CN105589552A - 基于手势的投影交互方法及投影交互设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于手势的投影交互方法及投影交互设备，该方法应用于投影交互设备，该投影交互设备包括投影单元、第一相机和第二相机，第一相机和第二相机的图像采集区域的重叠区域覆盖投影单元的投影桌面，方法包括：在预定时间段内依次通过第一相机获取投影桌面的第一红外图像帧和第一彩色图像帧，并在预定时间段内依次通过第二相机获取投影桌面的第二红外图像帧和第二彩色图像帧；根据第一红外图像帧和第二红外图像帧恢复手指深度，并根据第一彩色图像和第二彩色图像恢复投影桌面深度；根据手指深度及投影桌面深度确定手势及手势的坐标信息；根据手势及手势的坐标信息确定手势所表示的操作并对投影单元进行相应的操作。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理领域，更具体的，涉及一种基于手势的投影交互方法及投影交互设备。
背景技术
随着科技发展，投影被广泛应用于各个方面中，例如，教学、会议等等。通过投影和相机来进行手势识别，可以达到更好的人机交互，使投影的使用更加方面。
现有技术中，采用的相机通常为红外相机或彩色相机，采用彩色相机时对手指深度的恢复可能受到投影仪投影的干扰，采用红外相机时无法恢复投影桌面深度，难以准确确定手指深度与投影桌面深度之间的关系，手势识别效果较差。
发明内容
本发明提供了一种基于手势的投影交互方法及投影交互设备，能够准确确定手指深度与投影桌面深度之间的关系，进而确定手势所表示的操作，具有较好的手势识别效果。
第一方面，提供了一种基于手势的投影交互方法，该方法应用于投影交互设备，该投影交互设备包括投影单元、第一相机、第二相机，该第一相机和该第二相机都能够交替获取红外图像和彩色图像，该第一相机的图像采集区域和该第二相机的图像采集区域的重叠区域覆盖该投影单元的投影桌面，该方法包括：在预定时间段内依次通过该第一相机获取该投影桌面的第一红外图像帧和第一彩色图像帧，并在该预定时间段内依次通过该第二相机获取该投影桌面的第二红外图像帧和第二彩色图像帧；根据该第一红外图像帧和该第二红外图像帧恢复手指深度，并根据该第一彩色图像和该第二彩色图像恢复投影桌面深度；根据该手指深度及该投影桌面深度确定手势及手势的坐标信息；根据该手势及手势的坐标信息确定该手势所表示的操作并对该投影单元进行相应的操作。
第二方面，提供了一种投影交互设备，该设备包括：投影单元、第一图像采集单元、第二图像采集单元及控制单元，其中，该投影单元用于将该投影交互设备的显示数据投影到投影桌面；该第一图像采集单元和该第二图像采集单元用于交替获取红外图像和彩色图像，且该第一图像采集单元的图像采集区域和该第二图像采集单元的图像采集区域的重叠区域覆盖该投影单元的投影桌面；该红外补光灯用于对该第一图像采集单元和该第二图像采集单元的红外图像进行红外补光；该控制控制单元包括图像采集子单元，深度恢复子单元，坐标确定子单元及手势操作子单元，其中，该图像采集子单元用于通过该第一图像采集单元获取该投影桌面在当前时刻的第一红外图像帧和第一彩色图像帧，并通过该第二图像采集单元获取该投影桌面在当前时刻的第二红外图像帧和第二彩色图像帧；该深度恢复子单元用于根据该第一红外图像帧和该第二红外图像帧恢复手指深度，并根据该第一彩色图像和该第二彩色图像恢复投影桌面深度；该坐标确定子单元用于根据该手指深度及该投影桌面深度确定手势及手势的坐标信息；该手势操作子单元用于根据该手势及手势的坐标信息确定该手势所表示的操作并对该投影单元进行相应的操作。
本发明实施例的基于手势的投影交互方法及投影交互设备，通过两个同时具备红外图像和彩色图像采集功能的相机分别依次采集红外图像和彩色图像，进而根据两个相机采集的红外图像恢复手指深度，根据两个相机采集的彩色图像恢复投影桌面深度，从而能够准确确定手指深度与投影桌面深度之间的关系，进而确定手势所表示的操作，具有较好的手势识别效果。
附图说明
图1是本发明实施例基于手势的投影交互方法流程图。
图2是本发明实施例投影交互设备的一种外部结构示意图。
图3是本发明实施例投影交互设备的结构示意图。
图4是本发明实施例投影交互设备的另一结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例基于手势的投影交互方法流程图。该方法应用于投影交互设备，由投影交互设备的控制装置执行。该投影交互设备包括投影单元、第一相机、第二相机，该第一相机和该第二相机都能够交替获取红外图像和彩色图像，该第一相机的图像采集区域和该第二相机的图像采集区域的重叠区域覆盖该投影单元的投影桌面。该方法包括：
101，在预定时间段内依次通过第一相机获取投影桌面的第一红外图像帧和第一彩色图像帧，并在该预定时间段内依次通过第二相机获取该投影桌面的第二红外图像帧和第二彩色图像帧。
应理解，投影桌面是指投影单元投影形成图像的区域，可以是墙壁、投影屏幕，等等。
应理解，该预定时间段是较短的一段时间，在该预定时间段内，可以认为投影桌面没有改变。或者说，可以将在预定时间段采集的第一红外图像帧、第一彩色图像帧、第二红外图像帧和第二彩色图像帧视为同一个投影桌面不同角度、不同方式采集的结果。例如，可以规定该预定时间段是5个帧所占据的时间，在这段时间内，投影桌面基本上不会有太大的变化。当然，该预定时间段还可以规定为更长的一段时间或更短的一段时间。
另外，第一相机和第二相机能够交替获取红外图像和彩色图像，因而可以通过第一相机和第二相机分别依次获取红外图像帧和彩色图像帧。第一相机可以先获取第一红外图像帧，再获取第一彩色图像帧，或者先获取第一彩色图像帧，再获取第一红外图像帧。类似地，第二相机可以先获取第二红外图像帧，再获取第二彩色图像帧，或者先获取第二彩色图像帧，再获取第二红外图像帧。
102，根据该第一红外图像帧和该第二红外图像帧恢复手指深度，并根据该第一彩色图像和该第二彩色图像恢复投影桌面深度。
应理解，通过双目算法，根据红外图像帧恢复手指深度的方法，以及根据彩色图像恢复投影桌面深度的方法，可参考现有技术，本发明实施例在此不再赘述。
103，根据该手指深度及该投影桌面深度确定手势及手势的坐标信息。
104，根据该手势及手势的坐标信息确定该手势所表示的操作并对该投影单元进行相应的操作。
本发明实施例中，通过两个同时具备红外图像和彩色图像采集功能的相机分别依次采集红外图像和彩色图像，进而根据两个相机采集的红外图像恢复手指深度，根据两个相机采集的彩色图像恢复投影桌面深度，从而能够准确确定手指深度与投影桌面深度之间的关系，进而确定手势所表示的操作，具有较好的手势识别效果。
可选地，作为一个实施例，步骤104中，根据该手势及手势的坐标信息确定该手势所表示的操作包括：根据多个连续的手势及对应的坐标信息确定手势所对应的操作；或者，根据单个手势及对应的坐标信息确定手势所对应的操作。
例如，在确定拖拽的操作时，可以通过多个连续的手势及对应的坐标信息来确定。又例如，在确定点击的操作时，可以通过单个手势及对应的坐标信息确定，等等。当然，还可以通过多个连续的手势及对应的坐标信息确定其它操作，或者通过单个手势及对应的坐标信息确定其它操作，具体实现可参考现有技术，本发明实施例在此不再赘述。
可选地，作为一个实施例，该投影交互设备还包括红外补光灯，该红外补光灯用于对该第一相机和该第二相机的红外图像进行红外补光。通过红外补光，能够使得采集的红外图像较为清晰，进而能够保证恢复的手指深度的准确性。
可选地，该方法还可包括：确定该第一相机的图像采集区域与该投影桌面之间的像素对应关系；其中，步骤103具体可实现为：根据该手指深度及该投影桌面深度获取该手势在该第一相机的图像采集区域中的第一坐标；根据该第一坐标以及该像素对应关系确定该手势在该投影桌面中的第二坐标，该第二坐标为该手势的操作坐标。当然，也可确定第二相机的图像采集区域与该投影桌面之间的像素对应关系，本发明实施例在此不再赘述。
下面，将结合具体的例子，对本发明实施例的方法做进一步的描述。
图2是本发明实施例一种投影交互设备的外部结构示意图。如图2所示，该投影交互设备可包括：红外彩色相机1、红外彩色相机2、投影仪、红外补光灯。其中，投影仪用于生成投影桌面；红外彩色相机1和红外彩色相机2都能够交替获取红外图像和彩色图像，并且红外彩色相机1的图像采集区域和红外彩色相机2的图像采集区域的重叠区域覆盖该投影单元的投影桌面。也就是说，红外彩色相机1和红外彩色相机2都能够采集投影桌面区域的红外图像和彩色图像。红外补光灯用于对红外彩色相机1和红外彩色相机2采集的红外图像进行补光，以获得效果更佳的红外图像。具体操作步骤如下：
第一步，红外彩色相机1和红外彩色相机2分别交互采集红外图像帧和彩色图像帧。
两个相机采集红外图像帧和彩色图像帧的时间间隔很短，此时投影桌面可看作未发生变化。
第二步，根据双目算法，利用红外彩色相机1和红外彩色相机2采集的红外图像恢复手指深度。
应理解，本发明实施例中，红外补光灯能够对红外彩色相机1和红外彩色相机2采集的红外图像进行补光，以获得效果更佳的红外图像，从而能够更准确地恢复手指深度。当然，如果没有红外补光灯，也可以恢复手指深度，只是恢复的手指深度误差可能会大一些，但并不影响本发明实施例图1所示的方法的执行。
另外，根据双目算法恢复手指深度的方法，其具体实现可参考双目算法及红外图像恢复深度的算法，本发明实施例在此不再赘述。
第三步，根据双目算法，利用红外彩色相机1和红外彩色相机2采集的彩色图像恢复投影桌面深度。
类似地，根据双目算法投影桌面深度的方法，其具体实现可参考双目算法及彩色图像恢复深度的算法，本发明实施例在此不再赘述。
另外，应理解，步骤中，第二步和第三步在时间上没有先后顺序的限制。
第四步，通过标定，得到投影仪图像与相机图像之间的像素对应关系。
可通过多种方式标定投影仪图像与相机图像之间的像素对应关系。
本发明的一个实施例，n是投影仪所投在物体上的平面方程(比如投在墙面上，就是墙面的平面方程)，Kp是投影仪内参，Rp是投影仪到相机的旋转矩阵，tp是投影仪到相机的平移矩阵，Kc是相机的内参，Xc是相机中的一个点坐标，Xp是映射后的投影仪坐标。则投影仪图像与相机图像之间的像素对应关系如下：
Xp＝Kp(Rp-tpnT)P＝Kp(Rp-tpnT)Kc -1Xc。
其中，平面方程nTP+1＝0。
也就是说，投影仪图像与相机图像之间可以用以下公式表示：
Xp＝HpcXc。
其中，Hpc＝Kp(Rp-tpnT)Kc -1。
当Rp、tp给定时，映射Hpc只和平面nT有关。
当然，应理解，可能还存在其它标定投影仪图像与相机图像之间的像素对应关系的方式，具体实现可参考现有技术，本发明实施例在此不作限制。
第五步，利用手势识别算法识别手势，并根据第四步的坐标映射关系，映射成对投影仪的操作。
在恢复手指深度后，可通过判断手指高度的变化，以及在上下左右方向上的变化来判断手指所做的动作，或者说识别手势。
利用手势识别算法识别手势的算法，可参考现有技术，本发明实施例在此不作赘述。
识别出手势后，可根据多个连续的手势及对应的坐标信息确定手势所对应的操作；或者，根据单个手势及对应的坐标信息确定手势所对应的操作。
然后，再根据手势的坐标，以及投影仪图像与相机图像之间的像素对应关系，确定投影仪的坐标，进而映射成对投影仪的操作。
图3是本发明实施例的投影交互设备300的结构示意图。如图3所示，投影交互设备300可包括：投影单元320、第一图像采集单元330、第二图像采集单元340及控制单元310。其中，
投影单元320用于将投影交互设备300的显示数据投影到投影桌面；
第一图像采集单元330和第二图像采集单元340用于交替获取红外图像和彩色图像，且第一图像采集单元330的图像采集区域和第二图像采集单元340的图像采集区域的重叠区域覆盖投影单元320的投影桌面；
控制控制单元310包括图像采集子单元311，深度恢复子单元312，坐标确定子单元313及手势操作子单元314，其中，
图像采集子单元311用于通过第一图像采集单元330获取该投影桌面在当前时刻的第一红外图像帧和第一彩色图像帧，并通过第二图像采集单元340获取该投影桌面在当前时刻的第二红外图像帧和第二彩色图像帧；
深度恢复子单元312用于根据该第一红外图像帧和该第二红外图像帧恢复手指深度，并根据该第一彩色图像和该第二彩色图像恢复投影桌面深度；
坐标确定子单元313用于根据该手指深度及该投影桌面深度确定手势及手势的坐标信息；
手势操作子单元314用于根据该手势及手势的坐标信息确定该手势所表示的操作并对投影单元320进行相应的操作。
本发明实施例中，投影交互设备300通过两个同时具备红外图像和彩色图像采集功能的相机分别依次采集红外图像和彩色图像，进而根据两个相机采集的红外图像恢复手指深度，根据两个相机采集的彩色图像恢复投影桌面深度，从而能够准确确定手指深度与投影桌面深度之间的关系，进而确定手势所表示的操作，具有较好的手势识别效果。
可选地，作为一个实施例，在用于根据该手势及手势的坐标信息确定该手势所表示的操作的过程中，手势操作子单元314具体用于：根据多个连续的手势及对应的坐标信息确定手势所对应的操作；或者，根据单个手势及对应的坐标信息确定手势所对应的操作。
可选地，如图4所示，投影交互设备300还可包括红外补光单元350。红外补光单元350用于对第一图像采集单元330和第二图像采集单元340的红外图像进行红外补光。
可选地，坐标确定子单元313还用于确定第一图像采集单元330的图像采集区域与该投影桌面之间的像素对应关系；在用于根据该手指深度及该投影桌面深度确定手势及手势的坐标信息的过程中，坐标确定子单元313具体用于：根据该手指深度及该投影桌面深度获取该手势在第一图像采集单元330的图像采集区域中的第一坐标；根据该第一坐标以及该像素对应关系确定该手势在该投影桌面中的第二坐标，该第二坐标为该手势的操作坐标。
应理解，在实际的应用中，投影单元320可以是一个投影仪，或其它投影设备；第一图像采集单元330和第二图像采集单元340可以是具备红外图像和彩色图像采集功能的相机，或其它具备红外图像和彩色图像采集功能的图像采集设备；红外补光单元350可以是红外补光灯，或其它红外补光设备，等等。控制单元310可以是投影交互设备300内的一个控制器、控制芯片或其它控制设备，或者由多个装置构成，本发明实施例在此不作限制。
另外，投影交互设备300还可执行图1的方式，并具备投影交互设备在图1、图2所示实施例的功能，本发明实施例在此不再赘述。
在本发明中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件；当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件、也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。
Claims (9)
1.一种基于手势的投影交互方法，其特征在于，所述方法应用于投影交互设备，所述投影交互设备包括投影单元、第一相机、第二相机，所述第一相机和所述第二相机都能够交替获取红外图像和彩色图像，所述第一相机的图像采集区域和所述第二相机的图像采集区域的重叠区域覆盖所述投影单元的投影桌面，所述方法包括：
在预定时间段内依次通过所述第一相机获取所述投影桌面的第一红外图像帧和第一彩色图像帧，并在所述预定时间段内依次通过所述第二相机获取所述投影桌面的第二红外图像帧和第二彩色图像帧；
根据所述第一红外图像帧和所述第二红外图像帧恢复手指深度，并根据所述第一彩色图像和所述第二彩色图像恢复投影桌面深度；
根据所述手指深度及所述投影桌面深度确定手势及手势的坐标信息；
根据所述手势及手势的坐标信息确定所述手势所表示的操作并对所述投影单元进行相应的操作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述根据所述手势及手势的坐标信息确定所述手势所表示的操作包括：
根据多个连续的手势及对应的坐标信息确定手势所对应的操作；或者
根据单个手势及对应的坐标信息确定手势所对应的操作。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述投影交互设备还包括红外补光灯，所述红外补光灯用于对所述第一相机和所述第二相机的红外图像进行红外补光。
4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：确定所述第一相机的图像采集区域与所述投影桌面之间的像素对应关系；其中，
所述根据所述手指深度及所述投影桌面深度确定手势及手势的坐标信息包括：
根据所述手指深度及所述投影桌面深度获取所述手势在所述第一相机的图像采集区域中的第一坐标；
根据所述第一坐标以及所述像素对应关系确定所述手势在所述投影桌面中的第二坐标，所述第二坐标为所述手势的操作坐标。
5.一种投影交互设备，其特征在于，包括：投影单元、第一图像采集单元、第二图像采集单元及控制单元，其中，
所述投影单元用于将所述投影交互设备的显示数据投影到投影桌面；
所述第一图像采集单元和所述第二图像采集单元用于交替获取红外图像和彩色图像，且所述第一图像采集单元的图像采集区域和所述第二图像采集单元的图像采集区域的重叠区域覆盖所述投影单元的投影桌面；
所述控制控制单元包括图像采集子单元，深度恢复子单元，坐标确定子单元及手势操作子单元，其中，
所述图像采集子单元用于通过所述第一图像采集单元获取所述投影桌面在当前时刻的第一红外图像帧和第一彩色图像帧，并通过所述第二图像采集单元获取所述投影桌面在当前时刻的第二红外图像帧和第二彩色图像帧；
所述深度恢复子单元用于根据所述第一红外图像帧和所述第二红外图像帧恢复手指深度，并根据所述第一彩色图像和所述第二彩色图像恢复投影桌面深度；
所述坐标确定子单元用于根据所述手指深度及所述投影桌面深度确定手势及手势的坐标信息；
所述手势操作子单元用于根据所述手势及手势的坐标信息确定所述手势所表示的操作并对所述投影单元进行相应的操作。
6.如权利要求5所述的投影交互设备，其特征在于，在用于根据所述手势及手势的坐标信息确定所述手势所表示的操作的过程中，所述手势操作子单元具体用于：
根据多个连续的手势及对应的坐标信息确定手势所对应的操作；或者
根据单个手势及对应的坐标信息确定手势所对应的操作。
7.如权利要求5或6所述的投影交互设备，其特征在于，所述投影交互设备还包括红外补光单元，所述红外补光单元用于对所述第一图像采集单元和所述第二图像采集单元的红外图像进行红外补光。
8.如权利要求5至7任一项所述的投影交互设备，其特征在于，所述坐标确定子单元还用于确定所述第一图像采集单元的图像采集区域与所述投影桌面之间的像素对应关系；
在用于根据所述手指深度及所述投影桌面深度确定手势及手势的坐标信息的过程中，所述坐标确定子单元具体用于：根据所述手指深度及所述投影桌面深度获取所述手势在所述第一图像采集单元的图像采集区域中的第一坐标；根据所述第一坐标以及所述像素对应关系确定所述手势在所述投影桌面中的第二坐标，所述第二坐标为所述手势的操作坐标。
9.如权利要求5至8任一项所述的投影交互设备，其特征在于，所述第一图像采集单元和所述第二图像采集单元为具备采集红外图像和彩色图像的相机。
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