[发明专利]基于超声波的三维空间成像交互方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及三维空间成像交互技术领域，尤其涉及一种基于超声波的三维空间成像交互方法及系统。

背景技术

随着科技的发展，电子设备与用户的交互不断从虚拟向着现实进化。从亚马逊的一键交付系统的一维平台，到智能手机的二维平板化手指滑动操作，再到leap motion、kinect等三维手势交互平台，用户与设备之间的交互已经越来越贴近现实。

传统的三维成像方法需要固定的成像平面，所述的固定的成像平面可以是银幕、水幕、气幕等，利用固定的成像平面在空间中持续稳定存在的反射平面对光源的光线进行反射，从而呈现相应的颜色。

然而，虽热随着3D电影的流行和全息成像技术的发展，三维空间成像技术的开发得到越来越多中外研究者的重视。但是，目前的全息成像技术所生成的影像无法给使用者以真实的反馈，使用者无法在与3D影像互动过程中感受到3D影像的实体触感。

发明内容

针对当前成像技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于超声波的三维空间成像交互方法及系统，该三维空间成像交互方法无固定的成像平面，能实现用户与3D影像基于视觉和触觉的实时交互，也就是用户在三维空间中观察到3D影像的同时，还能与3D影像交互得到3D影像的真实触感与压力反馈。

本发明所提供的基于超声波的三维空间成像交互方法，不同于现有的全息成像技术，不仅能够为用户展现3D影像，同时还能够让用户与3D影像交互的过程中感受到3D影像的真实触感，并且本发明生成的3D影像能够被任意位置的观察者所观察到，具有全方位的可视性。所述的3D影像可以是静止的三维图像，或者是由多张三维图像运动合成的三维动态图像，或者是三维视频影像，也可以是在三维空间中生成的二维曲面图像(如图11所示)。

本发明所述的三维图像是指至少由一个帧时间T的所有三维空间图像点组成的图像，该图像既可以是三维图像，也可以二维图像，即三维图像的其中一维压缩成最小值的情况，还可以是一维图像，即三维图像的其中二维压缩成最小值的情况。

本发明所述的帧时间T为颗粒物运动遍历三维空间中所有的图像点的时间，并且帧时间T满足小于人眼视觉暂留时间，即二十四分之一秒，保证整个三维图像在人眼中是连续的。

本发明所述的三维空间图像点是指所述的三维空间图像点是指组成三维图像的每个像素点，是由超声微泡被三种颜色的激光聚焦后，在目标三维空间中反射激光而呈现相应颜色的点，它包括7个属性值，分别是一个时间属性值t、三个空间位置属性值(r,θ,φ)、三个颜色属性值(R,G,B)。

所述的目标三维空间是指三维图像呈现的三维空间，它不同于其他三维维图像成像方法依赖的二维幕布，它除了二维幕布的高度和宽度，还具有空间深度；并且不同于幕布反射光源，三维图像在目标三维空间中的呈现依赖于超声微泡对光源的反射。在目标三维空间中，仅有超声微泡能够反射激光，呈现三维空间图像点，即除了超声微泡以外，目标三维空间中不存在其他能够反射激光，呈现三维空间图像点的物质(用户与三维空间图像点进行互动的物体除外,例如用户用于发出指令的手臂、手、木棍等物体)；并且超声微泡能与超声波场感应，超声微泡的运动受超声波场的控制，能够运动并稳定在超声波场的势阱位置，反射三种颜色的激光，呈现相应的颜色，超声波场的势阱位置可以是目标三维空间中的任意位置，即目标三维空间中的所有位置对于超声微泡来说都具有可达性。

本发明所述的超声微泡是能与超声波场感应，向超声波场的势阱位置运动的物体；本发明所述的超声波场为超声波形成的场。

本发明所述的相应颜色是指按照颜色标量值(R',G',B')，红、绿、蓝三种颜色的激光以相应强度值的发射激光，在颗粒物上混合时呈现的颜色。其中颜色标量值R'对应红色激光的强度值，颜色标量值G'对应绿色激光的强度值，颜色标量值B'对应蓝色激光的强度值。

进一步地，本发明所提供的基于超声波的三维空间成像交互方法还能够通过定位用户的手部位置，识别用户的相应的手势，得到用户指令，使用户可以与生成的三维图像进行实时互动，对图像特性的变化进行操作，所述的用户的手部位置是指用户手部在三维空间中所处的位置和用户手部的姿态形状；所述的图像特性的变化包括图像的形状、颜色、大小、位置、姿态等图像属性的变化，所述的图像的姿态变化是指图像在三维空间球坐标系下按照仰俯角和旋转角进行的变化。