专利名称：基于球形显示的多点触摸装置及多点触摸方法
技术领域：
本发明涉及一种球形触摸屏技术，尤其是涉及一种基于球形显示的多点触摸装置 及用该装置实现的多点触摸方法。
背景技术：
目前触摸屏已在多种电子设备中被广泛使用，用来操控电子设备实现各种功能， 特别是在计算机应用系统中往往用触摸屏来替代键盘及鼠标的输入控制功能，用手指或用 触摸笔通过简单点击显示屏上的提示图形实现人与设备的交互动作。通常，触摸屏包含一 个覆盖显示屏可视区的、透明的触摸面板、一个控制器和对应的驱动软件，触摸面板记录触 摸事件，并把触摸信号送给控制器，控制器对这些信号进行处理，再把触摸事件及触摸位置 数据交由计算机软件解释此触摸，并执行基于此触摸事件的操作。现有的触摸屏技术包括电阻式、电容式、红外光栅式、超声波式等。在电阻式触 摸技术中，触摸面板表面被涂敷一层透明的导电膜，和透明的带有水平和垂直电极的透明 电阻层膜，当有触摸时，这两个层相应的位置发生接触，通过分别在水平和垂直方向施加电 压，得到代表其触摸位置的电压输出，测量此电压得到相应的位置编码。类似的电容式触摸 面板被涂敷了能存储电荷的透明膜，当面板被触摸时，触点电荷发生变化，测量电荷确定触 摸位置。红外光栅式触摸板通过在水平和垂直方向设置红外线收发LED对，形成交叉光栅， 当触摸时，由于遮档光栅导致某些LED接收不到红外光，通过测定水平和垂直红外接收LED 的导通情况来确定触摸位置坐标，也有通过采用直射和抖射发射管形成不同角度的光栅， 以希望能测定多个触点事件。超声式触摸板与红外式类似，通过超声表面波被物体遮挡情 况测量触摸位置。这些触摸屏技术存在的问题是没有追踪多个接触点的能力，当多个触点 落在与栅线水平和垂直的位置上时，不能正确地报告位置。因此出现了多点式触摸屏技术， 现有的多点式触摸屏技术有一种是电容式，通过增加触摸板每个微电容单元引线的方法， 通过检测在触摸板上每个电容单元的电容变化，实现在触摸板的平面上同时发生的却处于 不同位置的多点或临近触摸，并为每个触点产生不同的信号来表示触摸位置。另有一种应 变电阻式，也是通过增加触摸板上每个应变单元的引线的方法，通过测定每个应变电阻单 元的阻值变化，实现在触摸板上同时发生的却处于不同位置的多点或临近点的接触，并通 过复杂的计算方法计算出这些接触点的位置表示。但这种触摸屏只适用于在尺寸比较小的 情况，当要求屏幕尺寸较大时，触摸板的制作工艺难度和控制计算电路的复杂程度很大， 因此难以实现多点触摸时正确地报告位置。但以上的各种触摸技术都应用在平面触摸屏，还没有适用于球形屏的触摸技术。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于球形显示的多点触摸 装置及用该装置实现的多点触摸方法，可以在球形幕上实现多点触摸定位并减少误判。本发明的技术方案如下
—种基于球形显示的多点触摸装置，包括触摸球幕、投影仪、红外LED、其特征在 于还包括球幕镜头、具有红外摄像头的摄像机、专用滤镜和计算机；所述触摸球幕为能透 过红外光的投影球幕材料制成的触摸球幕，所述触摸球幕下部有一开口 ；所述红外LED位 于该开口处，向环触摸球幕提供红外光线；所述球幕镜头位于该开口正中，并将投影仪发 出的色光投射到触摸球幕上；所述计算机分别与摄像机和投影仪连接，所述计算机用于控 制投影仪向所述触摸球幕的投影、控制摄像机的红外摄像头对触摸球幕上图像的采集、对 采集到的触摸球幕上的触摸事件进行分析计算，并根据分析计算结果对投影仪进行显示控 制；所述专用滤镜包括设置在红外摄像头前面过滤掉红外光以外的其他光线的滤可见光通 红外滤镜和设置在投影仪镜头的前面过滤掉红外光的红外滤镜。所述红外LED设置在所述触摸球幕下部环绕开口边缘内侧或环绕球幕镜头顶端 边缘处或所述开口处未被球幕镜头遮挡的部分。所述红外LED环绕球幕下部开口边缘内侧设置两周或者环绕球幕镜头设置两周 或在所述开口处未被球幕镜头遮挡的部分设置两周，使得红外光线能均勻地照射到所述触 摸球幕上。所述基于球形显示的多点触摸装置还包括一反射镜，所述反射镜的反射镜片设置 在球幕镜头内部，所述球幕镜头对应设置有反射镜片的反射光通路和透射光通路，所述反 射光通路正对红外摄像头，所述透射光通路位于投影仪的投射方向上，所述反射镜能通过 其他光线而反射红外光；所述投影仪位于球幕镜头的下部，以向触摸球幕投射影像。所述球幕镜头包括前组和后组，所述反射镜片设置在前后组之间的位置上；所述 红外摄像头设置在球幕镜头的内部，同样位于前后组之间的位置上，用于接收上述的反射 镜片反射的红外光，接收范围能拍摄到整个触摸球幕的图像。所述的基于球形显示的多点触摸装置还包括一反射镜，所述反射镜的反射镜片设 置在球幕镜头正下部，设置方式为能通过其他光线，反射红外光；所述红外摄像头设置在球 幕镜头的下部的侧面，能接收上述的反射镜片反射的红外光，接收范围可以拍摄到整个触 摸球幕的图像；所述投影仪位于球幕镜头的下部，通过球幕镜头向触摸球幕投射影像。所述的基于球形显示的多点触摸装置还包括一反射镜，所述反射镜的反射镜片设 置球幕镜头正下部，设置方式为能通过红外光而反射其他光线；所述红外摄像头设置在球 幕镜头下反射镜片的正下部，以接收通过所述反射镜片的红外光，接收范围可以拍摄到整 个触摸球幕的图像；所述投影仪设置在球幕镜头的下部的侧面并且其投射光路位于所述反 射镜片的反射光路上，以通过所述反射镜片向所述触摸球幕投射影像。所述触摸球幕为有机玻璃、压克力板、超白玻璃、丙烯酸材料或聚甲基丙烯酸甲脂 材料。所述红外LED红外光波长为850nm—880nm，所述红外滤光片是通导红外线波长为 相应波长的滤光片。所述红外摄像头设置在所述开口处，且靠近所述球幕镜头设置。一种用上述多点触摸装置实现的多点触摸方法，其特征在于包括以下步骤(1)启动红外LED，红外摄像头和投影仪；(2)投影仪将影像投向触摸球幕；(3)红外摄像头拍摄到触摸球幕内的原始红外图像数据；
(4)红外摄像头将拍摄到的触摸球幕上的原始红外图像数据送到计算机处理，通 过软件去背景，增加明暗对比度，滤掉噪点；(5)驱动触摸球幕上的多个点；(6)红外摄像头拍摄触摸球幕上的触摸红外图像数据；(7)红外摄像头将拍摄到的触摸球幕上的触摸红外图像数据送到计算机，计算机 比较当前触摸红外图像数据与原始红外图像数据，以识别触摸点，确定有几个触点及每个 点的位置和移动距离，并对位置和动作进行追踪；(8)计算机根据触点的位置和动作做出反应，将画面信号传输给投影仪；(9)投影仪根据计算机指示实时在触摸球幕上投影；(10)重复步骤(5)_(9)，开始新的循环。本发明的技术效果在于采用本发明的多点触摸装置，并使用本发明的多点触摸方法，就可以区分出在触 摸球幕上同时触摸的多个触摸点，使多点定位在触摸屏上得以实现；也使贴有不同反射红 外成像图案的标签的物体触摸实现区别。在此基础上，进一步根据触摸点位置坐标的变化 情况可以确定各个触摸点的移动趋势，据此可以定义不同的触摸操作功能，例如两个触摸 点运动方向相反，表示进行放大或缩小操作；一个触摸点不动，另一个触摸点做弧线运动， 表示进行旋转操作等，这样可以完成单点触摸屏装置无法完成的功能，而所有这些功能可 以通过相应的应用软件来灵活定义。与现有技术相比较，本发明的有益效果是1，本发明的触摸屏装置结构简单、紧凑，成本低廉；2，既可实现单点触摸，也可实现多点触摸，还可以识别贴有不同反射红外成像图 案的标签的物体，因此其应用的范围广泛；3，实现多点定位的算法效率高，触摸点位置坐标计算方便、准确、可靠。4，本发明在球形屏幕上实现了互动功能。
图1为本发明的多点触摸装置的实施例之一结构示意图2是本发明的多点触摸装置的实施例之一结构示意图3是本发明的多点触摸装置的实施例之一结构示意图4是本发明的多点触摸装置的实施例之一结构示意图5是红外LED设置在触摸球幕下部的示意图6是红外LED设置在球幕镜头上的示意图7是设置红外LED后的球幕镜头的俯视图8为摄像头抓取的触摸球幕原始红外图像；
图9为手放在触摸球幕上摄像头抓取到的图像。
附图标记列示如下
1-触摸球幕，2-球幕镜头，3-红外LED，4-红外摄像头，5-投影仪，6-反射镜，7-红外滤镜，5-滤可见光通红外滤镜，9-计算机。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做进一步说明。图1为本发明基于球形显示的多点触摸装 置一种实施例的结构示意图。图1中的多点触摸装置包括触摸球幕1、投影仪5、红外LED3， 应用于球形显示的红外LED3需要用高功率的红外LED，还包括球幕镜头2、具有红外摄像头 4的摄像机、专用滤镜和计算机9 ；触摸球幕1为能透过红外光的投影球幕材料制成的触摸 球幕，触摸球幕1下部有一开口，红外LED3位于该开口处，从开口处向上照射，向整个环触 摸球幕1提供红外光线；球幕镜头2位于该开口正中，并将投影仪5发出的色光投射到触摸 球幕上，球幕镜头2为鱼眼镜头；计算机9分别与摄像机和投影仪5连接，计算机9用于控 制投影仪5向触摸球幕1的投影、控制摄像机的红外摄像头4对触摸球幕1上图像的采集、 对采集到的触摸球幕1上的触摸事件进行分析计算，并根据分析计算结果对投影仪5进行 显示控制；所述专用滤镜包括设置在红外摄像头4前面过滤掉红外光以外的其他光线的滤 可见光通红外滤镜8和设置在投影仪5镜头的前面过滤掉红外光的红外滤镜7。本实施例 还包括一反射镜6，且反射镜6的反射镜片设置在球幕镜头2内部，球幕镜头2作为鱼眼镜 头，包括前组和后组两组镜头，反射镜6设置在前后组之间的位置上，图1中反射镜6的反 射镜片呈倾斜设置，球幕镜头2对应设置有反射镜片的反射光通路和透射光通路，所述反 射光通路正对红外摄像头4，所述透射光通路位于投影仪5的投射方向上，反射镜6能通过 其他光线而反射红外光，即投影仪5位于球幕镜头2的下部，且为正下方，可以向触摸球幕1 投射影像。反射镜6设置在球幕镜头2内，可以使本发明的结构紧凑，当然，此时的球幕镜 头2上半部分在触摸球幕1内部，下半部分位于触摸球幕1底部的开口外，反射镜6设置在 球幕镜头2位于触摸球幕1底部的开口外的部分内，同时，球幕镜头2在反射镜6反射光所 在壳体上设置通孔，以形成反射光通路，红外摄像头4设置在该通孔外正对反射光通路以 接收反射镜6反射的红外光。更进一步，红外摄像头4可以直接设置在球幕镜头2的内部， 同样设置在球幕镜头2位于所述前后组之间的位置上，以便于更好地接收反射镜6的反射 镜片反射的红外光，接收范围可以拍摄到整个触摸球幕的图像，图1中可看出红外摄像头6 镜头的一部分已经位于球幕镜头2的内部，红外摄像头6镜头前设置的滤可见光通红外滤 镜8位于球幕镜头2，所述通孔大小可以恰好适于红外摄像头6的插入，以减少外界光线的 干扰。图1的工作过程为打开红外LED3，使得触摸球幕1球体内部均勻分布红外线，计 算机9连接投影仪5打出画面，摄像机的红外摄像头4采集画面，把画面信号传输给计算机 9，手或者物体放在触摸球幕1上，此时会遮挡触摸球幕1上的红外线，球体内的均勻分布的 红外线被破坏，该图像被摄像机的红外摄像头4采集，传输给计算机9，计算机9对比画面获 取手或者物体的位置和动作，计算机9处理该触摸动作，做出反应，投影仪5做出反应中的 画面。图2和图3是本发明基于球形显示的多点触摸装置的反射镜6设置在触摸球幕1 外，且位于触摸球幕1开口正下方，且设置在球幕镜头正下部的情形的两个实施例。其中， 图2实施例中反射镜6的设置方式倾斜设置，为沿垂直方向能通过其他光线，水平方向反射 红外光；红外摄像头4设置在球幕镜头2的下部的侧面，正对反射镜6的反射光路，能接收 反射镜6反射镜片反射的红外光，接收范围可以拍摄到整个触摸球幕的图像；投影仪5则位 于反射镜6的正下部，通过球幕镜头2向触摸球幕投射影像。图3实施例中反射镜6的设置
7方式为垂直方向能通过红外光而反射其他光线，水平方向反射其他光线不反射红外光，红 外摄像头4设置在球幕镜头2下反射镜6的正下部，以接收通过所述反射镜6的红外光，接 收范围可以拍摄到整个触摸球幕1的图像，投影仪5则设置在球幕镜头2的下部的侧面并 且其投射光路位于所述反射镜6的反射光路上，以通过反射镜6向触摸球幕1投射影像。图4所示实施例为未设置反射镜的情形。红外摄像头4与球幕镜头2 —起位于触 摸球幕1下部的开口处，这样设置的好处是减少了反射镜，降低了产品成本。红外LED3可以设置在触摸球幕1下部环绕开口边缘内侧，如图5所示，或环绕球 幕镜头顶端边缘处，如图1、图2、图3、图6和图7所示，或所述开口处未被球幕镜头2和红 外摄像头4遮挡的开口外环部分，如图4所示。红外LED3环绕触摸球幕1下部开口边缘内 侧可设置两周，如图5所示，或者环绕球幕镜头设置两周，如图1、2、3和图6、7所示，或在所 述开口处未被球幕镜头2和红外摄像头4遮挡的部分设置两周，使得红外光线能均勻的从 球幕上出射。红外LED3红外光波长为850nm—880nm，红外滤镜7和滤可见光通红外滤镜8 均是通导红外线波长为相应波长的滤光镜。触摸球幕1可以为有机玻璃、压克力板、超白玻璃、丙烯酸材料或聚甲基丙烯酸甲 脂材料。上述多点触摸装置实现的多点触摸方法，其特征在于包括以下步骤(1)启动红外LED3，红外摄像头4和投影仪5 ；(2)投影仪5将影像投向触摸球幕1 ；(3)红外摄像头4拍摄到触摸球幕1内的原始红外图像，形成原始红外图像数据；(4)红外摄像头4将拍摄到的触摸球幕1上的原始红外图像数据送到计算机9处 理，通过软件去背景，增加明暗对比度，滤掉噪点；(5)手或别的物体放在触摸球幕1上，驱动触摸球幕1上的多个点；(6)红外摄像头4拍摄触摸球幕1上的触摸红外图像，得到当前触摸红外图像数 据；(7)红外摄像头4将拍摄到的触摸球幕1上的触摸红外图像数据送到计算机9，计 算机9比较当前触摸红外图像数据与原始红外图像数据，以识别触摸点，确定有几个触点 及每个点的位置和移动距离，并对位置和动作进行追踪；(8)计算机9根据触点的位置和动作做出反应，将画面信号传输给投影仪5 ；(9)投影仪5根据计算机9指示实时在触摸球幕1上投影；(10)重复步骤(5)_(9)，开始新的循环。
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权利要求
一种基于球形显示的多点触摸装置，包括触摸球幕、投影仪、红外LED、其特征在于还包括球幕镜头、具有红外摄像头的摄像机、专用滤镜和计算机；所述触摸球幕为能透过红外光的投影球幕材料制成的触摸球幕，所述触摸球幕下部有一开口；所述红外LED位于该开口处，向环触摸球幕提供红外光线；所述球幕镜头位于该开口正中，并将投影仪发出的色光投射到触摸球幕上；所述计算机分别与摄像机和投影仪连接，所述计算机用于控制投影仪向所述触摸球幕的投影、控制摄像机的红外摄像头对触摸球幕上图像的采集、对采集到的触摸球幕上的触摸事件进行分析计算，并根据分析计算结果对投影仪进行显示控制；所述专用滤镜包括设置在红外摄像头前面过滤掉红外光以外的其他光线的滤可见光通红外滤镜和设置在投影仪镜头的前面过滤掉红外光的红外滤镜。
2.根据权利要求1所述的基于球形显示的多点触摸装置，其特征在于所述红外LED设 置在所述触摸球幕下部环绕开口边缘内侧或环绕球幕镜头顶端边缘处或所述开口处未被 球幕镜头遮挡的部分。
3.根据权利要求2所述的基于球形显示的多点触摸装置，其特征在于所述红外LED环 绕球幕下部开口边缘内侧设置两周或者环绕球幕镜头设置两周或在所述开口处未被球幕 镜头遮挡的部分设置两周，使得红外光线能均勻地照射到所述触摸球幕上。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于球形显示的多点触摸装置，其特征在于还包 括一反射镜，所述反射镜的反射镜片设置在球幕镜头内部，所述球幕镜头对应设置有反射 镜片的反射光通路和透射光通路，所述反射光通路正对红外摄像头，所述透射光通路位于 投影仪的投射方向上，所述反射镜能通过其他光线而反射红外光；所述投影仪位于球幕镜 头的下部，以向触摸球幕投射影像。
5.根据权利要求4所述的基于球形显示的多点触摸装置，其特征在于所述球幕镜头 包括前组和后组，所述反射镜片设置在前后组之间的位置上；所述红外摄像头设置在球幕 镜头的内部，同样位于前后组之间的位置上，用于接收上述的反射镜片反射的红外光，接收 范围能拍摄到整个触摸球幕的图像。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于球形显示的多点触摸装置，其特征在于还包 括一反射镜，所述反射镜的反射镜片设置在球幕镜头正下部，设置方式为能通过其他光线， 反射红外光；所述红外摄像头设置在球幕镜头的下部的侧面，能接收上述的反射镜片反射 的红外光，接收范围可以拍摄到整个触摸球幕的图像；所述投影仪位于球幕镜头的下部，通 过球幕镜头向触摸球幕投射影像。
7.根据权利要求1或2或3所述的基于球形显示的多点触摸装置，其特征在于还包 括一反射镜，所述反射镜的反射镜片设置球幕镜头正下部，设置方式为能通过红外光而反 射其他光线；所述红外摄像头设置在球幕镜头下反射镜片的正下部，以接收通过所述反射 镜片的红外光，接收范围可以拍摄到整个触摸球幕的图像；所述投影仪设置在球幕镜头的 下部的侧面并且其投射光路位于所述反射镜片的反射光路上，以通过所述反射镜片向所述 触摸球幕投射影像。
8.根据权利要求1或2或3所述的基于球形显示的多点触摸装置，其特征在于所述 触摸球幕为有机玻璃、压克力板、超白玻璃、丙烯酸材料或聚甲基丙烯酸甲脂材料。
9.根据权利要求1或2或3所述的基于球形显示的多点触摸屏装置，其特征在于所 述红外LED红外光波长为850nm--880nm，所述红外滤光片是通导红外线波长为相应波长的滤光片。
10.根据权利要求1或2或3所述的基于球形显示的多点触摸装置，其特征在于，所述 红外摄像头设置在所述开口处，且靠近所述球幕镜头设置。
11.一种用如权利要求1-10之一所述的多点触摸装置实现的多点触摸方法，其特征在 于包括以下步骤(1)启动红外LED，红外摄像头和投影仪；(2)投影仪将影像投向触摸球幕；(3)红外摄像头拍摄到触摸球幕内的原始红外图像数据；(4)红外摄像头将拍摄到的触摸球幕上的原始红外图像数据送到计算机处理，通过软 件去背景，增加明暗对比度，滤掉噪点；(5)驱动触摸球幕上的多个点；(6)红外摄像头拍摄触摸球幕上的触摸红外图像数据；(7)红外摄像头将拍摄到的触摸球幕上的触摸红外图像数据送到计算机，计算机比较 当前触摸红外图像数据与原始红外图像数据，以识别触摸点，确定有几个触点及每个点的 位置和移动距离，并对位置和动作进行追踪；(8)计算机根据触点的位置和动作做出反应，将画面信号传输给投影仪；(9)投影仪根据计算机指示实时在触摸球幕上投影；(10)重复步骤(5)-(9)，开始新的循环。
全文摘要
本发明基于球形显示的多点触摸装置及多点触摸方法，包括触摸球幕、投影仪、红外LED、其特征在于还包括球幕镜头、具有红外摄像头的摄像机、专用滤镜和计算机；所述触摸球幕为能透过红外光的投影球幕材料制成的触摸球幕，所述触摸球幕下部有一开口；所述红外LED位于该开口处，所述球幕镜头位于该开口正中，并将投影仪发出的色光投射到触摸球幕上；所述计算机分别与摄像机和投影仪连接，所述计算机用于控制投影仪向所述触摸球幕的投影、控制摄像机的红外摄像头对触摸球幕上图像的采集、对采集到的触摸球幕上的触摸事件进行分析计算，并根据分析计算结果对投影仪进行显示控制。
文档编号G06F3/042GK101950221SQ201010276410
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者陈龙 申请人:陈龙