[发明专利]利用结构光技术实现的实时激光点追踪人机交互系统

说明书

技术领域

本发明是一种可用于任意投影面的实时激光点追踪方法。

背景技术

随着投影技术的发展和应用, 目前投影仪在多媒体教学, 会议, 演讲等方面得到了广泛应用. 虽然它改变了传统的信息传递展示方式, 以图文并茂, 声相兼备的听觉视觉效果, 生动, 直观形象地把交流内容展示出来。但是, 传统的人机交互使用键盘和鼠标作为输入设备, 这种传统的交互方式将演讲者限制在计算机旁, 不能自由地走动. 这种交互方式已经不能满足人们对人机交互系统“人性化”的需求。为了方便使用, 如今的投影设备都配备了具有交互功能的激光笔作为辅助输入设备以方便使用。但是激光笔并不能像鼠标键盘一样便捷的控制计算机。于是很多学者就开始了激光点人机交互系统的研究。

目前国内外的激光点追踪人机交互系统，主要应用于多媒体系统中解决了传统的投影技术给演讲者带来的不便。通过追踪系统，演讲者将不再被限制于计算机前来控制投影的播放，而是通过一只激光笔即可控制鼠标的移动及投影的放映。此前，已有不少的国内外学者对该追踪系统进行了讨论。例如发表在“IEEE International Workshop on Haptic Audio Visual Environments and their Applications”上的文章“On-Screen Laser Spot Detection for Large Display Interaction”，在2005年提出了提出一种简单的利用摄像头检测激光点的位置电脑光标的移动以实现计算机操作。在检测过程中, 将屏幕中寻找最亮的红色点作为激光点的位置. 该方法实现了激光笔代替鼠标对计算机进行控制的目的. 但是该方法在场景建立和激光点的检测方法上都还有很多的不足。为了准确的建立追踪场景，以提高激光点追踪精度. 发表在“IEEE the Sixth Inter Conference on Image and Graphics”上的文章“A novel robust laser tracking system with automatic environment adaptation and keystone correction”提出了基于矩形变换的场景建立方法, 构建了摄像头与投影机之前的对应关系, 在进行激光点检测追踪. 这一方法的提出大大提高了激光点追踪技术的精度, 同时配合基于颜色的激光点检测, 实现了具有较强鲁棒性的激光点追踪方法. 发表在“机电工程”上的文章“投影显示中光笔交互技术的研究”从光笔投影点的坐标精确性上进行研究, 提出基于网格细分的屏幕坐标校准方法, 设计并实现基于激光笔的交互系统。

以上方法都是建立在二维空间基础的, 通过建立二维的几何对应关系，确定激光点的位置来进行追踪。但是投影区域是一个三维场景, 这样使得基于二维几何关系建立的场景会给追踪精度带来影响。在“IEEE 12th international Human-Computer Interaction，Interaction Platforms and Techniques”上发表的文章“Vision based laser pointer interaction for flexible screens”介绍了一种通过三维校准的方法建立摄像机和投影仪之间的影射关系实现的激光点追踪人机交互方法。在建立的三维场景中的激光点追踪方法的追踪精度，并且可以用在非平面的投影场景中。

目前，激光点追踪和检测在已有技术中已经有很大的改进，但是目前激光点的追踪及检测精度只能满足追踪交互系统在精度要求不高的场景中应用。现有的方法中，要想保证系统的测量精度，一定要对设备带来的畸变进行讨论和修正才可以得到较准确的测量结果，这也意味着，这些方法都会给测量结果带来一定的误差。

发明内容

针对现有技术的追踪方法的现在与不足，本发明旨在提供一种新的实时激光点追踪方法，以提高激光点追踪的精度及追踪系统的稳定性，实现其在复杂场景中的应用。该系统将不再局限于对同一水平面上激光点的追踪，该系统可以实现在任意形状投影面上对激光点的追踪。且不会受到设备畸变的影响。