[发明专利]投影定位装置及方法、交互系统和交互方法

说明书

技术领域

本发明涉及进行人机交互的技术，特别是涉及投影定位装置和方法以及基于投影定位的交互系统和方法。

背景技术

随着计算机技术的飞速发展，人们越来越广泛地通过多媒体设备来展示更加丰富多彩的内容，如声音、图像、文字和视频。相应的，能显示出大幅面画面的投影设备也得到了日益广泛的应用与快速的发展。然而，早期的投影系统无法实现人与投影屏幕间的直接互动操作，极大的限制了它的应用范围，如课堂教学、游戏娱乐等场合；无法满足人们追求更加自然、更具沉浸感的人机交互体验。

目前国内外较成熟的交互式投影系统大多基于电子白板构建，主要包括触摸屏式、红外阵列式、电磁感应式以及激光扫描式等技术类型。其优点是定位可靠性和精度较高，跟踪速度较快；缺点是均需依赖特制的投影屏幕，无法实现在任意投影平面上的交互功能，安装和使用不方便，成本较高。另一类交互式投影系统则采用特制的交互笔式设备，如超声波笔、红外光电笔、光电鼠标笔等，配合专用的接收传感器，可精确定位笔尖位置，实现在任意投影平面上的书写及触控操作。但用户在使用此类设备时必须借助交互笔，无法实现徒手交互功能，这给使用者带来一定的束缚，削弱了“自然”的交互体验。

近年来，基于视觉图像的手势识别技术作为人机交互领域中的重要研究方向，提供了自然直观的交互方式，以及逼真便捷的交互体验，迅速成为了研究的热点。目前的研究工作大多集中于手形特征提取算法，以及基于模式识别的动态或静态手势识别算法，其本质上都是对手势图像的二维处理与解析。而徒手交互功能，则需要对手势图像的三维信息，特别是指尖的空间位置和/或位置变化进行准确测量与实时跟踪，例如徒手触控、徒手书写等。针对这一问题，现有的解决方案主要基于一个或者多个探测器的立体视觉技术，以定位指尖空间位置和/或位置变化。然而，基于单目或者多目立体视觉原理提取图像三维信息，空间定位精度有限，难以实现精细的“触控”操作。此外，视觉图像信息量大，易受干扰，因而图像处理算法较为复杂，难以实现实时定位跟踪，尤其对于多点触控的情况，计算量更是成倍增加。因此，目前基于视觉图像的交互技术还难以满足人们“精确触控”的实用要求。                                                                                                       

发明内容

本发明的一个目的就是针对现有技术的不足，提供一种投影定位装置和方法，可以对被测物体例如具复杂三维手势的人手进行较高精度地定位和较快速度地实时跟踪，从而实现精准流畅的体感或触控操作。

本发明的另一目的是提供一种基于投影定位的交互系统和交互方法，能够获得准确快速、自然流畅的人机交互体验。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种投影定位方法，包括以下步骤：

a.  将具有设定规律的条纹图案投影到被测物体表面；

b.  摄取由被测物体表面形状所调制的变形条纹图像；

c.  根据所述变形条纹图像确定被测物体的空间位置和/或位置变化。

优选地，所述方法用在投影仪向投影屏投影图像过程中，所述条纹图案是在每隔一帧或每隔多帧图像之间的时间间隙投影到被测物体表面。

优选地，所述被测物体的空间位置和/或位置变化是通过形貌测量算法得到物体表面三维轮廓的重建数据来确定，所述形貌测量算法选自傅里叶变换形貌测量法FTP、相移形貌测量法PSP、调制测量形貌测量法MMP 、空间相位检测法SPD中的一者或多者。

优选地，所述条纹图案包括：与被测物体的不同部位特征相适应的空间上的条纹组合，和/或与被测物体的姿态变换特征相适应的时序上的条纹组合。

优选地，所述设定规律的因素包括条纹的形状、粗细、间距、灰度、亮度、对比度和投影方向。

优选地，条纹的形状为环状或直线状或波浪状或网格状。

优选地，所述步骤c包括：先实施粗定位以大体锁定被测物体所在区域，再对其进行精确定位；和/或利用条纹灰度信息进行条纹细分处理。

优选地，所述被测物体为人手，步骤a之前，通过建立人手三维模型，分别选取不同形式的条纹图案进行仿真运算，分析每种条纹图案对不同手形、手势、手部位、肤色及运动模式的适应能力, 来预先设定可供投影的条纹图案。

优选地，所述条纹图案为非可见光条纹图案，例如红外线条纹图案。

优选地，步骤c中被测物体的空间位置和/或位置变化的确定经过误差处理，所述误差处理包括：