基于LLP的多点触控系统的研究与实现

摘要

多点触控技术作为人机交互技术的一个新领域，是一项由用户直接使用手指或者其他外在物理物操控计算机的交互技术，它摒弃了传统的输入设备如鼠标、键盘等，力求实现“以人为中心”的人机交互操作。多点触控系统可通过多种技术实现（如DI（Diffuse Illumination）、LLP（Laser Light Plane）），其中，基于LLP技术的多点触控设备以它的低成本、易实现、可扩展性等优势成为近几年的研究热点。
　　本文在深入研究LLP技术实现多点触控的原理基础上，完成了一种支持多点触控的交互系统设计与实现。该系统的硬件平台设计以人机工程学的准则为指导，成功构建了一个支持立式或坐式操作的应用平台，其中主要包括触摸成像、投影光学、红外发光及采集等多个单元的设计，推导出多个定量的设计准则和模型，例如根据投影光路、镜面成像光路，设计出一种能准确确定投影仪、反射镜和显示界面位置关系的标定模型。在硬件平台的基础上，研究了对多目标的识别跟踪算法，通过对摄像头捕捉的视频图像的预处理，将手指触摸信息转化为易识别的图像光触点信息，基于背景差分法优化图像中多触点的检测，采用最近邻关联算法实现对连续帧中多触点目标的准确跟踪。为了减少硬件平台搭建中的误差，采用重心坐标方法将摄像机坐标标定到屏幕坐标，实现手指触点与实际作用点的精确对应。
　　为了验证本文实现的多点触控系统的有效性，在 Flash上完成了多个测试应用软件的设计，通过多项功能测试实验，证明本文实现的触控系统能完成多人多点场景下复杂的人机交互操作，达到了实际应用的要求。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 多点触控技术的发展现状及趋势

1.3 本文的主要研究工作

第二章 多点触控系统总体方案设计

2.1 技术需求分析

2.2 多点触控技术方案选型

2.3 LLP多点触控系统的基本原理

2.4 多点触控系统的硬件平台框架与设计方案

2.5 多点触控系统的软件框架与设计方案

2.6 本章小结

第三章 多点触控系统的硬件平台研究及实现

3.1 触摸及成像单元设计

3.2 整体支撑结构设计

3.3 投影光学处理单元

3.4 红外光源设计

3.5 红外散射采集单元设计

3.6 硬件平台整体设计效果

3.7 本章小结

第四章 多点触控平台的软件系统设计

4.1 多触点检测定位

4.2 多触点跟踪

4.3 摄像机坐标定位

4.4 上层应用软件

4.5 本章小结

第五章 系统性能测试及结果分析

5.1 基本性能测试与分析

5.2 综合实验测试与效果分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 前景展望

致谢

参考文献

在学期间的研究成果