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任何表面皆可触屏无需传感器超低成本投影虚拟
 

  自从智能手机问世以来,使用触摸与数字内容进行交互变得无处不在。不过到目前为止,触摸屏主要限于袖珍设备。

  近日,来自日本多所大学的研究者组成的研究团队提出了一种新的低成本方法,能够将任何表面变成触摸屏,为人们与数字世界的交互提供了新的可能性。

  之前允许通过触摸操纵投影图像的工作大多依赖于特殊的输入设备、多个传感器或图像处理算法,难以处理混乱或令人困惑的视觉内容。而该研究提出的新系统只需在投影仪下方连接一个摄像头,系统从一个单一的相机图像上确定手指是否接触过屏幕表面,并且由于该方法仅捕获略高于屏幕的区域,因此该系统的投影图像具有鲁棒性,不会受到视觉干扰。

  该系统的关键是一种巧妙的光学技巧,该技巧能够确保仅检测到投影表面上方的运动。这使得系统在用户按下按钮时跟踪用户的手指,同时忽略相机视野中所有的其他内容。研究者希望这项技术可以用于在任何地方创建大型交互式显示器。

  与其他基于相机的方法相比,该方法在隐私保护方面具有优势,因为设备仅从投影表面正上方的空间捕获光。换句话说,系统不会捕获感兴趣区域之外的隐私敏感部分,例如人脸或其他识别细节。

  第一个挑战是投影图像的视觉信息会干扰手部检测。特别是投影颜色在指尖皮肤上重叠,这使得从图像中提取指尖区域变得困难。此外,如果投影图像内容包括人手或显示内容中有人,则系统无法区分投影图像中的假手和触摸屏幕的真手。克服这一挑战的一种方法是使用额外的设备,例如红外摄像机或深度传感器,将真实手部区域检测为非平面物体。然而,这种额外的硬件增加了设备配置的复杂性。

  第二个挑战来自基于单个固定相机的图像执行触摸检测和指尖定位。虽然多个摄像头可以对手指的 3D 坐标进行三角测量,但这也增加了交互设备的规模和计算复杂性。

  以下图 2 为例,以下部分是不需要感知的:投影内容、指尖以外的手部区域、周围的风景、悬停的指尖、触摸屏幕范围外的指尖。

  通过同步摄像头和投影仪这两个设备,可以让投影仪发出的光的水平面与相机接收的水平面相交。由于两个设备有轻微的偏移,借助三角测量原理可以计算出它们重叠的点的深度。

  此外,论文中详细描述了如何将这种设置与简单的图像处理算法结合,以跟踪用户手指相对于投影图像的位置,并且此跟踪信息可用作任何基于触摸的应用程序的输入。

  研究成员之一 Jayasuriya 说:「该系统最初的原型制作花费了大约 500 美元,如果商业化,成本还可能会大大减少。」

  目前,该设备一次只能跟踪一根手指,但启用多点触控只需研究人员将图像处理算法换成更智能的。研究团队希望该设备在未来的迭代中实现更复杂的手势识别。

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