本發(fā)明屬于多媒體、人機(jī)互動(dòng)領(lǐng)域，具體涉及一種非接觸互動(dòng)展示系統(tǒng)的濾波方法。

背景技術(shù)：
多媒體技術(shù)是使用計(jì)算機(jī)交互式綜合技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)處理媒體文本、圖像、圖形、視頻和聲音，使多種信息建立邏輯連接，集成為一個(gè)人機(jī)互動(dòng)系統(tǒng)?；?dòng)多媒體則具有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)互動(dòng)性，是集成“視頻、語音、文字、數(shù)據(jù)”的互動(dòng)通訊，大大改變了現(xiàn)有的溝通方式，廣泛應(yīng)用于各類展廳中，如：博物館、科技館、企業(yè)展廳等等?；?dòng)多媒體展示系統(tǒng)在體驗(yàn)方式和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面大大突破了傳統(tǒng)的媒體傳播方式，其快速發(fā)展讓多媒體的傳播形式逐漸從藝術(shù)化走向了技術(shù)化和藝術(shù)化相互融合，相互襯托的方式?；?dòng)多媒體展示系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)體驗(yàn)方式，信息接受者不再僅僅的只是被動(dòng)的接受多媒體傳播的信息，而是通過一種主動(dòng)式的互動(dòng)體驗(yàn)讓客戶更加具有直接化、選擇性與娛樂性，可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，非接觸互動(dòng)展示系統(tǒng)的創(chuàng)新傳播形式將會(huì)越來越豐富多彩?，F(xiàn)有的非接觸互動(dòng)展示系統(tǒng)由于掃描儀存在各種各樣的噪聲干擾，影響到人機(jī)互動(dòng)的準(zhǔn)確性，互動(dòng)體驗(yàn)感覺不好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是：提供一種能夠突破干擾噪聲對(duì)多媒體系統(tǒng)的影響并實(shí)現(xiàn)人機(jī)自然非接觸式互動(dòng)的非接觸互動(dòng)展示系統(tǒng)的濾波方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種非接觸互動(dòng)展示系統(tǒng)的濾波方法，其特征在于，將非接觸互動(dòng)展示系統(tǒng)中的激光掃描儀所產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行分類，分為縱向抖動(dòng)噪聲以及橫向抖動(dòng)噪聲，再分別對(duì)所述縱向抖動(dòng)噪聲以及橫向抖動(dòng)噪聲進(jìn)行濾波。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，非接觸互動(dòng)展示系統(tǒng)主要存在的噪音源有很多種：由于掃描儀安裝不夠穩(wěn)定，或懸掛于樓板，或垂直于墻壁引出，可能會(huì)使得掃描儀內(nèi)部電機(jī)的震蕩加劇，引起噪聲。在所有噪聲中，影響最大的分為兩類：第一類，對(duì)于每一束紅外信號(hào)，由于電機(jī)的震動(dòng)，使得即使在測(cè)量固定距離的物體時(shí)，其所測(cè)長(zhǎng)度會(huì)存在毫米級(jí)的微小變化，此處稱之為縱向抖動(dòng)；第二類，雖然電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈都需要重新校對(duì)起始角度去除偏移，但每圈里面所掃描測(cè)量的數(shù)據(jù)仍然會(huì)有細(xì)微偏差，體現(xiàn)在具體測(cè)量目標(biāo)上，就是所測(cè)物體的邊緣值會(huì)存在抖動(dòng)，此處稱之為橫向抖動(dòng)。因此只要對(duì)這兩類的噪音源單獨(dú)進(jìn)行濾波，就能取得很好的效果。對(duì)橫向抖動(dòng)噪聲進(jìn)行的濾波可以是平均值濾波，聚類濾波等；對(duì)縱向抖動(dòng)噪聲濾波可以是將其轉(zhuǎn)化到頻域，把高頻信號(hào)濾去的高頻濾波，聚類濾波等。本發(fā)明中，對(duì)縱向抖動(dòng)噪聲濾波的具體步驟為：步驟1：取當(dāng)前周期掃描的數(shù)組及前n個(gè)周期的數(shù)組，n取值于3~6之間；步驟2：判斷當(dāng)前點(diǎn)是否處在設(shè)定的操作區(qū)里，若處于所設(shè)定的操作區(qū)內(nèi)，再判斷前幾周期該點(diǎn)的坐標(biāo)范圍，若不在操作區(qū)內(nèi)，則對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償；步驟3：最后對(duì)其進(jìn)行濾波處理。進(jìn)一步的，所述對(duì)橫向抖動(dòng)噪聲濾波的具體步驟為：濾去最先進(jìn)入操作區(qū)的距離值，首先去掉前N個(gè)進(jìn)入的點(diǎn)，并對(duì)其余點(diǎn)加權(quán)求平均，然后取第N+1點(diǎn)作為加權(quán)計(jì)算的第一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行濾波，（N?。?、3或4）。還可以對(duì)最后進(jìn)入的兩個(gè)點(diǎn)也執(zhí)行刪除，能取得更好的效果。進(jìn)一步的，還包括以下步驟：對(duì)已識(shí)別連續(xù)有效距離值進(jìn)行分析，對(duì)其求加權(quán)平均值，算出待發(fā)送的坐標(biāo)點(diǎn)，即用于操作的手的坐標(biāo)。進(jìn)一步的，n為3。進(jìn)一步的，N為3。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：非接觸式互動(dòng)多媒體系統(tǒng)，通過橫向?yàn)V波與縱向?yàn)V波相結(jié)合方法，大大減小了由于激光傳感器電機(jī)運(yùn)行抖動(dòng)產(chǎn)生噪聲源對(duì)人機(jī)互動(dòng)的影響，讓客戶與宣傳內(nèi)容實(shí)時(shí)互動(dòng)，加深了產(chǎn)品印象與知名度，具有很好的廣告效應(yīng)與娛樂效應(yīng)，同時(shí)非接觸式的交流，減少了因接觸而產(chǎn)生細(xì)菌傳染，更加人性化。附圖說明下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：圖1為非接觸互動(dòng)展示系統(tǒng)硬件框圖。圖2為非接觸互動(dòng)展示系統(tǒng)軟件界面設(shè)計(jì)圖。圖3為加權(quán)計(jì)算操作手的坐標(biāo)點(diǎn)。具體實(shí)施方式實(shí)施例：在本互動(dòng)展示系統(tǒng)中，傳感器采用采用100M以太網(wǎng)通訊端口的激光傳感器，具有超高速傳輸數(shù)據(jù),每秒鐘采集25次數(shù)據(jù)，每一幀圖像中每0.36°有1個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)獲取并處理測(cè)量數(shù)據(jù)，而且可以更多的處理或控制任務(wù)。本系統(tǒng)的組成如圖1所示。該系統(tǒng)采用激光傳感器來采集目標(biāo)信息、通過計(jì)算機(jī)與串口監(jiān)控電路來處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)非接觸多點(diǎn)控制。其中，該互動(dòng)展示系統(tǒng)主要組成部分如下：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)：主要是通過激光傳感器來實(shí)時(shí)采集目標(biāo)圖像，該圖像表示距離或空間位置信息的深度。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)：主要由串口復(fù)制電路組成。通過監(jiān)視串口獲取激光傳感器采集到的信息，并根據(jù)激光傳感器的協(xié)議，解析這些信息提取有效的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行分析處理。輔助子系統(tǒng)：由電源、電源控制電路、固定設(shè)備組成。其中，電源是用來給系統(tǒng)供電，電源控制電路可以實(shí)現(xiàn)打開、關(guān)閉、重啟系統(tǒng)，并選擇系統(tǒng)的測(cè)量范圍。固定設(shè)備是用來固定激光傳感器的。軟件采用微軟公司的MicrosoftVisualstudioC#開發(fā)，操作軟件具有直觀的用戶界面，其主要功能模塊包括：原始數(shù)據(jù)濾波分析、有效工作區(qū)域的劃定、有效點(diǎn)的識(shí)別、有效點(diǎn)的濾波處理與坐標(biāo)分析、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、基本數(shù)據(jù)保存、通過相關(guān)協(xié)議與終端軟件之間的坐標(biāo)傳送。激光傳感器發(fā)出的激光束可以覆蓋它的整個(gè)工作范圍內(nèi)所有物體，而測(cè)量到的一幀數(shù)據(jù)就是該工作區(qū)內(nèi)的所有被掃描到的物體的距離信息。通過順序讀取傳感器相鄰幀的數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境目標(biāo)的監(jiān)測(cè)與控制?；?dòng)系統(tǒng)軟件界面設(shè)計(jì)，如圖2所示，可分為如下四個(gè)模塊：串口通信模塊。實(shí)現(xiàn)串口通信任務(wù)，將掃描儀掃描的數(shù)據(jù)傳輸至PC機(jī)。接收回顯模塊。負(fù)責(zé)顯示串口接收到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)圖形化顯示模塊。圖形化顯示測(cè)量到的數(shù)據(jù)。大屏幕顯示模塊。負(fù)責(zé)顯示互動(dòng)畫面與圖像。由于掃描儀掃描測(cè)量數(shù)據(jù)依靠其內(nèi)部電機(jī)，故電機(jī)運(yùn)行時(shí)帶來的震動(dòng)成為其不可避免的噪聲源，帶來的干擾可分為兩類。第一類，對(duì)于每一束紅外信號(hào)，由于電機(jī)的震動(dòng)，使得即使在測(cè)量固定距離的物體時(shí)，其所測(cè)長(zhǎng)度會(huì)存在毫米級(jí)的微小變化，此處稱之為縱向抖動(dòng)；第二類，雖然電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈都需要重新校對(duì)起始角度去除偏移，但每圈里面所掃描測(cè)量的數(shù)據(jù)仍然會(huì)有細(xì)微偏差，體現(xiàn)在具體測(cè)量目標(biāo)上，就是所測(cè)物體的邊緣值會(huì)存在抖動(dòng)，此處稱之為橫向抖動(dòng)。因此分別單獨(dú)進(jìn)行縱向?yàn)V波和橫向?yàn)V波會(huì)取得很好的效果。縱向?yàn)V波：針對(duì)第一類抖動(dòng)，本產(chǎn)品在軟件的數(shù)值分析上對(duì)其進(jìn)行濾波處理。取當(dāng)前周期掃描的數(shù)組及前3個(gè)周期的數(shù)組，先判斷當(dāng)前點(diǎn)是否處在設(shè)定的操作區(qū)里，若處于所設(shè)定的操作區(qū)內(nèi)，再判斷前幾周期該點(diǎn)的坐標(biāo)范圍，若不在操作區(qū)內(nèi)，則對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。也可以取4個(gè)周期或者5個(gè)周期，但時(shí)間上會(huì)稍有影響，反應(yīng)速度變慢。具體如下：僅有一個(gè)在里面，以當(dāng)前點(diǎn)（x,y）為準(zhǔn)；有兩個(gè)在外面，兩個(gè)在里面，用臨近值補(bǔ)償；x,x1在外面，兩個(gè)在里面，用臨近值補(bǔ)償；x,x2在外面，兩個(gè)在里面，用臨近值補(bǔ)償；x,x3在外面，兩個(gè)在里面，用臨近值補(bǔ)償；x2,x3,在里面，臨近補(bǔ)償剩余值；x1,x3,在里面，臨近補(bǔ)償剩余值；x1,x2,在里面，臨近補(bǔ)償剩余值；有一個(gè)在外面，三個(gè)在里面，用臨近值補(bǔ)償；有一個(gè)在外面，用臨近值補(bǔ)1償，當(dāng)前點(diǎn)x,y；有一個(gè)在外面，用臨近值補(bǔ)1償，x1,y1；有一個(gè)在外面，用臨近值補(bǔ)1償，x2,y2；有一個(gè)在外面，用臨近值補(bǔ)1償，x3,y3；全部在里面，無需替代進(jìn)行補(bǔ)償。最后對(duì)其進(jìn)行濾波，相關(guān)公式如下：x=μx+μ1x1+μ2x2+μ3x3;y=μy+μ1y1+μ2y2+μ3y3;等號(hào)右邊的表達(dá)式中，x為當(dāng)前周期及該角度所測(cè)距離值轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)的x軸坐標(biāo)，y為當(dāng)前周期該角度所測(cè)距離值轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)的y軸坐標(biāo)。x1,x2,x3,y1,y2,y3分別為之前三個(gè)周期該點(diǎn)的計(jì)算值。等號(hào)左邊的x、y，為當(dāng)前周期該點(diǎn)的計(jì)算值，即更新值。μ、μ1、μ2、μ3為系數(shù)。μ、μ1、μ2、μ3的取值范圍大于0，小于等于1/2，且μ≥μ1≥μ2≥μ3，μ、μ1總和大于1/2。本實(shí)施例中μ=1/3,μ1=1/4,μ2=1/4,μ3=1/6。針對(duì)第二類抖動(dòng)，本產(chǎn)品在軟件的數(shù)值分析上對(duì)其進(jìn)行濾波處理，包括以下步驟：1.由于檢測(cè)物體的距離值時(shí)，邊緣的誤差較大，所以濾去最先進(jìn)入操作區(qū)的距離值（即那根被在操作區(qū)內(nèi)物體擋住的激光束）。首先去掉前兩個(gè)進(jìn)入的點(diǎn)，并對(duì)其余點(diǎn)加權(quán)求平均，然后取第3點(diǎn)作為加權(quán)計(jì)算的第一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行濾波。本實(shí)施例還可以對(duì)最后進(jìn)入的兩個(gè)點(diǎn)也執(zhí)行刪除，能取得更好的效果。對(duì)已識(shí)別連續(xù)有效距離值進(jìn)行分析，對(duì)其求加權(quán)平均值，算出待發(fā)送的坐標(biāo)點(diǎn)，即用于操作的手的坐標(biāo)，如圖3所示，其中藍(lán)色框?yàn)樵O(shè)定的有效操作區(qū)。選擇正常有效點(diǎn)（第三點(diǎn)，及其以后所有點(diǎn)），在顯示界面中顯示，無效距離值PenOut用綠色表示，PenIn為有效距離值（紅色），計(jì)算有效點(diǎn)的x,y的總和，對(duì)有效點(diǎn)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。當(dāng)操作手離開掃描范圍時(shí)，第一次離開掃描范圍，計(jì)算均值坐標(biāo)，當(dāng)此組數(shù)據(jù)掃描結(jié)束后，重置參數(shù)’ThirdPoint’、’InNumber’。本發(fā)明能夠突破電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的干擾噪聲對(duì)多媒體展示系統(tǒng)的影響并實(shí)現(xiàn)人機(jī)自然無接觸式互動(dòng)。本發(fā)明利用先進(jìn)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，結(jié)合互動(dòng)式體驗(yàn)技術(shù)的設(shè)計(jì)方案，整合了圖形、圖像、文字、聲音等傳播方式，從一系列的不完全及包含噪聲的測(cè)量數(shù)據(jù)中分析與濾波，采用橫向?yàn)V波與縱向?yàn)V波相結(jié)合方法，讓多種信息傳播元素集成為一個(gè)完整化的無接觸式人機(jī)交互系統(tǒng)，以一種直觀化、立體式、多人實(shí)時(shí)互動(dòng)性的方式傳遞一種全新互動(dòng)新感覺和新體驗(yàn)。