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      虛擬追蹤鍵盤的制作方法

      文檔序號(hào):6376326閱讀:425來源:國(guó)知局
      專利名稱:虛擬追蹤鍵盤的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及虛擬鍵盤領(lǐng)域,尤其是涉及ー種手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦及家用臺(tái)式電腦所用的虛擬鍵盤。
      背景技術(shù)
      手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦及家用臺(tái)式電腦等電子設(shè)備在我們的生活中起著越來越重要的作用,從某種程度上甚至可以說,人類的生活已經(jīng)離不開它們。在使用它們的過程中,鍵盤是必不可少的設(shè)備之一,其在人機(jī)對(duì)話中發(fā)揮主要作用。最近新出的ー些手機(jī)產(chǎn)品中,推出了語音控制功能(如蘋果的siri),但其技術(shù)不夠成熟,或者用戶使用仍不習(xí)慣等原因,在短期內(nèi)很難普及,更別說代替鍵盤功能。因此,鍵盤在這些電子產(chǎn)品中的地位仍然是不可動(dòng)搖的。 從形式上可將鍵盤分成三類機(jī)械式鍵盤,軟鍵盤和激光鍵盤。機(jī)械式鍵盤在臺(tái)式電腦和筆記本電腦中占有幾乎全部的市場(chǎng),它經(jīng)歷長(zhǎng)期的發(fā)展,技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,使用已經(jīng)相當(dāng)方便,但是由于其體積較大,移動(dòng)起來很不方便,同時(shí)也很占用空間;軟鍵盤在手機(jī)和平板電腦中占有相當(dāng)大的市場(chǎng),其特點(diǎn)是可以增大屏幕空間,但是由于這些電子設(shè)備,尤其是手機(jī)屏幕較小,在進(jìn)行大量文字輸入或者是其它操作時(shí),由于輸入空間所限,在輸入時(shí)定位較難,就變的極不方便;激光鍵盤就是為克服這種困難而發(fā)明的,它雖然滿足了輸入空間的要求,但是顯然在較亮的環(huán)境中,它不適用,在使用過程中要看強(qiáng)烈的激光投影,對(duì)人眼也不健康,在輸入過程中因?yàn)榧す馔队皼]有像機(jī)械式鍵盤那樣在F和J鍵上有突出點(diǎn),使用者必須看鍵盤,不能實(shí)現(xiàn)盲打,這在大量輸入情況下是極不方便的。本發(fā)明為了解決上述問題,在總結(jié)以上所有鍵盤優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了ー種虛擬追蹤鍵盤。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有鍵盤的不足提出了ー種虛擬追蹤鍵盤,使用該鍵盤首先可以集成到任何ー個(gè)需要鍵盤的電子設(shè)備上,節(jié)省空間,移動(dòng)性強(qiáng),其次,因?yàn)椴僮鲄^(qū)根本就沒有鍵盤,所以不需要低頭看鍵盤,自然就可以實(shí)現(xiàn)盲打。為實(shí)現(xiàn)其目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
      一種虛擬追蹤鍵盤,包括圖像采集模塊、圖像預(yù)處理模塊、位置和動(dòng)作解算模塊、位置和動(dòng)作顯示模塊、動(dòng)作執(zhí)行模塊。圖像采集模塊為一帯照明設(shè)備和濾光片的攝像機(jī)。照明設(shè)備的作用是在光線較暗的時(shí)候增加照度,使攝像機(jī)可以采集到清晰的相片,濾光片的作用是濾除不必要的雜光,方便后續(xù)圖像處理。位置和動(dòng)作解算模塊的是通過深入分析透鏡成像的特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)了手指在鍵盤不同位置所成像的特點(diǎn),經(jīng)過理論抽像,從像素與位置兩個(gè)方面著手,得出尺寸一定物體在空間的位置變化特點(diǎn)是當(dāng)物體平行于透鏡光軸運(yùn)動(dòng)時(shí),在CCD所成的像的大小(或像素?cái)?shù)目)相應(yīng)的發(fā)生變化;當(dāng)物體垂直于透鏡光軸運(yùn)動(dòng)時(shí),在CCD所成的像的位置相應(yīng)的發(fā)生變化。根據(jù)這ー特點(diǎn),就可以根據(jù)像還原尺寸一定物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,也可以解算出其位置,其運(yùn)算過程如下
      1)解算模塊首先對(duì)在輸入?yún)^(qū)操作虛擬鍵盤上的各虛擬按鍵時(shí),在CCD上對(duì)應(yīng)的操作手指所成像的像素?cái)?shù)范圍和列數(shù)范圍進(jìn)行定義,其具體步驟是在CCD物空間的輸入?yún)^(qū)內(nèi)放置真實(shí)鍵盤,當(dāng)操作者進(jìn)行輸入時(shí),手指在CCD上投影的像素?cái)?shù)和列數(shù),經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算,給定相應(yīng)限定與偏差范圍;
      2)手指在操作空間的縱向位置是依據(jù)一定尺寸的物體當(dāng)物距不同時(shí)在CCD上所成的像的尺寸不同解算的,解算結(jié)果為各手指在CCD上所成的像的寬度所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)ΔΡ ;
      3)手指在操作空間的橫向位置是依據(jù)凸透鏡物像位置對(duì)應(yīng)關(guān)系解算的,解算結(jié)果為各手指中心所對(duì)應(yīng)的像素的列數(shù)し;
      4)手指在操作空間的指尖動(dòng)作是依據(jù)凸透鏡物像位置對(duì)應(yīng)關(guān)系解算的,解算結(jié)果為發(fā)生動(dòng)作的手指所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)與手指中心所對(duì)應(yīng)的像素的列數(shù)(ΛΗ),LD);
      5)解算模塊依據(jù)所解算出的未發(fā)生動(dòng)作的各手指對(duì)應(yīng)的(△ P,L)和動(dòng)作手指對(duì)應(yīng)的(Λ TO,LD)與依步驟I所得出的虛擬鍵盤上各虛擬按鍵對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)范圍和列數(shù)范圍進(jìn)行匹配,從而解算出各手指位置對(duì)應(yīng)的鍵位,以及手指動(dòng)作所對(duì)應(yīng)的鍵位,并進(jìn)行相應(yīng)的顯示與動(dòng)作執(zhí)行。虛擬追蹤鍵盤的輸入?yún)^(qū)大小可以通過調(diào)整CXD的焦距進(jìn)行調(diào)整,從而滿足不同用
      戶操作需要。位置和動(dòng)作顯示模塊對(duì)手指位置對(duì)應(yīng)的鍵位及手指動(dòng)作對(duì)應(yīng)的鍵位用兩種顯示方案進(jìn)行分別顯示,其中所述的兩種顯示方案,可以指顏色,也可以指外觀,其主要目的可以在虛擬鍵盤上看到各手指的位置和動(dòng)作手指的位置。其特點(diǎn)不僅僅適用于本發(fā)明中提到的位置和動(dòng)作識(shí)別方案,對(duì)于市場(chǎng)已經(jīng)在用的激光鍵盤也可以通過此顯示方案進(jìn)行改迸。提高其性能,増加其實(shí)用性。


      圖I虛擬追![!示鍵盤系統(tǒng)框 圖2虛擬追蹤鍵盤模擬工作 圖3位置和動(dòng)作解算模塊的解算原理。圖中I、手機(jī),2、圖像采集模塊,3、輸入?yún)^(qū),4、CXD相機(jī),5、濾光片,6、照明設(shè)備,7、電源,8、透鏡,9、光軸。
      具體實(shí)施例方式圖I是虛擬追蹤鍵盤系統(tǒng)框圖。其包括圖像采集模塊、圖像預(yù)處理模塊、位置和動(dòng)作解算模塊、位置和動(dòng)作顯示模塊、動(dòng)作執(zhí)行模塊。圖像采集模塊為一帯照明設(shè)備和濾光片的攝像機(jī)。照明設(shè)備的作用是在光線較暗的時(shí)候發(fā)出特定波長(zhǎng)的光來増加照度,使攝像機(jī)可以采集到清晰的相片,濾光片的作用是濾除不必要的雜光,方便后續(xù)圖像處理。圖像預(yù)處理模塊主要是對(duì)圖像進(jìn)行初步處理,位置和動(dòng)作解算模塊從處理結(jié)果中解算出各個(gè)手指的位置和動(dòng)作對(duì)應(yīng)的鍵位。并將結(jié)果送給位置和動(dòng)作顯示模塊,這個(gè)模塊的特點(diǎn)是對(duì)手指位置對(duì)應(yīng)的鍵位及手指動(dòng)作對(duì)應(yīng)的鍵位用兩種顯示方案分別進(jìn)行顯示。同時(shí)也將手指動(dòng)作的鍵位送到動(dòng)作執(zhí)行模塊,進(jìn)行相應(yīng)的輸入操作。圖2為虛擬追蹤鍵盤模擬工作圖。打開虛擬追蹤鍵盤后,圖像采集模塊2啟動(dòng),將手機(jī)I放到桌子上,在帶有濾光片5的CCD相機(jī)4的下方就會(huì)自動(dòng)形成一個(gè)輸入?yún)^(qū)3,在光線較暗時(shí),可以打開相機(jī)旁邊的照明設(shè)備6進(jìn)行照明。然后就可以在輸入?yún)^(qū)3進(jìn)行輸入,CCD相機(jī)4根據(jù)人手的像的大小和位置自動(dòng)定位,并在手機(jī)的虛擬鍵盤7上對(duì)手的位置和動(dòng)作分別進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,達(dá)到跟蹤用戶操作的目的。如圖3所示,為位置和動(dòng)作解算模塊的解算原理。為了清楚說明解算原理,取A,B,C三個(gè)外形一祥的矩形方框表示三個(gè)手指,方框外形如A所示,其中較短的邊表示手指寬度。圖3中a為俯視圖,其說明同樣的手指在物距不同時(shí)在CCD上所成的像的尺寸不同和凸透鏡成像的物像位置對(duì)應(yīng)關(guān)系,b為左視圖,其說明手指動(dòng)作解算的原理。從圖a中可以 看出離透鏡較近的A所成的像與較遠(yuǎn)的B或C所成的像相比,尺寸更大,即其對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)ΛΡ就更大,這是解算模塊判斷遠(yuǎn)近,即手指位于那一行的依據(jù)。通過B和C所成的像的對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn),在同一距離處,B和C由于橫向位置不同,其所成的像B'和C'的中心所對(duì)應(yīng)的像素的列數(shù)L也不同,這就是解算模塊判斷手指位于那一列的依據(jù)。因在實(shí)際操作時(shí),手指的大小是不會(huì)發(fā)生變化的,各個(gè)手指的不同只需要在軟件上進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚涂梢粤?,所以通過手指在CXD上所成的像所解算出的(Λ P,L)判斷手指的位置信息,及其對(duì)應(yīng)的鍵位。圖b中動(dòng)作的判斷是通過手指在CXD上的成像是否超過CXD中心平面來判斷的,從圖中可以看出,超過中心平面9的B其像也超過了中心平面9,可以根據(jù)這個(gè)特點(diǎn),結(jié)合上面所述的判斷手指位置信息的方式,可以得出動(dòng)作手指的(ΛΗ),LD),從而識(shí)別動(dòng)作手指所對(duì)應(yīng)的鍵位,當(dāng)然在實(shí)際中,動(dòng)作的識(shí)別也可以定義不同的方案。
      權(quán)利要求
      1.一種虛擬追蹤鍵盤,其特征在于包括圖像采集模塊、圖像預(yù)處理模塊、位置和動(dòng)作解算模塊、位置和動(dòng)作顯示模塊、動(dòng)作執(zhí)行模塊。
      2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的虛擬追蹤鍵盤,其特征在于所述的圖像采集模塊為一帯LED照明設(shè)備和濾光片的攝像機(jī)。
      3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的虛擬追蹤鍵盤,其特征在于所述的位置和動(dòng)作解算模塊的運(yùn)算過程如下 1)解算模塊首先對(duì)在輸入?yún)^(qū)操作虛擬鍵盤上的各虛擬按鍵時(shí),在CCD上對(duì)應(yīng)的操作手指所成像的像素?cái)?shù)范圍和列數(shù)范圍進(jìn)行定義; 2)手指在操作空間的縱向位置是依據(jù)一定尺寸的物體當(dāng)物距不同時(shí)在CCD上所成的像的尺寸不同解算的,解算結(jié)果為各手指在CCD上所成的像的寬度所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)ΛΡ ; 3)手指在操作空間的橫向位置是依據(jù)凸透鏡物像位置對(duì)應(yīng)關(guān)系解算的,解算結(jié)果為各手指中心所對(duì)應(yīng)的像素的列數(shù)L ; 4)手指在操作空間的指尖動(dòng)作是依據(jù)凸透鏡物像位置對(duì)應(yīng)關(guān)系解算的,解算結(jié)果為發(fā)生動(dòng)作的手指所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)與手指中心所對(duì)應(yīng)的像素的列數(shù)(ΛΗ),LD); 5)解算模塊依據(jù)所解算出的未發(fā)生動(dòng)作的各手指對(duì)應(yīng)的(△P,L)和動(dòng)作手指對(duì)應(yīng)的(APD7LD)與依步驟I所得出的虛擬鍵盤上各虛擬按鍵對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)范圍和列數(shù)范圍進(jìn)行匹配,從而解算出各手指位置對(duì)應(yīng)的鍵位,以及手指動(dòng)作所對(duì)應(yīng)的鍵位,并進(jìn)行相應(yīng)的顯示與動(dòng)作執(zhí)行。
      4.根據(jù)權(quán)利要求I,權(quán)利要求3所述的虛擬追蹤鍵盤,其特征在于虛擬追蹤鍵盤的輸入?yún)^(qū)大小或范圍可以通過調(diào)整CXD的焦距進(jìn)行調(diào)整。
      5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的虛擬追蹤鍵盤,其特征在于所述的位置和動(dòng)作顯示模塊對(duì)手指位置對(duì)應(yīng)的鍵位及手指動(dòng)作對(duì)應(yīng)的鍵位用兩種顯示方案進(jìn)行分別顯示,其不僅適用于本發(fā)明中提到的位置和動(dòng)作識(shí)別方案,對(duì)于市場(chǎng)已經(jīng)在用的激光鍵盤也可以通過此方案進(jìn)行改進(jìn)。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種虛擬追蹤鍵盤,其包括圖像采集模塊、圖像預(yù)處理模塊、位置和動(dòng)作解算模塊、位置和動(dòng)作顯示模塊、動(dòng)作執(zhí)行模塊。圖像采集模塊為一帶照明設(shè)備和濾光片的攝像機(jī),所采集的手指圖像經(jīng)過圖像預(yù)處理模塊進(jìn)行初步處理,位置和動(dòng)作解算模塊進(jìn)行解算,得到手指所在位置以及手指的動(dòng)作所對(duì)應(yīng)的鍵位。位置和動(dòng)作顯示模塊將手指的位置和動(dòng)作用兩種顯示方案分別顯示,同時(shí)動(dòng)作執(zhí)行模塊按手指的動(dòng)作鍵位進(jìn)行相應(yīng)的輸入操作。該鍵盤具有節(jié)省空間、移動(dòng)性強(qiáng)、適合盲打的特點(diǎn)。
      文檔編號(hào)G06F3/042GK102866779SQ20121032303
      公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
      發(fā)明者尹國(guó)鑫, 黨沛 申請(qǐng)人:尹國(guó)鑫
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