1 引言

觸摸屏是繼鍵盤、鼠標(biāo)之后最為普遍接受的輸入方式，它方便了人們對計(jì)算機(jī)的操作，用戶只要用手指輕輕地觸碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)，非常適合多媒體信息查詢，是一種極有發(fā)展前途的交互式輸入設(shè)備。目前，普通觸摸屏主要有紅外線式、電阻式、表面聲波式、電容式等類型，然而這些類型的大屏幕尤其是超大屏幕觸摸屏產(chǎn)品，均存在價(jià)格昂貴、通用性差、穩(wěn)定性差、準(zhǔn)確性差的問題。現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了一種基于攝像頭的虛擬觸摸屏系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的觸摸屏的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，它由多個攝像頭拍攝手指在虛擬觸摸屏上的移動和點(diǎn)擊操作，從拍攝的圖像中將人手區(qū)域分割出來，進(jìn)而提取手指的邊緣輪廓，將手指輪廓的B 樣條曲線的第4 個控制點(diǎn)定義為手指位置，由二維坐標(biāo)射影變換公式轉(zhuǎn)換進(jìn)而獲得手指在顯示屏幕上的位置坐標(biāo)。這一技術(shù)方案本質(zhì)是用多個攝像頭將手指及觸摸屏的三維圖像轉(zhuǎn)換成多個二維圖像，進(jìn)而從這些二維圖像中識別出手指及手指的移動、點(diǎn)擊等動作。因?yàn)榕臄z的圖像必須包含顯示屏幕，所以攝像頭必須放置在顯示屏幕的前方，對于大屏幕觸摸屏必然存在人體遮擋無法識別手指的問題。該文設(shè)計(jì)的虛擬觸摸屏系統(tǒng)由一維圖像采集裝置采集手指在虛擬觸摸屏上的一維數(shù)據(jù)，由多個一維數(shù)據(jù)識別手指在二維虛擬觸摸屏上的位置坐標(biāo)，從而完成人機(jī)交互。

2 系統(tǒng)概述

虛擬觸摸屏系統(tǒng)由至少兩個一維圖像采集裝置、顯示屏和數(shù)據(jù)處理裝置組成。一維圖像采集裝置設(shè)置在虛擬觸摸屏的四周，每個一維圖像采集裝置獲取的一維圖像所在面與虛擬觸摸屏處于同一平面；虛擬觸摸屏與顯示屏幕的形狀和尺寸完全相同，虛擬觸摸屏與顯示屏幕處在同一平面內(nèi)，或虛擬觸摸屏處于顯示屏幕的正前方且平行于顯示屏幕；多個一維圖像采集裝置將手指在虛擬觸摸屏上的位置和點(diǎn)擊動作轉(zhuǎn)換成多個一維圖像中的點(diǎn)及點(diǎn)的有無，數(shù)據(jù)處理裝置根據(jù)一維圖像中點(diǎn)的信息識別手指在虛擬觸摸屏中的兩維直角坐標(biāo)，并執(zhí)行相應(yīng)的操作，完成人機(jī)交互功能。它結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，造價(jià)低廉，解決了使用圖像技術(shù)實(shí)現(xiàn)的普通觸摸屏存在的人體遮擋手指的問題，特別適用于大屏幕觸摸系統(tǒng)。一維圖像采集裝置采用一維線性傳感器，配合設(shè)置鏡頭、信號轉(zhuǎn)換和接口電路實(shí)現(xiàn)；或采用兩維圖像采集裝置攝像頭，以攝像頭采集到的兩維圖像中的一行或一列的圖像數(shù)據(jù)作為所需的一維圖像數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主視示意圖

圖2 虛擬觸摸屏位置示意圖

與已有技術(shù)相比，該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：

（1）圖像采集裝置設(shè)置在虛擬觸摸屏的四周，其拍攝方向與虛擬觸摸屏平行，從根本上解決了人體遮擋引起手指無法識別的問題，尤其是因其避免了人體遮擋的問題，因而可以擴(kuò)展到投影屏幕、普通墻面等任何大屏幕，通用性好。

（2）只需進(jìn)行一維圖像數(shù)據(jù)的處理，相比于二維圖像的數(shù)據(jù)處理，其過程大為簡化、算法簡單。

（3）采用一維線性傳感器，配合設(shè)置鏡頭、信號轉(zhuǎn)換和接口電路，其配置簡單，價(jià)格便宜。

（4）也可以采用兩維圖像采集裝置攝像頭，以兩維圖像中的一行或一列的圖像數(shù)據(jù)作為所需的一維圖像數(shù)據(jù)，易于實(shí)施。

（5）一般情況下只要使用兩個圖像采集裝置。使用兩個以上圖像采集裝置可以減小圖像采集裝置與顯示屏之間的距離，對于較大屏幕來說，可以使整個系統(tǒng)更加緊湊。