專利名稱：攝像頭表面定位系統以及筆色識別方法
技術領域：
本發明涉及一種攝像頭表面定位系統，具體涉及一種具有筆色識別功能的攝像頭 表面定位系統以及基于該系統的筆色識別方法。
背景技術：
目前在攝像頭表面定位系統中，存在幾種筆色識別技術。
第一種需要特定托盤支持，把不同顏色的筆放入不同的托盤中，系統通過檢測某 個托盤中的觸摸筆被拿起來進行識別。例如，第一個托盤放入紅色筆，當系統檢測到第一個 托盤的筆被拿起時，系統即認為將要進行紅色筆操作。這種技術存在幾個嚴重的缺陷一 是筆不能放錯托盤，因為系統只能識別對應托盤中的筆是否被取出而不能識別筆的實際顏 色；二是不能同時拿起兩支觸摸筆，因為這樣一來系統無法知道正在寫的是哪一支筆 ’三 是能識別的筆色數量有限，因為托盤所占體積較大，所以設備中只能放置有限的幾個托盤。
針對第一種技術的不足，市場上又出現了一種基于圖像識別技術的筆色識別技 術。該技術需要在原有的攝像頭表面定位系統中增加一路攝像頭，該攝像頭專門用于筆色 拍攝。由于攝像頭表面定位系統需要紅外光支持，所以系統中每個攝像頭均安裝了濾光片， 該濾光片的作用是濾除可見光，僅讓紅外光通過。而筆色識別卻恰好相反，需要濾除紅外 光，僅保留可見光。所以，該技術需要增加一路專門用于拍攝筆色的攝像頭，該攝像頭也安 裝了濾光片，以保證濾除紅外光而僅讓可見光通過光學鏡頭。當系統檢測到觸摸事件發生 時，讀取筆色拍攝攝像頭的圖像，對圖像數據進行識別處理，從而在畫板上畫出與筆色相同 顏色的線條。
雖然第二種技術比較先進，可以克服了第一種技術的不足。但由于增加了攝像頭， 不僅增加了系統的成本，提高了對安裝空間的要求，同時還增加了系統的調試難度。發明內容
本發明解決的技術問題克服上述不足，提供一種在基本不改變原有攝像頭表面定 位系統架構的基礎上，不需要增加攝像頭，即可實現快速準確識別筆色的攝像頭表面定位 系統。
本發明解決的另一技術問題是，提供一種無需改變原有系統架構，也無需增加攝 像頭，即可快速準確識別筆色的方法。
為解決上述第一技術問題，本發明采用的技術方案是
一種攝像頭表面定位系統，其包括設置在定位表面一側的紅外光源和若干個攝 像頭，設置在定位表面其余側的用于吸收紅外光的吸光材料，用于讀取該若干個攝像頭的 圖像數據并進行處理，從而獲得觸摸筆位置的主控制模塊，以及與該主控制模塊連接的計 算機，其中
至少其中一個攝像頭為識別攝像頭，該識別攝像頭中設有與所述主控制模塊連接 的雙濾光片切換器，該雙濾光片切換器包括紅外光濾光片和可見光濾光片；
所述主控制模塊包括
用于在未發生觸摸事件時，控制該雙濾光切換器保持為紅外濾光模式的第一模 塊。觸摸事件是指攝像頭檢測到觸摸筆進入或有效觸及定位表面的情形；
用于在觸摸事件發生時，控制該雙濾光片切換器由紅外光濾光模式切換至可見光 濾光模式的第二模塊；
用于在該雙濾光片切換器由紅外光濾光模式切換至可見光濾光模式之前，存儲該 識別攝像頭所拍攝的紅外光圖像中的觸摸筆的中心點坐標值的第三模塊；
用于在該雙濾光片切換器由紅外光濾光模式切換至可見光濾光模式之后，讀取下 一幀圖像數據，并獲取該圖像中的位于該中心點坐標處的RGB值的第四模塊；
用于在第四模塊讀取該下一幀圖像數據之后，控制該雙濾光片切換器由可見光濾 光片片模式切換回紅外光濾光模式的第五模塊；以及，
用于將該RGB值發送給所述計算機的第六模塊。
作為改進之一所述攝像頭包括光學鏡頭和CMOS感光器，所述雙濾光片切換器設 置在相應攝像頭的光學鏡頭和CMOS感光器之間。
作為改進之二 所述第一模塊、第五模塊控制所述主控制模塊向所述雙濾光片切 換器輸出正向電壓，使得所述雙濾光片切換器處于紅外光濾光模式；所述第二模塊控制所 述主控制模塊向所述雙濾光片切換器輸出反向電壓，使得所述雙濾光片切換器處于可見光 濾光模式。
為解決該另一技術問題，本發明采用的另一技術方案是
一種基于攝像頭表面定位系統的筆色識別方法，其中
該攝像頭表面定位系統包括設置在定位表面一側的紅外光源和若干個攝像頭， 設置在定位表面其余側的用于吸收紅外光的吸光材料，用于讀取該若干個攝像頭的圖像數 據并進行處理，從而獲得觸摸筆位置的主控制模塊，以及與該主控制模塊連接的計算機，且 至少其中一個攝像頭為識別攝像頭，該識別攝像頭中設有與所述主控制模塊連接的雙濾光 片切換器，該雙濾光片切換器包括紅外光濾光片和可見光濾光片；
該方法包括以下步驟
SlO 啟動系統；
S20 未檢測到觸摸事件發生，主控制模塊控制雙濾光片切換器保持紅外光濾光模 式；
S30:檢測到觸摸事件發生，主控制模塊把識別攝像頭所拍攝的紅外光圖像中的觸 摸筆的中心點坐標值存儲在寄存器中；
S40:主控制模塊控制雙濾光片切換器由紅外光濾光模式切換至可見光濾光模 式；
S50:讀取識別攝像頭下一幀圖像數據，并獲取該圖像中的位于該中心點坐標處的 RGB 值；
S60 主控制模塊把該RGB值發送給計算機，該RGB值即為是觸摸筆的顏色；
S70:主控制模塊控制雙濾光片切換器由可見光濾光模式切換回紅外光濾光模式， 系統進入坐標定位狀態；
S80 檢測到觸摸事件結束，重復步驟S20 ；
S90 關閉系統。
作為改進之一所述主控制模塊通過向所述雙濾光片切換器輸出正向電壓，使得 所述雙濾光片切換器處于紅外光濾光模式；所述主控制模塊通過向所述雙濾光片切換器輸 出反向電壓，使得所述雙濾光片切換器處于可見光濾光模式。
作為改進之二 在步驟S50中，讀取下一幀圖像數據方法是在主控制模塊控制雙 濾光片切換器切換到可見光模式后，等待所述識別攝像頭幀同步信號有效，識別攝像頭幀 同步信號再次有效后的數據為下一幀圖像數據。
與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明將原攝像頭表面定位系統中的一 個或多個攝像頭中的紅外光濾光片替換成具有紅外光濾光片和可見光濾光片的雙濾光片 切換器，并通過主控制模塊定位觸摸筆有效觸及定位表面時的中心位置，然后獲取該下一 幀圖像中該中心位置的可見光顏色(RGB值)，從而達到自動識別觸摸筆顏色的目的。本發 明在基本不改變原有系統架構的基礎上，無需增加額外的硬件例如攝像頭，即可實現快速 準確識別筆色，克服了現有技術中的不足。
附圖1是攝像頭表面定位系統的結構示意附圖2是現有攝像頭的結構示意附圖3是本發明的具有雙濾光片切換器的識別攝像頭的結構示意附圖4是坐標定位模式下拍攝到的圖像示意附圖5是筆色識別模式下拍攝到得圖像示意附圖6是本發明的筆色識別方法的流程圖。
具體實施方式
如附圖1所示，本發明的攝像頭表面定位系統包括一個主控制模塊，兩個或以上 攝像頭，一個紅外光源，以及計算機。攝像頭分別安裝在定位表面頂端向斜下方或正下方拍 攝，所有攝像頭均與主控制模塊連接，主控制模塊與計算機通過USB或RS232連接。紅外光 源是在定位表面頂端安裝的若干紅外燈，紅外燈向下照射以提供紅外光源。定位表面左右 兩側及下方分別貼上深色吸光材料，以防止紅外光反射到攝像頭中。主控制模塊不斷同時 讀取攝像頭圖像數據并處理，當觸摸筆點擊定位表面時，觸摸筆把紅外光反射到攝像頭中， 主控制模塊通過圖像識別技術對觸摸筆進行識別定位，把觸摸筆的位置發送給計算機，從 而完成觸摸定位功能。
本發明在硬件上只需將原系統中的其中一個攝像頭改造成識別攝像頭，其他所有 硬件均可沿用原系統的硬件。在本實施方式中，具體是對安裝在定位表面左上方的攝像頭1 改造成識別攝像頭。該攝像頭1安裝在定位表面左上方，斜向右下方拍攝。該攝像頭1的 光學鏡頭視角大于90°，能拍攝到整個定位表面的圖像。
攝像頭1改造前的結構如圖2所示，其包括光學鏡頭10、CM0S感光器20、設置在 感光器下部的PCB電路板30，以及設置在光學鏡頭10和CMOS感光器之間的濾光片40。此 外光學鏡頭10設置在鏡頭底座50中。
攝像頭1改造后的結構如圖3所示，其結構與現有攝像頭的結構大致相同，區別部分是將原濾光片40替換成具有兩片濾光片的雙濾光片切換器90。這兩片濾光片中，其中一 片是可濾除可見光保留紅外光的紅外光濾光片，另一片是濾除紅外光保留可見光的可見光 濾光片。
雙濾光片切換器通過兩根控制線與主控制模塊連接，由主控制模塊控制其切換操 作。當主控制模塊向控制線施加正向電壓時，雙濾光片切換器切換到紅外光濾光片(即紅 外光濾光片模式)，此時，紅外光濾光片僅讓紅外光通過，可見光被濾除，此時可進行觸摸坐 標定位操作；當主控制模塊向控制線施加反向電壓時，雙濾光片切換器切換到可見光濾光 片濾光片，此時，濾光片僅能讓可見光通過，紅外光被濾除，此時可進行筆色識別操作。當雙 濾光片切換器切換到紅外光濾光片時，定位系統與原系統工作方法完全一致。
基于上述硬件結構，如圖6所示，本發明的筆色識別方法如下
步驟SlO 啟動定位系統。
步驟S20 在無觸摸事件發生的情況下，定位系統進入等待狀態。主控制模塊向雙 濾光片切換器的控制線施加正向電壓，使雙濾光片切換器處于紅外光濾光片模式，紅外光 可通過濾光片在CMOS圖像傳感器中成像，可見光被濾光片濾除。觸摸事件是指攝像頭檢測 到觸摸筆進入或有效觸及定位表面的情形。在觸摸事件發生之前，系統將繼續處于等待狀 態。
步驟S30 當觸摸筆點擊定位表面時，主控制模塊通過系統的攝像頭檢測到觸摸 事件的發生。此定位系統各攝像頭所得到的圖像如圖4所示，即各攝像頭均采集到能夠顯 示觸摸筆位置的紅外光圖像。主控制模塊把攝像頭1
(識別攝像頭)所拍攝的紅外光圖像中的觸摸筆的中心點坐標值存儲在寄存器 中。這里的中心點坐標并不是指觸摸筆的空間三維坐標，而是指其指在攝像頭1所拍攝的 紅外光圖像中的二維坐標。
步驟S40 主控制模塊向雙濾光片切換器的控制線施加反向電壓，使雙濾光片切 換器切換到可見光濾光片。此時，可見光可通過濾光片在CMOS圖像傳感器中成像，紅外光 被濾光片濾除，系統進入筆色識別狀態。此時CMOS只能接收可見光所成圖像，各攝像頭拍 攝到的圖像如圖5所示，其中攝像頭1拍攝到的是可見光圖像，其余攝像頭拍攝到的是紅外 光圖像。
步驟S50 根據第二步存儲的坐標值，主控制模塊在下一幀圖像(可見光圖像)數 據中讀取觸摸筆中心點坐標下圖像的RGB三種顏色的值，并把顏色值存儲在寄存器中。
進一步的，讀取下一幀圖像數據方法是主控制模塊在雙濾光片切換器切換到可 見光濾光片后，等待攝像頭幀同步信號有效，攝像頭幀同步信號再次有效后的數據為下一 幀圖像數據。
由于攝像頭幀率很高，起碼能達到IOOHz以上，而筆色識別只需要一幀圖像，即最 長時間只需1/100秒即可完成筆色識別工作，對坐標定位基本不造成影響。
步驟S60 主控制模塊把RGB三種顏色的值發送給計算機，該RGB三種顏色的值即 認為是觸摸筆的顏色。
步驟S70 主控制模塊再次向雙濾光片切換器的控制線施加正向電壓，使雙濾光 片切換器切換到紅外光濾光片，此時，紅外光可通過濾光片在CMOS圖像傳感器中成像，可 見光被濾光片濾除。系統進入坐標定位狀態，定位系統按照原系統進行定位操作。
步驟S80 觸摸筆移出定位表面，觸摸事件結束。系統重新回到等待狀態。
步驟S90 關閉定位系統。
權利要求
1.一種攝像頭表面定位系統，其包括設置在定位表面一側的紅外光源和若干個攝像 頭，設置在定位表面其余側的用于吸收紅外光的吸光材料，用于讀取該若干個攝像頭的圖 像數據并進行處理，從而獲得觸摸筆位置的主控制模塊，以及與該主控制模塊連接的計算 機，其特征在于至少其中一個攝像頭為識別攝像頭，該識別攝像頭中設有與所述主控制模塊連接的雙 濾光片切換器，該雙濾光片切換器包括紅外光濾光片和可見光濾光片； 所述主控制模塊包括用于在未發生觸摸事件時，控制該雙濾光切換器保持為紅外濾光模式的第一模塊； 用于在觸摸事件發生時，控制該雙濾光片切換器由紅外光濾光模式切換至可見光濾光 模式的第二模塊；用于在該雙濾光片切換器由紅外光濾光模式切換至可見光濾光模式之前，存儲該識別 攝像頭所拍攝的紅外光圖像中的觸摸筆的中心點坐標值的第三模塊；用于在該雙濾光片切換器由紅外光濾光模式切換至可見光濾光模式之后，讀取下一幀 圖像數據，并獲取該圖像中的位于該中心點坐標處的RGB值的第四模塊；用于在第四模塊讀取該下一幀圖像數據之后，控制該雙濾光片切換器由可見光濾光片 片模式切換回紅外光濾光模式的第五模塊；以及， 用于將該RGB值發送給所述計算機的第六模塊。
2.根據權利要求1所述的攝像頭表面定位系統，其特征在于所述攝像頭包括光學鏡 頭和CMOS感光器，所述雙濾光片切換器設置在相應攝像頭的光學鏡頭和CMOS感光器之間。
3.根據權利要求1或2所述的攝像頭表面定位系統，其特征在于所述第一模塊、第五 模塊控制所述主控制模塊向所述雙濾光片切換器輸出正向電壓，使得所述雙濾光片切換器 處于紅外光濾光模式；所述第二模塊控制所述主控制模塊向所述雙濾光片切換器輸出反向 電壓，使得所述雙濾光片切換器處于可見光濾光模式。
4.一種基于攝像頭表面定位系統的筆色識別方法，其特征在于該攝像頭表面定位系統包括設置在定位表面一側的紅外光源和若干個攝像頭，設置 在定位表面其余側的用于吸收紅外光的吸光材料，用于讀取該若干個攝像頭的圖像數據并 進行處理，從而獲得觸摸筆位置的主控制模塊，以及與該主控制模塊連接的計算機，且至少 其中一個攝像頭為識別攝像頭，該識別攝像頭中設有與所述主控制模塊連接的雙濾光片切 換器，該雙濾光片切換器包括紅外光濾光片和可見光濾光片； 該方法包括以下步驟 SlO 啟動系統；S20 未檢測到觸摸事件發生，主控制模塊控制雙濾光片切換器保持紅外光濾光模式； S30 檢測到觸摸事件發生，主控制模塊把識別攝像頭所拍攝的紅外光圖像中的觸摸筆 的中心點坐標值存儲在寄存器中；S40 主控制模塊控制雙濾光片切換器由紅外光濾光模式切換至可見光濾光模式； S50 讀取識別攝像頭下一幀圖像數據，并獲取該圖像中的位于該中心點坐標處的RGB值；S60 主控制模塊把該RGB值發送給計算機，該RGB值即為是觸摸筆的顏色； S70 主控制模塊控制雙濾光片切換器由可見光濾光模式切換回紅外光濾光模式，系統進入坐標定位狀態；S80 檢測到觸摸事件結束，重復步驟S20 ； S90 關閉系統。
5.根據權利要求4所述的一種基于攝像頭表面定位系統的筆色識別方法，其特征在 于所述主控制模塊通過向所述雙濾光片切換器輸出正向電壓，使得所述雙濾光片切換器 處于紅外光濾光模式；所述主控制模塊通過向所述雙濾光片切換器輸出反向電壓，使得所 述雙濾光片切換器處于可見光濾光模式。
6.根據權利要求4所述的一種基于攝像頭表面定位系統的筆色識別方法，其特征在 于在步驟S50中，讀取下一幀圖像數據方法是在主控制模塊控制雙濾光片切換器切換到 可見光模式后，等待所述識別攝像頭幀同步信號有效，識別攝像頭幀同步信號再次有效后 的數據為下一幀圖像數據。
全文摘要
本發明涉及一種具有筆色識別功能的攝像頭表面定位系統以及基于該系統的筆色識別方法。該系統包括識別攝像頭和主控制模塊，該識別攝像頭中設有雙濾光片切換器，該雙濾光片切換器包括紅外光濾光片和可見光濾光片，該主控制模塊用于控制雙濾光片切換器的切換操作，并在觸摸事件發生后獲得觸摸筆的RGB值。該筆色識別方法實現了以該系統為基礎的筆色識別。本發明將原攝像頭表面定位系統中的一個或多個攝像頭中的紅外光濾光片替換成具有紅外光濾光片和可見光濾光片的雙濾光片切換器，并通過主控制模塊定位觸摸筆有效觸及定位表面時的中心位置，然后獲取該下一幀圖像中該中心位置的可見光顏色(RGB值)，從而達到自動識別觸摸筆顏色的目的。本發明在基本不改變原有系統架構的基礎上，無需增加額外的硬件例如攝像頭，即可實現快速準確識別筆色，克服了現有技術中的不足。
文檔編號G06F3/042GK102033663SQ20101050169
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者肖玉生 申請人:廣東威創視訊科技股份有限公司