專利名稱：一種便攜的互動投影裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光電器件領域，具體為基于微型投影儀的互動投影裝置。
背景技術：
互動投影裝置是通過動作捕捉設備(感應器)對目標影像(如參與者)進行捕捉 拍攝，然后由影像分析系統(tǒng)進行動作分解分析，從而認知被捕捉物體所作的動作類型及方 向等，該動作數(shù)據(jù)結合實時影像投影系統(tǒng)，使參與者與屏幕之間產(chǎn)生緊密結合的互動效果。對于投影機系統(tǒng)來說，投影機自身并不能感應到人體在投影屏幕前的動作變化， 而要感應人體的動作變化必須使用攝像機來感知，這樣攝像機就要從投影的背景上分辨出 人體的動作。要實現(xiàn)這樣的分辨可以有許多的方法和技術，一種可行的技術是使用紅外攝 像機來感知人體的動作。由于投影機投射的光線人眼看到的只是可見光部分，而紅外部分 對于影像觀測來說沒有用處，如果濾掉投影機光源產(chǎn)生的紅外部分，在投影的屏幕上的紅 外背景就會是一個均勻的場景，這樣對于攝像機來講它看不到投影機投射的內(nèi)容，如果在 投影畫面的一些部分紅外線足夠強的話，攝像機就可以看見了，比如人體在一個比自身溫 度低的背景前，由于人體發(fā)射的紅外線強過背景，并且人體各部分發(fā)射和反射紅外線的強 度不同，因此紅外攝像機就可以看到人體的動作，同時可見光投影機可以正常工作。例如現(xiàn) 在監(jiān)控市場上賣的一般的夜視攝像頭就可以發(fā)射近紅外(850nm)，可以達到5m的距離。夜 視攝像頭主動發(fā)射紅外，然后CCD傳感器接受人體反射的紅外，那么互動投影中最難的部 分，人體與背景虛擬對象的分割就解決了，攝像機得到的是一副黑白單色背景的包括人影 的圖像。下一步，檢測人體的運動，可采用圖像差分技術，差分就是把攝像頭得到的連續(xù)兩 幀的圖像進行相減，得到的是運動的部分，所以說只要人在動，差分就會把動的部分截取下 來。再分析得到的數(shù)據(jù)了，將動作與投影內(nèi)容進行有機結合并把內(nèi)容用投影機投射出來。 當然復雜的互動投影不僅僅包括這些技術，這些只是最基本的原理，更復雜和特別的技術 還涉及到攝像機的標定，光流法尋找運動方向，性能的優(yōu)化處理，特殊的效果等。目前，投影面積可達50 100寸的以LED為光源的基于硅基液晶(LCoS)或DLP 的微投影機技術已經(jīng)趨于成熟，正向著更小型化、高分辨率、高亮度、高對比度、低功耗和與 手機等便攜電子設備融合的方向發(fā)展，因此實現(xiàn)基于這些微型投影技術的互動投影裝置將 具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所提供的互動投影裝置，包括1)投影系統(tǒng)，包括光源、光調(diào)制器和投影透鏡，其中光源的光經(jīng)過光調(diào)制器后變?yōu)?帶有影像信息的光線，再經(jīng)過投影透鏡投射到顯示裝置上；2)指示采集系統(tǒng)，包括聚焦透鏡、和用于采集指示信號并將指示信號傳送至控制 系統(tǒng)的指示采集器；以及3)用于控制投影系統(tǒng)和指示采集處理系統(tǒng)、并根據(jù)指示采集系統(tǒng)傳送的指示信號控制投影系統(tǒng)動作完成互動投影的控制系統(tǒng)；其特征在于所述指示采集系統(tǒng)還包括一個能透射可見光并反射至少部分指示信 號的指示反射裝置，所述指示反射裝置設置于所述投影系統(tǒng)的光調(diào)制器與投影透鏡之間的 光路中，并與投影光路成非垂直設置，用于將通過投影透鏡收集的指示信號反射至聚焦透 鏡，再經(jīng)過聚焦透鏡聚焦至指示采集器。優(yōu)選的，本實用新型中所述指示反射裝置與投影光路成45度設置。本實用新型的指示信號可以為可見光指示信號和/或不可見光指示信號，例如 為紅外指示信號和/或激光指示信號。其中紅外指示信號可以為人體發(fā)射或反射的紅外 光信號。激光指示信號可以例如為激光教鞭，通過光斑在目標區(qū)域內(nèi)停留特定時間(可以 用戶設定)來選定操作。因此，相應的，所述指示反射裝置可以是分色鏡或分光鏡。根據(jù) 本實用新型的一個具體實施方式
，所述指示信號為激光，所述指示反射裝置為對可見光是 90% -50%透射、10% -50%反射的分光鏡。根據(jù)本實用新型的另一個具體實施方式
，所述 指示信號為人手發(fā)射或反射的紅外光，所述指示反射裝置為能透射可見光并反射紅外光的 分色鏡。優(yōu)選的，所述指示信號為紅外光和/或發(fā)射光譜波長峰值大于680nm的紅色激光， 所述指示反射裝置為對波長在675nm以上的可見光和紅外光反射、并對其它波長的可見光 透射的分色鏡，此時可以實現(xiàn)激光信號和紅外信號共用。本實用新型的投影系統(tǒng)中的光源優(yōu)選為LED光源，采用LED作為光源，壽命超長， 省去更換燈泡的麻煩，且沒有紅外發(fā)射省去在光源中加入濾去紅外光的裝置。所述的LED 光源可以是但不限于白色LED光源或者紅綠藍三色LED光源。光調(diào)制器可以是但不限于基 于LCoS或者微反射鏡的DLP (數(shù)字光路投影)的光調(diào)制器。本實用新型的指示采集系統(tǒng)中的指示采集器可使用軟件控制的自校正的電荷耦 合光探測器件(CCD)來采集指示信號。本實用新型中所述的控制系統(tǒng)通過計算指示采集器中傳來的指示信號來判斷是 否動作，進行哪種動作等。本實用新型所提供的技術方案與現(xiàn)有技術的區(qū)別在于使用了包括指示反射裝置 的指示采集系統(tǒng)與投影系統(tǒng)在一起的設計方案，投影系統(tǒng)和指示采集系統(tǒng)共用一個透鏡， 減少了現(xiàn)有技術的投影系統(tǒng)和指示采集系統(tǒng)需要分別確定區(qū)域的麻煩，這是因為現(xiàn)有的互 動投影是投影和指示采集分開的鏡頭，采集透鏡的探測位置隨著投影的大小要調(diào)整，而我 們的設計共用了投影透鏡，指示采集系統(tǒng)探測的大小和投影系統(tǒng)的投影大小的改變是一致 的，不需要進行調(diào)整。同時，投影系統(tǒng)的投影透鏡和指示采集系統(tǒng)的采集透鏡為同一個，減 少了整個裝置的體積，可以實現(xiàn)便攜功能，同時節(jié)約了生產(chǎn)成本。本實用新型的整個系統(tǒng)集成度高，操作簡單，免維護?？刹捎秒姵毓╇娍梢苑奖阃?帶工作。體積小便攜，狹小空間也可盡情發(fā)揮。

圖1所示為根據(jù)本實用新型一個具體實施方式
的互動投影裝置的示意圖；圖2所示為根據(jù)本實用新型另一個具體實施方式
的互動投影裝置示意圖；圖3所示為根據(jù)本實用新型另一個具體實施方式
的互動投影裝置示意圖。
具體實施方式
下文中的實施例只是為了說明本實用新型的優(yōu)勢，一些具體的元件的使用并不限 制本實用新型的范圍。實施例1 互動投影裝置參見圖1，本實用新型的互動投影裝置可由投影系統(tǒng)、指示采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng) (圖1中未示出)三部分組成。投影系統(tǒng)可由光源、光調(diào)制器和投影透鏡4組成；其中光源 的光經(jīng)過光調(diào)制器后變?yōu)閹в杏跋裥畔⒌墓饩€，再經(jīng)過投影透鏡4投射到顯示裝置8上。光 源可以為白色LED，也可為由紅藍綠三色LED組；光調(diào)制器由LCoS微顯示芯片2和偏振分 束鏡1組成。指示采集系統(tǒng)包括指示反射裝置3、聚焦透鏡7和指示采集器9，其中指示反 射裝置3能透射可見光并反射至少部分指示信號5，所述指示反射裝置設置在投影系統(tǒng)的 光調(diào)制器與投影透鏡4之間的投影光路6上，且與投影光路6成45度設置。最后，控制系 統(tǒng)(未畫出)與投影系統(tǒng)和指示采集系統(tǒng)相連，并根據(jù)從指示采集系統(tǒng)傳來的指示信號來 判斷是否動作、以及進行哪種動作等。本實施例中放置的指示反射裝置3是本發(fā)明的關鍵，有此部件才能實現(xiàn)投影系統(tǒng) 和指示采集系統(tǒng)共用一個透鏡來實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。指示反射裝置3可以為分色鏡或分光鏡。當指示反射裝置為分色鏡時，可以設計 分色鏡對可見光透過而對紅外光反射，在指示采集系統(tǒng)中使用紅外成像器就可以感知人體 的動作。當指示反射裝置為分光鏡時，可以使用激光指示信號來實現(xiàn)指示動作。實施例2 便攜的互動教學投影裝置通常多媒體教室中有電腦主機和大屏幕投影儀。其目標受眾多，知識量大，互動功 能強；但是其體積大，沒有便攜性，成本高，差異性教學難以實現(xiàn)。而市場上的個人用互動 教學產(chǎn)品(如學習機等)雖然很好解決了上述不足，但是其屏幕較小不適用面對面的多人 教學。參見圖2，使用本實用新型的系統(tǒng)，可以把互動投影裝置10作為一個教師，使用者使 用激光教鞭11發(fā)出激光指示信號對系統(tǒng)提出問題，互動投影裝置10中的指示采集系統(tǒng)采 集激光指示信號的位置，控制系統(tǒng)根據(jù)激光教鞭選擇的位置來選擇相應的投影動作進行解 答，完全實現(xiàn)二人或多人與機器的互動，從而模擬課堂教學的氛圍?？梢允沟脤W習效果提 升以至于達到事半功倍。個人使用時，對比市場上常見的學習機和朗讀設備。不必拘泥于前者的小尺寸顯 示屏和繁多的袖珍按鍵；朗讀設備雖然操作簡單但是只提供簡單發(fā)音。缺乏視頻和動畫，很 難做到長時間保持興趣，并且擴展空間有限。而便攜互動投影裝置舒適的觀看方式和豐富 互動課件資源更能充分發(fā)揮強大的教學功能。多人使用時，相比大型投影機系統(tǒng)人們之間的距離可以更近。交流更便捷，信息交 換更有效率，學習效果更好。顯示尺寸可視人數(shù)多少在一張白紙和一大面白墻之間自由切 換。實施例3 便攜的互動娛樂投影裝置參見圖3，用手指12代替鼠標。手指12發(fā)出紅外指示信號5，被互動投影裝置10 中的指示采集系統(tǒng)所采集，控制系統(tǒng)根據(jù)指示采集系統(tǒng)采集的指示信號控制投影系統(tǒng)完成 互動。這樣手指在投影屏幕上就像在觸摸屏上操作一樣。依托軟件，使用手指可以畫畫、翻 書、拍照、游戲、瀏覽視頻等等。[0031]實施例4 便攜的互動展示投影裝置參見圖3，使用互動投影裝置能夠方便攜帶，走到哪里廣告就做到哪里。不會受狹 小空間的限制。有了為商家量身定做的互動展示畫面，商家可以不用擔心顧客注意力的轉(zhuǎn) 移，可以讓顧客在樂趣中認識產(chǎn)品，接受產(chǎn)品。
權利要求一種互動投影裝置，包括1)投影系統(tǒng)，包括光源、光調(diào)制器和投影透鏡，其中光源的光經(jīng)過光調(diào)制器后變?yōu)閹в杏跋裥畔⒌墓饩€，再經(jīng)過投影透鏡投射到顯示裝置上；2)指示采集系統(tǒng)，包括聚焦透鏡、和用于采集指示信號并將指示信號傳送至控制系統(tǒng)的指示采集器；以及3)用于控制投影系統(tǒng)和指示采集處理系統(tǒng)、并根據(jù)指示采集系統(tǒng)傳送的指示信號控制投影系統(tǒng)動作完成互動投影的控制系統(tǒng)；其特征在于所述指示采集系統(tǒng)還包括一個能透射可見光并反射至少部分指示信號的指示反射裝置，所述指示反射裝置設置于所述投影系統(tǒng)的光調(diào)制器與投影透鏡之間的投影光路中，并與投影光路成非垂直設置，用于將通過投影透鏡收集的指示信號反射至聚焦透鏡，再經(jīng)過聚焦透鏡聚焦至指示采集器。
2.根據(jù)權利要求1所述的互動投影裝置，其特征在于所述指示反射裝置與投影光路成 45度設置。
3.根據(jù)權利要求1-2中任一所述的互動投影裝置，其特征在于所述指示信號為激光， 所述指示反射裝置為對可見光是90% -50%透射、10% -50%反射的分光鏡。
4.根據(jù)權利要求1-2中任一所述的互動投影裝置，其特征在于所述指示信號為紅外 光，所述指示反射裝置為能透射可見光并反射紅外光的分色鏡。
5.根據(jù)權利要求1-2中任一所述的互動投影裝置，其特征在于所述指示信號為紅外光 和/或峰值波長大于680nm的紅色激光，所述指示反射裝置為對波長在675nm以上的可見 光和紅外光反射、并對其它波長的可見光透射的分色鏡。
6.根據(jù)權利要求1-2中任一所述的互動投影裝置，其特征在于所述光源為LED光源。
7.根據(jù)權利要求6所述的互動投影裝置，其特征在于所述的LED光源為白色LED光源 或者紅綠藍三色LED光源。
8.根據(jù)權利要求1-2中任一所述的互動投影裝置，其特征在于所述光調(diào)制器是基于 LCoS或者微反射鏡的數(shù)字光路投影的光調(diào)制器。
9.根據(jù)權利要求1-2中任一所述的互動投影裝置，其特征在于所述指示采集系統(tǒng)中的 指示采集器為使用軟件控制的自校正CCD。
專利摘要本實用新型提供了一種互動投影裝置，包括投影系統(tǒng)、指示采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中指示采集系統(tǒng)還包括一個能透射可見光并反射至少部分指示信號的指示反射裝置，所述指示反射裝置設置于所述投影系統(tǒng)的光調(diào)制器與投影透鏡之間的投影光路中，并與投影光路成非垂直設置，用于將通過投影透鏡收集的指示信號反射至聚焦透鏡，再經(jīng)過聚焦透鏡聚焦至指示采集器。投影系統(tǒng)和指示采集系統(tǒng)共用一個透鏡，減少了現(xiàn)有技術的投影系統(tǒng)和指示采集系統(tǒng)需要分別確定區(qū)域的麻煩，并且降低了制造成本，減小了整個系統(tǒng)的體積。
文檔編號G03B21/14GK201749281SQ201020212510
公開日2011年2月16日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權日2010年6月2日
發(fā)明者楊偉梁, 程旺, 高志強 申請人:廣景科技有限公司