虛擬觸摸屏系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

　　該設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理裝置綜合應(yīng)用的識(shí)別算法包括：初始定位算法、手指識(shí)別算法、手指定位算法、點(diǎn)擊判定算法等。

　　3.1 初始定位

　　初始定位時(shí)，用戶在虛擬觸摸屏n×n 的棋盤格的每個(gè)頂點(diǎn)上均觸摸一次，以確定每個(gè)棋盤格在攝像頭拍攝圖像一維坐標(biāo)上的位置范圍，即建立每個(gè)棋盤格編號(hào)及其投影的起始位置和終止位置坐標(biāo)的對(duì)照表。例如：(i，x11，x12，x21，x22)記錄的是第i個(gè)棋盤格在x1坐標(biāo)軸上的起始位置為x11，終點(diǎn)位置為x12，在x2坐標(biāo)軸上的起始位置為x21，終點(diǎn)位置為x22。

　　同時(shí)初始設(shè)置時(shí)可以根據(jù)虛擬觸摸屏的長(zhǎng)寬和每個(gè)棋盤格在圖像上的投影確定攝像頭拍攝的每個(gè)棋盤格平行光的斜率。放大圖5 中的棋盤格s，得到圖6。假設(shè)攝像頭c1以斜率k平行拍攝由頂點(diǎn)v1、v2、v3、v4組成的棋盤格s，其邊(v4，v3)的長(zhǎng)度為a，在圖像平面上的投影(v3，v5)的長(zhǎng)度為a′，其邊(v1，v4)的長(zhǎng)度為b，在圖像平面的投影(v1，v5)的長(zhǎng)度為b′。已知虛擬觸摸屏的長(zhǎng)寬，每個(gè)棋盤格的長(zhǎng)a 和寬b 分別為其1/n，a′、b′可從拍攝的圖像上獲得，于是從攝像頭拍攝該棋盤格的平行光的斜率k 可由下式獲得：

　　將每個(gè)棋盤格的平行光的斜率構(gòu)造一張斜率表，例如：(i，k)表示攝像頭拍攝第i 個(gè)棋盤格的平行光的斜率。

　　另外，初始設(shè)置時(shí)可以確定手指觸摸投影到圖像上的直線的位置。如果在該直線上識(shí)別出手指，則認(rèn)為用戶進(jìn)行了觸摸操作。該直線實(shí)際上就是一維圖像采集裝置需要采集的一維數(shù)據(jù)。雖然使用二維圖像采集裝置攝像頭來拍攝二維圖像，但只使用其中的一維圖像數(shù)據(jù)，即這條直線上的圖像數(shù)據(jù)。

　　3.2 手指識(shí)別

　　需要在初始定位時(shí)確定的圖像的直線上進(jìn)行手指識(shí)別，判定用戶是否進(jìn)行了點(diǎn)擊操作，因此識(shí)別出手指在一維坐標(biāo)上的位置，是手指定位的前提和基礎(chǔ)。按照人手檢測(cè)的方法獲得人手區(qū)域及其手指的粗略位置。將其與直線相交，得到的點(diǎn)即為一維坐標(biāo)點(diǎn)。

　　3.3 手指定位

　　根據(jù)兩個(gè)攝像頭同時(shí)拍攝的圖像直線上的兩點(diǎn)，分別建立虛擬觸摸屏平面內(nèi)的兩條直線方程，二者相交的點(diǎn)即為虛擬觸摸屏平面上的點(diǎn)。當(dāng)某點(diǎn)屬于若干個(gè)棋盤格時(shí)，需進(jìn)行特殊處理，計(jì)算出點(diǎn)坐標(biāo)，檢查其是否在該棋盤格內(nèi)，若是，則得出點(diǎn)坐標(biāo);否則，保留直線方程，選擇一個(gè)離棋盤格中心點(diǎn)距離最近的點(diǎn)作為點(diǎn)坐標(biāo)。直線方程y=k·x+b (2)其中，k 表示斜率，b 表示截距。

　　具體方法如下：首先根據(jù)兩幅圖像中手指點(diǎn)的一維坐標(biāo)來確定觸摸的二維平面的棋盤格范圍。查坐標(biāo)對(duì)照表，如果該點(diǎn)既在x1軸上第i 個(gè)棋盤格的范圍內(nèi)，又在x2軸上第i 個(gè)棋盤格的范圍內(nèi)，則該點(diǎn)屬于第i 個(gè)棋盤格。

　　確定棋盤格后，查斜率表可獲得直線方程的斜率k，接下來需要求出截距b。如圖7 所示，當(dāng)用戶在某點(diǎn)觸摸時(shí)，表現(xiàn)為圖像中直線上的某點(diǎn)v′，它是由虛擬觸摸屏平面內(nèi)過棋盤格內(nèi)對(duì)角線上的點(diǎn)v、斜率為k 的直線上的任意一點(diǎn)產(chǎn)生的，其中點(diǎn)v 是由v′作攝像頭拍攝光的平行線與棋盤格的對(duì)角線的交點(diǎn)。由于

，根據(jù)v1的坐標(biāo)和下式：

　　可求出v 點(diǎn)的二維坐標(biāo)，于是以斜率k、點(diǎn)v 的坐標(biāo)代入直線方程y=k·x+b 求出截距b于是，圖像中的任意一點(diǎn)v′，實(shí)際上是手指在直線方程為y=k·x+b 的直線上的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。其中k 是該棋盤格內(nèi)平行光的斜率，b 是通過v 點(diǎn)直線方程的截距。

　　同時(shí)在右邊攝像頭拍攝的圖像中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)可以獲得虛擬觸摸屏平面內(nèi)的另外一條直線，兩條直線相交，即可根據(jù)兩幅圖像中的點(diǎn)坐標(biāo)求得手指觸摸虛擬觸摸屏平面上的點(diǎn)坐標(biāo)。

　　3.4 點(diǎn)擊判定

　　點(diǎn)擊判定算法根據(jù)不同時(shí)間的手指位置檢測(cè)是否產(chǎn)生點(diǎn)擊操作。如果在初始定位時(shí)設(shè)置的直線位置上一定時(shí)間內(nèi)識(shí)別到手指的有無，則表明進(jìn)行了點(diǎn)擊操作。

　　4 結(jié)語

　　設(shè)計(jì)了一種虛擬觸摸屏系統(tǒng)，其特色在于由圖像采集裝置獲取的一維圖像數(shù)據(jù)來確立用戶手指觸摸二維虛擬觸摸屏上的位置坐標(biāo)。前提是一維圖像采集裝置的安裝位置，它從根本上解決了大屏幕觸摸屏中人體遮擋手指無法識(shí)別的問題，且其進(jìn)行的是一維數(shù)據(jù)的處理，相比于二維圖像處理算法更加簡(jiǎn)單。