[发明专利]基于自适应分层结构光的触碰检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学三维测量和投影式人机交互技术领域，特别涉及一种基于自适应分层结构光的触碰检测系统及方法。

背景技术

光学三维测量技术作为非接触式测量技术中的一种，通过运用光信号与物体表面发生相互作用来获取物体表面的三维坐标信息，具有不与被测物接触，测量速度快，精度高，设备简易的优点。其中的结构光法是通过如投影单元的光学投射器，将一定模式的光投射到待测三维物体表面，从而由图像传感器获得经由物体表面调制的结构光信息，并利用三角测量原理计算得到三维信息。它是主动式测量中的典型方法，相比双目立体视觉等被动式测量法，具有更高的精度，特征匹配更简单。

基于投影单元与图像传感单元的三维测量系统，传统的触控物体触碰检测方法步骤主要包括：前景提取与识别、物体跟踪、轮廓提取、触碰识别、位置检测等。一方面传统方法大多是利用图像传感器采集二维图像进行处理，难以获得触控物体与投影面的准确距离，导致物体触碰识别不准确和不稳定；另一方面，这种传统方法步骤多，算法复杂，不利于硬件实现，难以实现人机交互系统的微型化；此外，由于传统结构光三维测量方法需要在整个投影面投射结构光图样，当以轮流投射互补图像方法隐含地嵌入人机交互界面时，会产生较严重的闪烁问题；当以根据微镜开关序列图谱特性对像素值进行微调的方法隐含地嵌入人机交互界面时，会产生降低图像质量的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明针对基于投影单元和图像传感单元系统的传统物体触碰识别方法中算法复杂，计算量大，不易硬件实现，触碰识别准确度和稳定度低，以及隐含式嵌入结构光存在闪烁或图像质量降低的问题，提出一种基于自适应分层结构光的触碰检测系统及其方法。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种基于自适应分层结构光的触碰检测系统，包括：触碰检测单元，用于接收来自所述系统外部的含有明显特征图形或图像信息的原始界面图像数据并将其输出至投影单元，以及用于接收来自图像传感单元拍摄的投影区域图像数据，并对所述图像数据进行处理，获取并输出所述投影区域中触控物体的触碰信息；所述触控物体为人手指或其他触控物;

投影单元，用于接收来自触碰检测单元输出的含有明显特征图形或图像信息的原始界面图像数据，并把所述原始界面图像投影到投影面上成像；

图像传感单元，用于采集投影区域图像数据，并输出至所述触碰检测单元；

控制单元，用于控制各个单元之间的有序协同工作，以及用于控制所述投影单元和所述图像传感单元两者之间的同步，向两者发送控制命令。

优选地，所述触碰检测单元包括：

结构光提取模块，用于接收所述图像传感单元输出的投影区域图像数据，提取出特征图形或图像变形信息后输出至结构光信息处理模块；

结构光信息处理模块，用于接收来自所述结构光提取模块输出的所述特征图形或图像变形信息，从而计算得到触控物体的相对于界面图像的位置坐标以及与投影面的距离，以及判断所述距离是否满足触碰阈值条件，在满足条件时生成并输出所述触控物体的触碰信息。

优选地，所述的特征图形或图像变形信息包括：特征图形或图像变形位置、特征图形或图像变形量以及单个特征图形或图像的位置偏移。

优选地，所述满足触碰阈值条件是指：所述触控物体与所述投影面的距离小于某一门限阈值。

优选地，所述触碰检测单元接收来自系统外部含有或者不含有明显特征图形或图像信息的原始界面图像，所述触碰检测单元包括：

结构光生成模块，在所述原始界面图像中嵌入结构光，并传输至投影单元，以及，用于生成所述嵌入结构光的几何形状、尺寸和位置信息并传输至结构光提取模块；

结构光提取模块，用于根据来自所述结构光生成模块的嵌入结构光的几何形状、尺寸和位置信息，提取出含有变形结构光的投影区域图像数据中的结构光变形信息，并传输至结构光信息处理模块；

结构光信息处理模块，用于根据来自所述结构光提取模块的结构光变形信息，计算得到所述触控物体的相对于界面图像的位置坐标以及与投影面的距离，判别该距离是否满足触碰阈值条件，若满足，生成并输出触控物体的触碰信息。

优选地，所述的结构光变形信息包括：结构光变形位置以及变形量、结构光单个图案的位置偏移。