一种视觉交互式广告系统

摘要

一种视觉交互式广告系统，其包括投影仪模块、投影显示模块、动作检测模块、图像获取模块及控制模块。图像获取模块用于获取物体在多个观看视角下的物体原始图像。动作检测模块用于检测观看者的进入、观看距离和观看视角。控制模块根据观看者的进入生成物体正面投影图像，且根据观看距离和视角确定观看视角的变化，并生成与观看视角变化对应的物体投影图像。投影仪模块用于将控制模块生成的投影图像向投影显示模块输出。投影显示模块包括圆柱形的立体显示区，并且将投影仪输出的投影图像投放至立体显示区。

说明书

技术领域

本申请涉及多媒体领域，更具体地涉及一种视觉交互式广告系统。

背景技术

随着全息光学技术的发展，广告系统从传统的平面显示形式逐渐朝向三维立体显示形式发展。然而，现有的基于全息技术的三维立体显示广告系统往往具有较高的观看要求，例如在观看距离和角度方面有严格的要求，或者对于广告投放环境的光照情况有较为严格的要求；同时还可能需要较高的硬件和软件成本投入，例如需要性能较高的处理器；此外，这些广告系统通常是静态的，不能与顾客形成互动，导致其广告吸引力不足，广告效果不够理想，性价比低。此外，现有技术中还提出了基于弧形屏幕的立体显示方案(例如CN201510562908.6)，其能提供360度环视，但是其中仍然存在立体画面中深度信息表现能力差、立体感和互动性差等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种视觉交互式广告系统，其包括投影仪模块、投影显示模块、动作检测模块、图像获取模块及控制模块。所述图像获取模块用于获取物体在多个观看视角下的物体原始图像；所述动作检测模块用于检测观看者的进入、观看距离和观看视角；所述控制模块根据所述观看者的进入基于所述物体原始图像生成物体正面投影图像；以及根据所述观看距离和所述观看视角确定所述观看视角的变化，并基于所述物体原始图像生成与所述观看视角变化对应的物体投影图像；所述投影仪模块包括投影仪，用于将所述控制模块生成的所述投影图像向所述投影显示模块输出；以及所述投影显示模块包括圆柱形外壳和投影光学组件；所述圆柱形外壳包括上部、中部和下部，其中所述中部由透明材料制成且在其内侧表面上沿径向向内方向依次设有光学栅栏层和光学扩散层以构成所述投影图像的立体显示区；所述投影光学组件设置在所述圆柱形外壳内，用以将所述投影仪模块输出的所述投影图像投放至所述立体显示区。

进一步地，所述投影仪模块还包括用于支撑所述投影仪和调节其方位的位置调节基座；所述位置调节基座包括上基座、下基座和方位调节单元，所述上基座和所述下基座相连的四个拐角处分别设有所述方位调节单元；所述方位调节单元包括第一螺栓和第二螺栓，其中，所述第一螺栓被设置成调节所述上基座和下基座之间的距离且向所述上基座提供上顶作用力，所述第二螺栓被设置成调节所述上基座和下基座之间的距离且向所述上基座提供下拉作用力；所述上基座的上表面形成有硅胶层，且开设有多个吸附孔，所述吸附孔通过气体通道与真空泵相连。

进一步地，所述投影光学组件包括凸透镜、凹透镜、第一反射镜和第二反射镜；所述外壳的下部由透明材料制成，且在距离所述外壳的下部的底面一定高度处设置有透明支撑圆盘；所述凸透镜固定在所述外壳的下部的侧面上以接收来自所述投影仪输出的投影图像，并将所述投影图像投放至所述第一反射镜；所述第一反射镜为平面反射镜，且在所述外壳的下部的底面与所述透明支撑圆盘之间相对于所述凸透镜的光轴成45度倾斜设置，用于将所述凸透镜投放的图像反射至所述凹透镜；所述凹透镜居中地设置在所述透明支撑圆盘上，用于将所述第一反射镜反射的图像投放至所述第二反射镜；所述外壳的上部由透明或不透明的材料形成，且所述第二反射镜设置在所述外壳的上部的顶面内侧；所述第二反射镜具有圆锥形的反射表面，且所述反射表面的中心轴与所述圆柱形外壳的中心轴重合，用以接收来自所述凹透镜的图像并将其反射至所述立体显示区。

优选地，所述投影仪具有50cm的最小投影距离和40cm*22cm的投影尺寸；所述凸透镜具有6.5cm的直径和17cm的焦距；所述凹透镜具有8cm的直径和-17.8cm的焦距；所述凸透镜的中心与所述第一反射镜的距离为3.5cm；所述凹透镜的中心与所述第一反射镜的距离为3.5cm；所述第二反射镜的圆锥角为160度；以及，所述立体显示区的高度为10cm。

进一步地，所述投影显示模块还包括用于所述圆柱形外壳的上部和中部之间密封连接的壳体连接件；所述壳体连接件包括第一连接部和第二连接部；所述第一连接部包括连接块，其一端用于固定连接所述外壳的上部的下端，且在相对的另一端的表面上形成有向外突出的突出部；所述第二连接部包括第一弹性体和第二弹性体，所述第一弹性体的一端用于固定连接所述外壳的中部的上端且在沿径向向内的方向距离与所述外壳的中部的连接区域一定距离处朝下形成有凸起，同时在相对的另一端的表面上形成有能与所述突出部紧密接合的凹部；第二弹性件具有用于固定在所述外壳的中部内侧壁上的平面附连部，且从所述平面附连部的远离所述第一弹性件的那端圆滑弯折延伸形成有总体朝上的弯折部，所述弯折部与所述平面附连部之间形成一定角度以使所述弯折部相对于所述平面附连部倾斜以便能够与所述第一弹性件的所述凸起形成抵接。

进一步地，所述动作检测模块包括多组位置检测单元，其沿着所述圆柱形外壳的圆周均匀间隔设置且依序编号；所述位置检测单元包括近红外接收器和至少两个近红外发射器，所述至少两个近红外发射器关于所述近红外接收器对称且相对于所述近红外接收器倾斜地设置在其附近，以使所述近红外接收器只能接收到关于其中心线成正负θ/2角范围内的近红外反射信号。

更进一步地，所述控制模块被设置成接收所述位置检测单元输出的检测电信号，且根据所述检测电信号的强度和所述位置检测单元的编号确定所述观看角度的变化；并且，当一个所述位置检测单元不再输出检测电信号且最后输出的检测电信号的强度大于第一阈值，同时与所述一个位置检测单元相邻的另一位置检测单元开始输出检测电信号且所述检测电信号的强度大于所述第一阈值时，将所述一个位置检测单元最后输出的检测电信号的强度与所述另一位置检测单元首次输出的检测电信号的强度进行比较，如果这两个检测电信号之间的强度差值在第二阈值内，则判断所述观看者的观看角度变化了角度θ，并基于所述物体原始图像生成与所述角度θ变化对应的观看角度下的投影图像。

进一步地，所述图像获取模块包括转盘单元、数字相机和两个光源；所述转盘单元包括基座、中心转轴、物体支座、转臂及微型电机，所述中心转轴安装在所述基座上且在所述微型电机的驱动下转动，所述转臂与所述中心转轴连接以与所述中心转轴同步旋转，所述物体支座承载物体且通过轴承安装于所述中心转轴的上端，所述托盘通过高度调节单元连接在所述转臂的末端处以承载所述数字相机和所述两个光源，所述两个光源关于所述物体支座上的所述物体的中心和所述数字相机的中心之间的连线对称设置。优选地，所述控制模块被设置成使所述数字相机每转动1度对所述物体进行一次拍照。

进一步地，为生成所述物体投影图像，所述控制模块被设置成执行获取所述物体原始图像的步骤、基于所述立体显示区的曲率对所述物体原始图像进行校正的步骤、基于所述观看视角组合观察点图像的步骤、以及进行图像投影坐标系变换步骤。

附图说明

现在，将参考附图以示例的方式详细描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明的视觉交互式广告系统的框架示意图；以及

图2示出了根据本发明的投影仪模块的基座的结构示意图。

具体实施方式

根据本发明，视觉交互广告系统可以包括投影仪模块、投影显示模块、动作检测模块、图像获取模块及控制模块。

根据本发明，投影仪模块可以包括投影仪，其例如可以采用商用的小型投影仪，从而降低广告系统对于投影设备的硬件要求和成本。由于商用的投影仪可能具有不同的尺寸(例如高度)和光轴方向，因此，在本发明的投影仪模块中还可以包括位置可调的基座，用于支撑投影仪并调节其方位。

根据本发明，如图2所示，基座可以包括上基座、下基座以及方位调节单元，其中，在上基座和下基座相连接的四个拐角处分别设置有方位调节单元。方位调节单元可以包括第一螺栓和第二螺栓，第一螺栓和第二螺栓均用于调节上基座和下基座之间的距离，其中，第一螺栓被设置成向上基座提供一个向上顶的作用力，而第二螺栓被设置成向上基座提供一个向下拉的作用力。借助这种向上顶和向下拉的成对作用力的配合作用下，可以在受到所承载投影仪的重力作用下仍然非常精确且稳定地将上基座和下基座之间的距离调节至第一和第二螺栓所设定的数值上。并且，由于在基座的四个拐角处均设置有方位调节单元，因此能够非常方便且精确地调节上基座相对于下基座的高度及方位，进而实现对放置于上基座上的投影仪的方位调节。此外，本发明的上基座的上表面上还可以形成有硅胶层，且开设有多个吸附孔，其中该吸附孔可以通过气体通道连接小型真空泵。在使用过程中，首先将投影仪放置于上基座的上表面的硅胶层上，由于硅胶层具有较好的形变能力，因此，在投影仪的自重作用下，投影器的下表面将能够很好地与硅胶层形成贴合，此时，通过启动真空泵经由气体通道和吸附孔将能够很好地在投影仪的下表面和与硅胶层的接触界面之间形成真空，从而将投影仪牢固地吸附固定于上基座的上表面上。借助这种基座，能够方便、精确且稳定地实现投影仪的安置及对准，尤其适合广告系统的应用场景。

优选地，小型真空泵可以设置在下基座的侧面上，从而改善基座的便携性。

投影显示模块可以包括圆柱形外壳和投影光学组件，其中，投影光学组件被设置于圆柱形外壳内，并且，圆柱形外壳包括上部、中部和下部，投影光学组件包括凸透镜、凹透镜、第一反射镜和第二反射镜。

外壳的下部可以由透明材料制成，且在距离下部底面一定高度处设置有透明的支撑圆盘。投影光学组件中的凸透镜可以被固定在外壳下部的侧面上，用于接收来自投影仪的图像并将其投放至第一反射镜上。第一反射镜可以为平面反射镜，且借助外壳下部底面和支撑圆盘相对于凸透镜的光轴成45度设置，用于将由凸透镜投放的图像反射至凹透镜上。凹透镜居中地固定于透明支撑圆盘上，用于将由第一反射镜反射的图像投放至第二反射镜上。

外壳的中部可以由透明材料制成，且在其内侧表面上沿径向向内的方向依次设置有光学栅栏层和光学扩散层，其用作为图像的立体显示区。

外壳的上部可以由透明或者不透明的材料形成，且第二反射镜设置在外壳上部的顶面内侧。根据本发明，第二反射镜可以具有圆锥形的反射表面，且该反射表面的中心轴与圆柱形外壳的中心轴重合，其用于接收来自凹透镜的图像投影并将其反射至外壳中部的侧面，即将来自凹透镜的图像投放至投影显示模块的立体显示区。

对于本发明的投影光学组件，可以通过合理地设置凸透镜和凹透镜的参数、第二反射镜的圆锥角、以及凸透镜、第一反射镜、凹透镜和第二反射镜彼此之间的距离，使得来自投影仪的图像经由投影光学组件的光学传输后能够完全落在外壳中部范围内，即完全落在立体显示区上。作为优选示例，投影仪可以具有50cm的最小投影距离和40cm*22cm的投影大小，凸透镜可以具有6.5cm的直径和17cm的焦距，凹透镜可以具有8cm的直径和-17.8cm的焦距，凸透镜的中心与第一反射镜的距离为3.5cm，凹透镜的中心与第一反射镜的距离为3.5cm，第二反射镜的圆锥形可以为160度，且外壳中部的高度为10cm。

借助本发明的投影显示模块，可以以非常简单的结构实现全方位的图像立体显示，即无论从哪个方向都能获得相同的立体显示效果。在传统的平面显示方式中，当观察距离太近或太远时会出现视差反转的现象，且在现有技术中的基于圆柱形显示屏的全方位图像立体显示方案中，通常会存在立体显示的深度感知效果差的问题，而在本发明中，借助这种特殊设置的投影显示模块，可以有效地避免或者改善上述问题，提供更为明显的深度感知效果。此外，在传统的平面或柱面显示方式中往往难以提供因阴影的存在而产生的立体感观，而尤其借助本发明的由光学栅栏层和扩散层实现的立体显示区结构，可以模拟出与人观察真实物体时非常相似的光强分布，从而实现更为逼真的立体显示效果。

为了方便本发明的投影显示模块的安装及维护，在圆柱形外壳的上部与中部之间以及外壳的中部与下部之间可以分别设有壳体连接件，用以实现它们之间的密封连接。

根据本发明，壳体连接件可以包括第一连接部和第二连接部，其分别固定连接或者形成于待连接的两个部分的连接界面处。作为示例，当壳体连接件用于实现外壳的上部和中部之间的连接时，第一连接部可以固定形成或者连接于外壳上部的下端，第二连接部可以相应地固定形成或者连接于外壳中部的上端。

第一连接部可以包括连接块，其一端用于固定连接外壳上部的下端，且在相对的另一端的表面上形成有向外突出的突出部(例如，在本发明的装配状态下，其沿圆柱体外壳的中心轴朝下突出)。

第二连接部可以包括第一弹性体和第二弹性体。第一弹性体的一端用于固定连接外壳中部的上端且在沿径向向内的方向距离与外壳中部连接部一定距离处朝下形成有凸起，同时在相对的另一端的表面上形成有能与突出部紧密接合的凹部。第二弹性件具有用于固定在外壳中部内侧壁上的平面附连部，且从该平面附连部的远离第一弹性件的那端圆滑弯折延伸形成有总体朝上的弯折部，该弯折部与平面附连部之间形成一定角度以使该弯折部相对于平面附连部倾斜以便能够与第一弹性件的凸起形成抵接接触。在这种连接结构下，首先由于突出部和凹部的配合作用能够方便地实现外壳上部与中部之间的紧密连接；同时，借助第二连接部中独特的第一弹性体和第二弹性体结构，使得壳体连接件具有缓冲来自各个方向的冲击力的能力，并且能够为第二连接部提供一个向上的作用力以将其压紧在第一连接部上，从而实现两者更加紧密的接合。显然，这种壳体连接件能够很好地适应广告展示场合的需求。优选地，第二弹性件的弹性大于第一弹性件的弹性。

本发明的动作检测模块可以包括多组位置检测单元，其沿着圆柱形外壳的圆周均匀间隔设置。位置检测单元可以包括至少两个近红外发射器和近红外接收器，且该至少两个发射器可以关于接收器对称地设置在接收器附近，以使接收器只能接收到关于其中心线成正负θ/2角范围内的近红外反射信号。作为示例，在每个位置检测单元中，近红外接收器只能检测到关于其中心线±5°范围内的反射信号(即，θ＝10°)，相应地，在动作检测模块可以设置36组位置检测单元以提供全方位的检测范围。在本发明中，如果观看者从一个位置检测单元的检测范围移动至相邻的位置检测单元的检测范围，则认为该观看者的观看角度发生了角度θ的变化，或者视为观看者围绕立体显示区转动了角度θ。

在本发明的动作检测模块中还对多组位置检测单元进行编号，控制模块接收位置检测单元输出的电信号，并且根据该电信号的强弱(即与显示区的距离)和输出该电信号的位置检测单元的编号来确定观看人员的位置变化。作为一个示例，假设沿顺时针方向对位置检测单元进行编号，当编号为A的位置检测单元不再输出检测电信号且最后输出的检测电信号的强度大于第一阈值，同时编号为A+1的位置检测单元开始输出检测电信号且该检测电信号的强度也大于第一阈值时，此时通常意味着原处于位置检测单元A对应的探测区域内的观看者可能移至位置检测单元A+1对应的探测区域。因此，控制模块接着将位置检测单元A最后输出的检测电信号的强度与位置检测单元A+1首次输出的检测电信号的强度进行比较。如果这两个检测电信号之间的强度差值在第二阈值内，则判断是原处于位置检测单元A对应的探测区域内的观看者现在移至位置检测单元A+1对应的探测区域，此时，视为观看者沿顺时针方向绕圆柱形立体显示区转动了角度θ，亦即观看者的观看角度变化了角度θ。在本发明中，第二阈值可以根据单次移动距离的经验统计值来确定，第一阈值可以根据近红外接收器的最大探测距离和单次移动距离的经验统计值来确定。

图像获取模块可以包括转盘单元、数字相机和两个光源。转盘单元可以包括基座、中心转轴、物体支座、转臂及微型电机。中心转轴安装在基座上，且在微型电机的驱动下转动。转臂与中心转轴连接，以便能够与中心转轴同步旋转。物体支座用于承载待成像的真实物体，其通过轴承安装于中心转轴的上端，以便在中心转轴转动时保持静止。转臂的末端处设有托盘，其用于承载数字相机和两个光源。托盘通过高度调节单元与转臂末端连接，以保证数字相机和两个光源能够与物体支座上的真实物体处于同一水平面，其中，两个光源关于真实物体中心和数字相机中心之间的连线对称设置以模拟观察者观察物体时两个眼睛的观察位置。在对真实物体进行成像过程中，在电机的驱动作用下，相机及光源同步地围绕置于物体支座上的真实物体进行拍照。根据本发明，控制模块可以被设置成使相机在每转动预设角度(例如1度)时对真实物体进行一次摄像，以获得不同视角下的物体原始图像，其中，借助本发明的光源设置方式下，能够获得准确的阴影效果。优选地，本发明的数字相机可以是微软的Kinect相机。

当动作检测模块中的位置检测单元检测到在某个方位上出现观看者时(即观看者首次进入观看范围)，控制模块首先基于图像获取模块采集的物体原始图像向投影仪模块输出物体正面的投影图像。由于本发明采用的是曲面显示屏而非平面显示屏，基于物体原始图像直接输出的投影图像投影在曲面显示屏上会出现变形，因此，控制模块在输出投影图像之前需要对物体原始图像进行校正，以避免在曲面显示屏上投影出变形的图像。

当动作检测模块检测到观察者在围绕曲面显示屏转动时，例如前面所述地从探测区域A运动至探测区域A+1，控制模块则获取观察者相对于初始观察位置的转动角度θ(例如探测区域A与探测区域A+1之间的观察角度相差10度)，则控制模块基于物体原始图像向投影仪模块输出与关于转动前的观察视角(例如物体正面)成θ角的观察方位上所看到的物体所对应的投影图像，从而形成与观察者运动的互动，使得随着观察者观察位置的变化，观察者能够感受到不同角度的物体展示效果，因而获得更为真实的展示效果。本发明的基于物体原始图像在曲面显示区输出投影图像的过程可以包括获取物体原始图像的步骤、基于曲面显示区对物体原始图像进行校正的步骤、基于检测到的观察方位组合相应观察点图像的步骤、以及图像投影坐标系变换步骤。上述步骤的具体实现手段在已经说明其功能作用的情况下对于本领域技术人员而言是已知的，因此，本文中不再对此进行赘述。

在前面的说明中，已经参照本发明的具体示例性实施例对本发明的原理进行了描述。但是，对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神及范围的情况下，可以对本发明进行各种修改或改变。因此，应当将说明书及其附图视为示例性而非限制性的。