【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）面向兩點(diǎn)觸摸的光學(xué)觸摸系統(tǒng)識(shí)別算法研究-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分類號(hào) 密級(jí) 編號(hào) 中國(guó)科學(xué)院研究生院 碩 士學(xué)位論文 面向兩點(diǎn)觸摸的 光學(xué) 觸摸系統(tǒng)識(shí)別算法研究 岑科鐵 指導(dǎo)教師 杜曉黎 研究員 中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 工學(xué)碩 士 學(xué)科專業(yè)名稱 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 論文提交日期 2010 年 4 月 論文答辯日期 2010 年 5月 培養(yǎng)單位 中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所 學(xué)位授予單位 中國(guó)科學(xué)院研究生院 答辯委員會(huì)主席 聲 明 我聲明本論文是我本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方 外，本論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 作者簽名： 日期： 論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本人授權(quán)中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所可以保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交本論文的復(fù)印件和電子文檔，允許本論文被查閱和借閱，可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編本論文。 （保密論文在解密后適用本授權(quán)書(shū)。） 作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： I 摘 要 隨著人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)與人之間的交互越來(lái)越便捷了。尤其是觸摸技術(shù)的發(fā)展，使得人們 能夠更加直觀便捷地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。而作為一項(xiàng)具有良好用戶體驗(yàn)的交互技術(shù)， 觸摸技術(shù) 更是得到了大規(guī)模的應(yīng)用。隨著 推出，最新的 多 點(diǎn)觸摸技術(shù)給人們帶來(lái)了比傳統(tǒng)的單點(diǎn)觸摸技術(shù)更酷更炫的交互體驗(yàn)。 而 對(duì)于多點(diǎn)觸摸的原生支持，使得人們對(duì)于大尺寸多點(diǎn)觸摸屏的需求日益強(qiáng)烈。 但是 大尺寸多點(diǎn)觸摸屏的高成本卻阻礙了該技術(shù)的 大規(guī)模發(fā)展 與應(yīng)用。本文旨在研究并實(shí)現(xiàn)一種面向兩點(diǎn)觸摸的光學(xué)觸摸系統(tǒng)，以降低 大尺寸多點(diǎn)觸摸屏的成本，推動(dòng)多點(diǎn)觸摸技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。 本文采用普通攝像頭及 導(dǎo)光光纖作為 摸系統(tǒng)的基本 組件 ， 通過(guò)檢測(cè)觸點(diǎn)在左右攝像頭中形成的暗斑 坐標(biāo) 來(lái)計(jì)算觸點(diǎn)在屏幕上的相應(yīng)坐標(biāo)。 本文 主要解決了以下三個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)： （ 1） 如何 從攝像頭圖像中準(zhǔn)確地、魯棒地檢測(cè)出觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的暗斑質(zhì)心的一維坐標(biāo)。 （ 2） 如何 將觸點(diǎn)在左右攝像頭中對(duì)應(yīng)的一維坐標(biāo)精確地、迅速地轉(zhuǎn)換為觸點(diǎn)在屏幕上的二維坐標(biāo)。 （ 3） 在一些特定使用模式下 ， 怎樣的 算法處理策略 能夠取得較好的效果 。 本文的 貢獻(xiàn) 在于用更低的成本 實(shí)現(xiàn)了大尺寸的兩點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，解決了由此引入的一系列新的技術(shù)挑戰(zhàn)， 并 達(dá)到了 與業(yè)界相當(dāng)?shù)挠|摸性能。 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)各方面性能的綜合測(cè)試， 學(xué)觸摸系統(tǒng) 獲得 了微軟的 標(biāo)認(rèn) 證，并已經(jīng) 作為聯(lián)想一體機(jī)的組成部分 成功上市。 關(guān)鍵詞 ： 多點(diǎn)觸摸 ；光學(xué)觸摸系統(tǒng)；圖像處理；雙目視覺(jué)；卡爾曼濾波 y he CI In of it to As an s is of of of of to a of of In as By in by on we of in (1) to of of (2) to of (3) In of of is to by a of by of a of of in as s 目 錄 摘 要 . I 目 錄 . V 圖目錄 . 目錄 . 一章 引言 . 1 用背景 . 1 文的研究目標(biāo) . 2 文的貢獻(xiàn) . 2 文的組織 . 3 第二章 觸摸技術(shù)介紹 . 5 統(tǒng)的單點(diǎn)觸摸技術(shù) . 5 點(diǎn)觸摸的幾種主要實(shí)現(xiàn)技術(shù) . 5 點(diǎn)觸摸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性 . 8 點(diǎn)觸摸技術(shù) . 9 點(diǎn)觸摸的幾種主要實(shí)現(xiàn)技術(shù) . 9 點(diǎn)觸摸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性 . 13 點(diǎn)觸摸技術(shù) . 14 點(diǎn)觸摸的幾種主要實(shí)現(xiàn)技術(shù) . 14 點(diǎn)光學(xué)觸摸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及挑戰(zhàn) . 16 章小結(jié) . 17 第三章 . 19 件總體設(shè)計(jì) . 19 件總體設(shè)計(jì) . 20 文的三個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn) . 21 章小結(jié) . 22 第四章 觸點(diǎn)的圖像質(zhì)心檢測(cè)算法 . 23 使用的一些基本的圖像處理算法 . 24 面向兩點(diǎn)觸摸的 光學(xué) 觸摸系統(tǒng)識(shí)別算法研究 ： 目錄 數(shù)字圖像的表示 . 24 像相減 . 25 間域的濾波 . 26 度變換 . 28 度 . 29 像處理中的一些關(guān)鍵算法 . 30 像的預(yù)處理 . 31 點(diǎn)的邊緣檢測(cè) . 33 景更新策略 . 36 干擾處理策略 . 38 章小結(jié) . 42 第五章 基于雙目視覺(jué)的 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法 . 45 統(tǒng)的基于三角關(guān)系的計(jì)算方法 . 45 本計(jì)算模型 . 45 性插值法 . 46 進(jìn)的計(jì)算模型 . 48 用攝像頭內(nèi)外參數(shù)的方法 1415 . 51 像頭參數(shù)的調(diào)節(jié) . 54 像頭畸變的處理 16 . 57 于雙目視覺(jué)的計(jì)算方法 . 60 般意義上的攝像機(jī)成像模型 . 61 化后的成像模型 . 63 影矩陣的計(jì)算 . 65 用投影矩陣計(jì)算觸點(diǎn)坐標(biāo) . 68 于雙目視覺(jué)的畸變校正 . 70 種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的比較 . 72 章小結(jié) . 73 第六章 三個(gè)特定使用模式下的關(guān)鍵算法 . 75 點(diǎn)的平滑與預(yù)測(cè) . 75 爾曼濾波器簡(jiǎn)介 . 76 點(diǎn)的平滑 . 77 點(diǎn)的預(yù)測(cè) 2137 . 78 點(diǎn)的遮擋問(wèn)題 . 79 點(diǎn)匹配與“假點(diǎn)”問(wèn)題 . 82 面向兩點(diǎn)觸摸的 光學(xué) 觸摸系統(tǒng)識(shí)別算法研究 ： 目錄 “假點(diǎn)”問(wèn)題 . 82 點(diǎn)的匹配 . 84 章小結(jié) . 86 第七章 . 87 論 . 87 甲單雙擊及拖拽 . 88 勢(shì)識(shí)別率 . 90 干擾測(cè)試 . 91 章小結(jié) . 92 第八章 結(jié)束語(yǔ) . 93 文工作總結(jié) . 93 一步工作 . 93 參考文獻(xiàn) . 95 致 謝 . i 作者簡(jiǎn)介 . 目錄 圖 阻式觸摸屏的組成 . 6 圖 容式觸摸屏的組成 . 6 圖 外式觸摸屏的組成 . 7 圖 面聲波觸摸屏的組成 . 8 圖 原理 . 10 圖 檢測(cè)效果 . 10 圖 I 原 理 . 11 圖 I 的檢測(cè)效果 . 11 圖 理 . 12 圖 檢測(cè)效果 . 12 圖 理 . 13 圖 檢測(cè)結(jié)果 . 13 圖 電容檢測(cè)方式 . 15 圖 向兩點(diǎn)觸摸的光學(xué)觸摸屏示意圖 . 15 圖 點(diǎn)光學(xué)觸摸系統(tǒng)原理示意圖 . 16 圖 統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) . 19 圖 體設(shè)計(jì) . 20 圖 右攝像頭看到的光帶 . 23 圖 同位置觸點(diǎn)明暗對(duì)比 . 23 圖 值圖 . 25 圖 用 1W 進(jìn)行濾波后的效果圖 . 27 圖 值、最大值、最小值濾波效果圖 . 27 圖 值化使用的灰度變換曲線 . 28 面向兩點(diǎn)觸摸的 光學(xué) 觸摸系統(tǒng)識(shí)別算法研究 ： 圖目錄 X 圖 一種曲線變換 . 28 圖 度變換效果圖 . 29 圖 子梯度圖 . 30 圖 像預(yù)處理步驟 . 31 圖 景減背景后的差值圖 . 32 圖 處理后的效果圖 . 33 圖 點(diǎn)邊緣檢測(cè)算法 . 34 圖 點(diǎn)邊緣檢測(cè)效果圖 . 35 圖 景沒(méi)有正確更新的結(jié)果 . 37 圖 景更新策略 . 37 圖 境光干擾背景圖 . 39 圖 影子存在時(shí)的攝像頭圖像 . 39 圖 干擾處理策略 . 41 圖 干擾處理結(jié)果 . 42 圖 算坐標(biāo)的基本原理圖 . 45 圖 性插值法基本原理 . 46 圖 性插值法效果圖 . 48 圖 變攝像頭高度對(duì)坐標(biāo)誤差的影響 . 49 圖 進(jìn)的計(jì)算模型 . 50 圖 像頭內(nèi)外參數(shù) . 51 圖 算所得的攝像頭參數(shù) . 53 圖 用攝像頭參數(shù)計(jì)算坐標(biāo)的效果圖 . 54 圖 5.9 . 55 圖 數(shù)調(diào)節(jié)后的結(jié)果圖 . 56 圖 向畸變 . 57 面向兩點(diǎn)觸摸的 光學(xué) 觸摸系統(tǒng)識(shí)別算法研究 ： 目錄 向畸變模型曲線 . 58 圖 過(guò)畸變校正后的結(jié)果 . 59 圖 像頭針孔成像模型 . 61 圖