技术领域本发明属于空间全息显示领域，涉及人的手势识别的互动全息技术，具体涉及一种非接触人机交互的空间3D显示装置及显示控制方法。
背景技术：
全息投影是近年来盛行的立体投影技术之一，被广泛应用于模型展示、沙盘模拟和虚拟体验中。它是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像，观众无需配戴3D眼镜即可观看到立体的虚拟场景，全息投影技术彻底颠覆了传统的展示效果，它展现出一个亦幻亦真的立体空间，将展示目标飞扬的神韵注入到如梦似诗的场景当中，形成的旖旎和令人窒息的立体美景，具有很强的视觉效果。让观众流连忘返。这项技术在一些博物馆、舞台之上的应用较多，而在国外的舞台应用上广泛流行。全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是投影设备将不同角度影像投影至一种国外进口的全息膜上，让你看不到不属于你自身角度的其他图像，因而实现了真正的全息立体影像。但这项技术存在一项致命的缺陷与不足，就是成像系统的显示图像必须实现存入，且播放顺序无法更改，观众无法根据自己的需要，对所成的像进行特定的操作，即不能实现人与3D图像之间的交互，人只能被动的接受信息，这将极大地制约该成像系统的应用及普及。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明采用红外控制和图像识别相结合的复合技术，通过手势的变化，使输入计算机的红外光强、图像灰度发生变化，进而调节输出参数，达到了人机交互的目的，具有非接触式控制、空间3D显示的优势特征。一种非接触人机交互的空间3D显示装置，包括3D成像模块、红外控制模块、图像识别模块与计算机；3D成像模块、红外控制模块、图像识别模块安装在外框架上。所述3D成像模块包括外框架、支撑台、四棱锥玻璃柜体与显示屏。其中，外框架上安装显示屏；支撑台上设置四棱锥玻璃柜体；使四棱锥玻璃柜体的顶端朝向显示屏中心点。所述红外控制模块由n红外二极管、n个红外接收器以及单片机构成。n≥2；n个红外二极管与n个红外接收器分别安装于外框架上相对位置，使n个红外二级管的发射端分别朝向n个红外接收器的接收端；n个红外接收器与单片机相连，单片机与计算机相连。所述图像识别模块为摄像头，安装与外框架上，朝向外框架的一条涂抹为黑色的棱边；摄像头与计算机相连。上非接触人机交互的空间3D显示装置的显示控制方法为：利用分束的原理，使显示屏显示的3D视频图像经全系镀膜玻璃分束，在四棱锥玻璃柜体中心合成悬浮的空间立体视频图像，达到3D成像的效果。将红外二极管和红外接收器之间作为图像控制区域，通过人手在图像控制区域内划动，影响红外线的传播，使得红外接收器接收到的红外线数字信号发生变化，进而使红外接收器输出的数字信号发生跳变，将信号输入计算机，从而控制视频播放器相应组件。将摄像头的图像获取区域作为图像控制区域，人手在图像控制区域划动时，手指遮盖住了摄像机所拍摄到的图像，则在图像中会出现明显的与黑色带状信号颜色不同的信号，此信号为手指位置信号；由此，通过计算机对接收到的携带手势信息的图像进行处理，分析前后图像的灰度信息，则可得到手指的位置信息，当手指位置移动时，手指位置信号产生相应的变化。计算机运行根据不同手势位置信号控制视频播放器调用相应函数,进而控制视频播放器进行不同操作的程序，由此来实现特定的功能。本发明的优点为：1、本发明非接触人机交互的空间3D显示装置，采用了红外控制模块，利用红外发射管和红外接收管实现了用户手势的识别，是在3D成像人像交互领域的原理性的创新，用更简单易得的原材实现了非接触式交互，且增加发射接收管的数目，能够辨别更复杂的手势，具有很大的发展前景。2、本发明非接触人机交互的空间3D显示装置，具有控制简单、成本低廉和反应灵敏的优势，实现了人与3D成像之间的交互；并且具有很大的进步空间，有助于实现更进一步的交互式3D成像系统的研究。3、本发明非接触人机交互的空间3D显示装置，不需媒介设备，即可定量地识别出用户手势的变化信息，使得展示柜中的空间3D图像发生平移、放大、切换等效果。4、本发明非接触人机交互的空间3D显示控制方法，应用图像识别技术。利用图像的灰度特性判别手势的变幻。这种方式能既精准又快捷地确定用户的输入手势，大大简化了识别流程，缩短了弛豫滞后时间。5、本发明非接触人机交互的空间3D显示控制方法，达到了识别从左向右挥手和从右向左挥手的手势，依次对应于播放上一个或者下一个视频的作用。附图说明图1为本发明非接触人机交互的空间3D显示装置结构示意图。图中：1-3D成像模块2-红外控制模块3-图像识别模块4-计算机101-顶盖102-外框架103-支撑台104-四棱锥玻璃柜体105-显示屏201-红外二极管202-红外接收器203-单片机具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步详细说明。本发明非接触人机交互的空间3D显示装置及显示控制方法，包括3D成像模块1、红外控制模块2、图像识别模块3与计算机4，如图1所示。其中，3D成像模块1包括顶盖101、外框架102、支撑台103、四棱锥玻璃柜体104与显示屏105；其中，外框架102采用正方体框架，外框架102顶面安装有显示屏105，用来显示经过由计算机4预处理得到的3D视频图像；同时在外框架102顶部还安装有顶盖101，用来保护显示器，同时还用来设置本发明所应用的控制电路并对控制设备进行保护。外框架102内部设置有支撑台103，支撑台103上表面安装有四棱锥玻璃柜体104；使四棱锥玻璃柜体104的顶端朝向显示屏105的中心点。由此，利用分束的原理，使显示屏105显示的3D视频图像经全系镀膜玻璃分束，在四棱锥玻璃柜体104中心合成悬浮的空间立体视频图像，达到3D成像的效果。红外控制模块2包括红外二极管201、红外接收器202与单片机203；其中，红外二极管201采用两个，用于产生红外线，分别记为红外二极管A和红外二极管B，均安装在外框架102上，位于外框架102侧面顶边处，考虑到两个发射管之间的光线可能产生干扰，间距15cm为宜。红外接收器202采用两个，分别记为红外接收器A和红外接收器B，同样安装在外框架102上，位于外框架102侧面底边处，使两个红外接收器202的红外线接收端分别与两个红外二极管201的红外发射端相对，保证两个红外接收器202可接收到两个红外二极管201发射的红外线。通过红外接收器202可以将接收到的光信号转换成电信号，通过红外接收器202内部集成的模数转换模块将模拟电信号转化成数字信号输出。两个红外接收器202内部集成的模数转换模块的数字信号输出端与Arduino单片机203的数字信号输入端相连，Arduino单片机203还通过USB与计算机4相连，由Arduino单片机203接收由两个红外接收器202输出的两路数字信号，并通过串口监视器发送至计算机4中。计算机4通过VGA端口连接到显示屏105，计算机4利用C++中的MFC垒搭建了视频播放器，计算机4预处理得到的3D视频图像由视频播放器调用，直接在显示屏105上播放。视频播放器内嵌有串口监视器，通过串口监视器可将Arduino单片机203接收的两路数字信号直接传送给视频播放器，视频播放器根据接受到的两路数字信号的变化来调用相应的函数实现不同的功能，具体方式如下：红外二极管201和红外接收器202之间作为图像控制区域，通过人手在图像控制区域内划动，影响红外线的传播，使得红外接收器202接收到的红外线数字信号发生变化，进而使红外接收器202输出的数字信号发生跳变，将信号输入计算机4，从而控制视频播放器相应组件。视频播放器中加入了判断手挥动方向的程序语句，当手从左向右挥动时，红外接收器A输出的数字信号先发生跳变，红外接收器B输出的数字信号后发生跳变。反之，当手从右向左挥动时，红外接收器B输出的数字信号先发生跳变，红外接收器A号接收器输出的数字信号后发生跳变。根据上述两种情况，由视频播放器调用相应的函数来实现视频播放器实现特定的功能。比如第一种情况可设置为播放下一个视频(playNext)，第二种情况为播放上一个视频(playPrev)，或可将第一、第二种情况分别设置为快进(setForward)快退(setBackward)的函数。(右图所示为视频播放器内的函数。)从而达到了挥动手掌来控制播放视频的效果。如第一种情况对应的视频播放器功能可为播放下一个视频或快进，第二种情况对应的视频播放器功能可为播放上一个视频或快退，由此达到了挥动手掌来控制播放视频的效果。本发明中两个红外二极管201采用功率为2w～3w的大功率红外二极管201，大功率的二极管可以提高接收的距离，增加系统的可靠性。由于大功率二极管光线的发散角比较大(120°)，难以与红外接收器202实现一一对应；由此本发明中还在红外二极管201的发射端上加装透镜，使红外二极管201发射的光线汇聚，从而实现在一定距离内较好的单一方向性，进而实现与红外接收器202的一一对应，有利于后期编程时的数据处理。上述还可将所应用到的红外二极管201与红外接收器202红的数目增加到3个以上，红外二极管201与红外接收器202数目越多，定位越精确，且使得红外线数字信号变化方式增加，实现视频播放器的更多功能，如视频播放器播放图像的大小及位置控制。同时采用两个单片，分别作为主从机，使得在增加红外二极管201与红外接收器202的数目后，可提供更多的数字信号的接收端。所述图像识别模块3为一微型摄像头，安装在外框架102的一条棱边上，用来采集携带手势信息的图像；微型摄像头通过USB接口与计算机4相连，将携带手势信息的图像发送至计算机4。同时，将与微型摄像头镜头相对的棱边涂抹为黑色，使微型摄像头所获取的图像中具有与微型摄像头相对棱边的图像信息，由此，在微型摄像头所拍摄到的图像中具有一个明显的黑色带状信号。上述微型摄像头的图像获取区域作为图像控制区域，人手在该区域划动时，手指遮盖住了摄像机所拍摄到的图像，则在图像中会出现明显的与黑色带状信号颜色不同的信号，此信号为手指位置信号；由此，通过计算机4对接收到的携带手势信息的图像进行处理，分析前后图像的灰度信息，则可得到手指的位置信息，当手指位置移动时，手指位置信号产生相应的变化。手势信号变化后，计算机4根据手势信号的不同变化，控制视频播放器调用相应函数,进而控制视频播放器进行不同操作的程序，由此来实现特定的功能；可实现视频播放器播放上一个或下一个视频，以及快进或快退，还可实现视频播放器播放图像的大小及位置控制。