虛擬觸摸屏系統的實現方案

　　該設計數據處理裝置綜合應用的識別算法包括：初始定位算法、手指識別算法、手指定位算法、點擊判定算法等。

　　3.1 初始定位

　　初始定位時，用戶在虛擬觸摸屏n×n 的棋盤格的每個頂點上均觸摸一次，以確定每個棋盤格在攝像頭拍攝圖像一維坐標上的位置范圍，即建立每個棋盤格編號及其投影的起始位置和終止位置坐標的對照表。例如：(i，x11，x12，x21，x22)記錄的是第i個棋盤格在x1坐標軸上的起始位置為x11，終點位置為x12，在x2坐標軸上的起始位置為x21，終點位置為x22。

　　同時初始設置時可以根據虛擬觸摸屏的長寬和每個棋盤格在圖像上的投影確定攝像頭拍攝的每個棋盤格平行光的斜率。放大圖5 中的棋盤格s，得到圖6。假設攝像頭c1以斜率k平行拍攝由頂點v1、v2、v3、v4組成的棋盤格s，其邊(v4，v3)的長度為a，在圖像平面上的投影(v3，v5)的長度為a′，其邊(v1，v4)的長度為b，在圖像平面的投影(v1，v5)的長度為b′。已知虛擬觸摸屏的長寬，每個棋盤格的長a 和寬b 分別為其1/n，a′、b′可從拍攝的圖像上獲得，于是從攝像頭拍攝該棋盤格的平行光的斜率k 可由下式獲得：

　　將每個棋盤格的平行光的斜率構造一張斜率表，例如：(i，k)表示攝像頭拍攝第i 個棋盤格的平行光的斜率。

　　另外，初始設置時可以確定手指觸摸投影到圖像上的直線的位置。如果在該直線上識別出手指，則認為用戶進行了觸摸操作。該直線實際上就是一維圖像采集裝置需要采集的一維數據。雖然使用二維圖像采集裝置攝像頭來拍攝二維圖像，但只使用其中的一維圖像數據，即這條直線上的圖像數據。

　　3.2 手指識別

　　需要在初始定位時確定的圖像的直線上進行手指識別，判定用戶是否進行了點擊操作，因此識別出手指在一維坐標上的位置，是手指定位的前提和基礎。按照人手檢測的方法獲得人手區域及其手指的粗略位置。將其與直線相交，得到的點即為一維坐標點。

　　3.3 手指定位

　　根據兩個攝像頭同時拍攝的圖像直線上的兩點，分別建立虛擬觸摸屏平面內的兩條直線方程，二者相交的點即為虛擬觸摸屏平面上的點。當某點屬于若干個棋盤格時，需進行特殊處理，計算出點坐標，檢查其是否在該棋盤格內，若是，則得出點坐標;否則，保留直線方程，選擇一個離棋盤格中心點距離最近的點作為點坐標。直線方程y=k·x+b (2)其中，k 表示斜率，b 表示截距。

　　具體方法如下：首先根據兩幅圖像中手指點的一維坐標來確定觸摸的二維平面的棋盤格范圍。查坐標對照表，如果該點既在x1軸上第i 個棋盤格的范圍內，又在x2軸上第i 個棋盤格的范圍內，則該點屬于第i 個棋盤格。

　　確定棋盤格后，查斜率表可獲得直線方程的斜率k，接下來需要求出截距b。如圖7 所示，當用戶在某點觸摸時，表現為圖像中直線上的某點v′，它是由虛擬觸摸屏平面內過棋盤格內對角線上的點v、斜率為k 的直線上的任意一點產生的，其中點v 是由v′作攝像頭拍攝光的平行線與棋盤格的對角線的交點。由于

，根據v1的坐標和下式：

　　可求出v 點的二維坐標，于是以斜率k、點v 的坐標代入直線方程y=k·x+b 求出截距b于是，圖像中的任意一點v′，實際上是手指在直線方程為y=k·x+b 的直線上的運動產生的。其中k 是該棋盤格內平行光的斜率，b 是通過v 點直線方程的截距。

　　同時在右邊攝像頭拍攝的圖像中的對應點可以獲得虛擬觸摸屏平面內的另外一條直線，兩條直線相交，即可根據兩幅圖像中的點坐標求得手指觸摸虛擬觸摸屏平面上的點坐標。

　　3.4 點擊判定

　　點擊判定算法根據不同時間的手指位置檢測是否產生點擊操作。如果在初始定位時設置的直線位置上一定時間內識別到手指的有無，則表明進行了點擊操作。

　　4 結語

　　設計了一種虛擬觸摸屏系統，其特色在于由圖像采集裝置獲取的一維圖像數據來確立用戶手指觸摸二維虛擬觸摸屏上的位置坐標。前提是一維圖像采集裝置的安裝位置，它從根本上解決了大屏幕觸摸屏中人體遮擋手指無法識別的問題，且其進行的是一維數據的處理，相比于二維圖像處理算法更加簡單。