一种曲面显示系统以及手势识别和定位方法技术方案

一种曲面显示系统以及手势识别和定位方法：本发明专利技术公开了一种曲面显示系统以及手势识别和定位方法。该系统包括可触摸的透明球壳、投影膜、红外ＬＥＤ、红外透镜、红外滤镜、光学镀膜镜、投影机、红外摄像头、计算机处理器和计算机存储器。本系统利用红外ＬＥＤ提供红外光源，当人手触及到透明球壳外壁上时，散布在透明球壳内壁上的红外线会透过广角镜头被反射到红外摄像头中。红外摄像头可以捕捉红外图像，经过计算机处理器处理后，可以得到准确的触摸信号，并通过应用软件来执行触摸所代表的操作，本发明专利技术提供了一种有效的在曲面上进行触摸操作的设备及方法，本方法还可以应用于其他同类曲面物体表面，实现曲面触摸操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及虚拟现实领域，更具体的说本专利技术涉及一种会展展示中的交互显示系 统，这种显示系统是一种曲面的多触点电子设备，是一种可以在曲面上自由的操作并可被 识别各种手势的多点触摸电子设备，同时也公开了一种准确的多触点定位方法，具有较高 的交互性和直观体验程度。
技术介绍
现有的触摸技术在多种电子产品中有广泛的应用，包括移动终端设备，电子阅读 设备，以及传统的大屏显示器等。触摸技术代替了传统的鼠标、键盘等人机交互设备，提供 了 一种更接近人类使用习惯的交互技术。已有的触摸设备主要包括了电阻式、电容式、红外光栅式、以及超声波式四类技 术。电阻式触摸技术主要是薄膜和玻璃之间的ITO材料接触传出电信号来完成，当触摸操 作时，薄膜下层的ITO材料会和玻璃上层的材料相接触，然后会产生相应的电压变化，经过 控制器可以得出触摸点的位置。但是电阻式触摸技术存在容易受损的缺点，即外层的薄膜 容易被划伤，而且它的结构也导致屏幕光的大量损失，造成画面效果的下降。电容式触摸技 术利用了人体电场会和触摸表面的导体层之间形成一个耦合电容。当触及到导体层表面 时，控制系统可以分别检测出触摸位置的水平位置和垂直位置。但是电容式触摸技术容易 受到外部其他导体的影响，容易产生误操作，而且外界环境温度，湿度的变化会引起整个环 境电场的改变。造成设备漂移，导致计算触摸位置时不精确。红外光栅式触摸技术是在触 摸外框上放置一列红外线发射管和红外线接收管，这样可以在触摸区域的表面形成一个不 可见的红外线光栅，当有触摸物体触摸到表面时，控制系统会检测到红外光栅的通断变化， 以此来计算触摸位置的X和Y坐标值。超声波式触摸技术和红外光栅类似，通过检测在超 声波表面是否有物体阻挡来计算触摸的位置。以上两种技术无法检测多个触摸点的位置， 而且当多个触摸点出现在与红外栅线水平或者垂直的位置上时，会出现触摸点个数计算的 偏差。现有的触摸技术基本只支持平面上的操作，当触摸介质分布在曲面上时，这些技 术都无法准确地检测到触点的位置。因此如何提供一种精确有效的曲面多触点识别系统及 方法，成为本领域急需解决的技术问题
技术实现思路
本专利技术设计提供了一种可以在曲面上实现多触点的手势识别，和触摸区域的定位 的方法及其显示系统，为会展提供一种新颖的展示手段。以克服现有的传统的触摸设备的 不足。这种曲面显示系统以及手势识别和定位方法基于一个使用高透明度且导光性能 好的材料制成的透明球壳，球壳作为最终的显示介质和人体的触摸介质。球壳内壁上需要 铺上一层均勻的投影膜，可以让投影机在球壳上显示的图像效果更好。在球壳的底部嵌入一圈或多圈红外LED灯，提供红外线光源来均勻地照亮整个球壳。在红外LED灯下方是一 个长方体底座，底座固定了上方的红外LED灯和球壳。在长方体底座中，首先需要在底部放 置一个红外摄像头，摄像头中的CXD可以捕捉到上方红外LED灯反射到球壳上的光。在摄 像头的上方放置红外透镜，阻挡外界可见光的进入。顶部放置一个广角镜头，可以帮助摄像 头拍摄到整个画面，同时让投影机的画面均勻地投射到整个球壳上。在投影机的前面需要 放置一块红外滤镜，过滤掉投影机中的红外线。为了让投影机的光路和摄像头的光路能够 同时通过LED灯下方的广角镜头，需要广角镜头的下方放置一块能透过红外光，反射可见 光的镀膜镜，使得红外LED灯发出的红外光在经过透明球壳反射后能够透过镀膜镜，让下 方的红外摄像头拍摄到红外面的变化，同时镀膜镜可以反射投影机的图像，使得图像能够 投影到整个透明球壳上然后通过计算机处理器对图像进行分析与计算，并根据要求调用计算机存储器中 数据显示相关的图像。计算机处理器通过红外摄像头采集的图像，将图像在计算机处理器 中进行分析计算得到触摸的信号，计算机处理器会将触摸信号与以前保存在计算机存储器 的数据进行比较，判断出触摸手势的位置、方向和速度的变化。最后计算机处理器再将触摸 信号通过相应的软件接口发送给对应的终端应用软件，借助于终端软件来实现各种复杂的 交互操作。本专利技术所述的系统，包括一内壁贴有投影膜且下端有圆形开口的透明球壳，作为 可供触摸及投影的介质；位于所述透明球壳的所述圆形开口处的环形红外led阵列，为所 述透明球壳提供分布于整个球壳内壁的均勻红外光；位于所述透明球壳的所述圆形开口下 方的红外摄像头，用于采集用户在透明球壳表面触摸的红外图像；位于所述红外摄像头和 所述透明球壳的所述圆形开口中间的光学镀膜镜，可以透过红外光，反射可见光；位于所述 光学镀膜镜旁的光学投影机，其投影画面经所述光学镀膜镜反射，可以通过所述透明球壳 的所述圆形开口，投影至所述透明球壳内壁的所述投影膜上；所述透明球壳的所述圆形开 口中央的广角镜头，用于将所述光学镀膜镜反射的投影光束均勻发散至整个所述透明球壳 的内壁的所述投影膜上，且可以将整个所述透明球壳表面触摸的红外图像汇聚，并透过所 述光学镀膜镜，被所述红外摄像头采集；一计算机处理器及一计算机存储器，通过有线分别 与所述红外摄像头和所述光学投影机连接，所述红外摄像头将采集到的所述透明球壳表面 触摸的红外图像通过有线送给所述计算机处理器处理，再调用存储在所述计算机存储器中 的数据，并通过有线送给所述光学投影机。本专利技术中的系统其特征在于，所述透明球壳的所述圆形开口处的环形红外led阵 列，安装在所述透明球壳的所述圆形开口处的球壳剖面边缘，通过所述球壳剖面的侧壁向 球壳内发射红外线，所述红外线在球壳的内外壁之间进行全反射；或安装在所述透明球壳 的所述圆形开口边缘，直接通过所述圆形开口，均勻发射红外线至球壳的内壁上。进一步，还需要在所述红外摄像头的镜头前，放置一块红外透镜，用于阻挡外界的 可见光和所述光学投影机的投影光线。在所述光学投影机的镜头前，放置一块红外滤镜，用 于阻挡光学投影机中的红外光线进入所述透明球壳内部。本专利技术还提供一种手势识别和定位方法，包括以下步骤Sl建立所述透明球壳，安装好所述红外led阵列和所述广角镜头，再在所述广角 镜头的下方依次搭建所述光学镀膜镜，所述红外摄像头和所述光学投影机，并在所述计算机存储器中预存储用户需求的投影画面。S2所述环形红外led阵列，发射红外光线后，当用户在透明球壳外壁触摸时，产生的所述触摸的红外图像，会透过所述广角镜头和所述光学镀膜镜，被所述红外摄像头采集， 并通过有线发送至所述计算机处理器中进行处理。S3所述计算机处理器收到所述触摸的红外图像后，进行球面三维坐标和屏幕二维 坐标的映射变换，然后进行图像分析与计算，得到触摸信号，并判断出触摸手势的位置、方 向和速度的变化，并根据用户需求，调用存储在所述计算机存储器中的相关图像。S4所述计算机存储器中的相关图像，经调用后，通过有线发送至所述光学投影机 产生相应的投影画面，所述投影画面通过所述光学镀膜镜反射至所述广角镜头，并透过所 述广角镜头，投影在所述透明球壳内壁的所述投影膜上，显示出用户所需图像。与现有的技术比较，本专利技术的有益效果是1.本专利技术实现了在曲面上的无缝显示和触摸，可以识别多个触摸点和整个手势的 运动变化；2.实现了球面坐标和摄像头平面坐标、投影机平面坐标的一一对应，可以做到对 触摸点的准确实时地定位；3.专利技术所涉及的设备成本低廉，结构合理。 附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曲面显示系统，其特征在于，包括：一内壁贴有投影膜且下端有圆形开口的透明球壳，作为可供触摸及投影的介质；位于所述透明球壳的所述圆形开口处的环形红外ｌｅｄ阵列，为所述透明球壳提供分布于整个球壳内壁的均匀红外光；位于所述透明球壳的所述圆形开口下方的红外摄像头，用于采集用户在透明球壳表面触摸的红外图像；位于所述红外摄像头和所述透明球壳的所述圆形开口中间的光学镀膜镜，可以透过红外光，反射可见光；位于所述光学镀膜镜旁的光学投影机，其投影画面经所述光学镀膜镜反射，可以通过所述透明球壳的所述圆形开口，投影至所述透明球壳内壁的所述投影膜上；所述透明球壳的所述圆形开口中央的广角镜头，用于将所述光学镀膜镜反射的投影光束均匀发散至整个所述透明球壳的内壁的所述投影膜上，且可以将整个所述透明球壳表面触摸的红外图像汇聚，并透过所述光学镀膜镜，被所述红外摄像头采集；一计算机处理器及一计算机存储器，通过有线分别与所述红外摄像头和所述光学投影机连接，所述红外摄像头将采集到的所述透明球壳表面触摸的红外图像通过有线送给所述计算机处理器处理，再调用存储在所述计算机存储器中的数据，并通过有线送给所述光学投影机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾祥宇，王恩，李健喆，章锦晶，封华，
申请(专利权)人：上海复翔信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]