CN207993086U - 一种交互展示装置 - Google Patents

Abstract

一种交互展示装置，用于增强现实的交互展示，该交互展示装置包括：展示面；至少一个感应线圈，该感应线圈贴合在所述展示面的一个交互点上；至少一个触摸芯片，该触摸芯片与对应的感应线圈连接；微处理器，该微处理器除了与所述触摸芯片连接外，还与一个通信接口芯片连接；电源芯片，为所述微处理器、触摸芯片和通信接口芯片供电；触摸芯片、微处理器、通信接口芯片和电源芯片被集成在一个交互控制盒内。交互展示装置还包括服务器和投影机。

Description

一种交互展示装置

技术领域

本实用新型涉及一种可用于科普宣传教育领域的交互展示装置。

背景技术

近年来，在展览展示项目中，经常见到这样一种演绎方式，这种方式的基本展示方法是，利用一个水平或者垂直的投影面与参观者或者用户进行交互。这种基于增强虚拟现实的交互展示方式，非常适合用于科普宣传教育。为了实现这种可交互的展示方式，在技术上可以有较为成熟的以下几种实现方法。

一种实现技术是基于摄像头红外成像分析技术。红外成像模式是常用的技术，其原理是：使用不可见红外灯光照射交互区域，形成一层红外反射面，利用经过红外滤光处理的摄像头将交互人员遮挡后的影像进行分析处理。最新的分析技术是基于OpenCV技术的高速图像分析方法。以此获得经阻断的红外反射面图像中的阴影位置作为交互触发位置，并将之二维坐标传递给交互软件***，由后台交互管理***针对交互的二维坐标作出反馈，通过渲染***渲染出相应的影像进行交互展示。

红外成像分析技术的优势在于其实施成本较低，交互装置只需要红外灯和经过红外滤光改造的普通CCTV摄像机，配合安装在PC机上的图像捕捉接口和相关软件，即可实施。每平方米交互范围的交互装置费用在千元人民币级别。而缺点在于，由于摄像机的拍摄和红外灯照射角度问题，造成了装置的分辨率较低，只能对较大的遮挡体进行反馈。同时，由于需要进行大计算量的图像识别分析，所以交互延时较为严重。

另外一种实现方式是基于红外对射式交互技术。红外对射式交互技术也是一项成熟的技术，其起源于红外对射式传感器，原来应用于工业检测。在多媒体交互需求的发展中，红外对射式交互装置以其技术简单、价格低廉(相对于电容交互模式、等离子交互模式和声波交互模式)等特点曾一度占据触摸屏交互市场的90％以上份额。其技术的全名叫做“主动红外线阻断探测”，其基本的构造包括发射端、接收端、光束强度控制、光学透镜等。原理是利用红外发光二极管发射的红外射线，再经过光学透镜做聚焦处理，使光线传至很远距离，最后光线由接收端的光敏晶体管接收。当有物体挡住发射端发射的红外射线时，由于接收端无法接收到红外线，所以会发出触发信号。红外线是一种不可见光，而且会扩散，投射出去之后，在起始路径阶段会形成圆锥体光束，随着发射距离的增加，其理想强度与发射距离呈反平方衰减。当物体越过其探测区域时，遮断红外射束而引发触发信号。红外触摸屏就是在紧贴屏幕前密布X、Y方向上的红外线矩阵，通过不停的扫描是否有红外线被物体阻挡检测并定位用户的触摸。并根据红外线被遮挡的X、Y方向上的位置输出相应的二维坐标，并将之二维坐标传递给交互软件***，由后台交互管理***针对交互的二维坐标作出反馈，通过渲染***渲染出相应的影像进行交互展示。相似的技术还有声波对射阻断探测交互方式和等离子射线阻断探测交互技术，在此一起进行优缺点的分析，就不再复述了。

红外对射式交互技术的优势在于，相对于较小的展示面来说，其分辨率是相对较高的，其分辨率可以达到4096*4096DPI的交互分辨率。其稳定性也相对较高，由于其主要组成部分是红外二极管和光敏电阻，其工业化程度较高，使得其稳定性也达到了较高的水平。另外，由于这个方案的主要设备寿命取决于红外发光二极管的寿命，这也就赋予了这类交互装置具有长寿命，高耐久，不受电气干扰的特性。该方式的主要弱势在于，由于此类方案使用的是各种媒体的阻断测试来实现交互坐标判断的，也就相应会对同类的物质具有误判性，也就是存在红外设备针对强光具有弱抗性，声波设备对强噪音有若抗性等，这样就限制了本类设备的使用范围。其次由于这类二维坐标定位设备感知范围大小就是探测矩阵的大小，当需要扩充感知交互范围的时候，只能简单的增加探测矩阵的大小，在大型交互项目中，按照平方计算的情况下，费用就会过大，本类交互装置的每平方米成本达到万元人民币以上，并且由于装置的安装是表面化的，需要安装在交互内容的上层，并且是对称直线式的，造成了交互内容的造型设计困难。

第三种方式是，激光雷达定位交互方式。激光雷达工作在红外和可见光波段的，以激光为工作光束。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理***等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光学接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到计算设备。激光雷达的作用是能精确测量目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达***。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。在交互方案中，激光雷达的作用是在交互表面形成一片距离交互面2mm-10mm左右的激光扫描光幕，通过对光幕中运动的交互体的位置和运动状态的探知，形成相对于激光发射点的二维坐标，以达到交互的作用。该雷达的优点是，体积小、质量轻、感应面积大、价格便宜。

但是，激光雷达的缺陷也是非常明显的，首先，工作时受环境和大气影响大。激光一般在晴朗的天气里衰减较小，传播距离较远。而在潮湿、浓烟、浓雾等坏天气里，衰减急剧加大，传播距离大受影响。如工作波长为10.6μm的co2激光，是所有激光中大气传输性能较好的,在坏天气的衰减是晴天的6倍。而且，空气环流还会使激光光束发生畸变、抖动，直接影响激光雷达的测量精度。并且其精度较低，在正常情况下其分辨率只能达到厘米级别，所以精细的交互需求中是无法使用这类设备的。

第四种方式是纳米导电墨水交互方式。纳米导电墨水交互方式是2017年刚兴起的一种带有艺术感的新媒体交互方式，其原理是利用纳米级银和石墨材料的导电特性，通过人体接触，产生短路电流，以激发相应的交互动作。这种纳米材料原来的开发用途是应用于精细级的电路打印工艺，能够在多种材料上通过打印机进行电路的打印，这样就能够大大降低电路的制备工艺成本，甚至通过提高专业打印机的打印分别率，将电路制备等级轻易地提升到纳米级别。2017年欧洲的某新媒体公司在展会上推出了以导电墨水打印成的展项，通过人体触摸，形成短路电流，以激发相应的投影影像，形成增强现实的展示效果，从此纳米导电墨水交互方式进入了交互展示行业。

纳米导电墨水方式的优点是，实施简单，只需要对展示图案进行计算机绘制，并根据展示交互所需触摸图案的情况进行间隔性的电路设置，然后直接通过打印机即可大面积打印实施，再通过导电胶粘连节点到信号收集装置，即可实施交互位置的确认，从而产生交互效果。而且由于导电墨水的打印材质可以是柔性材料，所以导电墨水交互方式有前面3个方式中所不可能实现的曲面交互的实现，为展示中的项目设计提供了更大的设计空间和显现方式。

导电墨水最大的缺陷在于，其必须是预制的。如果分块打印则需要在现场进行较为精密的线路粘接工作。所以目前来说，这类展项通常都是切割成较小交互块面，并按照交互块面进行交互的。同时由于成本的问题，在交互区块比较稀疏的大型展项上，这个交互方式还是存在实施成本过高的问题。

实用新型内容

本实用新型的实施例公开了一种交互展示装置，该装置是一种针对科普宣传教育中使用的虚拟影像交互控制装置，目的是解决现有技术中存在的技术缺陷或者成本过高的问题。

本实用新型的一个实施例是，一种交互展示装置，用于增强现实的交互展示，该交互展示装置包括：

展示面；

至少一个感应线圈，该感应线圈贴合在所述展示面的一个交互点上；

至少一个触摸芯片，该触摸芯片与对应的感应线圈连接；

微处理器，该微处理器除了与所述触摸芯片连接外，还与一个通信接口芯片连接；

电源芯片，为所述微处理器、触摸芯片和通信接口芯片供电；

所述触摸芯片、微处理器、通信接口芯片和电源芯片被集成在一个交互控制盒内；

服务器，与所述交互控制盒内的通信接口芯片连接；

投影机，与服务器连接。

本实用新型通过在展示面的交互控制点采用感应线圈的方式，将交互信号通过交互控制盒传输至服务器，触发调动服务器内的图像数据通过投影机投射至展示面，形成增强现实的展示效果。由此获得的有益效果包括：

1.极高的性价比。如果以展示面的交互点为实施单位进行核算，大大降低了大型交互展项的实施成本。

2.容易实施。利用简易工具，通过预制部件，现场以最少的人工，可瞬间完成实施。

3.很高的可靠性。可以采用能够量产的工业化部件，这样在保证了元器件价格优势的情况下又可以保证其稳定性。

4.有广泛的适用性。针对当前科普展示特点和Mopping多边形投影技术的普及，展示互动面将会向多变形化、非对称化、凹凸弧面化发展。针对这些需求，本实用新型将交互点做成一个模块化、可变性的构件，通过串联级通有在额定功率下无限扩展的可能性。并且可以根据现场情况进行弯折变形，以适合展项需求。安装采用胶连方式，通过≤2mm的双面胶进行直接粘贴，就可获得良好的交互触发性。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，其中：

图1是本实用新型一个实施例中交互展示装置交互控制原理示意图。

图2是本实用新型一个实施例中交互展示装置组成示意图。

图3是本实用新型一个实施例中感应线圈的示意图。

图4是本实用新型一个实施例中触摸芯片连接电路示意图。

图5是本实用新型一个实施例中微处理器连接电路示意图。

图6是本实用新型一个实施例中通信接口芯片连接电路示意图。

其中，1——感应线圈，2——触摸芯片，3——通信接口芯片，4——微处理器，5——电源芯片，6——交互控制盒，7——显示面，8——服务器，9——投影机。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的一个实施例。用于增强现实的交互展示装置包括：

展示面，用于展示影像或者图像；

多个感应线圈，感应线圈贴合在所述展示面的某一个交互点上；

多个触摸芯片，每个触摸芯片与对应的感应线圈连接；

微处理器，该微处理器除了与所述触摸芯片连接外，还与一个通信接口芯片连接；

电源芯片，为所述微处理器、触摸芯片和通信接口芯片供电。

所述触摸芯片、微处理器、通信接口芯片和电源芯片被集成在一个交互控制盒内的电路板上。

如图2所示的一个实施例中，交互展示装置包括展示面、交互控制盒、服务器和投影机。服务器与交互控制盒内的通信接口芯片连接，服务器与投影机连接。展示面是预设的交互场景，以二维简单色彩线条构成，作为常态静画面，起到了对交互者进行提示和引发交互的作用。

当交互者接触了展示面上的交互点感应线圈的区域时，由于感应线圈的容抗发生变化，交互控制盒接收判断交互点感应线圈对应的展示面上交互坐标信息，然后反馈给服务器，通过投影机输出交互影像。服务器配置有多块GPU卡，可以适应投影图像的渲染和融合计算需要。投影机是带有反射镜头的激光高清投影机，具有高对比、高色彩解析的情况下，能够很好的适应各种科普场馆中的应用。

如图3所示，本实用新型的一个实施例中，感应线圈的螺旋图形，感应线圈的线径为0.3毫米，用双面胶直接粘合在展示面的交互点上。

如图4所示，本实用新型的一个实施例中，触摸芯片采用SGL8022，该芯片的T1管脚连接所述的感应线圈，SO管脚通过一个NPN三极管8050连接微处理器的IO口。该芯片还采用一个7805芯片给予连接供电。

如图5所示，本实用新型的一个实施例中，微处理器采用ATmega328P，微处理器的端口上连接2个LED，用于指示交互控制盒的工作状态。

如图6所示，本实用新型的一个实施例中，通信接口芯片采串口CH341T，用于与服务器的通信连接。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本实用新型创造的精神和原理，但是应该理解，本实用新型并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本实用新型旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (8)

1.一种交互展示装置，用于增强现实的交互展示，其特征在于，该交互展示装置包括：

展示面，用于展示影像；

至少一个感应线圈，该感应线圈贴合在所述展示面的一个交互点上；

至少一个触摸芯片，该触摸芯片与对应的感应线圈连接；

微处理器，该微处理器除了与所述触摸芯片连接外，还与一个通信接口芯片连接；

电源芯片，为所述微处理器、触摸芯片和通信接口芯片供电；

所述触摸芯片、微处理器、通信接口芯片和电源芯片被集成在一个交互控制盒内。

2.如权利要求1所述的交互展示装置，其特征在于，所述交互展示装置还包括服务器和投影机，

所述服务器与所述交互控制盒内的通信接口芯片连接，所述服务器与投影机连接。

3.如权利要求1所述的交互展示装置，其特征在于，所述触摸芯片采用SGL8022，该芯片的T1管脚连接所述的感应线圈，SO管脚通过一个三极管连接微处理器的IO口。

4.如权利要求1所述的交互展示装置，其特征在于，所述微处理器采用ATmega328P。

5.如权利要求1所述的交互展示装置，其特征在于，所述通信接口芯片采用CH341T。

6.如权利要求1所述的交互展示装置，其特征在于，所述感应线圈的线径为0.3毫米。

7.如权利要求6所述的交互展示装置，其特征在于，所述感应线圈用双面胶直接粘合在展示面的交互点上。

8.如权利要求2所述的交互展示装置，其特征在于，所述投影机是带有反射镜头的激光高清投影机。