專利名稱：計算機(jī)視覺鼠標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種計算機(jī)輸入設(shè)備，特別涉及一種基于視覺的計算機(jī)視覺鼠標(biāo)。屬于計算機(jī)外部設(shè)備的設(shè)計、制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鼠標(biāo)是計算機(jī)輸入設(shè)備的簡稱，分有線和無線兩種。也是計算機(jī)顯示系統(tǒng)縱橫坐標(biāo)定位的指示器，鼠標(biāo)的使用是為了使計算機(jī)的操作更加簡便，來代替鍵盤那繁瑣的指令。隨著社會的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，鼠標(biāo)從最初的原始鼠標(biāo)、到機(jī)械鼠標(biāo)、光電鼠標(biāo)、光機(jī)鼠標(biāo)再到如今的光學(xué)鼠標(biāo)。鼠標(biāo)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)變得越來越精致美觀，特別是無線鼠標(biāo)顯得更加獨(dú)立大方。盡管如今的鼠標(biāo)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但它也有自身難以克服的缺點(diǎn)。其一，我們現(xiàn)在使用的鼠標(biāo)依然保持了四十多年前實(shí)用新型之初的基本外型，鼠標(biāo)‘肌’在桌面，左右按鍵與桌面平行，手握鼠標(biāo)操作時，手腕背伸一定角度，掌側(cè)與桌面接觸積壓，使腕管處壓力增大，由于手型長時間固定，導(dǎo)致僵化，使通過的神經(jīng)和血管受損傷，嚴(yán)重時會造成“腕管綜合癥”俗稱鼠標(biāo)手。其二，現(xiàn)有鼠標(biāo)，不論光學(xué)還是機(jī)械鼠標(biāo)，都需放在一個平板臺面上，尤其光學(xué)鼠標(biāo)對臺面的要求更高，比如臺面需要同色、反光性良好等。為了使鼠標(biāo)移動時使得顯示器上光標(biāo)跟蹤穩(wěn)定最好用鼠標(biāo)墊。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題由于現(xiàn)有鼠標(biāo)的使用對桌面的要求較高，如果桌面的反光性不好或非同色會導(dǎo)致顯示器上的光標(biāo)跟蹤穩(wěn)定性差，必要時還需要鼠標(biāo)墊。同時現(xiàn)有鼠標(biāo)的操作需要用戶手爬到鼠標(biāo)上手型固定，當(dāng)用戶長時間移動或點(diǎn)擊鼠標(biāo)時由于手型長時間固定，使通過的神經(jīng)和血管受損傷，導(dǎo)致僵化嚴(yán)重時會造成“腕管綜合癥”。為了解決這一系列問題，本實(shí)用新型提供了一種計算機(jī)視覺鼠標(biāo)，計算機(jī)視覺鼠標(biāo)，它包括底座，所述底座上支撐有視覺處理系統(tǒng)，所述視覺處理系統(tǒng)內(nèi)嵌有攝像頭和基于ARM的微處理器；用戶手置于攝像頭的正前方；通過基于ARM的微處理器確定戶手運(yùn)動部位，并通過與用戶電腦連接的USB數(shù)據(jù)線將所采集到的用戶手動圖像信息傳送給與視覺鼠標(biāo)相配套的鼠標(biāo)軟件，實(shí)現(xiàn)視覺鼠標(biāo)系統(tǒng)功能。本實(shí)用新型的特點(diǎn)及有益效果本實(shí)用新型的視覺鼠標(biāo)與常規(guī)鼠標(biāo)相比，用使用者的手來代替鼠標(biāo)，省去了常規(guī)鼠標(biāo)的實(shí)體，同時對臺面的要求低，對臺面是否同色和反光性都不再有嚴(yán)格要求，不僅適用于平面，也同樣適用于懸空操作。同時在操作時對手的擺放姿勢無固定要求，自然伸展使用戶操作更加自然、舒適，即使長期使用也不會僵化，大大降低的“腕管綜合癥”的患病率。同時系統(tǒng)還具有學(xué)習(xí)功能，進(jìn)入學(xué)習(xí)模式，系統(tǒng)將允許用戶建立自己的動作樣例，提聞識別率。視覺鼠標(biāo)也可以沒有自己獨(dú)立的處理器，這時攝像頭采集的圖像將通過USB接口直接傳送為與其連接的計算機(jī)，計算機(jī)將完成本處理器的功能。采用非獨(dú)立微處理器設(shè)計時，本鼠標(biāo)器不再需要內(nèi)置電池。
圖1-1、圖1-2是本實(shí)用新型的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖[0008]圖2-1、圖2-2是本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實(shí)用新型的正面結(jié)構(gòu)示意圖[0010]圖4_1、圖4_2是本實(shí)用新型中底座的結(jié)構(gòu)不意圖[0011]圖5是本實(shí)用新型的工作流程圖[0012]圖
6是本實(shí)用新型中的手部運(yùn)動模型建立流程圖
具體實(shí)施方式
計算機(jī)視覺鼠標(biāo)，它包括底座8，所述底座8上支撐有視覺處理系統(tǒng)5，所述視覺處理系統(tǒng)5內(nèi)嵌有攝像頭6和基于ARM的微處理器；用戶手I置于攝像頭6的正前方；通過基于ARM的微處理器確定戶手I運(yùn)動部位，并通過與用戶電腦連接的USB數(shù)據(jù)線9將所采集到的用戶手動圖像信息傳送給與視覺鼠標(biāo)相配套的鼠標(biāo)軟件，實(shí)現(xiàn)視覺鼠標(biāo)系統(tǒng)功能。在所述攝像頭6的左右兩側(cè)嵌有LED燈10。所述底座8與視覺處理系統(tǒng)5之間通過金屬軟管7支撐，通過扭曲調(diào)節(jié)攝像頭6到操作者適宜的角度，所述金屬軟管7內(nèi)穿入信號線和電源線。所述底座8內(nèi)嵌有電池槽12以及配有可拆卸電池槽蓋14。實(shí)施例計算機(jī)視覺鼠標(biāo)，通過攝像頭采集用戶的手部運(yùn)動圖像，將采集到的圖像放入緩沖序列，基于ARM的微處理器從緩沖序列中提取數(shù)幀圖像通過目標(biāo)檢測算法檢測運(yùn)動確定動作部位，再分別與視覺鼠標(biāo)手部運(yùn)動模型標(biāo)準(zhǔn)庫或5個習(xí)慣庫中樣例用DTW算法進(jìn)行匹配，若用戶手的運(yùn)動部位與標(biāo)準(zhǔn)庫或習(xí)慣庫中的手部運(yùn)動模型相匹配則把此動作模型對應(yīng)的鼠標(biāo)命令傳給用戶計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)視覺鼠標(biāo)系統(tǒng)功能。由于每個使用者操作鼠標(biāo)的習(xí)慣不同，有的操作習(xí)慣很難與標(biāo)準(zhǔn)庫中的動作模型相匹配，這樣就降低了視覺鼠標(biāo)應(yīng)用的準(zhǔn)確性。為此該視覺鼠標(biāo)系統(tǒng)還專門為用戶提供了學(xué)習(xí)功能，根據(jù)具體用戶操作鼠標(biāo)習(xí)慣的動作特征在線更新手部運(yùn)動模型，將更新后的手部運(yùn)動模型放入視覺鼠標(biāo)提供的習(xí)慣庫中作為動作模型樣例，進(jìn)而提高了動作目標(biāo)的匹配率使用戶操作更加準(zhǔn)確。計算機(jī)視覺鼠標(biāo)的工作實(shí)現(xiàn)參看圖1-1至圖4-2，計算機(jī)視覺鼠標(biāo)系統(tǒng)包括用戶手I、攝像6頭、基于ARM的微處理器、視覺處理系統(tǒng)5、底座8、一條USB數(shù)據(jù)線9以及與視覺鼠標(biāo)配套的應(yīng)用程序；所述視覺處理系統(tǒng)5內(nèi)嵌攝像頭6和基于ARM的微處理器構(gòu)成視覺微處理系統(tǒng)，USB數(shù)據(jù)線9與用戶的電腦連接，用戶手I置于攝像頭6的正前方作為被采集對象。在攝像頭6的兩側(cè)裝有LED燈10，當(dāng)用戶夜間操作時可以開啟安裝在底座8上的LED燈開關(guān)11實(shí)現(xiàn)夜間補(bǔ)光，提高夜間的視覺效果。底座電池槽12中的充電電池13提供全鼠標(biāo)電子設(shè)備(攝像頭、ARM微處理器、LED燈等)所需的電能。充電電池I)由USB數(shù)據(jù)線9中的電源線充電。計算機(jī)視覺鼠標(biāo)與常規(guī)鼠標(biāo)比是一個無形的鼠標(biāo)，用戶手的食指2相當(dāng)于鼠標(biāo)的
4左鍵，無名指3相當(dāng)于鼠標(biāo)的右鍵，中指4相當(dāng)于鼠標(biāo)滑輪。視覺鼠標(biāo)是一個微處理系統(tǒng)，由攝像頭6和內(nèi)嵌ARM構(gòu)成，攝像頭6采集置于其前方操作者的手部運(yùn)動圖像，基于ARM的微處理器提取數(shù)幀圖像檢測運(yùn)動確定運(yùn)動部位，再分別與視覺鼠標(biāo)手部運(yùn)動模型標(biāo)準(zhǔn)庫或5個習(xí)慣庫中樣例進(jìn)行匹配，將匹配到的動作模型對應(yīng)的鼠標(biāo)命令通過USB數(shù)據(jù)線9傳給用戶計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)視覺鼠標(biāo)系統(tǒng)功能。同時，該系統(tǒng)還為用戶提供在線學(xué)習(xí)手部運(yùn)動模型的應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序根據(jù)具體用戶的運(yùn)動特征在線更新手部運(yùn)動模型，這樣，視覺鼠標(biāo)的應(yīng)用更準(zhǔn)確。為了提高夜間鼠標(biāo)工作的視覺效果，在攝像頭的兩側(cè)安裝了 LED燈10，當(dāng)用戶夜間操作時可以通過攝像頭底座8的按鈕11啟動LED燈10。全鼠標(biāo)電子設(shè)備(攝像頭、ARM微處理器、LED燈等)所需的電能完全由系統(tǒng)底座電池槽12中的充電電池13提供，在所述電池槽12上還設(shè)有活動電池槽蓋14。視覺鼠標(biāo)也可以沒有自己獨(dú)立的處理器，這時攝像頭6采集的圖像將通過USB接口直接傳送為與其連接的計算機(jī)，計算機(jī)將完成本處理器的功能。采用非獨(dú)立微處理器設(shè)計時，本鼠標(biāo)器不再需要內(nèi)置電池。見附圖5，視覺鼠標(biāo)工作實(shí)現(xiàn)流程圖，計算機(jī)視覺鼠標(biāo)詳細(xì)工作過程用戶操作(系統(tǒng)在非學(xué)習(xí)狀態(tài)下)及其響應(yīng)說明當(dāng)整手不做出任何動作時，光標(biāo)處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)用戶手做出手指未動的整手移動時，攝像頭6采集到手的動作圖像，同時內(nèi)嵌的基于ARM的微處理器檢測運(yùn)動，確定運(yùn)動部位并與手部運(yùn)動模型標(biāo)準(zhǔn)庫或習(xí)慣庫中樣例進(jìn)行匹配，最后將匹配到的手部動作模型對應(yīng)的鼠標(biāo)光標(biāo)移動命令通過USB數(shù)據(jù)線9傳給用戶計算機(jī)，響應(yīng)鼠標(biāo)光標(biāo)移動的效果。當(dāng)用戶手I的食指2上下擺動一次時，攝像頭6采集到手的食指2上下擺動一次，同時內(nèi)嵌的基于ARM的微處理器檢測運(yùn)動，確定運(yùn)動部位并與手部運(yùn)動模型標(biāo)準(zhǔn)庫或習(xí)慣庫中樣例進(jìn)行匹配，判斷擺動次數(shù)，最后將匹配到的手部動作模型對應(yīng)的鼠標(biāo)左鍵單擊命令通過USB數(shù)據(jù)線傳給用戶計算機(jī)，響應(yīng)鼠標(biāo)左鍵單擊的效果。當(dāng)用戶手的食指2上下擺動兩次時，攝像頭采集到手的食指上下擺動兩次，同時內(nèi)嵌的基于ARM的微處理器檢測運(yùn)動，確定運(yùn)動部位并與手部運(yùn)動模型標(biāo)準(zhǔn)庫或習(xí)慣庫中樣例進(jìn)行匹配，判斷擺動次數(shù)，最后將匹配到的手部動作模型對應(yīng)的鼠標(biāo)左鍵雙擊命令通過USB數(shù)據(jù)線傳給用戶計算機(jī)，響應(yīng)鼠標(biāo)左鍵雙擊的效果。當(dāng)用戶手的無名指3上下擺動一次時，攝像頭6采集到手的無名指3上下擺動一次，同時內(nèi)嵌的基于ARM的微處理器檢測運(yùn)動，確定運(yùn)動部位并與手部運(yùn)動模型標(biāo)準(zhǔn)庫或習(xí)慣庫中樣例進(jìn)行匹配，最后將匹配到的手部動作模型對應(yīng)的鼠標(biāo)右鍵單擊命令通過USB數(shù)據(jù)線傳給用戶計算機(jī)，響應(yīng)鼠標(biāo)右鍵單擊的效果。當(dāng)整手不移動，手的中指4向上滑動時，攝像頭6采集到手的中指4向上滑動，同時內(nèi)嵌的基于ARM的微處理器檢測運(yùn)動，確定運(yùn)動部位并與手部運(yùn)動模型標(biāo)準(zhǔn)庫或習(xí)慣庫中樣例進(jìn)行匹配，最后將匹配到的手部動作模型對應(yīng)的鼠標(biāo)滑輪向上滑動命令通過USB數(shù)據(jù)線傳給用戶計算機(jī)，響應(yīng)鼠標(biāo)滑輪向上滑動的效果。當(dāng)整手不移動，手的中指4向下滑動時，攝像頭6采集到手的中指4向上滑動，同時內(nèi)嵌的基于ARM的微處理器檢測運(yùn)動，確定運(yùn)動部位并與手部運(yùn)動模型標(biāo)準(zhǔn)庫或習(xí)慣庫中樣例進(jìn)行匹配，最后將匹配到的手部動作模型對應(yīng)的鼠標(biāo)滑輪向下滑動命令通過USB數(shù)據(jù)線傳給用戶計算機(jī)，響應(yīng)鼠標(biāo)滑輪向下滑動的效果。視覺鼠標(biāo)的工作軟件部分；視覺鼠標(biāo)工作軟件分為兩個部分，其中之一是視覺鼠標(biāo)手部運(yùn)動模型的標(biāo)準(zhǔn)模型樣例庫。根據(jù)鼠標(biāo)手部運(yùn)動形態(tài)和方式，建立一個特定的視覺鼠標(biāo)手部運(yùn)動標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫，計劃采用基于樣例的模板匹配方法，為此也稱標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫為標(biāo)準(zhǔn)樣例庫，以適應(yīng)視覺鼠標(biāo)的需求。這個標(biāo)準(zhǔn)模型樣例庫包含了男女各5個小孩、青年、成年、老年人使用本視覺鼠標(biāo)的手部運(yùn)動模型，這些運(yùn)動模型是根據(jù)此視覺鼠標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)操作時的手部運(yùn)動建立的。在出廠前這個標(biāo)準(zhǔn)類型樣本庫存儲于視覺鼠標(biāo)內(nèi)基于ARM微處理器的存儲器中。另一部分是在線更新手部運(yùn)動模型軟件即為用戶提供學(xué)習(xí)功能的應(yīng)用程序，啟動應(yīng)用程序后通過界面進(jìn)行用戶習(xí)慣模型庫學(xué)習(xí)根據(jù)用戶操作鼠標(biāo)習(xí)慣的動作特征在線更新手部運(yùn)動模型，將更新后的手部運(yùn)動模型放入視覺鼠標(biāo)提供的習(xí)慣庫中(最多能存放5個模型)作為動作模型樣例，這樣用戶只需用以往的鼠標(biāo)操作習(xí)慣就能操作此視覺鼠標(biāo)并且準(zhǔn)確度很高。參看圖6，視覺鼠標(biāo)手部運(yùn)動模型的創(chuàng)建視覺鼠標(biāo)工作軟件的核心技術(shù)在于視覺鼠標(biāo)手部運(yùn)動模型的創(chuàng)建。手部運(yùn)動模型的創(chuàng)建是建立標(biāo)準(zhǔn)模型樣例庫的前提，也是為用戶提供學(xué)習(xí)功能的根本。當(dāng)用戶建立自己的手部運(yùn)動模型時，啟動視覺鼠標(biāo)提供的在線學(xué)習(xí)應(yīng)用程序通過界面進(jìn)行用戶習(xí)慣模型庫學(xué)習(xí)根據(jù)用戶操作鼠標(biāo)習(xí)慣的動作特征在線更新手部運(yùn)動模型，將更新后的手部運(yùn)動模型放入視覺鼠標(biāo)提供的習(xí)慣庫中(最多能存放5個模型)作為動作模型樣例，這樣用戶只需用以往的鼠標(biāo)操作習(xí)慣就能操作此視覺鼠標(biāo)并且準(zhǔn)確度很高。手部運(yùn)動模型的創(chuàng)建過程首先建立手部骨架模型，再根據(jù)具體的運(yùn)動特征建立相應(yīng)的運(yùn)動模型。鼠標(biāo)操作一般包括手指上下擺動、手指前后滑動和手水平移動三個動作，其中手指上下擺動是指手指垂直于掌面方向上下運(yùn)動，主要特點(diǎn)是指尖的相對于掌面方向的水平坐標(biāo)基本保持不變，垂直坐標(biāo)變化較大；滑動是指手指的彎曲收縮，主要特點(diǎn)是指尖距整個手部中心的絕對距離變化較大；移動是指手的水平運(yùn)動，主要特點(diǎn)是指尖的相對于掌面方向的水平坐標(biāo)變化很大，垂直坐標(biāo)沒有變化，并且指尖距整個手部中心的絕對距離沒有變化。因此根據(jù)以上三類動作的運(yùn)動特點(diǎn)，可以分別采用光流法、外觀距離法和光流法利用數(shù)幀圖像訓(xùn)練學(xué)習(xí)手部骨架模型的手指上下擺動、前后滑動和水平移動的動作特征，再利用運(yùn)動特征建立手指擺動模型、滑動模型和移動模型，最后將各運(yùn)動模型集成，生成視覺鼠標(biāo)手部運(yùn)動模型。
權(quán)利要求1.計算機(jī)視覺鼠標(biāo)，它包括底座(8)，所述底座(8)上支撐有視覺處理系統(tǒng)(5)，其特征在于所述視覺處理系統(tǒng)(5)內(nèi)嵌有攝像頭(6)和基于ARM的微處理器；用戶手(I)置于攝像頭(6)的正前方；通過基于ARM的微處理器確定戶手(I)運(yùn)動部位，并通過與用戶電腦連接的USB數(shù)據(jù)線(9)將所采集到的用戶手動圖像信息傳送給與視覺鼠標(biāo)相配套的用戶計算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述計算機(jī)視覺鼠標(biāo)，其特征在于在所述攝像頭(6)的左右兩側(cè)嵌有 LED 燈(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述計算機(jī)視覺鼠標(biāo)，其特征在于所述底座(8)與視覺處理系統(tǒng)(5)之間通過金屬軟管(7)支撐，通過扭曲調(diào)節(jié)攝像頭(6)到操作者適宜的角度，所述金屬軟管(7)內(nèi)穿入信號線和電源線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述計算機(jī)視覺鼠標(biāo)，其特征在于所述底座(8)內(nèi)嵌有電池槽 (12)以及配有可拆卸電池槽蓋(14)。
專利摘要計算機(jī)視覺鼠標(biāo)，是為解決現(xiàn)有鼠標(biāo)對桌面的要求較高，其使用環(huán)境直接影響光標(biāo)跟蹤的穩(wěn)定性，而且由于操作時用戶手型固定，長時間操作會使手僵化而造成“腕管綜合癥”等問題而設(shè)計的。它包括底座，所述底座上支撐有視覺處理系統(tǒng)，所述視覺處理系統(tǒng)內(nèi)嵌有攝像頭和基于ARM的微處理器；用戶手置于攝像頭的正前方；通過基于ARM的微處理器確定戶手運(yùn)動部位，并通過與用戶電腦連接的USB數(shù)據(jù)線，將所采集到的用戶手動圖像信息傳送給與視覺鼠標(biāo)相配套的鼠標(biāo)軟件，實(shí)現(xiàn)視覺鼠標(biāo)系統(tǒng)功能。有益效果用使用者的手來代替鼠標(biāo)，省去了鼠標(biāo)實(shí)體，不僅適用于各種平面，也同樣適于懸空操作。由于操作時對手的擺放姿勢無固定要求，自然伸展，操作更加自然、舒適。
文檔編號G06F3/01GK202748729SQ20122014688
公開日2013年2月20日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者李一波, 張森悅, 陳超 申請人:沈陽航空航天大學(xué)