CN103324281B - 一种非接触互动展示***的滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触互动展示***的滤波方法，其特征在于，将非接触互动展示***中的激光扫描仪所产生的噪声进行分类，分为纵向抖动噪声以及横向抖动噪声，再分别对所述纵向抖动噪声以及横向抖动噪声进行滤波。本发明通过横向滤波与纵向滤波相结合方法，大大减小了由于激光传感器电机运行抖动产生噪声源对人机互动的影响，让客户与宣传内容实时互动，加深了产品印象与知名度，具有很好的广告效应与娱乐效应，同时非接触式的交流，减少了因接触而产生细菌传染，更加人性化。

Description

一种非接触互动展示***的滤波方法

技术领域

本发明属于多媒体、人机互动领域，具体涉及一种非接触互动展示***的滤波方法。

背景技术

多媒体技术是使用计算机交互式综合技术和数字通信技术处理媒体文本、图像、图形、视频和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个人机互动***。互动多媒体则具有更强的实时互动性，是集成“视频、语音、文字、数据”的互动通讯，大大改变了现有的沟通方式，广泛应用于各类展厅中，如：博物馆、科技馆、企业展厅等等。互动多媒体展示***在体验方式和创新设计方面大大突破了传统的媒体传播方式，其快速发展让多媒体的传播形式逐渐从艺术化走向了技术化和艺术化相互融合，相互衬托的方式。互动多媒体展示***改变了传统体验方式，信息接受者不再仅仅的只是被动的接受多媒体传播的信息，而是通过一种主动式的互动体验让客户更加具有直接化、选择性与娱乐性，可以预见在不远的将来，非接触互动展示***的创新传播形式将会越来越丰富多彩。现有的非接触互动展示***由于扫描仪存在各种各样的噪声干扰，影响到人机互动的准确性，互动体验感觉不好。

发明内容

本发明目的是：提供一种能够突破干扰噪声对多媒体***的影响并实现人机自然非接触式互动的非接触互动展示***的滤波方法。

本发明的技术方案是：一种非接触互动展示***的滤波方法，其特征在于，将非接触互动展示***中的激光扫描仪所产生的噪声进行分类，分为纵向抖动噪声以及横向抖动噪声，再分别对所述纵向抖动噪声以及横向抖动噪声进行滤波。经研究发现，非接触互动展示***主要存在的噪音源有很多种：由于扫描仪安装不够稳定，或悬挂于楼板，或垂直于墙壁引出，可能会使得扫描仪内部电机的震荡加剧，引起噪声。在所有噪声中，影响最大的分为两类：第一类，对于每一束红外信号，由于电机的震动，使得即使在测量固定距离的物体时，其所测长度会存在毫米级的微小变化，此处称之为纵向抖动；第二类，虽然电机每转一圈都需要重新校对起始角度去除偏移，但每圈里面所扫描测量的数据仍然会有细微偏差，体现在具体测量目标上，就是所测物体的边缘值会存在抖动，此处称之为横向抖动。因此只要对这两类的噪音源单独进行滤波，就能取得很好的效果。对横向抖动噪声进行的滤波可以是平均值滤波，聚类滤波等；对纵向抖动噪声滤波可以是将其转化到频域，把高频信号滤去的高频滤波，聚类滤波等。

本发明中，对纵向抖动噪声滤波的具体步骤为：

步骤1：取当前周期扫描的数组及前n个周期的数组，n取值于3~6之间；

步骤2：判断当前点是否处在设定的操作区里，若处于所设定的操作区内，再判断前几周期该点的坐标范围，若不在操作区内，则对其进行补偿；

步骤3：最后对其进行滤波处理。

进一步的，所述对横向抖动噪声滤波的具体步骤为：滤去最先进入操作区的距离值，首先去掉前N个进入的点，并对其余点加权求平均，然后取第N+1点作为加权计算的第一个点进行滤波，（N取：2、3或4）。

还可以对最后进入的两个点也执行删除，能取得更好的效果。

进一步的，还包括以下步骤：对已识别连续有效距离值进行分析，对其求加权平均值，算出待发送的坐标点，即用于操作的手的坐标。

进一步的，n为3。

进一步的，N为3。

本发明的优点是：

非接触式互动多媒体***，通过横向滤波与纵向滤波相结合方法，大大减小了由于激光传感器电机运行抖动产生噪声源对人机互动的影响，让客户与宣传内容实时互动，加深了产品印象与知名度，具有很好的广告效应与娱乐效应，同时非接触式的交流，减少了因接触而产生细菌传染，更加人性化。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为非接触互动展示***硬件框图。

图2为非接触互动展示***软件界面设计图。

图3为加权计算操作手的坐标点。

具体实施方式

实施例：在本互动展示***中，传感器采用采用100M以太网通讯端口的激光传感器，具有超高速传输数据, 每秒钟采集25次数据，每一帧图像中每0.36°有1个测量数据，可以实时获取并处理测量数据，而且可以更多的处理或控制任务。本***的组成如图1所示。该***采用激光传感器来采集目标信息、通过计算机与串口监控电路来处理传感器采集到的数据，从而实现非接触多点控制。其中，该互动展示***主要组成部分如下：

数据采集子***：主要是通过激光传感器来实时采集目标图像，该图像表示距离或空间位置信息的深度。

数据处理子***：主要由串口复制电路组成。通过监视串口获取激光传感器采集到的信息，并根据激光传感器的协议，解析这些信息提取有效的数据，对其进行分析处理。

辅助子***：由电源、电源控制电路、固定设备组成。其中，电源是用来给***供电，电源控制电路可以实现打开、关闭、重启***，并选择***的测量范围。固定设备是用来固定激光传感器的。

软件采用微软公司的Microsoft Visual studio C#开发，操作软件具有直观的用户界面，其主要功能模块包括：原始数据滤波分析、有效工作区域的划定、有效点的识别、有效点的滤波处理与坐标分析、网络设置、基本数据保存、通过相关协议与终端软件之间的坐标传送。激光传感器发出的激光束可以覆盖它的整个工作范围内所有物体，而测量到的一帧数据就是该工作区内的所有被扫描到的物体的距离信息。通过顺序读取传感器相邻帧的数据，就可以实现对周围环境目标的监测与控制。互动***软件界面设计，如图2所示，可分为如下四个模块：串口通信模块。实现串口通信任务，将扫描仪扫描的数据传输至PC机。接收回显模块。负责显示串口接收到的数据。数据图形化显示模块。图形化显示测量到的数据。大屏幕显示模块。负责显示互动画面与图像。

由于扫描仪扫描测量数据依靠其内部电机，故电机运行时带来的震动成为其不可避免的噪声源，带来的干扰可分为两类。第一类，对于每一束红外信号，由于电机的震动，使得即使在测量固定距离的物体时，其所测长度会存在毫米级的微小变化，此处称之为纵向抖动；第二类，虽然电机每转一圈都需要重新校对起始角度去除偏移，但每圈里面所扫描测量的数据仍然会有细微偏差，体现在具体测量目标上，就是所测物体的边缘值会存在抖动，此处称之为横向抖动。因此分别单独进行纵向滤波和横向滤波会取得很好的效果。

纵向滤波：针对第一类抖动，本产品在软件的数值分析上对其进行滤波处理。取当前周期扫描的数组及前3个周期的数组，先判断当前点是否处在设定的操作区里，若处于所设定的操作区内，再判断前几周期该点的坐标范围，若不在操作区内，则对其进行补偿。也可以取4个周期或者5个周期，但时间上会稍有影响，反应速度变慢。具体如下：

仅有一个在里面，以当前点（x, y）为准；

有两个在外面，两个在里面，用临近值补偿；

x,x1在外面，两个在里面，用临近值补偿；

x,x2在外面，两个在里面，用临近值补偿；

x,x3在外面，两个在里面，用临近值补偿；

x2,x3,在里面，临近补偿剩余值；

x1,x3,在里面，临近补偿剩余值；

x1,x2,在里面，临近补偿剩余值；

有一个在外面，三个在里面，用临近值补偿；

有一个在外面，用临近值补1偿，当前点x,y；

有一个在外面，用临近值补1偿，x1,y1；

有一个在外面，用临近值补1偿，x2,y2；

有一个在外面，用临近值补1偿，x3,y3；

全部在里面，无需替代进行补偿。

最后对其进行滤波，相关公式如下：

x=μx+μ1x1+μ2x2+μ3x3;

y=μy+μ1y1+μ2y2+μ3y3;

等号右边的表达式中，x为当前周期及该角度所测距离值转化为直角坐标的x轴坐标，y为当前周期该角度所测距离值转化为直角坐标的y轴坐标。x1,x2,x3,y1,y2,y3分别为之前三个周期该点的计算值。等号左边的x、y，为当前周期该点的计算值，即更新值。μ、μ1、μ2、μ3为系数。μ、μ1、μ2、μ3的取值范围大于0，小于等于1/2，且μ≥μ1≥μ2≥μ3，μ、μ1总和大于1/2。本实施例中μ=1/3,μ1=1/4,μ2=1/4,μ3=1/6。

针对第二类抖动，本产品在软件的数值分析上对其进行滤波处理，包括以下步骤：

1. 由于检测物体的距离值时，边缘的误差较大，所以滤去最先进入操作区的距离值（即那根被在操作区内物体挡住的激光束）。首先去掉前两个进入的点，并对其余点加权求平均，然后取第3点作为加权计算的第一个点进行滤波。本实施例还可以对最后进入的两个点也执行删除，能取得更好的效果。

对已识别连续有效距离值进行分析，对其求加权平均值，算出待发送的坐标点，即用于操作的手的坐标，如图3所示，其中蓝色框为设定的有效操作区。选择正常有效点（第三点，及其以后所有点），在显示界面中显示，无效距离值PenOut用绿色表示，PenIn为有效距离值（红色），计算有效点的x,y的总和，对有效点数进行统计。当操作手离开扫描范围时，第一次离开扫描范围，计算均值坐标，当此组数据扫描结束后，重置参数’ThirdPoint’、’InNumber’。

本发明能够突破电机运行产生的干扰噪声对多媒体展示***的影响并实现人机自然无接触式互动。本发明利用先进计算机视觉技术，结合互动式体验技术的设计方案，整合了图形、图像、文字、声音等传播方式，从一系列的不完全及包含噪声的测量数据中分析与滤波，采用横向滤波与纵向滤波相结合方法，让多种信息传播元素集成为一个完整化的无接触式人机交互***，以一种直观化、立体式、多人实时互动性的方式传递一种全新互动新感觉和新体验。

Claims (7)

1.一种非接触互动展示***的滤波方法，其特征在于，将非接触互动展示***中的激光扫描仪所产生的噪声进行分类，分为“纵向抖动噪声”以及“横向抖动噪声”，再分别对所述纵向抖动噪声以及横向抖动噪声进行滤波，其中所述纵向抖动噪声和横向抖动噪声是指激光扫描仪在工作产生的所有噪声中影响最大的两类：第一类，对于每一束红外信号，由于电机的震动，使得即使在测量固定距离的物体时，其所测长度会存在毫米级的微小变化，此处称之为纵向抖动噪声；第二类，虽然电机每转一圈都需要重新校对起始角度去除偏移，但每圈里面所扫描测量的数据仍然会有细微偏差，体现在具体测量目标上，就是所测物体的边缘值会存在抖动，此处称之为横向抖动噪声。

2.根据权利要求1所述的非接触互动展示***的滤波方法，其特征在于，所述对纵向抖动噪声滤波的具体步骤为：

步骤1：取当前周期扫描的数组及前n个周期的数组；

步骤2：判断当前点是否处在设定的操作区里，若处于所设定的操作区内，再判断当前周期前面的某几个周期该点的坐标范围，若不在操作区内，则对其进行补偿；

步骤3：最后对其进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的非接触互动展示***的滤波方法，其特征在于，所述对横向抖动噪声滤波的具体步骤为：滤去最先进入操作区的距离值，首先去掉前N个进入的点，并对其余点加权求平均，然后取第N+1点作为加权计算的第一个点进行滤波。

4.根据权利要求3所述的非接触互动展示***的滤波方法，其特征在于，在去掉前N个进入的点后，再去掉后N个进入的点，并对其余点加权求平均。

5.根据权利要求3或4所述的非接触互动展示***的滤波方法，其特征在于，还包括以下步骤：对已识别连续有效距离值进行分析，对其求加权平均值，算出待发送的坐标点，即用于操作的手的坐标。

6.根据权利要求2所述的非接触互动展示***的滤波方法，其特征在于，n为3。

7.根据权利要求3或4所述的非接触互动展示***的滤波方法，其特征在于，N为3。