專利名稱：一種屏幕輸入系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種屏幕輸入系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)交互中的輸入技術(shù)正從傳統(tǒng)的鼠標(biāo)、鍵盤輸入方式演變成多種多樣的輸入方式。隨著智能手機(jī)和平板電腦的流行，更加人性化的直接屏幕手勢輸入方法已被廣泛應(yīng)用，最新的WindoWS7已經(jīng)正式支持手勢輸入方法，這使得輸入能夠直接在用于輸出圖像的屏幕上進(jìn)行，即屏幕直接輸入，無需外接鍵盤和鼠標(biāo)。專利申請CN200810035544. 6公開了一種激光筆指示與光點(diǎn)軌跡識別方法，利用亮度信息提取用戶使用的指示工具在目標(biāo)屏幕上指示出的光點(diǎn)位置，但由于光點(diǎn)與顯示屏圖像混在一起，影響了識別率。專利申請CN200620044540. 0公開了一種光電定位及紅外書寫的投影儀及具有該投影儀的投影系統(tǒng)，但不能自動(dòng)感知提筆、落筆操作，而且它局限于投影屏幕，不能應(yīng)用在大尺寸液晶顯示器、背投等顯示設(shè)備上，不是一種通用的輸入設(shè)備裝置。專利申請CN200710039996. 7公開了一種基于視覺跟蹤與語音識別的鼠標(biāo)系統(tǒng)，但僅通過檢測跟蹤紅外標(biāo)志物的光斑圖像的移動(dòng)轉(zhuǎn)換為鼠標(biāo)光標(biāo)在顯示桌面上的運(yùn)動(dòng)，而非屏幕上的光點(diǎn)位置，且無法實(shí)現(xiàn)屏幕上的交互式書寫。專利申請CN200910157908.2公開了一種多重識別表面紅外激光幕布裝置與方法，但需在四個(gè)邊角安裝紅外激光發(fā)射器，也沒有提出配套的接收裝置與圖像處理方法，沒有達(dá)成一種計(jì)算機(jī)輸入系統(tǒng)。觸屏輸入是通過在屏幕上安裝特定的位置檢測裝置(如電容膜、電阻膜、紅外光電矩陣等)來實(shí)現(xiàn)，由用戶手指在觸摸屏表面觸碰產(chǎn)生信號變換實(shí)現(xiàn)控制操作，通過使用專門的觸摸屏或電子白板可以實(shí)現(xiàn)接觸式手勢輸入，能夠直接在屏幕上書寫文字、移動(dòng)鼠標(biāo)指針等。在屏幕上直接進(jìn)行輸入的方法是未來的發(fā)展方向，小型電子產(chǎn)品可以直接觸屏輸入，在輸入面積較小時(shí)成本很低，應(yīng)用廣泛，但觸屏技術(shù)在普通電腦屏幕以及大屏幕展示、 游戲娛樂等領(lǐng)域則存在諸多問題。1.觸屏輸入采用專門的設(shè)備，對現(xiàn)有屏幕的升級成本過高，這需要將當(dāng)前廣泛使用的液晶顯示器和CRT顯示器更換成觸摸屏顯示器，在教學(xué)、展覽、娛樂中廣泛應(yīng)用的投影屏幕則需要更換為電子白板。2.電子白板、激光投影系統(tǒng)不僅價(jià)格較高，且占用空間、需要獨(dú)立安裝布線，且屏幕的定位校準(zhǔn)工作繁瑣。當(dāng)前紅外光電白板采用柵格式的紅外發(fā)射管與接收裝置、制造和安裝繁瑣，不能在現(xiàn)有普通屏幕上升級。3.目前的手勢輸入是接觸式手勢輸入，即必須接觸或非?？拷聊贿M(jìn)行，這樣存在屏幕磨損以及衛(wèi)生等問題，超過人體活動(dòng)范圍的大型投影屏幕上也不便實(shí)現(xiàn)接觸式手勢輸入。

發(fā)明內(nèi)容
本 發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、不受屏幕尺寸和種類的限制的一種屏幕輸入系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。為達(dá)上述目的，本發(fā)明的一種屏幕輸入系統(tǒng)，其包括操作屏幕、觸屏裝置、激光光幕發(fā)射器、接收裝置及電腦主機(jī)，所述接收裝置安裝在所述操作屏幕一側(cè)表面前方，所述接收裝置包括紅外濾鏡、設(shè)置于所述紅外濾鏡后側(cè)的攝像頭模組及與所述攝像頭模組輸出端連接的信號處理模塊，所述信號處理模塊輸出端設(shè)有與電腦主機(jī)建立通信的連接器，所述激光光幕發(fā)射器對應(yīng)所述接收裝置安裝于所述操作屏幕同一側(cè)，所述激光光幕發(fā)射器在所述操作屏幕表面形成一個(gè)光幕，所述觸屏裝置接觸所述操作屏幕并在接觸處造成反射光點(diǎn)，所述攝像頭模組獲取光幕從所述反射光點(diǎn)反射的光線，所述信號處理模塊對所述攝像頭模組獲取的光線影像進(jìn)行處理。 進(jìn)一步地，所述激光光幕發(fā)射器設(shè)置有激光發(fā)射管及玻璃透鏡，所述激光發(fā)射管發(fā)射一束紅外激光光線，所述紅外激光光線透過所述玻璃透鏡形成向前擴(kuò)展光線。進(jìn)一步地，所述接收裝置還包括外殼，所述紅外濾鏡、攝像頭模組及信號處理模塊分別設(shè)置于所述外殼內(nèi)，所述外殼底端部設(shè)置有基座，所述基座上開設(shè)有定位孔。進(jìn)一步地，所述接收裝置與所述操作屏幕頂部及底部邊緣的垂直連線夾角為 45 60度。進(jìn)一步地，所述觸屏裝置為操作者手指或筆型裝置。進(jìn)一步地，所述電腦主機(jī)安裝驅(qū)動(dòng)應(yīng)用軟件。進(jìn)一步地，所述連接器為有線連接所述接收裝置和電腦主機(jī)，包括USB插頭及電纜線，或者所述連接器為無線連接所述接收裝置和電腦主機(jī)的發(fā)射器及無線接收器。本發(fā)明一種屏幕輸入系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟
(1)、將激光光幕發(fā)射器安裝于操作屏幕頂部，將接收裝置安裝于操作屏幕頂部表面前方，對接收裝置進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)；
(2)、觸屏裝置接觸所述操作屏幕并在接觸處造成反射光點(diǎn)，光幕在反射光點(diǎn)的漫反射下形成各方向的紅外光，接收裝置中的攝像頭模組獲取反射光點(diǎn)反射的紅外光影像；
(3)、接收裝置中的信號處理模塊對攝像頭模組獲取的紅外光影像進(jìn)行濾波消噪處理后識別所述反射光點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，經(jīng)過與校準(zhǔn)參數(shù)計(jì)算后得到相應(yīng)的操作屏幕實(shí)際坐標(biāo)， 該操作屏幕實(shí)際坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)入軌跡數(shù)據(jù)隊(duì)列；
(4)、反射光點(diǎn)在操作屏幕上的實(shí)際坐標(biāo)通過連接器傳送到電腦主機(jī)，電腦主機(jī)控制操作屏幕上的鼠標(biāo)指針移動(dòng)到反射光點(diǎn)的坐標(biāo)位置，在鼠標(biāo)指針經(jīng)過的位置，操作屏幕上出現(xiàn)觸屏裝置移動(dòng)的軌跡。進(jìn)一步地，所述接收裝置自動(dòng)校準(zhǔn)包括如下步驟
①、所述接收裝置與所述操作屏幕頂部及底部邊緣的垂直連線夾角為a，操作屏幕高度為h，計(jì)算出接收裝置與操作屏幕的垂直距離L為L= h* ctg a ；
②、運(yùn)行應(yīng)用軟件，對所述接收裝置與所述操作屏幕頂部及底部邊緣的垂直連線夾角進(jìn)行微調(diào)，使所述攝像頭模組偵測到完整的操作屏幕；
③、操作屏幕上顯示標(biāo)準(zhǔn)棋盤方格圖像，攝像頭模組獲取操作屏幕上的棋盤方格圖像的四角坐標(biāo)(11，71)、(12，72)、(13，73)和(x4，y4)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)棋盤方格圖形的實(shí)際坐標(biāo)(Χ1，Υ1)、(Χ2，Υ2)、(Χ3，Υ3)*(Χ4，Υ4)，通過下列方程組計(jì)算攝像頭模組的攝像點(diǎn)與操作屏幕上反射光點(diǎn)的位置映射變換校準(zhǔn)參數(shù)Α、B、C、D、Ε、F、G、H :
權(quán)利要求
1.一種屏幕輸入系統(tǒng)，包括操作屏幕(10)、觸屏裝置(20)、激光光幕發(fā)射器(30)、接收裝置(40 )及電腦主機(jī)(50 )，所述接收裝置(40 )安裝在所述操作屏幕(10 ) —側(cè)表面前方，所述接收裝置(40)包括紅外濾鏡(42)、設(shè)置于所述紅外濾鏡(42)后側(cè)的攝像頭模組(43)及與所述攝像頭模組(43)輸出端連接的信號處理模塊(44)，所述信號處理模塊(44)輸出端設(shè)有與電腦主機(jī)(50 )建立通信的連接器(60 )，其特征在于所述激光光幕發(fā)射器(30 )對應(yīng)所述接收裝置(40)安裝于所述操作屏幕(10)同一側(cè)，所述激光光幕發(fā)射器(30)在所述操作屏幕(10 )表面形成一個(gè)光幕(34 )，所述觸屏裝置(20 )接觸所述操作屏幕(10 )并在接觸處造成反射光點(diǎn)(21)，所述攝像頭模組(43)獲取光幕(34)從所述反射光點(diǎn)(21)反射的光線，所述信號處理模塊(44)對所述攝像頭模組(43)獲取的光線影像進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種屏幕輸入系 統(tǒng)，其特征在于所述激光光幕發(fā)射器(30) 設(shè)置有激光發(fā)射管(31)及玻璃透鏡(32)，所述激光發(fā)射管(31)發(fā)射一束紅外激光光線 (33),所述紅外激光光線(33)透過所述玻璃透鏡(32)形成向前擴(kuò)展光線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種屏幕輸入系統(tǒng)，其特征在于所述接收裝置(40)還包括外殼(41)，所述紅外濾鏡(42)、攝像頭模組(43)及信號處理模塊(44)分別設(shè)置于所述外殼 (41)內(nèi)，所述外殼(41)底端部設(shè)置有基座(412)，所述基座(412)上開設(shè)有定位孔(413)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種屏幕輸入系統(tǒng)，其特征在于所述接收裝置(40)與所述操作屏幕(10)頂部及底部邊緣的垂直連線夾角為45飛0度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種屏幕輸入系統(tǒng)，其特征在于所述觸屏裝置(20)為操作者手指或筆型裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種屏幕輸入系統(tǒng)，其特征在于所述電腦主機(jī)(50)安裝驅(qū)動(dòng)應(yīng)用軟件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種屏幕輸入系統(tǒng)，其特征在于所述連接器(60)為有線連接所述接收裝置(40 )和電腦主機(jī)(50 )，包括USB插頭(61)及電纜線(62 )，或者所述連接器 (60 )為無線連接所述接收裝置(40 )和電腦主機(jī)(50 )的發(fā)射器及無線接收器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的一種屏幕輸入系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟(1)、將激光光幕發(fā)射器(30)安裝于操作屏幕(10)頂部，將接收裝置(40)安裝于操作屏幕(10 )頂部表面前方，對接收裝置(40 )進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)；(2)、觸屏裝置(20)接觸所述操作屏幕(10)并在接觸處造成反射光點(diǎn)(21)，光幕(34) 在反射光點(diǎn)(21)的漫反射下形成各方向的紅外光，接收裝置(40)中的攝像頭模組(43)獲取反射光點(diǎn)(21)反射的紅外光影像；(3 )、接收裝置(40 )中的信號處理模塊(44 )對攝像頭模組(43 )獲取的紅外光影像進(jìn)行濾波消噪處理后識別所述反射光點(diǎn)(21)的圖像坐標(biāo)，經(jīng)過與校準(zhǔn)參數(shù)計(jì)算后得到相應(yīng)的操作屏幕實(shí)際坐標(biāo)，該操作屏幕實(shí)際坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)入軌跡數(shù)據(jù)隊(duì)列；(4)、反射光點(diǎn)(21)在操作屏幕(10)上的實(shí)際坐標(biāo)通過連接器(60)傳送到電腦主機(jī) (50)，電腦主機(jī)(50)控制操作屏幕(10)上的鼠標(biāo)指針移動(dòng)到反射光點(diǎn)(21)的坐標(biāo)位置，在鼠標(biāo)指針經(jīng)過的位置，操作屏幕(10)上出現(xiàn)觸屏裝置(20)移動(dòng)的軌跡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種屏幕輸入系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述接收裝置 (40)自動(dòng)校準(zhǔn)包括如下步驟，①、所述接收裝置(40)與所述操作屏幕(10)頂部及底部邊緣的垂直連線夾角為a，操作屏幕(10)高度為h，計(jì)算出接收裝置(40)與操作屏幕(10)的垂直距離L為L= h* ctg a ；②、運(yùn)行應(yīng)用軟件，對所述接收裝置(40)與所述操作屏幕(10)頂部及底部邊緣的垂直連線夾角進(jìn)行微調(diào)，使所述攝像頭模組(43)偵測到完整的操作屏幕(10)；③、操作屏幕(10)上顯示標(biāo)準(zhǔn)棋盤方格圖像，攝像頭模組(43)獲取操作屏幕上的棋盤方格圖像的四角坐標(biāo)(xl，yl)、(x2, y2)、(x3, y3)和(x4，y4)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)棋盤方格圖形的實(shí)際坐標(biāo)(XI，Yl)、(X2，Y2)、(X3，Y3)和(X4，Y4)，通過下列方程組計(jì)算攝像頭模組(43)的攝像點(diǎn)與操作屏幕(10)上反射光點(diǎn)(21)的位置映射變換校準(zhǔn)參數(shù)A、B、C、D、E、F、G、H :xl vl. 1 0 0 0 - .X1L * yl -Xl .4 Al * Xl x2 y2 I 0 0 0 - Χ2*yl - 2 B Χ2*χ2 χ3 y3 1 O OO - Χ3*y3 -Χ3 C Χ3*χ3 χΛ yA 1 0 0 0 - ΧΑ* yA -XA + D Α4*χ4 0 0 0 xl vl 1 -Π* vl -Yl E "" . *α:1 0 0 0 χ2 ν 2 1 -Y2*y2 -Yl F Υ2*χ2 0 0 0 χ3 ν 3 1 - Υ3 * y3 -Υ3 G Γ3*χ3 0 0 0 χ4 )'4 1 - Y4*y4 - Υ4 H 74*χ4其中，所述《1，￥1)、《2，￥2)、(父3，￥3)和(Χ4，Υ4)為常量并分別賦值為(0，65535)、 (65535,65535)、(65535，0)和(0，0)；④、信號處理模塊(44)通過高斯消元法求解方程組，然后將A、B、C、D、E、F、G、H的值存儲(chǔ)在Flash內(nèi)存中，操作屏幕(10)上顯示校準(zhǔn)完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種屏幕輸入系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述反射光點(diǎn) (21)的圖像坐標(biāo)識別是指，從Flash內(nèi)存中讀取A、B、C、D、E、F、G、H的值，通過以下等式將攝像點(diǎn)坐標(biāo)(X，y )映射到操作屏幕實(shí)際坐標(biāo)(X，Y):X=(A*x+B*y+C)/(x+G*y+H)Y= (D*x+E*y+F)/(x+G*y+H)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種屏幕輸入系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，屬于計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。一種屏幕輸入系統(tǒng)，包括操作屏幕、觸屏裝置、激光光幕發(fā)射器、接收裝置及電腦主機(jī)，所述接收裝置與所述激光光幕發(fā)射器安裝在所述操作屏幕同一側(cè)，所述接收裝置包括紅外濾鏡、攝像頭模組及信號處理模塊，所述信號處理模塊輸出端設(shè)有與電腦主機(jī)建立通信的連接器，所述激光光幕發(fā)射器安裝于所述操作屏幕頂部并在所述操作屏幕表面形成一個(gè)光幕，所述觸屏裝置接觸所述操作屏幕并在接觸處造成反射光點(diǎn)，所述攝像頭模組獲取光幕從所述反射光點(diǎn)反射的光線，所述信號處理模塊對所述攝像頭模組獲取的光線影像進(jìn)行處理。本發(fā)明制造成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、方便實(shí)用。
文檔編號G06F3/042GK102436327SQ20111031416
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者嚴(yán)星漢, 施松新, 朱河清, 李浩治, 楊永光, 王石, 陸興友 申請人:東莞華中科技大學(xué)制造工程研究院, 東莞迅科信息技術(shù)有限公司, 王石