光学追踪式交互广告屏幕控制方法与流程

本发明涉及交互控制，尤其涉及光学追踪式交互广告屏幕控制方法。

背景技术：

1、在当今数字化和互动化的时代，广告行业的发展已经不再局限于传统的静态广告形式，而是越来越倾向于使用具有交互性和智能化的广告形式来吸引受众的注意。在这种背景下，光学追踪式交互广告屏幕成为了一种备受关注的技术，它通过光学追踪和分析用户的手势动作，实现了人机交互的目的，为广告行业带来了新的发展机遇。在传统的广告屏幕中，用户与广告之间的互动主要依靠触摸屏等物理接口来实现，这种交互方式虽然直观易用，但存在着一定的局限性。例如，用户需要直接接触屏幕才能进行操作，不利于保持屏幕的清洁和卫生；同时，触摸屏技术也容易受到外界环境的影响，如温度、湿度等因素可能导致触摸屏的灵敏度和稳定性下降。因此，寻求一种更加先进和智能的交互方式成为了广告行业的迫切需求。

2、近年来，光学追踪技术在人机交互领域得到了广泛应用。通过使用摄像头等光学设备捕捉用户的手势动作，实现了无需直接接触屏幕即可进行操作的功能，极大地提升了用户的交互体验。然而，现有的光学追踪技术仍然存在一些问题，主要包括以下几个方面：精度和灵敏度不足：现有的光学追踪技术在捕捉用户手势时，往往存在精度和灵敏度不足的情况。一些细微的手势动作可能无法被准确识别和捕捉，导致用户体验下降。环境干扰影响：光学追踪技术受到环境光线、背景干扰等因素的影响较大，容易导致识别错误或者漏检现象的发生，影响了系统的稳定性和可靠性。多用户场景下的冲突：在多用户场景下，现有的光学追踪技术往往难以准确区分不同用户的手势动作，容易出现冲突和干扰，影响了交互的流畅性和效率。交互响应速度慢：由于光学追踪技术需要对用户的手势动作进行实时捕捉和识别，因此在一些情况下，交互响应速度较慢，无法满足用户对即时性的需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的主要目的在于提供光学追踪式交互广告屏幕控制方法，本发明通过光学追踪技术实现无触控操作，提高了控制的灵敏度和响应速度；同时，智能识别和分析用户手势动作，使得控制操作更加高效和智能化。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、光学追踪式交互广告屏幕控制方法，所述方法包括：

4、步骤1：在广告屏幕上安装图像获取装置和发光装置，发光装置开始发出光线，并记录此时的时间，作为初始时间；所述发光装置包括多个相同的发光体；

5、步骤2：用户用手做出手势，光线反射形成的光斑被图像获取装置捕捉成图像；在图像中检测出手势位置；

6、步骤3：对于每个发光体，计算其到手势位置的入射光线方向向量；以及，计算光线从手势位置反射光线方向向量，并对反射光线方向向量进行基于布里渊散射频移的校正；

7、步骤4：对于每个反射光线，计算其与图像获取装置的交点；根据反射光线与图像获取装置的交点处的光强度，计算反射光线的强度；

8、步骤5：对于所有发光体的反射光线，进行加权融合，得到手势位置的最终光强度；根据手势位置的最终光强度，确定手势的三维空间位置；

9、步骤6：在一个连续的时间周期，重复步骤2到步骤5，得到在每个时间下的手势的三维空间位置，以及根据初始时间时对应的手势的三维空间位置，判断用户的手势移动方向，得到判断结果；

10、步骤7：根据判断结果，控制广告屏幕中的显示内容的显示效果。

11、进一步的，所述发光装置包括一组发光体，记为l；第i个发光体为li，每个发光体的位置为(xi,yi,zi)；每个发光体的光强度ii；图像获取装置的内参矩阵为k；步骤2中首先从从图像中检测出手势区域，获取手势区域的中心位置(xg,yg,zg)作为手势位置。

12、进一步的，对于每个发光体li，计算其到手势位置的入射光线方向向量

13、其中，|(xg-xi,yg-yi,zg-zi)|表示手势位置到发光体位置的距离的模；a0为振幅因子，表示光线的振幅大小；q(z)为复束腰参数，描述光束的束腰位置和发散度；z为复变量；r为径向距离，表示光线距离光束轴线的距离；w(z)光束的束腰半径，表示光束在空间中的横向尺寸；k为光线波数；φ(z)为相位，描述光线的相位信息；i为虚数符号。

14、进一步的，对于每个发光体li，使用如下公式，计算光线从手势位置反射光线方向向量：

15、

16、其中，为手势位置处的法线向量；为手势位置到图像获取装置的位置的向量；δωi为布里渊散射导致的频移。

17、进一步的，布里渊散射导致的频移为δωi，计算公式为：

18、

19、其中，a为常数，pi为发光体li的功率，λi为光线波长，ni为介质折射率，ρi为光线与图像获取装置所处的平面的法向量的夹角。

20、进一步的，对于每个反射光线计算其与图像获取装置的交点(ui,vi)的过程包括：将反射光线表示为其原点pi和方向向量即其中t是参数，表示沿光线方向的距离；将反射光线参数化后，得到图像获取装置平面上与光线相交的点的参数方程；设图像获取装置的平面方程为z＝zsensor，其中zsensor是传感器的深度；将代入平面方程，解出参数t，从而得到与图像获取装置平面相交的点的三维坐标(xsensor,ysensor,zsensor)；利用相机的内参矩阵k，通过将图像获取装置平面的齐次坐标(x',y',z')除以其第三个坐标z'，将交点(xsensor,ysensor,zsensor)映射到相机图像平面上，即

21、进一步的，参数方程使用如下公式进行计算：

22、

23、其中，zorigin是反射光线的原点pi的z轴坐标；根据反射光线与图像获取装置的交点(ui,vi)处的光强度ili，计算反射光线的强度为：

24、

25、其中，d为反射光线从发光体li到手势位置的距离。

26、进一步的，对于所有发光体的反射光线，进行加权融合，得到手势位置的最终光强度为：

27、

28、其中，n为发光体数量，wi为发光体li的权重。

29、进一步的，根据手势位置的最终光强度，确定手势的三维空间位置的方法包括：基于每个发光体的位置和每个发光体的光强度，确定发光装置的空间光强度部分函数；所述空间光强度分布函数表征了空间的光强度和三维空间位置的关系；基于空间光强度部分函数和手势位置的最终光强度，确定手势的三维空间位置。

30、采用上述技术方案，本发明具备以下有益效果：首先，光学追踪技术在提高控制灵敏度方面发挥着重要作用。相较于传统的触摸屏等物理接口，光学追踪技术能够实现无需直接接触屏幕的操作，使得用户可以通过简单的手势动作来进行控制。这种无触控的交互方式大大提升了控制的灵敏度，用户只需轻轻挥动手臂或手指即可触发相应的操作，极大地降低了用户操作的难度和阻碍。此外，光学追踪技术能够实时捕捉用户的手势动作，并在短时间内对其进行识别和响应，使得控制的响应速度更加迅速，进一步提高了控制的灵敏度。因此，相较于传统的交互方式，本发明的光学追踪式交互广告屏幕控制方法能够更加精准地捕捉用户的动作，使得控制的灵敏度得到了显著提升。其次，本发明在提高控制效率方面也具有重要意义。光学追踪技术能够实现对用户手势动作的智能识别和分析，从而使得用户操作更加高效和便捷。传统的触摸屏等物理接口存在着用户需直接接触屏幕的局限性，而光学追踪技术则能够实现远距离的操作，使得用户可以在较远的距离内完成控制，大大提高了控制的灵活性和效率。此外，本发明通过对用户手势位置的精准追踪和识别，能够根据用户的实际需求和行为习惯，智能地调整广告内容和交互方式，提升了交互控制的智能化水平，进一步提高了控制的效率。因此，光学追踪式交互广告屏幕控制方法在提高控制效率方面具有明显的优势，能够使得用户能够更加高效地完成交互操作，极大地提升了用户体验。