专利名称：基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统的制作方法
技术领域：
本发明属于人机交互技术领域，具体涉及一种基于红外光运动捕捉的无线感应交
互系统。
背景技术：
随着信息技术和应用服务的不断发展，人们对三维空间的无线感应交互技术的需求已经越来越迫切。特别是在数字家庭和交互游戏方面，传统的遥控器已经不能满足用户的需求，人们迫切需要可以提供手写输入和类鼠标的强交互方式来取代传统遥控器简单的基于按键的输入和控制方式。 目前研究的热点主要有基于视频识别的交互控制方式和基于重力感应的控制方式。基于视频识别的交互控制方式通过对摄像头获得的图像进行分析和识别，根据图像中物体的位置和运动轨迹来对屏幕菜单和交互游戏进行控制。该方式需要解决如何从具有相似颜色和形状的背景环境中识别出控制物体以提高控制的准确性。基于重力感应的控制方式主要以任天堂的Wii游戏控制手柄为代表，主要采用重力感应器获取运动的方向和速度以实现交互游戏的控制。该方式成本较高并且主要用于需要大幅度动作挥舞的交互游戏，不适用于屏幕菜单的控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统，用红外摄像机捕获红外点光源的运动轨迹和位置，并采用三维空间点到屏幕的坐标映射算法将控制点映射到屏幕相应位置以实现对屏幕菜单的控制。
本发明的目的通过以下技术方案实现 系统是基于红外感应的三维空间无线交互技术，分为硬件和软件2部分包括一个1024*728分辨率的红外探测器和信号处理模块构成红外摄像机，支持100HZ频率上同时4点红外追踪；一个红外LED发射装置；以及一套自主研发的红外追踪软件系统。硬件模块与终端处理机相连，终端处理机上的红外追踪软件系统处理红外信号并对外提供统一接口供外部服务程序使用，可以实现手指追踪、头部追踪、手势控制、姿态控制等多种3D虚拟交互方式。 所述系统还包括基于红外光点捕捉的三维空间点到屏幕的坐标映射方法实现坐标映射，该方法的步骤如下 al.在红外摄像机前端的红外点光源发射出红外光；
a2.红外摄像机以100HZ的频率接收红外光并成像； a3.根据红外成像图像上的光强度计算出强度最大的点作为中心控制点在图像上的坐标； a4.根据红外摄像机的分辨率和屏幕的分辨率进行等比例的映射计算出中心控制点在屏幕上所对应的位置；
a5.对坐标点的运动轨迹进行平滑处理； a6.调用操作系统应用程序接口发送鼠标事件将鼠标定位到对应的位置； 其中，步骤a3中所述的中心控制点坐标采用折半查找算法根据红外光强计算得出。 系统根据实际需要以100HZ或小于100HZ的频率不断地检测控制点红外点光源的位置改变，并不断的使用该算法对鼠标进行重新绘制，便可以实现红外控制点与屏幕鼠标的联动。 其中该红外摄像机同时支持四个红外光点的捕获，可以通过计算四个控制点的相对运动轨迹，来实现拉伸、旋转等操作。 系统利用遥控器上面的按键发送相应的单击或双击事件便可以完成对屏幕上的菜单控件的控制。 本发明具有以下有益效果
(1)系统硬件成本较低。 (2)在室内环境中基本不存在其它红外光源对控制红外点的干扰，可以很容易的检测出红外控制点的位置，所以该系统识别和控制的精确度较高。 (3)系统非常适合于在数字家庭中的应用，可以扩展传统遥控器的功能，实现三维空间中的电视菜单控制和家居控制，提供媒体墙、交互游戏和电子白板等应用。
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述 图1是本发明实施例基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统的实现原理 图2是本发明实施例基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统的软件架构图。
具体实施例方式
图1和图2所示为本发明的实施例。如图1所示，本实施例基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统包括一个1024*728分辨率的红外探测器和信号处理模块构成红外摄像机，红外摄像机以100HZ的频率接收红外光并成像，支持100HZ频率上同时4点红外追踪。
系统还包括一个红外LED发射装置，用于发射出红外光。 系统还包括一套自主研发的红外追踪软件系统，用于处理红外信号并对外提供统一接口供外部服务程序使用，可以实现手指追踪、头部追踪、手势控制、姿态控制等多种3D虚拟交互方式。软件系统实现基于红外光点捕捉的三维空间点到屏幕的坐标映射方法。
如图1所示，本实施例基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统实现方法如下
1)在红外摄像机前端的红外点光源发射出红外光；
2)红外摄像机以100HZ的频率接收红外光并成像； 3)根据红外成像图像上的光强度计算出强度最大的点作为中心控制点在图像上的坐标； 4)根据红外摄像机的分辨率和屏幕的分辨率进行等比例的映射计算出中心控制点在屏幕上所对应的位置； 5)对坐标点的运动轨迹进行平滑处理；
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6)调用操作系统应用程序接口发送鼠标事件将鼠标定位到对应的位置。
该系统的软件架构如图2所示，各层的详细功能如下 用户界面层主要为用户提供该应用系统相关参数的设置界面以及进行鼠标定位； 控制层主要将界面收集到的相关参数传递到业务层，获取业务层的处理结果，将结果反映到用户界面层以进行用户视图的控制。 业务层主要进行业务逻辑的处理，位置计算以及坐标映射的相关算法主要在该层实现。 系统底层接口 主要是操作系统接口以控制鼠标定位，以及红外摄像机的驱动程序和开发工具包，为业务层获取系统的相关信息和进行操作控制提供接口 。
权利要求
一种基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统，包括一个1024*728分辨率的红外探测器和信号处理模块构成红外摄像机，支持100HZ频率上同时4点红外追踪、一个红外LED发射装置和一套自主研发的红外追踪软件系统。硬件模块与终端处理机相连，终端处理机上的红外追踪软件系统处理红外信号并对外提供统一接口供外部服务程序使用，可以实现手指追踪、头部追踪、手势控制、姿态控制等多种3D虚拟交互方式。该系统基于红外光点捕捉的三维空间点到屏幕的坐标映射方法实现坐标映射，该方法的步骤如下a1.在红外摄像机前端的红外点光源发射出红外光；a2.红外摄像机以100HZ的频率接收红外光并成像；a3.根据红外成像图像上的光强度计算出强度最大的点作为中心控制点在图像上的坐标；a4.根据红外摄像机的分辨率和屏幕的分辨率进行等比例的映射计算出中心控制点在屏幕上所对应的位置；a5.对坐标点的运动轨迹进行平滑处理；a6.调用操作系统应用程序接口发送鼠标事件将鼠标定位到对应的位置。
2. 根据权利要求1所述的基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统，其特征在于步骤a3中所述的中心控制点坐标采用折半查找算法根据红外光强计算得出。
3. 根据权利要求1所述的基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统，其特征在于系统根据实际需要以100HZ或小于100HZ的频率不断地检测控制点红外点光源的位置改变，并不断的使用该算法对鼠标进行重新绘制，便可以实现红外控制点与屏幕鼠标的联动。
4. 根据权利要求1所述的基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统，其特征在于系统利用遥控器上面的按键发送相应的单击或双击事件便可以完成对屏幕上的菜单控件的控制。
5. 根据权利要求1所述的基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统，其特征在于该红外摄像机同时支持四个红外光点的捕获，可以通过计算四个控制点的相对运动轨迹，来实现拉伸、旋转等操作。
全文摘要
本发明公开了一种基于红外光运动捕捉的无线感应交互系统，包括基于红外光点捕捉的三维空间点到屏幕的坐标映射方法，该系统采用红外摄像头捕获红外光点的位置和运动轨迹，然后通过映射算法定位到屏幕上的对应的位置，对屏幕上的控件进行控制，实现了一种新型的三维空间无线感应交互系统。该发明扩展了传统的基于遥控器的简单控制方式，实现了三维空间中对屏幕图像的类似鼠标的交互控制。基于该交互系统，可以对屏幕菜单进行手势控制和姿态控制，加入手写识别模块之后可以实现手写输入。该系统非常适合于在数字家庭中的应用，可以扩展传统遥控器的功能，实现三维空间中的电视菜单控制和家居控制，提供媒体墙、交互游戏和电子白板等应用。
文档编号H04N5/33GK101794171SQ20101010405
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者王星杰, 耿涛, 陈任, 陈君晖, 陈钦, 马晨 申请人:广州酷智电子科技有限公司