本發(fā)明屬于激光成像和圖像分析領(lǐng)域，尤其涉及一種自標(biāo)識觸控筆及多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由計(jì)算機(jī)和投影儀等組成的多媒體設(shè)備豐富了傳統(tǒng)板書教學(xué)方式、會議組織形式，獲得了廣泛使用。但由于講演者需要不斷地操作計(jì)算機(jī)，比如無法在課堂教學(xué)中充分展現(xiàn)個人魅力，無暇充分顧及聽眾的反應(yīng)，兩者缺乏情感交流，很難做到及時互動，導(dǎo)致課堂效率低下。

觸控交互系統(tǒng)擴(kuò)展了傳統(tǒng)多媒體的功能，使用者可以靈活方便地對觸控屏如白板上的內(nèi)容進(jìn)行編輯、注釋、操作等，實(shí)現(xiàn)互動式展示、互動式教學(xué)，因此觸控交互系統(tǒng)在教育教學(xué)、會議等場合下越來越得到廣泛地應(yīng)用。

其中采用攝像機(jī)的觸控交互系統(tǒng)由于其可靠準(zhǔn)確定位、觸控屏體積小、成本低等優(yōu)勢越來越送到關(guān)注，但是在多人交互情況下，不能將觸控屏的操作軌跡點(diǎn)與筆、操作者對應(yīng)起來，所以具有一定的局限性。

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種用于多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)的自標(biāo)識觸控筆，應(yīng)用在現(xiàn)有的觸控交互系統(tǒng)中，觸控筆產(chǎn)生激光光束照射觸控屏，觸控屏上出現(xiàn)激光點(diǎn)，攝像機(jī)以不低于激光模塊發(fā)射激光的頻率的幀率拍攝觸控屏，并將拍攝的圖片序列傳至處理單元，處理單元分析處理提取到的明暗變化的光斑圖片序列得到所對應(yīng)筆的編號和軌跡，克服多點(diǎn)交互情況下不能識別不同觸控筆操作產(chǎn)生的軌跡、不同操作者的操作的不足?；谠撟詷?biāo)識觸控筆，本發(fā)明還提出了一種多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種用于多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)的自標(biāo)識觸控筆，包括相連的筆桿和筆頭，進(jìn)一步設(shè)有電源模塊、中控模塊和激光模塊；所述電源模塊和所述中控模塊及所述激光模塊分別連接；所述中空模塊和所述激光模塊連接，用于控制所述激光模塊以固定唯一頻率發(fā)射激光。

本發(fā)明提出的所述自標(biāo)識觸控筆中，所述自標(biāo)識觸控筆配置有唯一編號。

本發(fā)明提出的所述自標(biāo)識觸控筆中，所述激光模塊的激光發(fā)射頻率與所述唯一編號相關(guān)。

本發(fā)明提出的所述自標(biāo)識觸控筆中，所述唯一編號包括校驗(yàn)位和載荷位。

本發(fā)明還提出了一種多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)，包括：觸控屏，用于被投射影像和自標(biāo)識觸控筆的光斑；投影儀，其投射影像到所述觸控屏上；至少一支所述自標(biāo)識觸控筆；所述自標(biāo)識觸控筆發(fā)射激光到所述觸控屏上形成光斑；攝像機(jī)，其以不低于自標(biāo)識觸控筆激光發(fā)射頻率的幀率采集所述觸控屏的圖像；處理單元，其與所述攝像機(jī)連接，通過獲取圖像中光斑的明暗變化分析得到激光的發(fā)射頻率，進(jìn)而獲取自標(biāo)識觸控筆的信號序列，得到所述自標(biāo)識觸控筆的軌跡和唯一編號。

本發(fā)明提出的所述多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)中，所述處理單元逐幀提取圖像，捕捉圖像中的光斑，利用二進(jìn)制數(shù)表示光斑的明暗變化，得到所述自標(biāo)識觸控筆的唯一編碼。

本發(fā)明提出的所述多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)中，所述觸控屏為白板、透明或半透明投影幕布。

本發(fā)明提出的所述多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)中，所述投影儀、所述攝像機(jī)和所述自標(biāo)識觸控筆位于所述觸控屏的同側(cè)或兩側(cè)。

本發(fā)明的有益效果在于：在多人交互情況下將觸控屏的操作的軌跡點(diǎn)與筆、操作者不能對應(yīng)起來，實(shí)現(xiàn)在多人交互情況下識別不同操作者操作軌跡，具有一定的實(shí)用價值和商業(yè)價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的用于多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)的自標(biāo)識觸控筆的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)的的示意圖。

圖3為多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)中的一種投影儀、攝像機(jī)和觸控屏的設(shè)置關(guān)系示意圖。

圖4為本發(fā)明觸控筆編號對應(yīng)的二進(jìn)制脈沖信號的一編碼格式實(shí)例示意圖。

圖5為本發(fā)明觸控筆的一實(shí)施例中觸控筆的一無效編碼情況示意圖

圖6為本發(fā)明觸控筆的一實(shí)施例中觸控筆的另一無效編碼情況示意圖

圖7為本發(fā)明觸控筆的一實(shí)施例中筆的除上述外另一無效編碼情況示意圖

圖8為本發(fā)明觸控筆的一實(shí)施例中觸控筆的有效編碼情況示意圖

圖9為本發(fā)明提出的多點(diǎn)交互系統(tǒng)中的處理單元對激光點(diǎn)光斑的圖像序列分組示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施本發(fā)明的過程、條件、實(shí)驗(yàn)方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內(nèi)容。

如圖1所示，本發(fā)明用于多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)的自標(biāo)識觸控筆10包括相連的筆桿11和筆頭12，進(jìn)一步設(shè)有電源模塊13、中控模塊14和激光模塊15；電源模塊13和中控模塊14及激光模塊15分別連接；中空模塊14和激光模塊15連接，用于控制激光模塊15以固定唯一頻率發(fā)射激光。自標(biāo)識觸控筆10配置有對應(yīng)于自標(biāo)識觸控筆10的唯一編號。本發(fā)明提出的自標(biāo)識觸控筆10的激光發(fā)射頻率與該唯一編號相關(guān)。

圖2顯示的是多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)的的示意圖，具體包括觸控屏22、投影儀23、攝像機(jī)21、處理單元24和自標(biāo)識觸控筆10。投影儀23投射影像到觸控屏22上。自標(biāo)識觸控筆10發(fā)射激光到觸控屏22上形成光斑，攝像機(jī)21以不低于自標(biāo)識觸控筆10激光發(fā)射頻率的幀率采集觸控屏22的圖像。處理單元24與攝像機(jī)21連接，通過獲取圖像中光斑的明暗變化分析得到激光的發(fā)射頻率，進(jìn)而獲取自標(biāo)識觸控筆10的信號序列，得到自標(biāo)識觸控筆10的軌跡和唯一編號。圖3顯示的是一種投影儀、攝像機(jī)和觸控屏的設(shè)置關(guān)系，投影儀23、攝像機(jī)21和自標(biāo)識觸控筆10位于觸控屏22的同側(cè)或兩側(cè)均可。觸控屏22為白板、透明或半透明投影幕布，只需能夠反射或部分反射影像即可。

如圖3所示，為上述觸控筆10對應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括投影儀、處理單元、觸控屏、自標(biāo)識觸控筆10、攝像機(jī)，其中，投影儀和攝像機(jī)與處理單元連接，將處理單元顯示設(shè)備的結(jié)果投射到觸控屏上。

如圖4所示，為觸控筆10的編號對應(yīng)的二進(jìn)制脈沖信號的編碼格式實(shí)例，通信數(shù)據(jù)幀包括同步頭，如圖所示，前3位內(nèi)容為二進(jìn)制表示的，內(nèi)容是111，用sync標(biāo)識同步頭；后5位內(nèi)容也是二進(jìn)制表示的，該部分表示數(shù)據(jù)幀的載荷，用來表示觸控筆10編號，用payload標(biāo)識該部分，當(dāng)處理單元軟件分析處理圖片，將圖像序列還原成脈沖信號編碼后，因?yàn)榍叭槐硎就剑瑥牡谒奈婚_始計(jì)算觸控筆10的編碼，分析出觸控筆10的編碼的過程即就實(shí)現(xiàn)了區(qū)分不同觸控筆10產(chǎn)生的筆跡。

以下結(jié)合若干具體實(shí)施例，對本發(fā)明多點(diǎn)觸控交互系統(tǒng)的交互方式進(jìn)行詳細(xì)闡述。

本實(shí)施例中兩使用者各持一支觸控筆10，a筆編號為11101000，b筆編號為11101010，a筆、b筆在觸控屏上運(yùn)動，并同時在觸控筆10的編號對應(yīng)的脈沖信號的控制下發(fā)送激光，因編號不同，兩筆發(fā)射激光的頻率不同。

攝像機(jī)21放置在觸控屏22前面，以30fps的幀率對激光點(diǎn)光斑攝像，攝像機(jī)21通過數(shù)據(jù)線連接處理單元24(也可以通過視頻采集卡連接處理單元)，并將圖像序列傳至處理單元24。在本實(shí)施例中，攝像機(jī)21在1s時間內(nèi)拍攝30張圖像，并將圖像序列傳至處理單元24。處理單元24通過驅(qū)動軟件對圖像序列進(jìn)行采樣形成新的圖像序列，在本實(shí)施例中，每隔1/30s，處理單元24接收到一張圖像，順序接收到的多張圖像為一組，對該組圖片進(jìn)行分析。如圖9所示，自標(biāo)識觸控筆10的二進(jìn)制編號的總位數(shù)為8bit(即8位)，所以當(dāng)處理單元24每收到8幀圖像后就會把這些圖像歸為一組進(jìn)行處理。圖像中出現(xiàn)光點(diǎn)表示二進(jìn)制1，圖像中沒出現(xiàn)光點(diǎn)表示二進(jìn)制0。在本實(shí)施例中，兩筆編號第7位不同，因?yàn)槠渌麍D像都一樣，所以只要比較第7張圖像中有沒有出現(xiàn)激光點(diǎn)，根據(jù)圖像序列就可以還原激光模塊15的二進(jìn)制脈沖信號，又因?yàn)槎M(jìn)制脈沖信號與自標(biāo)識觸控筆10的編號一致，這樣就得到自標(biāo)識觸控筆10的編號。

因?yàn)楣獍叩奈恢米兓瘜?yīng)觸控筆10的筆跡，處理單元24處理統(tǒng)計(jì)30張圖像便得到光斑的移動軌跡。綜合上述結(jié)果，處理單元24可以區(qū)分不同筆產(chǎn)生的軌跡。

自標(biāo)識觸控筆10的唯一編碼如圖4所示，觸控筆10的二進(jìn)制編碼對應(yīng)的脈沖信號共8個bit，前3個表示sync(同步)，用于同步，在本實(shí)施例中用111表示，后5bit為payload(載荷)，表示筆的編碼信息。分析后5bit，可得出筆的編碼范圍，除下面幾種情況外的編碼都是有效的編碼：

1)如圖5所示，payload部分出現(xiàn)連續(xù)111，共3bit。

如圖6所示，payload部分的第1位是1，和sync(同步)沖突。

如圖7所示，payload部分的最后一位是1，和下一個幀中的sync(同步)沖突。

綜上分析，payload中首末兩位均不能為1，即就是只能為0，則payload編碼范圍為00000——01110，其中01110因含有連續(xù)“111”，所以該編碼是無效的，另外定義當(dāng)payload中為“00000”，表示出現(xiàn)故障，所以用于識別筆的編碼數(shù)量為2³-2＝6，編碼如下圖8所示。

本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護(hù)范圍。