触摸点定位装置及3D触摸交互系统的制作方法

本发明属于人机交互技术领域，特别涉及一种触摸交互系统。

背景技术：

在如今的会议室和教室里，各类的投影仪层出不穷，将需要放映的ppt等等文档投到墙壁或者幕布上进行演示。随之而来的，人们为了达到更好的沟通交流的效果，渐渐不满足于传统的鼠标键盘交互方式。比如放映ppt时，往往需要转身点击鼠标或键盘进行ppt切换。又比如，当需要实时文字或绘图交流时，同时需要配备黑板或者白板。

目前在市场上的触摸屏显示这一领域也出了解决方案。使用可触摸的显示屏幕或者在屏幕周围加上红外触摸框以达到触摸的效果。但是这种方式安装复杂，不易推广，实用性较差。

技术实现要素：

本发明的提供的一种触摸点定位装置及3d触摸交互系统，解决现有的技术问题，以克服现有技术的缺陷。

本发明提供一种触摸点定位装置，包括，数据采集模块和数据处理模块；数据采集模块包括，光源和至少两个图像采集器；光源形成平行与显示平面的光幕，且光幕紧邻显示平面；任意两个图像采集器不在同一位置，图像采集器实时采集含有光幕的显示平面的图像；当触摸物触摸显示平面时，在光幕上触发光点；数据处理模块对具有光点的图像进行图像处理，根据任意两个图像采集器与光点构成的三角形，计算获得光点在显示平面的坐标。

进一步，本发明提供一种触摸点定位装置，还可以具有这样的特征：传输模块将原始图像传输给数据处理模块或将光点坐标传输给触摸交互模块。

进一步，本发明提供一种触摸点定位装置，还可以具有这样的特征：传输模块为无线传输模块，无线传输模块包括但不限于蓝牙传输，wifi传输。

进一步，本发明提供一种触摸点定位装置，还可以具有这样的特征：所述光源为红外线光源。

进一步，本发明提供一种触摸点定位装置，还可以具有这样的特征：数据处理模块对图像处理包括以下步骤，含有光点的图像进行灰度转换处理；对图像的每个光点的轮廓二值图像处理；对图像区域的进行去噪处理；用平均值法计算得到图像中光点轮廓的中心点坐标。

进一步，本发明提供一种触摸点定位装置，还可以具有这样的特

征：数据处理模块中图像灰度转换方法为，从图像采集器获得的原始图像包含有r，g，b三个通道的数据，将rgb彩色图像转换成灰度图像；

gray(i，j)＝ar(i，j)+bg(i，j)+cb(i，j)

其中，gray(i，j)表示位置为(i，j)的像素点对应的灰度值，范围为(0～255)，r(i，j)，g(i，j)，b(i，j)分别表示彩色图像中r，g，b通道(i，j)位置的像素值，a、b、c是对应参数。

进一步，本发明提供一种触摸点定位装置，还可以具有这样的特征：步骤c中，数据处理模块的去噪方法包括以下步骤，

步骤c-1、将模板在图像中移动，并将模板中心与图像中某个像素位置重合；

步骤c-2、将模板上的系数与模板下对应像素相乘；

步骤c-3、将所有乘积相加；

步骤c-4、将总和赋给图像中对应模板中心位置的像素。

另外，本发明提供一种3d触摸交互系统，包括，触摸交互模块和上述触摸点定位装置；触摸交互模块将接收到的光点坐标信息转换成触摸交互操作，最终在显示平面上间接实现触摸交互功能。

本发明提供一种触摸点定位装置及3d触摸交互系统，利用计算机视觉的方法，使用双图像采集器获取触摸点进行精确定位，通过与触摸交互模块通过无线连接，最终将触摸操作转换为标准的hid设备交互数

据；提高了大尺寸触摸交互的精确度，同时安装方便，可以更好的进行人机交互，增强实用性，提高用户体验。

附图说明

图1是触摸点定位装置的主视图。

图2是触摸点定位装置的右视图。

图3是触摸点和图像采集器之间的三维空间坐标关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

本实施例中3d触摸交互系统包括：触摸点定位装置和触摸交互模块。

触摸点定位装置，包括：数据采集模块、数据处理模块和无线传输模块。

如图1和图2所示，数据采集模块包括：光源10和两个图像采集器21、22。

光源10采用850nm红外线光源，在显示平面p前形成光幕100。光幕100平行与显示平面p，且与显示平面无限靠近但不触及。光幕100到显示平面p的距离在0.5毫米至2毫米之间为最佳。光幕100覆盖显示平面的整个显示区域。这样，当触摸物(包括但不限于手、手指、笔等)触及显示平面p时，触摸设备会阻挡部分红外光线，从而在触摸设备上形成红外光点101。显示平面p包括但不限于：投影仪投影平面、电视机显示平面、显示器显示平面。

本实施例中，图像采集器21、22为摄像头，实时采集含有光幕的显示平面的图像。图像采集器21、22不在同一个位置，图像采集器21、22的放置时应保证图像采集器21、22的光轴尽量平行。这样，可以与显示平面p内任意一个点构成三角形，即与被触发的光点101构成三角形的关系。另外，图像采集器可以设置更数量，可以进行数据的验证或备用。

本实施例中，两个图像采集器21、22和光源10设置在一个器件上，这样构成了一个整体。无论任何显示平面，只要将该期间放置在显示平面前就完成了触摸点定位装置的安装。这个器件可以放置在显示平面的上方，左侧或右侧均可。

图像采集器21、22也可以不与光源10设置在一个器件上，光源10放置在下方，图像采集器21、22一个放置在左侧，另一个放置在右侧也不影响触摸点定位装置的触摸点定位。但携带和安装均不方便。

当显示平面被触摸，触发光点101时，便捕捉到了触摸动作的原始数据。数据处理模块就对图像进行图像处理，确定光点位置(用户触摸的点位置)，计算触摸点3d坐标，最后计算得到触摸点在显示平面的坐标。

数据处理模块的图像处理包括以下步骤。

步骤a、分别对两个图像采集器采集到的含有光点的图像进行灰度转换处理。

从摄像头采集来的原始图像包含有r，g，b三个通道的数据，基于图像处理和目标识别的需要，首先将rgb彩色图像转换成灰度图像。

公式：gray(i，j)＝ar(i，j)+bg(i，j)+cb(i，j)

其中gray(i，j)表示位置为(i，j)的像素点对应的灰度值，范围为(0～255)，r(i，j)，g(i，j)，b(i，j)分别表示彩色图像中r，g，b通道(i，j)位置的像素值，a、b、c是对应参数。

步骤b、然后对每个图像将每个触摸点的轮廓以二值图像的形式清晰地显示出来，要求其外部边缘应为八邻域方向单像素连通的闭合边缘曲线。

步骤c、对图像区域的进行去噪处理，获得光点轮廓。

由于图像采集器本身的电荷累计噪声和环境光线的噪声，会在图像中引入噪声，从而降低识别的精度，为了消除这些噪声，采用空域滤波的图像处理方法。图像空域滤波主要是采用模板卷积的方式实现的，主要步骤为：①将模板在图像中移动，并将模板中心与图像中某个像素位置重合；②将模板上的系数与模板下对应像素相乘；③将所有乘积相加；④将总和(模板的响应函数)赋给图像中对应模板中心位置的像素。

步骤d，分别处理得到两张图像的触摸轮廓后，用平均值法计算每个触摸点轮廓的中心点坐标，作为其对应图像采集器坐标系中的触摸点坐标。

最终，数据处理模块利用光点位置与图像采集器21、22的光心之间的三角关系计算出触摸点的3d坐标。如图3所示，三角关系原理如下图(将三维空间关系投影到xoz平面，以触摸点x、z坐标进行说明，触摸点y坐标可同理得到)，ol、or分别为图像采集器21、22的中心点，中心点之间的距离为b，图像采集器21、22的焦距均为f。三维空间坐标系原点定义为ol，p(x，y，z)为场景中的触摸点，p点在图像采集器21、22中的成像点分别为pl(xl，yl，f)、pr(xr，yr，f)(坐标可由步骤d图像采集器坐标系中的触摸点坐标计算得到)。过图像采集器22中心点or做直线ol-p的平行线，与图像采集器22成像平面交于点p′l，则三角形△olpor与△p′lorpr相似，由此触摸点的深度z可求得，即z＝(b*f)/(b+xl-xr)。又△olo′lpl与△olo″lp相似，可求得x＝xl*z/f。同理在yoz平面内，可以求得y＝yl*z/f。即得到触摸点3d坐标。最后将该坐标信息映射为在显示平面内的坐标。

本实施例中，无线传输模块包括但不限于蓝牙传输，wifi传输。蓝牙传输模块中蓝牙选择包括：板载蓝牙和hc-06蓝牙模块，主从一体hc-05蓝牙模块(最优选主从一体hc-05蓝牙模块)。由于传输信息量小，最优选主从一体hc-05蓝牙模块可以达到传输要求，且具有成本低，通电自动连接的功能。

无线传输模块将数据处理模块获得的光点101在显示平面p内的坐标传输给触摸交互模块。并将接收到的连续坐标信息转换成交互操作，最终在显示平面上实现3d触摸交互功能。

需要说明的是，本实施例中，数据采集模块、数据处理模块和无线传输模块集成在一个硬件装置内，触摸交互模块可嵌入计算机内，如windows计算平台、linux计算平台、android计算平台。这样每个硬件装置内必须配置一个数据处理模块，相对来说该硬件装置的成本较高。

另一个实施方式是，只有数据采集模块和无线传输模块设置在一个硬件装置内。数据处理模块和触摸交互模块都嵌入计算机内，无线传输模块将数据采集模块采集的图像传输给数据处理模块后，在进行计算获得光点的坐标位置，然后由触摸交互模块实现交互功能。这样，降低了每个硬件装置的成本，但在计算机内必须实现内置数据处理模块。