基于激光传感器探测定位的人机互动系统研发与应用

摘要

随着科学技术的快速发展，人机互动技术的应用越来越成熟，对其使用也越来越普遍。如今，实现互动的技术各式各样，人机互动不再仅仅只考虑精确的输入输出，更关注的是机器与人的高效自然互动。但是，目前的人机互动系统支持的互动点比较少，且互动面尺寸也比较小，基本只适合一到二个人的互动体验。同时，激光传感器电机运行时产生的干扰噪声对人机互动控制系统的影响很大。本文设计提出的基于激光传感器探测定位的人机互动系统解决了这些缺陷，对存在噪声的原始数据进行零距离值点滤波、动态自适应滤波等综合滤波，并设计了基于二维激光传感器的人机互动系统，突破了互动点较少及互动面尺寸较小的限制，可在大尺寸互动面上进行多人实时互动。其应用潜力巨大，可广泛应用于产品展览展示互动、博物馆显示互动和游戏娱乐互动等多个领域。
　　本文提出的人机互动系统使用二维激光传感器作为核心硬件，并对其进行工作原理的介绍和误差分析，使用C＃语言进行编程，实现硬件的控制、数据的传输通信、数据的处理等数个功能模块，并连接成一套控制软件。针对系统噪声提出了一个综合滤波算法，对存在噪声的原始数据进行零距离值点滤波和动态自适应滤波预处理，然后对预处理好的数据进行自适应阈值最近邻聚类滤波，并进行了常规加权滤波与综合滤波间的对比试验。经大量实验验证，该综合滤波算法可有效滤除噪声，提高互动点跟踪定位的精准度，并可实时运行，极大提升了互动体验效果。通过Ventuz三维编辑软件，设计编写互动显示内容并进行显示播放，用户即可在互动屏幕上进行主动式的互动体验。提出的人机互动系统已成功应用于张家港人民医院智能医疗中心，经过互动屏幕安装与人机互动系统调试，系统运行稳定，多人实时互动效果良好。项目的成功实施表明，本文设计提出的人机互动系统应用前景广泛，可实现大尺寸屏幕上的人机互动，且支持多个用户的实时互动，主动式的传播信息，使人机互动更高效自然，更加娱乐化、广告化和人性化。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景和研究意义

1.2 国内外现状

1.3 本文的章节内容安排

第二章 基于激光传感器探测定位的人机互动系统总体方案设计

2.1 总体方案概述

2.2 解决的关键技术问题

2.3 主要创新点

2.4 本章总结

第三章 基于激光传感器探测定位的人机互动系统滤波算法研究

3.1 人机互动系统的硬件介绍

3.2 基于常规滤波算法的人机互动控制系统

3.3 基于综合滤波的人机互动控制系统

3.4 人机互动系统控制平台的设计

3.5 滤波算法仿真比较

3.6 本章总结

第四章 人机互动系统的显示设计及其应用

4.1 互动显示软件Ventuz介绍

4.2 基于人机互动系统的显示应用

4.3 实际应用案例

4.4 本章总结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 未来工作展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢