一种基于固态激光雷达触控交互系统的制作方法

1.本发明属于人机交互领域，具体涉及一种基于固态激光雷达的触控交互系统。


背景技术：

2.现有的大屏幕触控交互设备一般使用红外框、摄像头、机械扫描式激光雷达等技术去检测触摸事件，并和显示设备集成在一起，组成触控交互系统。
3.红外框技术虽然技术成熟，精度高，但是它安装维护繁琐，显示设备需要突出边框影响美观，在大尺寸触控场合也面临着成本过高的问题。
4.摄像头技术一般采用发射器和接收器分体式设计，发射器与接收器之间需要有大于50cm的间距，也面临着安装维护麻烦、用户交互过程中容易遮挡接收器等问题。
5.机械扫描式激光雷达是一体式设计，安装简单，但是因为工作中有机械转动，所以也存在寿命不高，刷新率低等问题。


技术实现要素：

6.本发明目的在于提供一种基于固态激光雷达的触控交互系统。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是这样实现的：
8.一种基于固态激光雷达的触控交互系统，包括：
9.电脑主体，所述电脑主体内运行有数据处理程序和应用程序；
10.投影仪，所述电脑主体与投影仪之间通过显示接口连接，用以投射电脑画面；
11.设置在投影仪后侧的成像平面，所述投影仪将电脑画面投影到成像平面上；
12.设置在成像平面上的固态激光雷达，且固态激光雷达发射光膜，所述固态激光雷达与电脑主体之间电性连接；
13.当用户在成像平面上触摸时，所述数据处理程序接收固态激光雷达发送过来的点云数据，并经算法处理后检测出使用者在成像平面上的触摸事件，发送给应用程序，所述应用程序接收触摸事件，显示相应的画面，完成和用户的交互。
14.作为本发明的一种优选方案，所述成像平面为显示投影仪画面的平面。
15.作为本发明的一种优选方案，所述显示投影仪画面的平面为黑板、墙面或者投影幕布。
16.作为本发明的一种优选方案，所述固态激光雷达内设置有微调机构，通过微调机构调整固态激光雷达发射的光膜的角度，使得固态激光雷达发射的光膜与成像平面平行，且二者间距小于5mm。
17.作为本发明的一种优选方案，所述微调机构包括两个调节旋钮，用于分别实现固态激光雷达发射的光膜在成像平面上的上下调节和左右调节。
18.作为本发明的一种优选方案，所述固态激光雷达发射的光膜由发射的不可见光光膜和发射的可见光光膜组成；
19.当发射的不可见光光膜与可见光膜重合时，用以向安装维护人员指示不可见光光
膜的空间位置。
20.作为本发明的一种优选方案，所述固态激光雷达为2d固态激光雷达，所述固态激光雷达发射出不可见光光膜覆盖在成像平面上，当用户触摸成像平面时阻挡了不可见光光膜，被固态激光雷达检测到并计算出位置坐标信息。
21.作为本发明的一种优选方案，所述固态激光雷达的角度分辨率小于或者等于0.15
°
。
22.作为本发明的一种优选方案，所述数据处理程序处理步骤为：
23.s1、当用户在成像平面上触摸时，固态激光雷达获取点云数据并将其发送至电脑主体上，电脑主体获取固态激光雷达发送的点云数据，实现数据处理程序接收固态激光雷达发送过来的点云数据；
24.s2、数据处理程序对点云数据进行滤波和聚类；
25.s3、数据处理程序提取滤波和聚类后的点云数据的触摸点坐标；
26.s4、数据处理程序将触摸点坐标由固态激光雷达坐标系变换到显示坐标系上面，从而获得最终的触摸事件；
27.s5、数据处理程序将最终的触摸事件发送给应用程序。
28.本发明可带来以下有益效果：
29.(1)本发明采用固态激光雷达配合常见的投影仪及电脑主体组成交互系统，安装维护简单。
30.(2)本发明中固态激光雷达无机械磨损，刷新率高，寿命长。
31.(3)本发明中固态激光雷达的角度分辨率高，距离远，特别适合大尺寸的触控交互场合。
32.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明一种基于固态激光雷达的触控交互系统的系统组成图；
35.图2是本发明一种基于固态激光雷达的触控交互系统中的触摸点检测图；
36.图3是本发明一种基于固态激光雷达的触控交互系统中数据处理程序处理步骤流程图。
37.图中，电脑主体1、固态激光雷达2、成像平面3、投影仪4、不透明物体5。
具体实施方式
38.为进一步阐述本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提供的一种基于固态激光雷达的触控交互系统
具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
39.请参阅图1，一种基于固态激光雷达的触控交互系统，包括电脑主体1、固态激光雷达2、成像平面3和投影仪4，本发明采用固态激光雷达2配合常见的投影仪4及电脑主体1组成交互系统，安装维护简单，同时固态激光雷达2无机械磨损，刷新率高，寿命长，固态激光雷达2还具有的角度分辨率高，距离远的功效，特别适合大尺寸的触控交互场合，具体的如下详细阐述：
40.电脑主体1，电脑主体1内运行有数据处理程序和应用程序，数据处理程序用于处理激光雷达发送过来的点云数据，进行包括滤波、聚类、聚类分析以及坐标运算等步骤，采用这些步骤提取出坐标，最终提取出点云数据中的触摸点的坐标，将其封装成为触摸事件，通过tuio协议发送给应用程序，应用程序接收到触摸事件后，根据实际应用需求的不同，调整显示画面，完成和用户的交互：例如计算器软件，通过识别用户点击的不同按钮，完成数字的输入与计算功能；例如画图软件，通过检测用户的触摸轨迹，将其在显示画面上画出，上述只是简单阐述了数据处理程序和应用程序的大致思路，本领域技术人员根据上述思路可完成相应的编程代码、输入相应的算法以及协议，此处均为本领域技术人员的公知常识，故而不再对其编程代码、算法以及协议部分作过多赘述；
41.具体的，请参阅图3，数据处理程序处理步骤为：
42.s1、当用户在成像平面3上触摸时，固态激光雷达2获取点云数据并将其发送至电脑主体1上，电脑主体1获取固态激光雷达2发送的点云数据，实现数据处理程序接收固态激光雷达2发送过来的点云数据；
43.s2、数据处理程序对点云数据进行滤波和聚类；
44.s3、数据处理程序提取滤波和聚类后的点云数据的触摸点坐标；
45.s4、数据处理程序将触摸点坐标由固态激光雷达坐标系变换到显示坐标系上面，从而获得最终的触摸事件；
46.请参阅图2：当用户使用不透明物体5触摸到成像平面3时，固态激光雷达2发射出来的不可见光膜被不透明物体5挡住，然后反射回来被固态激光雷达2接收到，同时得出距离信息d以及角度信息θ，需要进行说明的是：如何得出距离信息d以及角度信息θ是本领域技术人员的公知常识，通过固态激光雷达2即可实现，故而对其实现原理不作过多赘述，不透明物体5在固态激光雷达2坐标系下的二维坐标(即上述的固态激光雷达坐标系)通过如下公式求得：
[0047][0048]
然后再利用事先标定好的单应性变换矩阵h，使用如下公式求得不透明物体5在投影画面坐标系下的二维坐标(即上述的显示坐标系)
[0049][0050]
s5、数据处理程序将最终的触摸事件发送给应用程序；
[0051]
需要进行说明的是：上述固态激光雷达坐标系和显示坐标系是参考固态激光雷达2建立的；
[0052]
投影仪4，电脑主体1与投影仪4之间通过显示接口连接，用以投射电脑画面；
[0053]
成像平面3，成像平面3设置在投影仪4的后侧，投影仪4将电脑画面投影到成像平面3上，成像平面3为显示投影仪画面的平面，优选的，显示投影仪画面的平面为黑板、墙面或者投影幕布，成像平面3包括但不限于上述实施方式；
[0054]
固态激光雷达2，固态激光雷达2固定在成像平面3的前端靠上位置处，固态激光雷达2发射光膜，固态激光雷达2发射的光膜由发射的不可见光光膜和发射的可见光光膜组成，当发射的不可见光光膜与可见光膜重合时，用以向安装维护人员指示不可见光光膜的空间位置，固态激光雷达2与电脑主体1之间通过相应连接导线电性连接，固态激光雷达2内设置有微调机构，通过微调机构调整固态激光雷达2发射的光膜的角度，使得固态激光雷达2发射的光膜与成像平面3平行，且二者间距小于5mm，微调机构包括两个调节旋钮，两个调节旋钮均采用旋转式设计，用于分别实现固态激光雷达2发射的光膜在成像平面3上的上下调节和左右调节；
[0055]
优选的，固态激光雷达2为2d固态激光雷达，固态激光雷达2发射出不可见光光膜覆盖在成像平面3上，当用户触摸成像平面3时阻挡了不可见光光膜，被固态激光雷达2检测到并计算出位置坐标信息，固态激光雷达2的角度分辨率小于或者等于0.15
°
。
[0056]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。