图，通过对阵列中单个换能器选择开关可以形成不同形状的超声阵列，请参阅图5是本专利技术三维体感双向交互系统的换能器结构图，通过对换能器的开关进行控制从而形成不同形状的超声换能器阵列形状，产生不同形状的超声力场；通过对单个换能器输入信号调制频率和振幅可以调节超声波的强度和频率。超声阵列控制信号由图2中的处理机计算得出，控制信号对驱动器信号进行调制，从而得到不同形状不同强度的超声力场。以上所述本专利技术的具体实施方式，并不构成对本专利技术保护范围的限定。任何根据本专利技术的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维体感双向交互方法，其特征在于，包括人体三维坐标获取步骤和超声力场生成触感步骤；其中，所述人体三维坐标获取步骤包括：利用第一图像传感器和第二图像传感器获取人体姿态图像数据；对所述第一图像传感器和第二图像传感器获取的人体姿态图像数据进行处理并选择需要感知的人体目标对象；将所述需要感知的人体目标对象进行匹配，计算所述人体目标对象的视差；根据人体目标对象的视差确定人体目标对象的三维坐标；所述超声力场生成触感步骤：将控制信号经过控制系统编码产生调制信号；根据所述人体目标对象的三维坐标，调制超声换能器驱动电路功率，产生不同功率的超声力场，通过超声力场生成触感。

【技术特征摘要】
1.一种三维体感双向交互方法，其特征在于，包括人体三维坐标获取步骤和超声力场生成触感步骤；其中，所述人体三维坐标获取步骤包括：利用第一图像传感器和第二图像传感器获取人体姿态图像数据；对所述第一图像传感器和第二图像传感器获取的人体姿态图像数据进行处理并选择需要感知的人体目标对象；将所述需要感知的人体目标对象进行匹配，计算所述人体目标对象的视差；根据人体目标对象的视差确定人体目标对象的三维坐标；所述超声力场生成触感步骤：将控制信号经过控制系统编码产生调制信号；根据所述人体目标对象的三维坐标，调制超声换能器驱动电路功率，产生不同功率的超声力场，通过超声力场生成触感。2.根据权利要求1所述的一种三维体感双向交互方法，其特征在于，所述计算所述人体目标对象的视差包括取出第二图像传感器的图像数据，与第一图像传感器的图像数据进行匹配，确定人体目标对象在第二图像传感器的图像数据中的位置，计算人体目标对象在第一图像传感器和第二图像传感器图像中的视差。3.根据权利要求1所述的一种三维体感双向交互方法，其特征在于，所述控制系统包括译码电路和频率合成器，其中，所述译码...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学礼，王伟，刘翩，魏益群，
申请(专利权)人：深圳柔石科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44