一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)技術(shù)方案

一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，包括紅外多點(diǎn)觸摸技術(shù)平臺(tái)、觸點(diǎn)跟蹤模塊和手勢(shì)識(shí)別模塊；紅外光線置于觸摸平面，手指接觸到觸摸屏表面后，在用戶觸摸位置會(huì)有紅外光線發(fā)射出來(lái)，平臺(tái)安裝的攝像頭會(huì)采集到這些穿過(guò)透明的觸摸介質(zhì)的紅外光線，采集信號(hào)輸送到計(jì)算機(jī)后，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)的圖像濾波等處理，去除包括非觸摸紅外背景等在內(nèi)的其他無(wú)效信息，輸出用戶業(yè)務(wù)操作對(duì)應(yīng)的觸摸信息，最后通過(guò)手勢(shì)識(shí)別后由手勢(shì)驅(qū)動(dòng)完成對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)操作。本發(fā)明專利技術(shù)具有大尺寸、高分辨率、無(wú)觸摸點(diǎn)數(shù)限制、耐用、接口開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便、成本低廉、移植性好、高擴(kuò)展性等特性。紅外線觸摸屏快速、精確、靈敏的反應(yīng)，能夠防水、防爆、防塵、防靜電、防磁場(chǎng)和防眩光。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及紅外觸摸屏觸摸識(shí)別
，尤其涉及一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)。?
技術(shù)介紹
隨著人們生活水平的提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)完全融入了我們的生活，計(jì)算機(jī)的小型化與智能化，已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，作為計(jì)算機(jī)的輸入方式，無(wú)論從打紙帶輸入到鍵盤輸入，再到鼠標(biāo)輸入，最后到近幾年新發(fā)展出的觸摸輸入，發(fā)展趨勢(shì)是朝著方便，快捷的趨勢(shì)不斷的發(fā)展和普及推廣的過(guò)程。近些年，不斷推廣的觸摸屏技術(shù)，是最近計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。觸摸屏是一種實(shí)時(shí)交互的輸入設(shè)備，用戶只需要手指在觸摸屏的某個(gè)位置即可控制計(jì)算機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。因此觸摸屏技術(shù)具有操作性簡(jiǎn)單，交互性強(qiáng)，使用靈活等特點(diǎn)。利用這種技術(shù)，旅客可以在自助終端中完成車票的購(gòu)買，在餐飲服務(wù)業(yè)中，可方便客戶自助服務(wù)。這種技術(shù)還被應(yīng)用于機(jī)器人的控制，嵌入式電子測(cè)量，并且在旅游、教育、醫(yī)療中有廣泛的應(yīng)用前景。?從紅外觸摸屏的發(fā)展來(lái)看，早期的紅外觸摸屏存在分辨率低、觸摸方式受限制和易受環(huán)境干擾而誤動(dòng)作等技術(shù)上的局限，因而一度淡出過(guò)市場(chǎng)。此后第二代紅外屏部分解決了?抗光干擾的問(wèn)題，第三代和第四代在提升分辨率和穩(wěn)定性能上亦有所改進(jìn)。紅外觸摸屏與電容電阻屏的明顯優(yōu)勢(shì)是不受電流、電壓和靜電干擾，適宜惡劣的環(huán)境條件。紅外線技術(shù)是目前觸摸屏產(chǎn)品主流的發(fā)展趨勢(shì)，而采用聲學(xué)和其它材料學(xué)技術(shù)的觸屏都有其難以逾越的屏障，如單一傳感器的受損、老化，觸摸界面怕受污染、破壞性使用，維護(hù)繁雜等問(wèn)題。目前紅外線觸摸屏技術(shù)突破高穩(wěn)定性能和高分辨率等關(guān)鍵技術(shù)后，慢慢開(kāi)始替代其它技術(shù)產(chǎn)品而成為觸摸屏市場(chǎng)主流。隨著科技的不斷發(fā)展，多點(diǎn)觸摸技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展，人們對(duì)于觸摸的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的紅外觸摸已經(jīng)無(wú)法滿足市場(chǎng)的需要，多點(diǎn)觸摸技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的兩點(diǎn)觸摸時(shí)代進(jìn)入了真正的多點(diǎn)觸摸觸控時(shí)代。然而目前市場(chǎng)上已有的多點(diǎn)紅外觸摸技術(shù)的產(chǎn)品，還沒(méi)有一種成本低廉、移植性好、高擴(kuò)展性的多點(diǎn)紅外精準(zhǔn)多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)出現(xiàn)。?
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，從而解決
技術(shù)介紹
中存在的問(wèn)題。?本專利技術(shù)所解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：?一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，包括紅外多點(diǎn)觸摸技術(shù)平臺(tái)、觸點(diǎn)跟蹤模塊和手勢(shì)識(shí)別模塊，所述紅外多點(diǎn)觸摸技術(shù)平臺(tái)包括紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)模塊、紅外接收管驅(qū)動(dòng)模塊、觸摸屏、攝像頭、計(jì)算機(jī)和投影儀，所述紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)模塊由一塊FPGA、MOSFET開(kāi)關(guān)矩陣、紅外發(fā)光管電流驅(qū)動(dòng)電路和紅外發(fā)光管組成，所述紅外接收管驅(qū)動(dòng)模塊由一塊FPGA、高速運(yùn)算放大器、多路模擬選擇器、P溝道三極管和紅外接收管組成。所述紅外多點(diǎn)觸平臺(tái)是基于光學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)的多點(diǎn)觸摸平臺(tái)，其中紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)模塊和紅外接收管驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)提供紅外光源，觸摸屏用于接收用戶交互輸入信息，計(jì)算機(jī)用于處理分析數(shù)據(jù)，投影儀將處理結(jié)果投影到觸摸屏上，并通過(guò)攝像頭捕捉觸點(diǎn)反射的陰影。?所述觸摸屏為樹(shù)脂玻璃觸摸屏。?所述觸點(diǎn)跟蹤模塊負(fù)責(zé)通過(guò)攝像頭獲得觸點(diǎn)影像，然后進(jìn)行背景去除操作，動(dòng)態(tài)調(diào)整圖像的灰度值后，完成觸點(diǎn)輪廓提取、變化計(jì)算、圖像平衡一系列操作，經(jīng)過(guò)觸點(diǎn)輪廓處理，計(jì)算輪廓中心，標(biāo)識(shí)觸點(diǎn)ID，從而區(qū)分新出現(xiàn)的觸點(diǎn)和已經(jīng)存在的觸點(diǎn)對(duì)象，完成追蹤觸摸屏幕上手指的移動(dòng)軌跡，并最后通過(guò)歸一化處理將相關(guān)的狀態(tài)信息變成數(shù)據(jù)包后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信的方式傳說(shuō)給手勢(shì)識(shí)別模塊。?所述觸點(diǎn)跟蹤模塊采用基于Mean?Shift算法的對(duì)象追蹤技術(shù)，使用OpenCV庫(kù)函數(shù)最終實(shí)現(xiàn)了基于紅外多點(diǎn)觸摸技術(shù)平臺(tái)上的觸點(diǎn)跟蹤功能，經(jīng)過(guò)觸點(diǎn)輪廓處理，計(jì)算輪廓中心，標(biāo)識(shí)觸點(diǎn)ID，從而區(qū)分新出現(xiàn)的觸點(diǎn)和已經(jīng)存在的觸點(diǎn)對(duì)象，完成追蹤觸摸屏幕上手指的移動(dòng)軌跡。?所述手勢(shì)識(shí)別模塊在收到來(lái)自觸點(diǎn)跟蹤模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議包的格式對(duì)分析收到的數(shù)據(jù)包的字節(jié)信息，結(jié)合觸點(diǎn)的坐標(biāo)等狀態(tài)信息，分析觸點(diǎn)移動(dòng)軌跡，獲得具體的手勢(shì)，然后進(jìn)行手勢(shì)匹配后，通過(guò)手勢(shì)驅(qū)動(dòng)并借助于投影儀完成對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)操作的展示。?所述手勢(shì)識(shí)別模塊是在結(jié)合業(yè)務(wù)類型定義多點(diǎn)操作手勢(shì)的基礎(chǔ)上，依據(jù)自定義的手勢(shì)觸點(diǎn)個(gè)數(shù)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)一種基于觸點(diǎn)運(yùn)行軌跡的手勢(shì)識(shí)別方法，該方法適用于系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作并能保證較高的識(shí)別率和識(shí)別速度。?本專利技術(shù)具有以下有益效果：?本專利技術(shù)提供的一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，具有大尺寸、高分辨率、無(wú)觸摸點(diǎn)數(shù)限制、耐用、接口開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便等特性。與現(xiàn)有的各種觸摸系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有成本低廉、移植性好、高擴(kuò)展性等特性。采用最新材料科技、新穎電路設(shè)計(jì)技術(shù)、智能判定技術(shù)和紅外抗干擾等先進(jìn)技術(shù)，徹底解決前幾代紅線外觸摸屏高功耗、低性能的技術(shù)缺陷，賦予紅外線觸摸屏快速、精確、靈敏的反應(yīng)，能夠做到了防水、防爆、防塵、防靜電、防磁場(chǎng)和防眩光設(shè)計(jì)，使觸摸屏系統(tǒng)能夠適應(yīng)更惡劣環(huán)境應(yīng)用，因此具有更廣泛的推廣價(jià)值。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)圖；?圖2為本專利技術(shù)觸點(diǎn)跟蹤算法處理流程；圖3為本專利技術(shù)手勢(shì)識(shí)別處理流程圖。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本專利技術(shù)。?如圖1所示，一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，包括紅外多點(diǎn)觸摸技術(shù)平臺(tái)、觸點(diǎn)跟蹤模塊和手勢(shì)識(shí)別模塊。?紅外多點(diǎn)觸摸技術(shù)平臺(tái)是本系統(tǒng)的硬件設(shè)備平臺(tái)，投影儀設(shè)備將業(yè)務(wù)信息圖像投影到觸摸屏幕上，下方通過(guò)紅外光源從觸摸屏照亮觸摸平面，用戶進(jìn)行業(yè)務(wù)操作時(shí)，手指接觸業(yè)務(wù)信息圖像，由于在接觸點(diǎn)部分發(fā)射的光線會(huì)多于背景發(fā)射的光線，因此會(huì)存在陰影部分，平臺(tái)安裝的攝像頭將及時(shí)捕獲到這塊形成的陰影部分，并作為輸入送到觸點(diǎn)跟蹤模塊進(jìn)行觸點(diǎn)跟蹤識(shí)別。系統(tǒng)的觸摸表明使用1.3cm的透光亞克力板，用于顯示層與漫反射層顯示的全息背投膜貼于亞克力板后面，亞克力板后面連接電腦和投影儀以及攝像頭，這樣可以從上下等幾個(gè)方向?qū)﹄娔X屏幕內(nèi)容進(jìn)行投影；同樣四個(gè)紅外光源也置于亞克力板后方，為使投影效果更好，需盡可能的讓紅外光線均勻分布在背投膜上。?觸點(diǎn)跟蹤模塊首先讀取攝像頭捕獲的手勢(shì)操作視頻流，將所有幀和第一幀圖像做背景相減算法，只保留突起的觸點(diǎn)對(duì)象，然后對(duì)前景圖像使用圖像處理算法進(jìn)行處理，提取前景觸點(diǎn)對(duì)象輪廓，計(jì)算輪廓中心坐標(biāo)，記錄每個(gè)觸點(diǎn)?ID，實(shí)現(xiàn)識(shí)別觸點(diǎn)陰影并追蹤觸點(diǎn)。最后觸點(diǎn)跟蹤模塊把追蹤到的觸點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)的坐標(biāo)信息。觸點(diǎn)坐標(biāo)信息以可觸摸的用戶界面協(xié)議格式封裝成TUIO?協(xié)議?UDP?包，通過(guò)?Socket?通信方式發(fā)送給手勢(shì)識(shí)別模塊。?觸點(diǎn)軌跡手勢(shì)識(shí)別模塊的主要功能是根據(jù)具體手勢(shì)參數(shù)，進(jìn)行具體用戶交互手勢(shì)的識(shí)別，模塊以標(biāo)準(zhǔn)格式對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，獲得包括橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、橫軸方向上的速度、縱軸方向上的速度以及加速度等相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)觸點(diǎn)的加速度，獲得觸點(diǎn)的包括出現(xiàn)、停止、加速、減速以及消失等狀態(tài)信息。手勢(shì)識(shí)別模塊依據(jù)收集的觸點(diǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)手勢(shì)識(shí)別算法，分辨不同的手勢(shì)后，經(jīng)過(guò)和業(yè)務(wù)操作匹配后，通知手勢(shì)驅(qū)動(dòng)去完成具體的業(yè)務(wù)操作，并最后借助投影儀展示出用戶的手勢(shì)操作。?硬件設(shè)備主要包括紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)模本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，其特征是：包括紅外多點(diǎn)觸摸技術(shù)平臺(tái)、觸點(diǎn)跟蹤模塊和手勢(shì)識(shí)別模塊，所述紅外多點(diǎn)觸摸技術(shù)平臺(tái)包括紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)模塊、紅外接收管驅(qū)動(dòng)模塊、觸摸屏、攝像頭、計(jì)算機(jī)和投影儀，所述紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)模塊由一塊FPGA、MOSFET開(kāi)關(guān)矩陣、紅外發(fā)光管電流驅(qū)動(dòng)電路和紅外發(fā)光管組成，所述紅外接收管驅(qū)動(dòng)模塊由一塊FPGA、高速運(yùn)算放大器、多路模擬選擇器、P溝道三極管和紅外接收管組成。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，其特征是：包括紅外多點(diǎn)觸摸技術(shù)平臺(tái)、觸點(diǎn)跟蹤模塊和手勢(shì)識(shí)別模塊，所述紅外多點(diǎn)觸摸技術(shù)平臺(tái)包括紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)模塊、紅外接收管驅(qū)動(dòng)模塊、觸摸屏、攝像頭、計(jì)算機(jī)和投影儀，所述紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)模塊由一塊FPGA、MOSFET開(kāi)關(guān)矩陣、紅外發(fā)光管電流驅(qū)動(dòng)電路和紅外發(fā)光管組成，所述紅外接收管驅(qū)動(dòng)模塊由一塊FPGA、高速運(yùn)算放大器、多路模擬選擇器、P溝道三極管和紅外接收管組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，其特征是：所述紅外多點(diǎn)觸平臺(tái)是基于光學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)的多點(diǎn)觸摸平臺(tái)，其中紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)模塊和紅外接收管驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)提供紅外光源，觸摸屏用于接收用戶交互輸入信息，計(jì)算機(jī)用于處理分析數(shù)據(jù)，投影儀將處理結(jié)果投影到觸摸屏上，并通過(guò)攝像頭捕捉觸點(diǎn)反射的陰影。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，其特征是：所述觸摸屏為樹(shù)脂玻璃觸摸屏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紅外光電技術(shù)的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，其特征是：所述觸點(diǎn)跟蹤模塊負(fù)責(zé)通過(guò)攝像頭獲得觸點(diǎn)影像，然后進(jìn)行背景去除操作，動(dòng)態(tài)調(diào)整圖像的灰度值后，完成觸點(diǎn)輪廓提取、變化計(jì)算、圖像平衡一系列操作，經(jīng)過(guò)觸點(diǎn)輪廓處理，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曾芝冰，張茹，孫帥，趙佳，劉瓊，梁安琪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖北印象光電信息產(chǎn)業(yè)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北;42