交互式投影的系统和方法技术方案

一种交互式投影系统和方法，包括具有经由网络连接到内容服务器和内容数据库的计算机处理器的相机/投影仪单元。系统在三维对象上投影交互式触发区域。存储在内容服务器上或本地存储在计算机处理器的存储器中的特定内容与每个触发区域相关联。用户与触发区域进行交互，并且系统在对象的表面上投影关于该对象的信息内容或娱乐内容。

System and method of interactive projection

An interactive projection system and method includes a camera / projector unit with a computer processor connected to a content server and a content database through the network. The system projecting the interactive trigger area on the 3D object. The specific content stored on the content server or locally stored in the memory of the computer processor is associated with each trigger area. The user interacts with the trigger area, and the system projecting information content or entertainment content about the object on the surface of the object.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交互式投影的系统和方法
本公开文本涉及用于投影图像的系统和方法。本公开文本尤其涉及用于交互式区域的投影并且将交互式区域映射到复杂表面的系统和方法。
技术介绍
主动产品显示可用于展示各种产品的高级功能。现有技术系统通常是被动显示系统，其中在屏幕上向观看者所呈现的内部很少有机会用于反馈。在其他现有技术系统中，采用了触摸屏幕计算机来允许观看者选择复查内容并且提供反馈。然而，这些系统需要大量的客户设置或者极为昂贵。此外，这些系统由于触摸屏幕的频繁磨损需要大量维护。例如，Underkoffler等人的美国专利No.7,598,942公开了在显示屏幕上可视化地呈现要素的手势接口。多个相机捕捉移动并且检测位置和方位，并且向连接到计算机的处理器生成输出信号。处理器将相机输出转译为手势信号，该手势信号被解释为输入信息。计算机使用该输入信息来生成控制计算机功能的命令。Maggioni的美国专利No.7,034,807公开了用于与显示器交互的系统。该系统包括用于记录显示器附近的指针对象的记录单元。计算机连接到该记录单元并且用于确定指针对象的位置。该系统需要多个相机和多个反射表面。Plagemann等的美国专利公开No.2012/0212413公开了用于接收图像信息并且将其转译为计算机指令的系统。针对单个预定动作空间接收图像信息从而识别运动。结合镜子、棱镜或光缆的相机用于收集图像信息。然而，在任意给定的时间只有一个动作区域受到监视。Sze等的美国专利公开No.2012/0162077公开了用于检测对象在虚拟工作区域的位置和运动的输入设备。相机朝向感兴趣区域。感兴趣区域被“平坦”光束照亮。对象被置于感兴趣区域并被照亮。相机捕捉对象的图像并且将其发送到处理器。处理器处理该图像以获得位置和移动。基于移动，处理器产生计算机指令。因此，需要用于投影显示器的交互式环境的系统和方法。该系统应当为用户提供主动选择观看的内容的选项。该系统应当易于设置并且应当能够易于运输到其他场所。
技术实现思路
所公开的系统将“可触”图像投影在能够进行用户交互的三维对象上。可触图像由触发区域和内容区域来限定。该系统包括连接到计算机处理器的投影仪和红外相机。在一个实施例中，内容服务器和内容数据库也经由网络连接到计算机。待投影的内容存储在数据库中。在设置期间，系统捕捉三维目标表面的基线图像。系统然后变换内容以校正投影位置和目标曲率。在操作期间，经校正的内容图像与触发区域的类似变换图像一同被投影到三维目标表面。红外相机然后针对触发事件对于触发区域进行监视，并且当触发事件发生时将其报告给服务器。触发事件发生在将对象放置在触发区域内预定时间段。当存在触发事件的报告时，系统取回附加的存储内容，进行变换，并将其投影到目标屏幕上。计算机处理器使用仿射变换和非仿射变换来平移和“扭曲(warp)”图像内容，以便匹配目标对象的表面。在可替换的实施例中，系统使用面部识别软件将与特定识别出的用户相关联的预定义内容投影到对象的表面上。动作区域能够包括各自对应于不同内容的多个分开限定的动作区域。当用户与动作区域进行交互时，系统识别用户的存在，并且投影相关联的内容。仿射变换能够通过线性代数来描述。在线性代数中，线性变换能够由矩阵来表示。如果T是Rn到Rm的线性变换映射，并且是n项的列向量，那么对于一些m×n矩阵A，称为T的变换矩阵。存在一些作者所优选的包括行矩阵的变换矩阵的可替换表示。矩阵允许任意线性变换以一致的形式进行表示，适于进行计算。这也允许变换易于进行连接(通过将它们的矩阵相乘)。线性变换不是唯一能够通过矩阵来表示的变换。在n维欧几里得空间Rn上非线性的一些变换能够表示为n+1维空间上的线性变换Rn+1。这些包括仿射变换(诸如平移)和投影变换。为此，4×4变换矩阵广泛用于3D计算机图形。这些n+1维变换矩阵根据它们的用途被称为仿射矩阵、投影变换矩阵或者更普遍地非线性变换矩阵。关于n维矩阵，n+1维矩阵能够描述为增广矩阵。在物理学中，主动变换是确实改变系统的物理位置的变换，并且即使不存在坐标系也有意义，而被动变换是物理系统的坐标描述中的改变(基的改变)。主动变换和被动变换之间的区别是重要的。默认情况下，通过变换，数学家通常意为主动变换，而物理学家也意为此。换言之，被动变换是指当从两个不同坐标框架观看相同对象的描述。如果具有函数形式的线性变换T(x)，通过由T对于标准基的每个向量进行变换，易于确定变换矩阵A，然后将结果插入到矩阵的列中。换言之，例如，函数T(x)＝5x是线性变换。应用上述过程(在此情况下假设n＝2)表示出应当注意的是，向量和算符的矩阵表示取决于所选择的基；相似的矩阵源于可替换的基。然而，寻找分量的方法仍然相同。在数学上，向量v能够在基向量中利用坐标来表达，该坐标即[v]E＝[v1v2...vn]T现在，在给定的基中，表达变换矩阵A作用在上的结果：对于给定的基E，通过将A作用于每个来确定矩阵A的元素ai，j，并且观察响应向量该等式限定了矩阵A的第j列的元素ai，j。为了利用矩阵表示仿射变换，我们能够使用齐次坐标。这意味着将2阶向量(x,y)表示为3阶向量(x,y,1),并且对于更高维度类似。利用该系统，平移能够利用矩阵乘法来表示。函数形式x′＝x+tx；y′＝y+ty变为所有的普通线性变换都包括在仿射变换的集合中，并且能够描述为简化形式的仿射变换。因此，任意线性变换也能够表示为一般的变换矩阵。后者通过以下方式获得：将对应的线性变换矩阵扩展一行和一列，除了右下角之外(必须设置为1)，将剩余的部分填满零。例如，顺时针旋转矩阵从上面变为：利用包含齐次坐标的变换矩阵，平移能够与所有其他类型的变换进行无缝混合。原因在于，在实投影空间中，实平面被映射为w＝1的平面，所以实欧几里得空间中的平移能够表示为实投影空间中的剪切。虽然平移在笛卡尔坐标所描述的2D或3D欧几里得空间中是非线性变换，但是它在齐次坐标所描述的3D或4D投影空间中变为简单的线性变换(剪切)。通过两个或更多个仿射变换的组合能够获得更多的仿射变换。例如，假设具有向量(t′x，t′y)的平移T'，逆时针角度θ的旋转R,因子(sx，sy)的缩放S以及向量(tx，ty)的平移T，T'RST的结果M是：当使用仿射变换时，坐标向量的齐次分量(通常称为w)将从不改变。因此，能够安全地假设它一直是1并且将其忽略。然而，当使用透视投影时，事实并非如此。对于本公开文本特别重要的另一变换类型是投影变换。平行投影用于沿平行线将点投影在图像平面上，但是透视投影沿着从单个点(称为投影中心)发散的线将这些点投影到图像平面上。这意味着当对象距离投影中心远时，对象的投影较小，当其较近时，投影更大。这种变换用于修正投影仪相对于三维目标对象的位置。最简单的透视投影使用原点作为投影中心，并且将z＝1作为图像平面。该变换的函数形式然后是x′＝x/z；y′＝y/z。我们能够通过齐次坐标表达成：在实施矩阵乘法之后，齐次分量wc通常将不等于1。因此，为了映射回到实平面，我们必须通过将每个分量除以wc来执行齐次相除或透视相除：更复杂的透视投影能够通过将这样的一个透视投影与旋转、缩放、平移以及剪切进行组合来组成，从而将图像平面和投影中心移动到他们所期望的位置。非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在三维对象上投影交互式图像的系统，包括：相机，其能够提供与目标的距离的信息；投影仪和所述相机都位于对象附近，使得所述对象位于所述投影仪的视野内；计算机，其连接到所述相机和所述投影仪，所述计算机被编程为实现具有以下步骤的计算机实施方法：利用所述相机扫描所述视野内的对象；将触发区域投影在所述对象的表面；扭曲多边形以匹配所述表面；将所述多边形与所述触发区域相关联；将一组内容与所述多边形相关联；扭曲该组内容到所述多边形；确定触摸事件；以及将经扭曲的内容组投影在所述表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.30 US 62/097,7691.一种用于在三维对象上投影交互式图像的系统，包括：相机，其能够提供与目标的距离的信息；投影仪和所述相机都位于对象附近，使得所述对象位于所述投影仪的视野内；计算机，其连接到所述相机和所述投影仪，所述计算机被编程为实现具有以下步骤的计算机实施方法：利用所述相机扫描所述视野内的对象；将触发区域投影在所述对象的表面；扭曲多边形以匹配所述表面；将所述多边形与所述触发区域相关联；将一组内容与所述多边形相关联；扭曲该组内容到所述多边形；确定触摸事件；以及将经扭曲的内容组投影在所述表面。2.根据权利要求1所述的系统，其中扫描的步骤进一步包括：存储所述表面的基线图像。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机实施方法进一步包括如下步骤：校准所述触发区域；以及保存已校准的触发区域。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机实施方法进一步包括如下步骤：确定触摸事件。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机实施方法进一步包括如下步骤：确定结束事件的存在。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机实施方法进一步包括如下步骤：确定视野内用户的存在。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机实施方法进一步包括如下步骤：确定视野内用户的身份；以及将用户特定的经扭曲的内容组投影在所述表面。8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：位于所述投影仪附近的镜子，使得所述视野通过所述镜子重新定向。9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：连接到并且支撑所述相机、所述投影仪以及所述计算机的臂。10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：连接到并且支撑所述相机、所述投影仪以及所述计算机的地面支架。11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：连接到并且支撑所述相机、所述投影仪以及所述计算机的臂；连接到标牌的地面支架，其中所述标牌位于所述视野内；并且所述计算机实施方法包括如下其他步骤：将经扭曲的内容组投影在所述标牌上。12.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：第二投影仪和第二相机，都位于所述对象附近，使得所述对象位于所述第二投影仪的第二视野内；位于所述视野内的所述对象的第一侧，以及位于所述第二视野内的所述对象的第二侧；所述计算机实施方法包括如下其他步骤：将经扭曲的内容组投影在所述第一侧上；以及第二计算机，其连接到所述第二相机和所述第二投影仪，被编程为实现具有以下步骤的计算机实施方法：将第二经扭曲的内容组投影在所述第二侧上。13.一种用于在三维对象上投影交互式图像的方法，包括如下步骤：提供相机以及连接到计算机的投影仪，所述相机能够提供到目标的距离的信息；将所述相机和所述投影仪定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·霍华德，
申请(专利权)人：欧姆尼消费品有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US