專利名稱：基于球形顯示的多點觸摸裝置及多點觸摸方法
技術領域：
本發明涉及一種球形觸摸屏技術，尤其是涉及一種基于球形顯示的多點觸摸裝置 及用該裝置實現的多點觸摸方法。
背景技術：
目前觸摸屏已在多種電子設備中被廣泛使用，用來操控電子設備實現各種功能， 特別是在計算機應用系統中往往用觸摸屏來替代鍵盤及鼠標的輸入控制功能，用手指或用 觸摸筆通過簡單點擊顯示屏上的提示圖形實現人與設備的交互動作。通常，觸摸屏包含一 個覆蓋顯示屏可視區的、透明的觸摸面板、一個控制器和對應的驅動軟件，觸摸面板記錄觸 摸事件，并把觸摸信號送給控制器，控制器對這些信號進行處理，再把觸摸事件及觸摸位置 數據交由計算機軟件解釋此觸摸，并執行基于此觸摸事件的操作。現有的觸摸屏技術包括電阻式、電容式、紅外光柵式、超聲波式等。在電阻式觸 摸技術中，觸摸面板表面被涂敷一層透明的導電膜，和透明的帶有水平和垂直電極的透明 電阻層膜，當有觸摸時，這兩個層相應的位置發生接觸，通過分別在水平和垂直方向施加電 壓，得到代表其觸摸位置的電壓輸出，測量此電壓得到相應的位置編碼。類似的電容式觸摸 面板被涂敷了能存儲電荷的透明膜，當面板被觸摸時，觸點電荷發生變化，測量電荷確定觸 摸位置。紅外光柵式觸摸板通過在水平和垂直方向設置紅外線收發LED對，形成交叉光柵， 當觸摸時，由于遮檔光柵導致某些LED接收不到紅外光，通過測定水平和垂直紅外接收LED 的導通情況來確定觸摸位置坐標，也有通過采用直射和抖射發射管形成不同角度的光柵， 以希望能測定多個觸點事件。超聲式觸摸板與紅外式類似，通過超聲表面波被物體遮擋情 況測量觸摸位置。這些觸摸屏技術存在的問題是沒有追蹤多個接觸點的能力，當多個觸點 落在與柵線水平和垂直的位置上時，不能正確地報告位置。因此出現了多點式觸摸屏技術， 現有的多點式觸摸屏技術有一種是電容式，通過增加觸摸板每個微電容單元引線的方法， 通過檢測在觸摸板上每個電容單元的電容變化，實現在觸摸板的平面上同時發生的卻處于 不同位置的多點或臨近觸摸，并為每個觸點產生不同的信號來表示觸摸位置。另有一種應 變電阻式，也是通過增加觸摸板上每個應變單元的引線的方法，通過測定每個應變電阻單 元的阻值變化，實現在觸摸板上同時發生的卻處于不同位置的多點或臨近點的接觸，并通 過復雜的計算方法計算出這些接觸點的位置表示。但這種觸摸屏只適用于在尺寸比較小的 情況，當要求屏幕尺寸較大時，觸摸板的制作工藝難度和控制計算電路的復雜程度很大， 因此難以實現多點觸摸時正確地報告位置。但以上的各種觸摸技術都應用在平面觸摸屏，還沒有適用于球形屏的觸摸技術。
發明內容
為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種基于球形顯示的多點觸摸 裝置及用該裝置實現的多點觸摸方法，可以在球形幕上實現多點觸摸定位并減少誤判。本發明的技術方案如下
—種基于球形顯示的多點觸摸裝置，包括觸摸球幕、投影儀、紅外LED、其特征在 于還包括球幕鏡頭、具有紅外攝像頭的攝像機、專用濾鏡和計算機；所述觸摸球幕為能透 過紅外光的投影球幕材料制成的觸摸球幕，所述觸摸球幕下部有一開口 ；所述紅外LED位 于該開口處，向環觸摸球幕提供紅外光線；所述球幕鏡頭位于該開口正中，并將投影儀發 出的色光投射到觸摸球幕上；所述計算機分別與攝像機和投影儀連接，所述計算機用于控 制投影儀向所述觸摸球幕的投影、控制攝像機的紅外攝像頭對觸摸球幕上圖像的采集、對 采集到的觸摸球幕上的觸摸事件進行分析計算，并根據分析計算結果對投影儀進行顯示控 制；所述專用濾鏡包括設置在紅外攝像頭前面過濾掉紅外光以外的其他光線的濾可見光通 紅外濾鏡和設置在投影儀鏡頭的前面過濾掉紅外光的紅外濾鏡。所述紅外LED設置在所述觸摸球幕下部環繞開口邊緣內側或環繞球幕鏡頭頂端 邊緣處或所述開口處未被球幕鏡頭遮擋的部分。所述紅外LED環繞球幕下部開口邊緣內側設置兩周或者環繞球幕鏡頭設置兩周 或在所述開口處未被球幕鏡頭遮擋的部分設置兩周，使得紅外光線能均勻地照射到所述觸 摸球幕上。所述基于球形顯示的多點觸摸裝置還包括一反射鏡，所述反射鏡的反射鏡片設置 在球幕鏡頭內部，所述球幕鏡頭對應設置有反射鏡片的反射光通路和透射光通路，所述反 射光通路正對紅外攝像頭，所述透射光通路位于投影儀的投射方向上，所述反射鏡能通過 其他光線而反射紅外光；所述投影儀位于球幕鏡頭的下部，以向觸摸球幕投射影像。所述球幕鏡頭包括前組和后組，所述反射鏡片設置在前后組之間的位置上；所述 紅外攝像頭設置在球幕鏡頭的內部，同樣位于前后組之間的位置上，用于接收上述的反射 鏡片反射的紅外光，接收范圍能拍攝到整個觸摸球幕的圖像。所述的基于球形顯示的多點觸摸裝置還包括一反射鏡，所述反射鏡的反射鏡片設 置在球幕鏡頭正下部，設置方式為能通過其他光線，反射紅外光；所述紅外攝像頭設置在球 幕鏡頭的下部的側面，能接收上述的反射鏡片反射的紅外光，接收范圍可以拍攝到整個觸 摸球幕的圖像；所述投影儀位于球幕鏡頭的下部，通過球幕鏡頭向觸摸球幕投射影像。所述的基于球形顯示的多點觸摸裝置還包括一反射鏡，所述反射鏡的反射鏡片設 置球幕鏡頭正下部，設置方式為能通過紅外光而反射其他光線；所述紅外攝像頭設置在球 幕鏡頭下反射鏡片的正下部，以接收通過所述反射鏡片的紅外光，接收范圍可以拍攝到整 個觸摸球幕的圖像；所述投影儀設置在球幕鏡頭的下部的側面并且其投射光路位于所述反 射鏡片的反射光路上，以通過所述反射鏡片向所述觸摸球幕投射影像。所述觸摸球幕為有機玻璃、壓克力板、超白玻璃、丙烯酸材料或聚甲基丙烯酸甲脂 材料。所述紅外LED紅外光波長為850nm—880nm，所述紅外濾光片是通導紅外線波長為 相應波長的濾光片。所述紅外攝像頭設置在所述開口處，且靠近所述球幕鏡頭設置。一種用上述多點觸摸裝置實現的多點觸摸方法，其特征在于包括以下步驟(1)啟動紅外LED，紅外攝像頭和投影儀；(2)投影儀將影像投向觸摸球幕；(3)紅外攝像頭拍攝到觸摸球幕內的原始紅外圖像數據；
(4)紅外攝像頭將拍攝到的觸摸球幕上的原始紅外圖像數據送到計算機處理，通 過軟件去背景，增加明暗對比度，濾掉噪點；(5)驅動觸摸球幕上的多個點；(6)紅外攝像頭拍攝觸摸球幕上的觸摸紅外圖像數據；(7)紅外攝像頭將拍攝到的觸摸球幕上的觸摸紅外圖像數據送到計算機，計算機 比較當前觸摸紅外圖像數據與原始紅外圖像數據，以識別觸摸點，確定有幾個觸點及每個 點的位置和移動距離，并對位置和動作進行追蹤；(8)計算機根據觸點的位置和動作做出反應，將畫面信號傳輸給投影儀；(9)投影儀根據計算機指示實時在觸摸球幕上投影；(10)重復步驟(5)_(9)，開始新的循環。本發明的技術效果在于采用本發明的多點觸摸裝置，并使用本發明的多點觸摸方法，就可以區分出在觸 摸球幕上同時觸摸的多個觸摸點，使多點定位在觸摸屏上得以實現；也使貼有不同反射紅 外成像圖案的標簽的物體觸摸實現區別。在此基礎上，進一步根據觸摸點位置坐標的變化 情況可以確定各個觸摸點的移動趨勢，據此可以定義不同的觸摸操作功能，例如兩個觸摸 點運動方向相反，表示進行放大或縮小操作；一個觸摸點不動，另一個觸摸點做弧線運動， 表示進行旋轉操作等，這樣可以完成單點觸摸屏裝置無法完成的功能，而所有這些功能可 以通過相應的應用軟件來靈活定義。與現有技術相比較，本發明的有益效果是1，本發明的觸摸屏裝置結構簡單、緊湊，成本低廉；2，既可實現單點觸摸，也可實現多點觸摸，還可以識別貼有不同反射紅外成像圖 案的標簽的物體，因此其應用的范圍廣泛；3，實現多點定位的算法效率高，觸摸點位置坐標計算方便、準確、可靠。4，本發明在球形屏幕上實現了互動功能。
圖1為本發明的多點觸摸裝置的實施例之一結構示意圖2是本發明的多點觸摸裝置的實施例之一結構示意圖3是本發明的多點觸摸裝置的實施例之一結構示意圖4是本發明的多點觸摸裝置的實施例之一結構示意圖5是紅外LED設置在觸摸球幕下部的示意圖6是紅外LED設置在球幕鏡頭上的示意圖7是設置紅外LED后的球幕鏡頭的俯視圖8為攝像頭抓取的觸摸球幕原始紅外圖像；
圖9為手放在觸摸球幕上攝像頭抓取到的圖像。
附圖標記列示如下
1-觸摸球幕，2-球幕鏡頭，3-紅外LED，4-紅外攝像頭，5-投影儀，6-反射鏡，7-紅外濾鏡，5-濾可見光通紅外濾鏡，9-計算機。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明做進一步說明。圖1為本發明基于球形顯示的多點觸摸裝 置一種實施例的結構示意圖。圖1中的多點觸摸裝置包括觸摸球幕1、投影儀5、紅外LED3， 應用于球形顯示的紅外LED3需要用高功率的紅外LED，還包括球幕鏡頭2、具有紅外攝像頭 4的攝像機、專用濾鏡和計算機9 ；觸摸球幕1為能透過紅外光的投影球幕材料制成的觸摸 球幕，觸摸球幕1下部有一開口，紅外LED3位于該開口處，從開口處向上照射，向整個環觸 摸球幕1提供紅外光線；球幕鏡頭2位于該開口正中，并將投影儀5發出的色光投射到觸摸 球幕上，球幕鏡頭2為魚眼鏡頭；計算機9分別與攝像機和投影儀5連接，計算機9用于控 制投影儀5向觸摸球幕1的投影、控制攝像機的紅外攝像頭4對觸摸球幕1上圖像的采集、 對采集到的觸摸球幕1上的觸摸事件進行分析計算，并根據分析計算結果對投影儀5進行 顯示控制；所述專用濾鏡包括設置在紅外攝像頭4前面過濾掉紅外光以外的其他光線的濾 可見光通紅外濾鏡8和設置在投影儀5鏡頭的前面過濾掉紅外光的紅外濾鏡7。本實施例 還包括一反射鏡6，且反射鏡6的反射鏡片設置在球幕鏡頭2內部，球幕鏡頭2作為魚眼鏡 頭，包括前組和后組兩組鏡頭，反射鏡6設置在前后組之間的位置上，圖1中反射鏡6的反 射鏡片呈傾斜設置，球幕鏡頭2對應設置有反射鏡片的反射光通路和透射光通路，所述反 射光通路正對紅外攝像頭4，所述透射光通路位于投影儀5的投射方向上，反射鏡6能通過 其他光線而反射紅外光，即投影儀5位于球幕鏡頭2的下部，且為正下方，可以向觸摸球幕1 投射影像。反射鏡6設置在球幕鏡頭2內，可以使本發明的結構緊湊，當然，此時的球幕鏡 頭2上半部分在觸摸球幕1內部，下半部分位于觸摸球幕1底部的開口外，反射鏡6設置在 球幕鏡頭2位于觸摸球幕1底部的開口外的部分內，同時，球幕鏡頭2在反射鏡6反射光所 在殼體上設置通孔，以形成反射光通路，紅外攝像頭4設置在該通孔外正對反射光通路以 接收反射鏡6反射的紅外光。更進一步，紅外攝像頭4可以直接設置在球幕鏡頭2的內部， 同樣設置在球幕鏡頭2位于所述前后組之間的位置上，以便于更好地接收反射鏡6的反射 鏡片反射的紅外光，接收范圍可以拍攝到整個觸摸球幕的圖像，圖1中可看出紅外攝像頭6 鏡頭的一部分已經位于球幕鏡頭2的內部，紅外攝像頭6鏡頭前設置的濾可見光通紅外濾 鏡8位于球幕鏡頭2，所述通孔大小可以恰好適于紅外攝像頭6的插入，以減少外界光線的 干擾。圖1的工作過程為打開紅外LED3，使得觸摸球幕1球體內部均勻分布紅外線，計 算機9連接投影儀5打出畫面，攝像機的紅外攝像頭4采集畫面，把畫面信號傳輸給計算機 9，手或者物體放在觸摸球幕1上，此時會遮擋觸摸球幕1上的紅外線，球體內的均勻分布的 紅外線被破壞，該圖像被攝像機的紅外攝像頭4采集，傳輸給計算機9，計算機9對比畫面獲 取手或者物體的位置和動作，計算機9處理該觸摸動作，做出反應，投影儀5做出反應中的 畫面。圖2和圖3是本發明基于球形顯示的多點觸摸裝置的反射鏡6設置在觸摸球幕1 外，且位于觸摸球幕1開口正下方，且設置在球幕鏡頭正下部的情形的兩個實施例。其中， 圖2實施例中反射鏡6的設置方式傾斜設置，為沿垂直方向能通過其他光線，水平方向反射 紅外光；紅外攝像頭4設置在球幕鏡頭2的下部的側面，正對反射鏡6的反射光路，能接收 反射鏡6反射鏡片反射的紅外光，接收范圍可以拍攝到整個觸摸球幕的圖像；投影儀5則位 于反射鏡6的正下部，通過球幕鏡頭2向觸摸球幕投射影像。圖3實施例中反射鏡6的設置
7方式為垂直方向能通過紅外光而反射其他光線，水平方向反射其他光線不反射紅外光，紅 外攝像頭4設置在球幕鏡頭2下反射鏡6的正下部，以接收通過所述反射鏡6的紅外光，接 收范圍可以拍攝到整個觸摸球幕1的圖像，投影儀5則設置在球幕鏡頭2的下部的側面并 且其投射光路位于所述反射鏡6的反射光路上，以通過反射鏡6向觸摸球幕1投射影像。圖4所示實施例為未設置反射鏡的情形。紅外攝像頭4與球幕鏡頭2 —起位于觸 摸球幕1下部的開口處，這樣設置的好處是減少了反射鏡，降低了產品成本。紅外LED3可以設置在觸摸球幕1下部環繞開口邊緣內側，如圖5所示，或環繞球 幕鏡頭頂端邊緣處，如圖1、圖2、圖3、圖6和圖7所示，或所述開口處未被球幕鏡頭2和紅 外攝像頭4遮擋的開口外環部分，如圖4所示。紅外LED3環繞觸摸球幕1下部開口邊緣內 側可設置兩周，如圖5所示，或者環繞球幕鏡頭設置兩周，如圖1、2、3和圖6、7所示，或在所 述開口處未被球幕鏡頭2和紅外攝像頭4遮擋的部分設置兩周，使得紅外光線能均勻的從 球幕上出射。紅外LED3紅外光波長為850nm—880nm，紅外濾鏡7和濾可見光通紅外濾鏡8 均是通導紅外線波長為相應波長的濾光鏡。觸摸球幕1可以為有機玻璃、壓克力板、超白玻璃、丙烯酸材料或聚甲基丙烯酸甲 脂材料。上述多點觸摸裝置實現的多點觸摸方法，其特征在于包括以下步驟(1)啟動紅外LED3，紅外攝像頭4和投影儀5 ；(2)投影儀5將影像投向觸摸球幕1 ；(3)紅外攝像頭4拍攝到觸摸球幕1內的原始紅外圖像，形成原始紅外圖像數據；(4)紅外攝像頭4將拍攝到的觸摸球幕1上的原始紅外圖像數據送到計算機9處 理，通過軟件去背景，增加明暗對比度，濾掉噪點；(5)手或別的物體放在觸摸球幕1上，驅動觸摸球幕1上的多個點；(6)紅外攝像頭4拍攝觸摸球幕1上的觸摸紅外圖像，得到當前觸摸紅外圖像數 據；(7)紅外攝像頭4將拍攝到的觸摸球幕1上的觸摸紅外圖像數據送到計算機9，計 算機9比較當前觸摸紅外圖像數據與原始紅外圖像數據，以識別觸摸點，確定有幾個觸點 及每個點的位置和移動距離，并對位置和動作進行追蹤；(8)計算機9根據觸點的位置和動作做出反應，將畫面信號傳輸給投影儀5 ；(9)投影儀5根據計算機9指示實時在觸摸球幕1上投影；(10)重復步驟(5)_(9)，開始新的循環。
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權利要求
一種基于球形顯示的多點觸摸裝置，包括觸摸球幕、投影儀、紅外LED、其特征在于還包括球幕鏡頭、具有紅外攝像頭的攝像機、專用濾鏡和計算機；所述觸摸球幕為能透過紅外光的投影球幕材料制成的觸摸球幕，所述觸摸球幕下部有一開口；所述紅外LED位于該開口處，向環觸摸球幕提供紅外光線；所述球幕鏡頭位于該開口正中，并將投影儀發出的色光投射到觸摸球幕上；所述計算機分別與攝像機和投影儀連接，所述計算機用于控制投影儀向所述觸摸球幕的投影、控制攝像機的紅外攝像頭對觸摸球幕上圖像的采集、對采集到的觸摸球幕上的觸摸事件進行分析計算，并根據分析計算結果對投影儀進行顯示控制；所述專用濾鏡包括設置在紅外攝像頭前面過濾掉紅外光以外的其他光線的濾可見光通紅外濾鏡和設置在投影儀鏡頭的前面過濾掉紅外光的紅外濾鏡。
2.根據權利要求1所述的基于球形顯示的多點觸摸裝置，其特征在于所述紅外LED設 置在所述觸摸球幕下部環繞開口邊緣內側或環繞球幕鏡頭頂端邊緣處或所述開口處未被 球幕鏡頭遮擋的部分。
3.根據權利要求2所述的基于球形顯示的多點觸摸裝置，其特征在于所述紅外LED環 繞球幕下部開口邊緣內側設置兩周或者環繞球幕鏡頭設置兩周或在所述開口處未被球幕 鏡頭遮擋的部分設置兩周，使得紅外光線能均勻地照射到所述觸摸球幕上。
4.根據權利要求1或2或3所述的基于球形顯示的多點觸摸裝置，其特征在于還包 括一反射鏡，所述反射鏡的反射鏡片設置在球幕鏡頭內部，所述球幕鏡頭對應設置有反射 鏡片的反射光通路和透射光通路，所述反射光通路正對紅外攝像頭，所述透射光通路位于 投影儀的投射方向上，所述反射鏡能通過其他光線而反射紅外光；所述投影儀位于球幕鏡 頭的下部，以向觸摸球幕投射影像。
5.根據權利要求4所述的基于球形顯示的多點觸摸裝置，其特征在于所述球幕鏡頭 包括前組和后組，所述反射鏡片設置在前后組之間的位置上；所述紅外攝像頭設置在球幕 鏡頭的內部，同樣位于前后組之間的位置上，用于接收上述的反射鏡片反射的紅外光，接收 范圍能拍攝到整個觸摸球幕的圖像。
6.根據權利要求1或2或3所述的基于球形顯示的多點觸摸裝置，其特征在于還包 括一反射鏡，所述反射鏡的反射鏡片設置在球幕鏡頭正下部，設置方式為能通過其他光線， 反射紅外光；所述紅外攝像頭設置在球幕鏡頭的下部的側面，能接收上述的反射鏡片反射 的紅外光，接收范圍可以拍攝到整個觸摸球幕的圖像；所述投影儀位于球幕鏡頭的下部，通 過球幕鏡頭向觸摸球幕投射影像。
7.根據權利要求1或2或3所述的基于球形顯示的多點觸摸裝置，其特征在于還包 括一反射鏡，所述反射鏡的反射鏡片設置球幕鏡頭正下部，設置方式為能通過紅外光而反 射其他光線；所述紅外攝像頭設置在球幕鏡頭下反射鏡片的正下部，以接收通過所述反射 鏡片的紅外光，接收范圍可以拍攝到整個觸摸球幕的圖像；所述投影儀設置在球幕鏡頭的 下部的側面并且其投射光路位于所述反射鏡片的反射光路上，以通過所述反射鏡片向所述 觸摸球幕投射影像。
8.根據權利要求1或2或3所述的基于球形顯示的多點觸摸裝置，其特征在于所述 觸摸球幕為有機玻璃、壓克力板、超白玻璃、丙烯酸材料或聚甲基丙烯酸甲脂材料。
9.根據權利要求1或2或3所述的基于球形顯示的多點觸摸屏裝置，其特征在于所 述紅外LED紅外光波長為850nm--880nm，所述紅外濾光片是通導紅外線波長為相應波長的濾光片。
10.根據權利要求1或2或3所述的基于球形顯示的多點觸摸裝置，其特征在于，所述 紅外攝像頭設置在所述開口處，且靠近所述球幕鏡頭設置。
11.一種用如權利要求1-10之一所述的多點觸摸裝置實現的多點觸摸方法，其特征在 于包括以下步驟(1)啟動紅外LED，紅外攝像頭和投影儀；(2)投影儀將影像投向觸摸球幕；(3)紅外攝像頭拍攝到觸摸球幕內的原始紅外圖像數據；(4)紅外攝像頭將拍攝到的觸摸球幕上的原始紅外圖像數據送到計算機處理，通過軟 件去背景，增加明暗對比度，濾掉噪點；(5)驅動觸摸球幕上的多個點；(6)紅外攝像頭拍攝觸摸球幕上的觸摸紅外圖像數據；(7)紅外攝像頭將拍攝到的觸摸球幕上的觸摸紅外圖像數據送到計算機，計算機比較 當前觸摸紅外圖像數據與原始紅外圖像數據，以識別觸摸點，確定有幾個觸點及每個點的 位置和移動距離，并對位置和動作進行追蹤；(8)計算機根據觸點的位置和動作做出反應，將畫面信號傳輸給投影儀；(9)投影儀根據計算機指示實時在觸摸球幕上投影；(10)重復步驟(5)-(9)，開始新的循環。
全文摘要
本發明基于球形顯示的多點觸摸裝置及多點觸摸方法，包括觸摸球幕、投影儀、紅外LED、其特征在于還包括球幕鏡頭、具有紅外攝像頭的攝像機、專用濾鏡和計算機；所述觸摸球幕為能透過紅外光的投影球幕材料制成的觸摸球幕，所述觸摸球幕下部有一開口；所述紅外LED位于該開口處，所述球幕鏡頭位于該開口正中，并將投影儀發出的色光投射到觸摸球幕上；所述計算機分別與攝像機和投影儀連接，所述計算機用于控制投影儀向所述觸摸球幕的投影、控制攝像機的紅外攝像頭對觸摸球幕上圖像的采集、對采集到的觸摸球幕上的觸摸事件進行分析計算，并根據分析計算結果對投影儀進行顯示控制。
文檔編號G06F3/042GK101950221SQ201010276410
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者陳龍 申請人:陳龍