[发明专利]一种基于3D动态触摸的交互式全息显示系统及方法

权利要求书

1.一种基于3D动态触摸的交互式全息显示系统，其特征在于：包括主控制器、数字全息3D再现装置和触摸采集装置；

所述主控制器用于对接收自触摸采集装置的场景图像进行处理得到用户触摸指令，并且根据用户触摸指令生成新的全息图并加载对应的全息图到数字全息3D再现装置；

所述数字全息3D再现装置用于接收主控制器传输的全息图，并实现全息图的空中3D再现；其中数字全息3D再现装置包括空间光调制器、数字全息3D再现光路和全息屏幕；空间光调制器与主控制器通过HDMI接口连接，用于接收主控制器传输的全息图，并呈现在Lcos相位微显示器上；数字全息3D再现光路用于生成平行光，使用平行光与Lcos相位微显示器上的全息图发生衍射，并将衍射光反射到全息屏幕上；全息屏幕用于接收数字全息3D再现光路反射来的衍射光，在空中再现真实的3D图像；

所述触摸采集装置采用一部放置在全息屏幕正后方的摄像机，与主控制器通过USB连接，用于拍摄用户与空中3D图像的触摸并实时传输给主控制器处理。

2.根据权利要求1所述的基于3D动态触摸的交互式全息显示系统及方法，其特征在于：所述主控制器是一台安装python软件的PC。

3.根据权利要求1所述的基于3D动态触摸的交互式全息显示系统及方法，其特征在于：所述数字全息3D再现光路用于生成平行光，并用平行光与Lcos微相位显示器上的全息图发生衍射，最后将衍射光反射至全息屏幕；具体包括激光器、扩束镜、起偏器、准直镜、光阑、检偏器、投影透镜。

4.一种基于3D动态触摸的交互式全息显示方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

Step1、主控制器将预设的全息图加载至数字全息3D再现装置；

Step2、数字全息3D再现装置接收主控制器传输的全息图，并在空中呈现真实的3D图像；

Step3、触摸采集装置拍摄交互区域的场景，并实时传输给主控制器处理；

Step4、主控制器接收触摸采集装置传输的场景图像并进行处理，根据用户触摸空中3D图像时产生的散射光信息，识别出用户触摸指令和触摸的空中3D对象；其中触摸指令包括转动方向和转动角度；

Step5、主控制器根据识别到的用户动态触摸指令，包括转动方向和转动角度，生成新的全息图并加载对应的全息图至数字全息3D再现装置，再现新的空中3D图像。

5.根据权利要求4所示的一种基于3D动态触摸的交互式全息显示方法，其特征在于：所述Step4中得到转动方向和转动角度的具体步骤如下：

Step4.1、首先接收触摸采集装置传输的场景图像，将没有用户触摸时的图像作为背景图像存储起来；

Step4.2、用接收到的用户触摸时的图像减去背景图像，再通过阈值处理生成仅剩下散射光的图像；

其中如果像素值不在再现的空中3D图像颜色范围之内则将像素设置为0；

Step4.3、对得到的散射光图像使用圆滤波器滤波，减少图像的噪声；

Step4.4、接着找出图像像素中的最大值，此最大值的像素点位置被认为是用户指尖的位置；

Step4.5、接着计算最大值像素点坐标周围像素点颜色的平均值，此平均值作为散射光的颜色；

Step4.6、将计算得到的散射光颜色信息与再现的空中3D图像颜色进行比较，以这种方式确定用户触摸的是哪个再现的空中3D图像；

Step4.7、将带有用户触摸信息的图像按时间顺序组成一个图像序列，提取图像序列中检测到的用户指尖位置坐标，计算指尖坐标序列的平均坐标参考式(1)，m代表坐标序列总数，i代表坐标序列的排序，x_i就是序列中第i个坐标的横坐标，y_i就是序列中第i个坐标的纵坐标；以序列中用户第一个指尖坐标(x1,y1)为起始点，计算起始点和平均坐标的角度，此角度为用户指尖触摸滑动的方向；

Step4.8、计算上述图像序列中用户指尖起始点坐标与结束点坐标的欧式距离记为h，由式(2)计算得到用户指尖实际划动的距离H，其中，D为3D图像的投放半径，f为摄像机焦距；

Step4.9、检索用户指尖所触摸的空中3D图像的宽度，记为B；由公式(3)计算得到用户指尖触摸转动的角度α；