一种基于信号传输的全息交互装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及显示领域，特别涉及一种基于信号传输的全息交互装置和方法。
【背景技术】
[0002]如今的显示技术发展迅速，如何智能地对显示画面进行控制已渐渐成为了衡量一种显示装置是否智能的标准，一般对显示画面进行控制的控制方式包括按键、触摸、声音等等。
[0003]例如，现有的触摸屏中，无论是电容式触摸屏或电阻式触摸屏，都会在液晶显示(liquid crystal display，IXD)面板前再增加一片触控玻璃或薄膜，因而会增加显示屏幕的厚度及重量。同时，当消费者通过手指触碰显示屏幕以控制电子装置时，容易造成装置本身的晃动，并且显示屏幕与消费者之间有一定的距离及角度。此外，以手指对显示屏幕直接进行触碰控制，容易导致指纹残留在显示屏幕的问题。进一步地，通过触摸操作的平面交互界面中内容的丰富程度受到较大限制，通过移动光标到某按键上并停留一段时间的方式进行确认选择，这种操作只能进行一种确认或进入的操作，交互的丰富性受到限制，此外用户感觉不够自然，交互操作时感受到拘束。
[0004]现在出现的全息(Holography)显示技术，全息可以理解为三维显示物体和画面，即展示一个物体全部视角的全部画面的图像。全息图像技术包括利用特殊的技术手段记录并再现一个物体全部视角的全部画面的图像，从而使人眼产生和实际环境完全感觉一样的视觉效果。若利用传统的触控技术，并不能实现完美的人机交互。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题是提供一种基于信号传输的全息交互装置和方法，能够通过控制器的位置对交互区的全息图像进行操作，实现全息交互。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种基于信号传输的全息交互装置，其包括显示屏、至少三个信号发射器、处理器以及控制器；至少三个信号发射器设置在显示屏上，且不在同一直线上，每个信号发射器用于发射具有对应标识的信号；显示屏用于在一交互区投射全息立体图像；控制器用于在交互区内运动时，反射信号发射器发出的信号；信号发射器还用于根据接收经过控制器反射且具有对应标识的信号得到与控制器的距离信息；处理器用于根据每个信号发射器在显示屏上的位置以及确定的距离信息得到控制器在交互区的空间位置信息，以相应的控制显示屏投射至交互区的全息立体图像。
[0007]其中，信号发射器包括第一声波发射器、计时器以及计算器，第一声波发射器用于发射和接收声波；计时器连接所述声波发射器，用于记录声波发射到接收的间隔时间；计算器连接计时器，用于根据间隔时间计算与控制器的距离。
[0008]其中，信号发射器包括第一红外发射器、计时器以及计算器，第一红外发射器用于发射和接收红外信号；计时器连接声波发射器，用于记录声波发射到接收的间隔时间；计算器连接计时器，用于根据间隔时间计算与控制器的距离。
[0009]其中，显示屏为长方形，全息交互装置包括四个信号发射器，四个信号发射器分别设置在显示屏的四个角上。
[0010]其中，控制器为笔状或戒指状。
[0011]为解决上述技术问题，本发明还采用的一个技术方案是:提供一种基于信号传输的全息交互方法，其包括:至少三个信号发射器向交互区发射信号；接收并处理经过控制器反射的信号，得到与控制器的距离信息，以根据距离信息得到控制器在交互区的空间位置信息，相应地控制显示屏投射至交互区的全息立体图像。
[0012]其中，信号发射器包括第一声波发射器、计时器和计算器；至少三个信号发射器向交互区发射信号的步骤包括:第一声波发射器向交互区发射声波；接收并处理经过控制器反射的信号，得到与所述控制器的距离信息的步骤包括:计时器根据经控制器反射的声波，得到声波发射到接收的间隔时间；计算器根据间隔时间计算得到与控制器的距离。
[0013]其中，信号发射器包括第一红外发射器、计时器和计算器；至少三个信号发射器向交互区发射信号的步骤包括:第一红外发射器向交互区发射红外信号；接收并处理经过控制器反射的信号，得到与控制器的距离信息的步骤包括:计时器根据经控制器反射的红外信号，得到红外信号发射到接收的间隔时间；计算器根据间隔时间计算得到与控制器的距离。
[0014]本发明的有益效果是:区别于现有技术的情况，本发明的显示屏在一交互区内投射全息立体图像，在显示屏上设置有信号发射器，且信号发射器能够发射具有对应标识的信号，当控制器在交互区内运动时，能够反射该信号，且信号发射器能够接收经过控制器反射的信号而得到与控制器的距离信息，在通过处理器对信号发射器在显示屏上的位置以及分别与控制器的距离信息进行处理，最终得到控制器在交互区的空间位置信息，以相应的控制显示屏投射至交互区的全息立体图像。能够使用户在空中对三维图像进行实时交互，无需接触显示屏幕，增加用户的体验。
【附图说明】
[0015]图1是本发明一种基于信号传播的全息交互装置第一实施方式的结构示意图；
[0016]图2是本发明全息交互装置中信号发射器和控制器的坐标位置示意图；
[0017]图3是本发明一种基于信号传播的全息交互装置第二实施方式的逻辑结构示意图；
[0018]图4是图3所示全息交互装置实现交互的流程示意图；
[0019]图5是本发明一种基于信号传播的全息交互装置第三实施方式的逻辑结构示意图；
[0020]图6是本发明一种基于信号传播的全息交互装置第四实施方式的结构示意图；
[0021]图7是本发明一种基于信号传播的全息交互方法第一实施方式的流程示意图；
[0022]图8是本发明一种基于信号传播的全息交互方法第二实施方式的流程示意图；
[0023]图9是本发明一种基于信号传播的全息交互方法第三实施方式的流程示意图。
【具体实施方式】
[0024]参阅图1，图1是本发明一种基于信号传播的全息交互装置第一实施方式的结构示意图，本实施方式提供了一种全息交互装置100，包括显示屏11、信号发射器12、处理器13以及控制器14。
[0025]其中，显示屏11在一交互区内投射全息立体图像，交互区可以在显示屏11的上方也可以分布在显示屏11四周；信号发射器12具有三个，分别标号为121、122、123，分别设置在显示屏11上，且不在同一直线上，每个信号发射器12能够发射具有其对应标识的信号；控制器14在交互区内运动时能够接收到信号发射器12的信号，同时反射该信号；信号发射器12继而接收到反射的信号以得到与控制器14的距离信息；处理器13再根据信号发射器12在显示屏11上的位置以及与控制器14的距离信息得到控制器14在交互区内的空间位置信息，以相应的控制显示屏11投射至交互区的全息立体图像。
[0026]本发明最终目的是通过控制器13来对全息立体图像进行控制，具体是通过检测控制器13的运动轨迹，来控制全息立体图像以相同的运动轨迹进行运动。因此在本发明基于坐标轴来表示检测器13的运动轨迹。
[0027]具体请参阅图2，图2是本发明全息交互装置中信号发射器和控制器的坐标位置示意图。首先在显示屏11上建立一个坐标轴(X，Y，Z)，三个信号发射器12设置在显示屏上，则分别具有其对应的坐标，且坐标均未已知量。信号发射器121坐标为(Χι，Υι, Z1)、信号发射器122坐标为(x2，y2, z2)、信号发射器123坐标为(x3，y3, z3)。最终目的是求出控制器13 的坐标(X。，y。，zc)。
[0028]信号发射器121发射具有特定标识的信号A^1时间后，信号发射器121接收到经控制器13反射的信号A，根据信号的传播速度V，能够算得信号发射器121与控制器13的距离a = Vt1O同理，信号发射器122发射与信号A不同的信号B，继而算得与控制器13的距离b = Vt2;信号发射器122发射与信号A和信号B不同的信号C，继而算得与控制器13的距离c = vt3。
[0029]得到上述坐标及距离信息后，再根据以下计算公式，能够算得控制器13的坐标。
[0030](xc— X i)2+ (yc— y ^2+ (zc— z ^2= a2；
[0031](xc— X 2)2+(yc — y 2)2+(zc — z 2)2= b 2;
[0032](xc— X 3)2+ (yc— y 3)2+ (zc— z 3)2= c2；
[0033]由于(X1,Y1, Z1)、(x2, y2, z2)、(x3, y3, z3)、a、b、c 均为确定值，因此可以算得(xc, yc, zc) ο
[0034]得到控制器13位置信息后，可以将控制器13与全息立体图像关联，当控制器13运动时，全息立体图像也相应的运动，实现交互的目的。
[0035]本实施方式中，为获取控制器13的运动轨迹，信号发射器12每0.1s发射一信号，因此在一时间段T内，可记录每0.1s控制器13的位置，得到多个坐标信息:(Xc;1，ycl, zcl)，(xc2.yc2.zc2)，(xc3, yc3, zc3)，...，(xcn, ycn, zcn)。对此多个坐标信息进行模拟即能够得到运动轨迹 f (X，y, z) = [ (xcl, ycl, zcl)，(xc2, yc2, zc2)，(xc3, yc3, zc3)，...，(xcn, ycn, zcn)]。处理器 13 根据此运动轨迹信息控制显示屏11所投射的全息立体图像也依据此运动轨迹进行运动。根据以上计算原理，三个不在同一直线上的信号发射器12即可确定控制器13的位置，因此本实施方式中使用三个信号发射器12，其他实施方式中也可选择4个、5个甚至更多。
[0036]具体即若控制器13沿X轴运动，则相应的全息立体图像也沿X轴运动；若控制器13绕着X轴转动一个角度，则相应的全息立体图像也绕着X轴转动该角度，进一步的，控制器13可关联该全息立体图像上的某个点，在控制器13绕着X轴转动一个角度时，相应控制该点使得全息立体图像能够绕着自身的中心点转动该角度。
[0037]为了使控制器13的交互响应更快、准确度越高，因此需要考虑信号发射器12所发射的信号的传播速度、及信号传播的方向性，本实施方式中，信号发射器12发射声波信号或红外信号。容易得知，也可选用通讯信号、激光信号、蓝牙信号等。
[0038]区别于现有技术，本实施方式显示屏在一交互区内投射全息立体图像，在显示屏上设置有信号发射器，且信号发射器能够发射具有对应标识的信号，当控制器在交互区内运动时，能够反射该信号，且信号发射器能够接收经过控制器反射的信号而得到与控制器的距离信息，在通过处理器对信号