[发明专利]一种指尖触碰检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种指尖触碰检测系统及方法。

背景技术

近年来，随着智能手机、平板电脑及谷歌眼睛的出现，人们与数字世界的沟通越趋紧密，而这也进一步促进了智能设备的微型化。受传统显示设备体积的限制，依靠传统显示器的智能设备已无法进一步微型化，人们因而将注意力转移至投影式显示设备中。

为了实现对投影屏幕触碰动作的判断，近年来出现了许多新的人机交互系统及方法，主要分为两类，一类是在投影图像中隐含条纹式结构光并通过条纹的偏移量来判断是否发生触碰事件。该系统主要缺陷在于需要具有高帧率的投影设备隐含条纹结构光来实现触碰判断。另一类是在投影人机交互界面图像的同时，采用深度相机采集投影面和触控物的空间信息，计算出投影面和触控物间距离后，通过距离阈值判断触碰事件是否发生。该系统的缺陷是需要使用深度传感器采集深度信息，而深度传感器的分辨率目前还较低，从而导致该系统精度不高。另外，采用深度传感器还将导致系统的成本较高、体积较大、功耗较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种指尖触碰检测系统及方法，能够实现低成本、低功耗、高精度的触碰检测。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种指尖触碰检测系统，该系统包括：

投影界面处理单元，用于接收外部输入的人机交互界面信息，并将接收的人机交互界面信息输出给投影单元；

投影单元，用于将人机交互界面信息投影至投影平面；

图像传感单元，用于采集投影平面上的投影区域图像，并将采集到的投影区域图像发送给图像处理单元；

图像处理单元用于判断投影区域图像内是否含有指尖，并在含有指尖时计算指尖与人机交互界面的距离及其在人机交互界面中的位置信息；若所述指尖与人机交互界面的距离小于等于第一门限值，输出触碰信息至触碰检测单元；否则输出含指尖的投影区域图像和指尖在人机交互界面中的位置信息至触碰检测单元；

图像处理单元还用于获取系统内参数、系统固有外参数、系统可变外参数和投影单元与图像传感单元间的单应性矩阵，并将所述系统内参数、系统固有外参数、系统可变外参数和投影单元与图像传感单元间的单应性矩阵输出至触碰检测单元；

其中系统内参数为投影单元和图像传感单元的光心位置参数；系统固有外参数为投影单元和图像传感单元间相对空间位置和姿态关系参数；系统可变外参数为图像传感单元及投影单元与投影平面之间的相对空间位置与姿态关系参数；

触碰检测单元，包括判断执行模块、成像面上光心映射位置计算模块、指尖最低点获取模块、阴影前端点获取模块以及指尖触碰判断模块，其中，

判断执行模块，用于当接收来自图像处理单元的输出信息为触碰信息时，直接输出触碰信息，若接收来自图像处理单元的输出信息为含指尖的投影区域图像和指尖在人机交互界面中的位置信息时，执行成像面上光心映射位置计算模块；

成像面上光心映射位置计算模块，用于接收图像处理单元输出的系统固有外参数、系统可变外参数、系统固有内参数以及投影单元与图像传感单元间单应性矩阵，将所述接收到的参数通过几何计算获取图像传感单元平面上过图像传感单元光心且垂直于投影平面的直线与投影面的交点b以及过投影单元光心与图像传感单元光心的直线与投影面的交点a位置信息，并将以上两交点信息输出至所述指尖最低点获取模块及所述阴影前端点获取模块；

指尖最低点获取模块，用于接收图像处理单元输出的含指尖的投影区域图像和指尖在人机交互界面中的位置信息以及来自所述成像面上光心映射位置计算模块输出的交点b的位置信息，利用指尖在人机交互界面中可能发生触碰的区域信息及指尖的颜色信息获取指尖并对指尖进行边缘检测获取指尖边缘，对指尖边缘进行圆拟合拟合出圆心o，连接圆心o与交点b，直线ob与指尖边缘交点即定义为指尖最低点f,设其在图像传感单元成像面上的坐标为并将指尖最低点f的位置信息输出至所述阴影前端点获取模块；

阴影前端点获取模块，用于接收图像处理单元输出的含指尖的投影区域图像和指尖在人机交互界面中的位置信息及接收来自所述成像面上光心映射位置计算模块输出的交点a的位置信息、所述指尖最低点获取模块输出的指尖最低点f的位置信息，利用阴影在HSV颜色空间中的特征获取指尖阴影区域，通过连接交点a与指尖最低点f，连线与阴影边缘处交点即为阴影前端点s，设其在图像传感单元成像面上的坐标为并输出指尖最低点f及阴影前端点s位置信息至所述指尖触碰判断模块；