交互式投影系统及交互投影方法技术方案

一种交互式投影系统，包括图像采集装置、控制装置、投影装置、红外信号发生装置及投射面，所述投影装置用于向所述投射面投影标定图像，所述图像采集装置用于采集投射面上的标定的投影图像，并将所述标定的投影图像送入控制装置进行标定，所述红外信号发生装置发出红外信号，所述红外信号遇到障碍物后形成光斑；所述图像采集装置还用于采集带光斑的图像，送入所述控制装置计算得到所述光斑在所述采集的投影图像于投影前预设在控制装置中的原图像中的位置。该交互式投影系统使用方便、成本低能很好地应用于人机交换领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种投影系统，尤其是涉及一种交互式投影系统及其交互投影方法。
技术介绍
现有人机交互技术可以大致划分为物理触摸屏和视觉检测两种工作模式。物理触 摸屏由来已久，目前已广泛用于触摸式显示器和交互式电子白板领域，其通过在显示表面 覆盖一层具有传感装置的透明薄膜，实现触点的定位，工作稳定，但尺寸固定，需要专用硬 件配合检测，且成本较高。基于视觉的交互技术，通过摄像头检测装有红外发光装置的操作 笔的运动轨迹，并实现交互操作，但多用于大屏幕投影与操作，且需专用操作笔配合方可工 作。另一种方法为采用专用的控制台，桌面为透明或半透明玻璃，利用在控制台内发射出来 的红外激光定位手指位置，这种方法价格较便宜，但无法在普通桌面上使用。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种使用方便、低成本的交互式投影系统。一种交互式投影系统，包括图像采集装置、控制装置、投影装置、红外信号发生装 置及投射面，所述投影装置用于向所述投射面投影标定图像，所述图像采集装置用于采集 投射面上的标定的投影图像，并将所述标定的投影图像送入控制装置进行标定，所述红外 信号发生装置发出红外信号，所述红外信号遇到障碍物后形成光斑；所述图像采集装置还 用于采集带光斑的图像，送入所述控制装置计算得到所述光斑在所述采集的投影图像于投 影前预设在控制装置中的原图像中的位置。在优选的实施方式中，所述图像采集装置还包括带通频率与红外信号的频率相适 应的滤光片。在优选的实施方式中，所述控制装置包括存储数据信息的存储模块、处理图像数 据的处理器模块以及采集图像的采集模块。在优选的实施方式中，所述处理器模块包括系统标定单元，用于通过图像特征提 取算法提取所述标定图像及标定的投影图像的标定点，通过标定算法获得所述标定的投影 图像和所述标定图像之间的投影变换矩阵。在优选的实施方式中，所述处理器模块还包括目标跟踪单元，用于通过阈值分割 算法提取所述光斑的位置，并通过加权算法计算所述光斑的亚像素级中心位置，最后通过 所述投影变换矩阵将所述光斑亚像素级中心位置转换为光斑在所述采集的投影图像于投 影前预设在控制装置中的原图像中的位置。在优选的实施方式中，所述标定图像为二维棋 盘图像。在优选的实施方式中，所述红外信号发生装置发出的红外信号平行且贴近于所述 投射面。在优选的实施方式中，所述投影装置还包括投影仪和用于调整所述投影仪的投影 角度的反光装置。此外，还有必要提供一种使用方便、低成本的交互式投影方法。一种交互式投影方法，包括如下步骤向投射面投影标定图像，采集投射面上的标定的投影图像并进行标定；发射红外信号，所述红外信号遇到障碍物后形成光斑；采集带光斑的图像，根据所述带光斑的图像计算得到光斑的图像坐标。在优选的实施方式中，进行标定的步骤具体是通过图像特征提取算法提取所述标定图像及标定的投影图像的标定点，并进行排 序；通过标定算法获得标定的投影图像和标定图像之间的投影变换矩阵。在优选的实施方式中，所述根据带光斑的图像计算得到光斑的图像坐标的步骤具 体是通过阈值分割算法提取所述光斑的位置；通过加权算法计算所述光斑的亚像素级中心位置；通过所述投影变换矩阵把所述光斑的亚像素级中心位置转换光斑在所述采集的 投影图像于投影前预设在控制装置中的原图像中的位置。上述能在普通的桌面上使用，在使用时只需人手 点击投影图像，即可通过红外信号发生系统在手指上形成的光斑进行定位，从而响应相应 的操作，无须外带任何的辅助工具，从而降低了生产的成本。该方法由控制装置自动控制进 行，能在极短的时间完成系统标定，操作简单，标定精度高，同时采用了亚像素级的位置定 位，从数量级上提高了定位的精度。附图说明图1为一个实施例中交互式投影系统的系统结构图；图2为一个实施例中的红外信号发生装置发出红外光光谱与窄带滤光片所通过 的光谱的关系示意图；图3为一个实施例中交互式投影系统进行投影变换的示意图；图4为一个实施例中交互式投影系统的工作示意图；图5为一个实施例中交互式投影方法的流程6为一个实施例中标定方法的流程图；图7为一个实施例中光斑检测与定位的流程图。具体实施方式下面结合附图进行进一步的说明。如图1所示，一种交互式投影系统，包括控制装置100，与控制装置100通讯连接的 图像采集装置200、红外信号发生装置300、投影装置400，及用于投影装置400投影的投射 面500。控制装置100与图像采集装置200、红外信号发生装置300、投影装置400的通讯连 接方式可以是有线的，也可以是无线的。投射面500可以是布幕、墙壁、桌面等等。图像采集装置200用于采集数据信息并将所采集到的数据信息传输给控制装置 100进行处理。本实施例中，图像采集装置200为摄像头，摄像头可以采用电荷耦合器件(Charge Coupled Device 简称CCD)、互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor简称CMOS)等。以下的描述基于采用CCD器件基础下进行。摄像头的设置 为分辨率640X480像素，速度30帧/秒。因为采用了亚像素技术，其定位精度可达0. 1个 像素，即达到6400X4800DPI的分辨率。为了提高系统对外界光线的抗干扰性，图像采集装置200上装设有滤光片，通过 滤光片对外界光线进行过滤。如图2所示，图像采集装置200上采用的滤光片的带通频率 与红外信号发生装置300发出的红外信号的频率相适应。本实施例中滤光片采用与红外信 号发生装置300相一致的中心波长为850nm的滤光片，这样可以大大减少外界光线的干扰， 提高定位精度及图像处理速度。且由于图像采集装置200装设有滤光片，图像采集装置200 采用普通的摄像器材如普通摄像机或摄像头即可，不需采用昂贵的红外摄像机。红外信号发生装置300与控制装置100通讯连接，并在接到控制装置100的指令 后，发射出平行且贴近于投射面的扇形不可见红外信号，红外信号向无穷处延伸，当障碍物 靠近投影图像时，挡住红外信号，红外信号便在障碍物上留下红外光斑。投影装置400与控制装置100通讯连接，接收来自控制装置100的数据信息如标 定图像、预设的图像、文字数据、桌面游戏、菜单、虚拟键盘与电脑操作等，并将数据信息投 影到投射面上。在优选的实施例中，投影装置400还包括反光装置420，该反光装置420用 于调整投影装置400投影的角度，使投影装置400准确地投影到投射面上。控制装置100与图像采集装置200、红外信号发生装置300、投影装置400通信连 接。控制装置100可采用台式计算机、笔记本电脑、嵌入式系统等控制器进行数据处理及程 序运行。在一实施例中，控制装置100采用嵌入式系统。控制装置100包括存储数据信息 的存储模块160、处理图像数据的处理器模块120以及采集图像的采集模块140。采集模块 140、存储模块160与处理器模块120通讯连接。处理器模块120统一管理采集模块140、及 存储模块160并控制采集模块140及存储模块160的运行。处理器模块120包括系统标定 单元124及目标跟踪单元122。采集模块140用于接收处理图像采集装置200所采集的数据信息并将数据信息传 输给处理器模块120进行处理。存储模块160用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交互式投影系统，其特征在于：包括图像采集装置、控制装置、投影装置、红外信号发生装置及投射面，所述投影装置用于向所述投射面投影标定图像，所述图像采集装置用于采集投射面上的标定的投影图像，并将所述标定的投影图像送入控制装置进行标定，所述红外信号发生装置发出红外信号，所述红外信号遇到障碍物后形成光斑；所述图像采集装置还用于采集带光斑的图像，送入所述控制装置计算得到所述光斑在所述采集的投影图像于投影前预设在控制装置中的原图像中的位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋展，张小婷，陈曦，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]