[发明专利]一种基于动作捕捉的屏幕、投影非接触式交互装置

说明书

技术领域

本发明涉及人机交互领域，具体地，涉及一种基于动作捕捉的屏幕、投影非接触式交互装置。

背景技术

目前的对于屏幕或投影画面的非接触交互方法，要么通过陀螺仪、加速度传感器、地磁传感器等进行解算，精度差、存在累计误差。要么通过图像识别的方式来进行手势判别，进行复杂的图像处理算法，成本高，识别率低，还没有出现一种实时的没有累计误差、精度较高的基于屏幕、投影仪的非接式交互装置出现。更没有将操作者的运动轨迹和基于屏幕、投影仪的高精度非接触交互相结合方法出现。

发明内容

针对现有交互装置的不足，本发明的目的是提供一种基于动作捕捉的屏幕、投影非接触式交互装置，该装置将光学、图像、运动轨迹和交互式结合在一起，将操作者的运动轨迹和基于屏幕、投影仪的高精度非接触交互相结合，提高操作者和画面的交互性和娱乐性。

为实现以上目的，本发明提供一种基于动作捕捉的屏幕、投影非接触式交互装置，包括：光线发射及运动感知部分、光线接收部分和解算部分，其中：

所述的光线发射及运动感知部分，发射至少两种波长的光线通过聚焦汇聚成一个光斑到屏幕或投影的区域上，同时采集、识别光线发射及运动感知部分的运动轨迹和姿态作为人机交互的操作指令；

所述的光线接收部分，采集光线发射及运动感知部分发射的光线在屏幕或投影区域上的紫外或红外等不可见光谱的聚焦图像，并将聚焦图像发送给解算部分；

所述的解算部分，通过光线接收部分采集的聚焦图像，解算当前图像中的光斑相对于屏幕或投影区域的相对坐标；同时接收光线发射部分的运动轨迹和姿态发射的操作指令，将光斑的相对坐标和光线发射部分运动轨迹和姿态的操作指令传递给其他具有运算功能的处理设备。光斑的相对坐标作为系统纵横坐标定位的指示，姿态的操作指令起到类似鼠标按键的效果，具备二者功能的设备作为计算机的输入设备，提高人机交互效果。

优选地，所述的光线发射模块，发射至少两种波长的光线，通过聚焦汇聚成一个光斑到屏幕或投影区域上；

优选地，所述的运动感知模块，采集光线发射部分的三个坐标轴向的加速度、角加速度、俯仰、翻滚和偏摆等信息，根据设定的动作模板对其进行识别、区分，形成不同的人机交互操作指令通过无线发送给解算部分。

所述的聚焦图像，指的是对屏幕或投影区域上显示图像进行聚焦的图像；

优选地，所述的光线发射模块，包括可见光谱光源、不可见光谱光源、多光谱汇集、光学聚焦、辅助按键，其中：

所述可见光谱光源，包括至少一种波长的光源，且该光源的波长范围为可见光谱，以方便操作者在操作前对光斑坐标进行校准，同时方便操作者在使用过程中观看聚焦在屏幕或投影区域的光斑位置；

所述不可见光谱光源，包括至少一种波长的光源，且该光源的波长为紫外光谱或红外光谱，用于光线接收部分进行图像采集，方便图像识别过程中过滤到屏幕或投影区域的可见光谱的图像，消除本底干扰；

所述多光谱汇集，将不同波长的光源发出的光线汇集在一起，形成一个至少包含两种光谱的光线输出给光源聚焦；

所述光学聚焦，接收多光谱汇集输出的光线，通过自身的各种光学透镜进行聚焦，形成光斑到屏幕或投影区域上；

所述辅助按键，设置在光线发射及运动感知部分上，为用于提高娱乐交互性的操作功能按键，以配合屏幕或投影的画面进行交互式操作。

优选地，所述的运动感知模块，包括运动轨迹检测、运动感知处理器、无线发射，其中：

所述运动轨迹检测，用于对光线发射及运动感知部分的当前运动轨迹实时进行物理量采集并进行数字化处理，生成运动状态物理量的原始数字信息，并将信息传递给运动感知处理器；

所述运动感知处理器，用于对运动轨迹检测采集到的运动状态物理量的原始数字信息进行解算、识别，区分成各种动作作为交互的操作指令，并传递给无线发射模块；

所述无线发射模块，将运动感知处理器解算、识别的基于光线发射及运动感知部分运动轨迹的操作指令进行无线数据传输给结算部分。

更优选地，所述的运动状态物理量，包括光线发射及运动感知部分的速度、加速度、角速度、角加速度、俯仰、翻滚和偏摆中的一种或多种。

优选地，所述的光线接收部分，包括滤光镜、成像镜头、成像模块，其中：

所述滤光镜，为一种光学带通滤光片，其只允许特定波长及其周边一定波长范围内的光线进入；

所述成像镜头，用于对屏幕或投影区域进行成像聚焦，将聚焦的光学图像传递给成像模块；