制作触摸屏鼠标.doc

给笔记本电脑添加触摸屏功能，通过手指在屏幕上的指点动作操作鼠标。这个小制作可以不对计算机进行任何改动，仅通过一个“小手柄”实现简易触摸屏的功能，即用这个“手柄”在屏幕上的指点来控制鼠标的移动。是不是觉得不可思议？其实它的原理很简单，有兴趣的朋友跟我们一起动起手来 HYPERLINK / \t _blank DIY吧！??要实现触摸屏功能，首先需要计算机对我们的动作进行感知识别。传统的触摸屏是基于硬件传感器的，即通过电阻分压计算AD值的方式获取坐标。本制作采用图像识别方式，当然也有传感器，这就是大家常用的网络摄像头。图2清晰地说明了本制作的核心思想：屏幕平面与摄像头采集到的虚拟图像平面存在一一映射关系。如能在摄像头采集到的图像中检测出手的位置，就可以将手指的图像坐标映射至屏幕上的实际坐标，达到我们的“触摸”效果。当然，计算机是很“笨”的，想让它直接识别我们的手指，可能是一个复杂的问题：它得先分析图像，二值化，再提取“手指模型”特征，再……。 是不是又有读者准备翻页了？请再次打住！毕竟我们不是专业搞计算机图像识别的，让我们换一个思考方式吧，简化一下，为何不在手指上附加一种特殊标志，只让计算机识别这个特殊标志呢？最直接的想法是识别颜色，因为这比其他任何基于形状识别的方法都要简单。比如，在手里握一支颜色“足够红”的笔，让计算机在采集的图像中按像素逐个寻找R分量值最高的点即可。图3为计算机识别钟表起子尾部红色物体的屏幕截图，黄线十字处为识别到的区域，即使快速晃动起子，计算机也能马上感应出来。? ?这个实验是在较理想的环境下进行的，如果背景较复杂，存在太多五颜六色的物体时，这种仅基于颜色的识别方法便无法使用。因为仅根据颜色信息，计算机无法准确识别背景还是手中的物体。笔者突发奇想， 如果有一种“红外摄像头”，它仅能获取红外光谱的图像，用其来识别握在手里的红外LED不就可以了吗？这样，背景将是一片漆黑，视野中只有一个亮点，非常适合计算机处理。下面就通过一步步的硬件改造来说明这个“创意”。 图1 实验最终效果 ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 图2 图像映射关系 图3 识别红色物体演示 图4 需要用到的工具和元件 图5 摄像头镜头结构及改装示意 图6 摄像头镜头及拆卸出的红外滤镜硬件制作及改装首先准备好工具和要用到的元器件，见图4。锉刀、剪刀等工具是必不可少的；另外还需准备一个网络摄像头、一张软磁盘、一块手机锂电池或其他电池、一个红外发光二极管、一个120Ω限流电阻。不论手机摄像头还是常用的USB 接口网络摄像头，其内部核心基本都是CMOS 图像传感器，这类传感器的一大特点是不仅可响应可见光，还对波长为800nm 左右的不可见红外光敏感。大家可以做一个小实验，用家里的电视遥控器对着摄像头按键，你会发现图像中出现一个微微闪亮的光斑。对！这就是红外光了。着急的读者这时一定想问：这么微弱的光有什么用呢？问题提得很好！这么弱的光会被淹没在强烈的其他光照背景下，的确很难直接提取光斑特征。为了简化图像识别算法，我们需要对摄像头做一些小小的改造。1.将普通摄像头改装成红外摄像头大家已经知道，CMOS 传感器对红外光有一定的敏感度，但是正常的使用中需要看的仅仅是可见光谱部分。为了提高画质，大部分的摄像头商家都会在镜头中添加一个红外滤镜，尽量将那些没用的光谱段滤去，参见图5的示意图。然而，我们的制作却恰恰需要采集红外信号，因此需要反其道而行之：保留红外光，滤除可见光。小心拧下你手中摄像头的镜头，如果在镜头组的最后面看见一个方形或圆形的“彩色”玻璃片，那么恭喜你，这意味着你的摄像头可以方便地改装；这张玻璃片就是所谓的红外滤镜了，大多数情况下，它被一滴胶水粘在镜头组上，我们接下来要做的就是将它去除。准备一根最细的缝衣针，沿边缝小心将其挑起后取出，见图6。需要注意，滤镜片很薄很脆，用力千万小心，如果破碎，虽然不会影响本实验，但是你的摄像头就无法复原了。取出滤镜后再将镜头装回摄像头，调好焦距后插入电脑看看效果。是不是发现画面显示并无异样，只是图像有些微微发红呢？此时，我们的摄像头已经可以允许接受可见光和红外光谱范围内的图像了，再按下遥控器试试，你会惊奇的发现，原先那微弱的亮点变成了一个大光斑。仅仅能观看到红外光还不够，因为光斑依然不能与背景构成较大的对比反差，第二步要做的是滤除可见光。“可见光滤镜”是一种看起来黑黑的镜片，可滤除光线中的可见光成分，在红外摄影爱好者中广泛使用，淘宝网上也多有出售，可惜价格不菲。这里笔者介绍一种在室内环境中使用的廉价土办法：用完全曝光的照相底片或软磁盘代替昂贵的可见光滤镜。根据经验，软盘片表面光洁度和均匀程度较底片好，是DIY 制作的首选。选一张废弃的干净