專利名稱：一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電梯按鍵，具體涉及一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電梯按鍵大致分為如下幾種( I)傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵這類按鍵采用硬件電路實(shí)現(xiàn)，按鍵按下時(shí)接 通對(duì)應(yīng)電路，如中國專利號(hào)為CN201052939公開的專利《電梯按鈕》。由于電梯按鍵使用頻繁，因此此類鍵盤較容易損壞。同時(shí)由于使用時(shí)是直接與手指接觸的，所以按鍵表面容易變臟，還會(huì)傳播細(xì)菌。(2)非接觸式的電梯按鍵這類按鍵采用光學(xué)等原理達(dá)到非接觸交互，如中國專利號(hào)為CN101425416公開的專利《具備非接觸式光開關(guān)的電梯按鍵》。此類鍵盤的優(yōu)點(diǎn)在于非接觸，但如使用紅外對(duì)管等光學(xué)元件來實(shí)現(xiàn)，存在按鍵響應(yīng)的有效面積范圍較小，靈敏度不高的缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵，包括鍵盤、線形紅外激光器、攝像頭、投影模塊、處理器，所述線形紅外激光器位于鍵盤的下方，線形紅外激光器發(fā)射出的紅外光平行覆蓋在鍵盤正面上，攝像頭安裝在鍵盤背面的下后方，且鍵盤的背面處于攝像頭的取景范圍內(nèi)，投影模塊安裝在鍵盤背面的后方，不遮擋攝像頭中鍵盤的取景即可，攝像頭、投影模塊分別與處理器連接，所述鍵盤中數(shù)字面為正面，無數(shù)字面為背面；所述處理器用于接收攝像頭采集的圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行處理得到用戶輸入的按鍵，發(fā)送給電梯的待輸入設(shè)備供運(yùn)行邏輯所調(diào)用，并同時(shí)將按鍵信號(hào)發(fā)送到投影模塊顯示。所述鍵盤為帶有電梯按鍵圖案的半透明平面材料。所述投影模塊由多個(gè)投影單元構(gòu)成，且每個(gè)投影單元對(duì)應(yīng)鍵盤上的一個(gè)按鍵。所述投影單元包括LED、凹面鏡、遮擋片，LED安裝在凹面鏡的焦點(diǎn)，LED發(fā)出的光線經(jīng)凹面鏡后成為平行光，此平行光垂直照射到遮擋片上，所述遮擋片鏤空部分的形狀與所對(duì)應(yīng)的鍵盤上的按鍵相同。一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵的方法，包括如下步驟(I)攝像頭實(shí)時(shí)采集含有鍵盤的圖像；(2)處理器找出圖像中的手指反射紅外光斑，采用輪廓查找法對(duì)光斑進(jìn)行定位，得到光斑的中心點(diǎn)坐標(biāo)；(3)采用基于邊界交點(diǎn)判斷的方法由光斑的中心點(diǎn)坐標(biāo)得到鍵盤的按鍵；(4)投影模塊接收按鍵信號(hào)后投影到步驟(3)中確認(rèn)的按鍵，向用戶顯示目標(biāo)按鍵已被按下，同時(shí)，將按鍵信號(hào)發(fā)送給電梯的待輸入設(shè)備供運(yùn)行邏輯所調(diào)用。所述基于邊界交點(diǎn)判斷的方法為根據(jù)光斑中心點(diǎn)坐標(biāo)確定按鍵所在行、列，最終確定按鍵，具體為建立直角坐標(biāo)系，X軸正方向?yàn)樗较蛴?，Y軸正方向?yàn)樨Q直向上；確定按鍵所在行預(yù)先給出各行按鍵范圍的類矩形邊界，過光斑中心點(diǎn)做平行于Y軸的直線，若直線與某行類矩形邊界相交 得到兩個(gè)以上交點(diǎn)，且其中光斑中心點(diǎn)的縱坐標(biāo)位于各交點(diǎn)縱坐標(biāo)的最大值與最小值范圍內(nèi)，則確定按鍵在該行上；確定按鍵所在列預(yù)先給出各列按鍵范圍的類矩形邊界，過光斑中心點(diǎn)做平行于X軸的直線，若直線與某列類矩形邊界相交得到兩個(gè)以上交點(diǎn)，且其中光斑中心點(diǎn)的橫坐標(biāo)位于各交點(diǎn)橫坐標(biāo)的最大值與最小值范圍內(nèi)，則確定按鍵在該列上；根據(jù)按鍵所在行、列確定按鍵。本實(shí)用新型采用延時(shí)確認(rèn)的方法去抖動(dòng)；通過記錄并更新各按鍵狀態(tài)的方法，在狀態(tài)變化時(shí)做出按鍵響應(yīng)。工作流程在線形紅外激光器發(fā)出的紅外光的輔助下，當(dāng)手指敲擊鍵盤時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)紅外光斑，攝像頭實(shí)時(shí)采集圖像，捕捉到此光斑，通過輪廓查找算法找出光斑所在位置并得到光斑中心點(diǎn)的坐標(biāo)；結(jié)合已知的鍵盤中各個(gè)按鍵范圍的邊界，由光斑中心點(diǎn)的坐標(biāo)判斷出對(duì)應(yīng)的按鍵。按鍵狀態(tài)通過投影模塊在鍵盤對(duì)應(yīng)按鍵處顯示，同時(shí)，按鍵信號(hào)輸出到電梯的待輸入設(shè)備被電梯運(yùn)行邏輯調(diào)用，最終實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵進(jìn)行電梯中的人機(jī)交互。本實(shí)用新型具有的有益效果I、克服了現(xiàn)有的機(jī)械式電梯按鍵易損壞、容易變臟及傳播細(xì)菌的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型的按鍵交互是非接觸式的。2、克服了現(xiàn)有的使用紅外對(duì)管等光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)的非接觸式電梯按鍵中，存在靈敏度較低，精度不高的缺點(diǎn)。3、鍵盤部分為半透明的平面材料，成本低廉，可根據(jù)需要進(jìn)行更換。4、采用圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)按鍵交互，可擴(kuò)展性好。

圖I為一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵結(jié)構(gòu)的正視圖，圖2為圖I的側(cè)視圖，圖3為投影模塊中投影單元的結(jié)構(gòu)圖，圖4為遮擋片示意圖，圖5為判斷按鍵所在行的方法示意圖，圖6為判斷按鍵所在列的方法示意圖。圖中示出I-線形紅外激光器，2-攝像頭，3-紅外光，4-鍵盤，5-投影模塊，6-LED，7_凹面鏡，8-遮擋片。
具體實(shí)施方式
[0039]攝像頭2采用普通的CMOS攝像頭，線形紅外激光器I為工業(yè)激光器，攝像頭2采集圖像數(shù)據(jù)，送給處理器進(jìn)行處理，處理后將按鍵信號(hào)通過投影模塊5在鍵盤4上對(duì)應(yīng)按鍵處顯示。如附圖1，2所示，一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵，包括線形紅外激光器I、攝像頭2、鍵盤4、投影模塊5、處理器，所述線形紅外激光器I發(fā)射出的紅外光3平行覆蓋在鍵盤4正面上，攝像頭2安裝在鍵盤4背面的下后方，且鍵盤4的背面處于攝像頭2的取景范圍內(nèi)，投影模塊5安裝在鍵盤4背面的后方，不遮擋攝像頭2中鍵盤4的取景即可，攝像頭2、投影模塊5分別與處理器連接，所述鍵盤4中數(shù)字面為正面，無數(shù)字面為背面。所述處理器用于接收攝像頭采集 的圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行處理得到用戶輸入的按鍵，發(fā)送給電梯的待輸入設(shè)備供電梯的運(yùn)行邏輯所調(diào)用，并同時(shí)將按鍵信號(hào)發(fā)送到投影模塊顯示。鍵盤4為帶有電梯按鍵圖案的半透明平面材料。所述投影模塊5由多個(gè)投影單元構(gòu)成，且每個(gè)投影單元對(duì)應(yīng)鍵盤4上的按鍵。一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵的方法，包括如下步驟( I)攝像頭2實(shí)時(shí)采集含有鍵盤4的圖像；線形紅外激光器I的出射光平行覆蓋于鍵盤4正面上，攝像頭2實(shí)時(shí)采集含有鍵盤4的圖像，當(dāng)手指敲打鍵盤4的過程中，觸碰到鍵盤4時(shí)會(huì)擋住線形紅外激光器I的紅外光3，由于鍵盤4為半透明的平面材料，此時(shí)攝像頭2采集到的圖像中會(huì)有一個(gè)紅外光斑。(2)處理器接收?qǐng)D像，找出圖像中的手指反射紅外光斑，采用輪廓查找的方法對(duì)光斑進(jìn)行定位，得到光斑的中心點(diǎn)坐標(biāo)；所述光斑坐標(biāo)的定位采用了輪廓查找的方法，將光斑輪廓找出，并由輪廓上所有點(diǎn)的坐標(biāo)平均值計(jì)算得到其中心點(diǎn)坐標(biāo)。具體為先將圖像二值化，光斑處標(biāo)為白色，其余視為背景，標(biāo)為黑色。然后挖去光斑的內(nèi)部點(diǎn)，所謂內(nèi)部點(diǎn)的判斷方法為在3*3的方塊中，當(dāng)中心點(diǎn)為白點(diǎn)，且其8個(gè)鄰域點(diǎn)也為白點(diǎn)，即中心點(diǎn)被白色點(diǎn)包圍，則該中心點(diǎn)為內(nèi)部點(diǎn)。之后從原點(diǎn)出發(fā)，通過八方向的搜索(所謂八方向，即將平面內(nèi)360度按每45度一個(gè)方向，分成八個(gè)搜索方向，搜索過程通過當(dāng)前方向左右兩邊像素點(diǎn)的情況設(shè)定下一次的方向)，將輪廓圈出，并記錄輪廓上各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，由輪廓上所有點(diǎn)的坐標(biāo)平均值計(jì)算得到輪廓中心點(diǎn)E的坐標(biāo)。(3)采用基于邊界交點(diǎn)判斷的方法由光斑的中心點(diǎn)坐標(biāo)得到鍵盤的按鍵；由光斑中心點(diǎn)E的坐標(biāo)判斷出其在鍵盤4中對(duì)應(yīng)的按鍵采用如下算法，所述涉及的直角坐標(biāo)系中X軸正方向?yàn)樗较蛴?，Y軸正方向?yàn)樨Q直向上，以下結(jié)合本實(shí)施例中的按鍵圖案中為6行2列的按鍵進(jìn)行說明。由于按鍵數(shù)量較多，采用判斷按鍵所在行、列得出按鍵的具體位置。判斷按鍵所在行的方法如附圖5所示，E點(diǎn)為觸碰按鍵的手指光斑中心點(diǎn)，6個(gè)類矩形為6行按鍵的范圍邊界，過E點(diǎn)做平行于Y軸的直線，可能與6個(gè)類矩形相交得到交點(diǎn)，如圖5中的A、B、C、D點(diǎn)，則有Xa=Xb=Xc=Xd=Xe(因此找交點(diǎn)即找出類矩形上與E點(diǎn)橫坐標(biāo)相同的點(diǎn))，若平行于Y軸的直線與某行的類矩形的交點(diǎn)數(shù)為兩個(gè)以上，且其中有的交點(diǎn)位于E點(diǎn)上方,另外有的交點(diǎn)位于E點(diǎn)下方，即所述光斑中心點(diǎn)坐標(biāo)E的縱坐標(biāo)在各交點(diǎn)縱坐標(biāo)的最大值與最小值之間，則可判斷出E點(diǎn)在該類矩形內(nèi)，即得到按鍵所在行。[0054]如圖5中的C、D點(diǎn)滿足此條件(即YC>YE，YD〈YE)，A、B點(diǎn)則不滿足此條件(YA>YE，YB>YE)，因此可判斷出按鍵在第2行。上述中，XA、XB、Xc, XD、Xe分別為點(diǎn)A、B、C、D、E的橫坐標(biāo)，\、YB、Yc、YD、Ye分別為點(diǎn)A、B、C、D、E的縱坐標(biāo)。同理，判斷按鍵所在列的方法如附圖6所示，E點(diǎn)為觸碰按鍵的手指光斑中心點(diǎn)，2個(gè)類矩形為2列按鍵的范圍邊界，過E做平行于X軸的直線，可能與2個(gè)類矩形相交得到交點(diǎn)，如圖6中的F、G、H、I點(diǎn)，則有Yf=Yc=Yh=Yi=Ye(因此找交點(diǎn)即找出類矩形上與E點(diǎn)縱坐標(biāo)相同的點(diǎn))，若某列類矩形上的交點(diǎn)數(shù)為兩個(gè)以上，且其中有的交點(diǎn)位于E點(diǎn)左邊，另外有的交點(diǎn)位于E點(diǎn)右邊,即所述光斑中心點(diǎn)E的橫坐標(biāo)在各交點(diǎn)橫坐標(biāo)的最大值與最小值之間，則可判斷出E點(diǎn)在該類矩形內(nèi)，即得到按鍵所在列。如圖6中的F、G點(diǎn)滿足此條件(即Xe > XE, Xf〈Xe)，H、I點(diǎn) 則不滿足此條件(XH>XE，X1 > Xe),因此可判斷出按鍵在第I列。上述中，XE、XF、XG, Xh、X1分別為點(diǎn)E、F、G、H、I的橫坐標(biāo)，YE、YF、Yg> YH、Y1分別為點(diǎn)E、F、G、H、I的縱坐標(biāo)。根據(jù)按鍵所在行、列確定按鍵。所述按鍵行和列的范圍邊界(即類矩形)需要預(yù)先給定，上文所述過E點(diǎn)的直線與類矩形的交點(diǎn)數(shù)為兩個(gè)以上，如果行和列的范圍邊界(即類矩形)線段平滑，則過光斑中心點(diǎn)E所做的平行于X軸的直線與每列的類矩形邊界交點(diǎn)數(shù)為2個(gè)，過光斑中心點(diǎn)E所做的平行于Y軸的直線與每行的類矩形邊界的交點(diǎn)數(shù)為2個(gè)。 ( 4 )處理器將按鍵信號(hào)發(fā)送給電梯的待輸入設(shè)備，供電梯的運(yùn)行邏輯所調(diào)用。并同時(shí)發(fā)送給投影模塊5，投影模塊5接收到按鍵信號(hào)后投影到步驟(3)中確認(rèn)的按鍵，向用戶顯示目標(biāo)按鍵已被按下。通過投影模塊5在鍵盤4上對(duì)應(yīng)按鍵處顯示按鍵狀態(tài)結(jié)合電梯轎廂的應(yīng)用背景，對(duì)于目標(biāo)樓層鍵(即1、2、3等數(shù)字鍵)，若按鍵處于被標(biāo)記的狀態(tài)，則投影模塊5將光線投射在該鍵處，若目標(biāo)樓層按鍵未被標(biāo)記或已取消，則不投射光線，以此來顯示狀態(tài)；對(duì)于開門、關(guān)門按鍵，若按鍵處于被按下的狀態(tài)，則投影模塊5將光線投射在該鍵處，若開門、關(guān)門按鍵未被按下，則不投射光線，投射光線的顏色根據(jù)需要進(jìn)行選取。所述投影模塊5由多個(gè)投影單元構(gòu)成，每個(gè)投影單元對(duì)應(yīng)鍵盤4上的一個(gè)按鍵，負(fù)責(zé)顯示該按鍵的狀態(tài)。如圖3所示，所述投影單元包括LED6、凹面鏡7、遮擋片8，LED6位于凹面鏡的焦點(diǎn)處，LED6發(fā)出的光線經(jīng)凹面鏡7改變光路后成為平行光，此平行光垂直照射到遮擋片8上，遮擋片8的結(jié)構(gòu)是在不透明的材料上根據(jù)按鍵的形狀來鏤空，如圖4所示，本實(shí)施例中按鍵形狀為矩形，因此鏤空部分為矩形，LED6的光線經(jīng)過遮擋片8后其橫截圖形狀與按鍵形狀一致，可以投射到按鍵上用來顯示狀態(tài)，LED6的亮滅由處理器根據(jù)按鍵的狀態(tài)來控制。上述實(shí)施方式中，由按鍵所在的行號(hào)、列號(hào)可以得到光斑在鍵盤4中所對(duì)應(yīng)的按鍵，并結(jié)合投影模塊5等外圍模塊，在電梯運(yùn)行邏輯的調(diào)度下，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵進(jìn)行電梯中的人機(jī)交互。
權(quán)利要求1.一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵，其特征在于，包括鍵盤、線形紅外激光器、攝像頭、投影模塊、處理器，所述線形紅外激光器位于鍵盤的下方，線形紅外激光器發(fā)射出的紅外光平行覆蓋在鍵盤正面上，攝像頭安裝在鍵盤背面的下后方，且鍵盤的背面處于攝像頭的取景范圍內(nèi)，投影模塊安裝在鍵盤背面的后方，攝像頭、投影模塊分別與處理器連接，所述鍵盤中數(shù)字面為正面，無數(shù)字面為背面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵，其特征在于，鍵盤為帶有電梯按鍵圖案的半透明平面材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵，其特征在于，所述投影模塊由多個(gè)投影單元構(gòu)成，且每個(gè)投影單元對(duì)應(yīng)鍵盤上的一個(gè)按鍵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵，其特征在于，所述投影單元包括LED、凹面鏡、遮擋片，所述LED安裝在凹面鏡的焦點(diǎn)，LED發(fā)出的光線經(jīng)凹面鏡后成為平行光，所述遮擋片鏤空部分的形狀與所對(duì)應(yīng)的鍵盤上的按鍵相同。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于圖像識(shí)別技術(shù)的電梯按鍵，包括鍵盤、線形紅外激光器、攝像頭、處理器、投影模塊，所述線形紅外激光器發(fā)射出的紅外光平行覆蓋在鍵盤正面上，鍵盤的背面處于攝像頭的取景范圍內(nèi)，攝像頭、投影模塊分別與處理器相連接，當(dāng)手指觸碰到鍵盤時(shí)會(huì)擋住紅外光形成一個(gè)光斑，由于鍵盤為半透明，此時(shí)攝像頭采集到的圖像中會(huì)有一個(gè)紅外光斑，通過圖像處理技術(shù)確定紅外光斑的具體位置，進(jìn)而確定是鍵盤的哪個(gè)按鍵被觸發(fā)，處理器識(shí)別并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的指令加以執(zhí)行，同時(shí)通過投影模塊將光線投射在鍵盤上的對(duì)應(yīng)位置以顯示按鍵狀態(tài)，從而完成電梯上的人機(jī)交互操作。
文檔編號(hào)B66B1/46GK202575597SQ20122020159
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者謝巍, 陳暑生, 黃旭東, 李振偉 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)