基于红外反射式光电探测点阵的非接触人机交互系统

摘要

医院手术室是严格控制在无菌环境下的，使用鼠标、键盘、触摸屏等接触式交互设备对医疗设备进行操作，易导致细菌传播，带来安全隐患。以光学感应为基本原理的非接触交互设备能很好的应用于手术室这样的无菌环境。但是目前主流的光学感应非接触交互设备都是以摄像头为传感器，当环境光照比较弱时工作会受到影响，而且需要复杂的软硬件对图像数据进行处理。
　　本文针对这些问题，提出了一种新型的基于红外反射式光电探测点阵的非接触人机交互系统构建方案，该方案是使光电探测点阵在其前方空间形成一个光场，利用进入光场的交互主体对红外光的发射，对其进行定位和跟踪，进而实现交互动作的识别。本文针对非接触人机交互系统需要解决的两个关键技术问题：抗背景光干扰能力和高分辨力，分别展开了研究。采用红外调制发射和锁相放大解调的方法，有效提高了系统抗背景光干扰能力，采用 A/D转换器精确量化采集到的反射红外光信号强度，并结合质心算法计算交互主体的位置坐标，提高了系统的分辨力。论文完成了光电探测点阵的构建，对各部分硬件电路进行了设计和测试，并结合硬件编写了微控制器程序和基于Windows操作系统的上位机软件。最终实际研制出一套基于红外反射式光电探测点阵的非接触人机交互系统。
　　经测试，本课题研制的红外非接触人机系统具有良好的抗背景光干扰能力，可以在各种光照条件下工作，分辨力可达0.25mm，响应速度为100fps，工作距离为4-10cm，可在一定程度上满足实际应用需求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2非接触交互设备国内外研究现状

1.3课题研究内容及主要工作

第二章 系统硬件设计与功能实现

2.1 系统的总体设计

2.2 红外反射式光电探测点阵的构建

2.3系统抗光干扰的实现

2.4系统高分辨力的实现方案和验证

2.5本章小结

第三章 系统软件设计

3.1 微控制器软件设计

3.2 上位机软件设计

3.3 本章小结

第四章 系统测试与分析

4.1 抗背景光干扰能力测试

4.2 分辨力测试

4.3响应速度测试

4.4 探测距离测试

4.5 应用软件测试

4.6系统测试结果与设计要求对比

4.7 本章小结

总结与展望

论文的主要研究成果如下

论文的后续工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间发表论文情况