專利名稱：一種3d空間輸入系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及三維空間數(shù)據(jù)輸入的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種3D空間輸入系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的電腦以及手持式電子設(shè)備等，多是采用鼠標(biāo)、鍵盤以及觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入，這些設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入通常需要人手與輸入設(shè)備的直接接觸來(lái)完成，立體感不夠強(qiáng)，在人手和電子設(shè)備不接觸的情況下，不能利用立體互動(dòng)的3D立體手勢(shì)完成數(shù)據(jù)的輸入，且所述電子設(shè)備與數(shù)據(jù)輸入設(shè)備之間的接口通常需要一定的空間，不便于實(shí)現(xiàn)所述電子設(shè)備的小型化。因此有必要提供一種3D空間輸入系統(tǒng)以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種3D空間輸入系統(tǒng)，無(wú)需用戶直接接觸輸入設(shè)備，利用手勢(shì)就可以完成操作指令的生成，本實(shí)用新型采用的數(shù)據(jù)輸入方式直觀，方便用戶使用。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種3D空間輸入系統(tǒng)，包括傳感裝置，包括至少一個(gè)探測(cè)器和至少三個(gè)紅外光LED，所述至少三個(gè)紅外光LED不共線設(shè)置，所述紅外光LED用于發(fā)射紅外光，所述至少一個(gè)探測(cè)器用于探測(cè)臨近環(huán)境光光強(qiáng)和經(jīng)臨近環(huán)境中的人手反射的紅外光光強(qiáng)；主控裝置，所述主控裝置與傳感裝置連接，用于根據(jù)紅外光LED發(fā)射的紅外光光強(qiáng)和探測(cè)器探測(cè)到的經(jīng)人手反射的紅外光光強(qiáng)計(jì)算三維手勢(shì)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)不同時(shí)刻獲得的三維手勢(shì)數(shù)據(jù)生成操作指令。其中，所述主控裝置在每次計(jì)算三維手勢(shì)數(shù)據(jù)之前，先利用探測(cè)器探測(cè)紅外光LED未工作時(shí)鄰近環(huán)境光光強(qiáng)，再利用探測(cè)器在一個(gè)紅外光LED工作時(shí)探測(cè)環(huán)境光光強(qiáng)和經(jīng)人手反射的紅外光的光強(qiáng)，利用連續(xù)兩次獲得的光強(qiáng)信號(hào)去除探測(cè)器的直流背景。其中，所述傳感裝置通過(guò)USB連接線與所述主控裝置連接。其中，所述傳感裝置通過(guò)無(wú)線方式與所述主控裝置連接。其中，所述主控裝置包括顯示屏幕，所述傳感裝置鑲嵌設(shè)置于所述顯示屏幕上。其中，所述傳感裝置包括三個(gè)紅外光LED和一個(gè)探測(cè)器。其中，所述顯示屏幕的每個(gè)角上設(shè)置有一個(gè)紅外光LED，且相鄰兩個(gè)紅外光LED之間設(shè)置有一個(gè)探測(cè)器。通過(guò)上述方式，本實(shí)用新型提供的3D空間輸入系統(tǒng)通過(guò)至少三個(gè)紅外光LED照射人手，主控裝置根據(jù)紅外光LED發(fā)射的紅外光光強(qiáng)和所述紅外光LED發(fā)射的并被人手反射到所述探測(cè)器的紅外光光強(qiáng)計(jì)算三維手勢(shì)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)不同時(shí)刻獲得的三維手勢(shì)數(shù)據(jù)生成操作指令。本實(shí)用新型的3D空間輸入系統(tǒng)，無(wú)需用戶直接接觸輸入設(shè)備就可完成對(duì)三維空間數(shù)據(jù)的輸入，可簡(jiǎn)化人機(jī)交互界面、增加輸入方式的直觀靈活性能，便于用戶使用。

圖I是本實(shí)用新型的 3D空間輸入系統(tǒng)的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的3D空間輸入系統(tǒng)的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的3D空間輸入系統(tǒng)的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參見(jiàn)圖1，圖I是本實(shí)用新型的3D空間輸入系統(tǒng)的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，本實(shí)用新型的3D空間輸入系統(tǒng)包括傳感裝置11和主控裝置(未圖示)。其中，傳感裝置11包括紅外光LED111、紅外光LED112、紅外光LED113和探測(cè)器114，三個(gè)紅外光LED不共線設(shè)置。當(dāng)然，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，傳感裝置11包括至少三個(gè)不共線設(shè)置的紅外光LED和至少一個(gè)探測(cè)器。在本實(shí)施例中，三個(gè)紅外光LED用于發(fā)射紅外光照射臨近環(huán)境中的人手12，探測(cè)器114用于探測(cè)臨近環(huán)境光光強(qiáng)和經(jīng)臨近環(huán)境中的人手12反射的紅外光光強(qiáng)。主控裝置與傳感裝置11連接，用于根據(jù)紅外光LED發(fā)射的紅外光光強(qiáng)和探測(cè)器探測(cè)到的經(jīng)人手12反射的紅外光光強(qiáng)計(jì)算三維手勢(shì)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)不同時(shí)刻獲得的三維手勢(shì)數(shù)據(jù)生成操作指令。在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，傳感裝置11通過(guò)USB連接與主控裝置連接，在本實(shí)用新型的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，傳感裝置11通過(guò)無(wú)線方式與主控裝置連接，這兩種連接方式下，傳感裝置11作為主控裝置的一個(gè)獨(dú)立外設(shè)存的，方便傳感裝置的存放。在本實(shí)用新型其他實(shí)施例中，也可以使用一雙手來(lái)做出操作手勢(shì)，本實(shí)用新型對(duì)此不作限制。本實(shí)用新型的3D空間輸入系統(tǒng)的具體工作過(guò)程中，主控裝置利用脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)三個(gè)紅外光LED輪流工作，可有效減少不必要的紅外光LED的光能損耗，有利于節(jié)能能源。本實(shí)施例中，主控裝置在每次計(jì)算三維手勢(shì)數(shù)據(jù)之前，先利用探測(cè)器114探測(cè)紅外光LED未工作時(shí)鄰近環(huán)境光光強(qiáng),再利用探測(cè)器在一個(gè)紅外光LED工作時(shí)(例如紅外光LEDlll工作時(shí))探測(cè)環(huán)境光光強(qiáng)和經(jīng)人手12反射的紅外光的光強(qiáng)，利用連續(xù)兩次獲得的光強(qiáng)信號(hào)去除探測(cè)器114的直流背景。請(qǐng)進(jìn)一步參見(jiàn)圖1，探測(cè)器114首先在三個(gè)紅外光LED未工作時(shí)探測(cè)周圍環(huán)境光光強(qiáng)，主控裝置根據(jù)環(huán)境光光強(qiáng)數(shù)據(jù)為探測(cè)器114選擇合適的光強(qiáng)閾值。當(dāng)探測(cè)器114的光強(qiáng)閾值確定之后，主控裝置脈沖驅(qū)動(dòng)一個(gè)紅外光LED (例如紅外光LED111)工作，使其發(fā)射的紅外光照射到鄰近范圍內(nèi)的人手12。例如紅外光LEDlll工作時(shí)，探測(cè)器114探測(cè)紅外光LEDlll發(fā)射的紅外光經(jīng)人手12的反射后到達(dá)探測(cè)器114的紅外光光強(qiáng)以及環(huán)境光光強(qiáng)總和，主控裝置利用接收到連續(xù)兩次測(cè)得的光強(qiáng)數(shù)據(jù)消除探測(cè)器114的直流背景，并根據(jù)紅外光LEDlll的發(fā)射光強(qiáng)和經(jīng)人手12反射后到達(dá)探測(cè)器114的紅外光光強(qiáng)計(jì)算出人手12相對(duì)于紅外光LED的位置信息。然后主控裝置再分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)紅外光LED以完成人手12相對(duì)于紅外光LEDl 12和紅外光LEDl 13的位置信息的計(jì)算。主控裝置在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)可利用人手12相對(duì)于三個(gè)紅外光LED的位置信息計(jì)算出人手12的三維手勢(shì)數(shù)據(jù)。主控裝置利用后續(xù)不同測(cè)量周期內(nèi)獲得的人手12的三維手勢(shì)數(shù)據(jù)，可以生成相應(yīng)的操作指令。由于環(huán)境光的直流背景的量值可以快速變化，因此在做三維手勢(shì)數(shù)據(jù) 計(jì)算之前，在上述的兩次連續(xù)測(cè)量后毫無(wú)延遲的執(zhí)行一個(gè)直流背景的矯正測(cè)量是非常重要的。另外，在本實(shí)用新型的具體應(yīng)用中，在紅外光LED的出射端和/或探測(cè)器114的入射端設(shè)置透鏡，可擴(kuò)展對(duì)人手12的有效探測(cè)空間。其中，探測(cè)器114入射端設(shè)置透鏡，可增加探測(cè)光強(qiáng)信號(hào)的的水平，并可有效減少來(lái)自非人體方向的噪聲拾取。而在紅外光LED的出射端設(shè)置透鏡，可以有效減少輸出紅外光束的光束半徑和增加人手12方向上的光功率密度。另外，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)探測(cè)獲得光強(qiáng)數(shù)據(jù)積分后求平均可有效改善探測(cè)信號(hào)的信噪比，其中，通常信噪比的改善正比于紅外光LED多個(gè)閃光周期光強(qiáng)積分的均方根。實(shí)際應(yīng)用中，如果沒(méi)有人體位于主控裝置足夠近的范圍內(nèi)，探測(cè)器114測(cè)量到的信號(hào)值將降低到探測(cè)器114預(yù)設(shè)的紅外光光強(qiáng)預(yù)設(shè)的閾值以下，使得探測(cè)器114的光強(qiáng)信號(hào)將不再更新。其中，對(duì)于人機(jī)交互，利用測(cè)量反射和合適的算法，多個(gè)處于適當(dāng)位置的設(shè)置有透鏡的紅外光LED能夠被用于確定人手的橫向、縱向、向內(nèi)和向外的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。簡(jiǎn)單的例子包括使用手勢(shì)運(yùn)動(dòng)控制電子相框中的圖片的顯示或者閱讀電子閱讀器上的文件。請(qǐng)參見(jiàn)圖2，圖2是本實(shí)用新型的3D空間輸入系統(tǒng)的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本實(shí)施例的3D空間輸入系統(tǒng)包括傳感裝置(未標(biāo)示)和主控裝置22。其中，傳感裝置11包括紅外光LED211、紅外光LED212、紅外光LED213和探測(cè)器114，所述的三個(gè)紅外光LED不共線設(shè)置，主控裝置22包括顯示屏幕221，所述顯示屏幕221用于圖形對(duì)象顯
/Jn ο本實(shí)施例與圖I所示的本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的不同之處在于傳感裝置鑲嵌設(shè)置于顯示屏幕221的前表面上，且傳感裝置與主控裝置22電連接，不再是主控裝置22的獨(dú)立外設(shè)。其中，所述顯示屏幕221用于顯示圖形對(duì)象。在用戶要對(duì)顯示屏幕221上的圖形對(duì)象進(jìn)行操作時(shí)，通過(guò)做出一定的手勢(shì)，就可以通過(guò)主控裝置22控制顯示屏幕221上的圖形對(duì)象。請(qǐng)參見(jiàn)圖3，圖3是本實(shí)用新型的3D空間輸入系統(tǒng)的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本實(shí)施例的3D空間輸入系統(tǒng)包括傳感裝置和主控裝置32。其中，傳感裝置包括紅外光LED311、紅外光LED312、紅外光LED313、紅外光LED314、探測(cè)器315、探測(cè)器316、探測(cè)器317和探測(cè)器318，主控裝置32包括顯示屏幕321。其中，四個(gè)紅外光LED分別設(shè)置于顯示屏幕321的四個(gè)角上，且相鄰兩個(gè)紅外光LED之間設(shè)置有一個(gè)探測(cè)器。在一個(gè)手勢(shì)測(cè)量周期內(nèi)，每一個(gè)探測(cè)器分別測(cè)量人手33相對(duì)于其臨近的兩個(gè)紅外光LED的位置信息，然后主控裝置32根據(jù)人手33相對(duì)于所有紅外光LED的位置信息計(jì)算出人手33的手勢(shì)數(shù)據(jù)，并根據(jù)后續(xù)不同測(cè)量周期內(nèi)計(jì)算出的人手33的手勢(shì)數(shù)據(jù)，主控裝置32生成相對(duì)應(yīng)的操作指令，進(jìn)而控制顯示屏幕321上的圖形對(duì)象。通過(guò)上述方式，本實(shí)用新型提供的3D空間輸入系統(tǒng)通過(guò)至少三個(gè)不共線設(shè)置的紅外光LED照射臨近環(huán)境中的人體，再利用至少一個(gè)探測(cè)器探測(cè)臨近環(huán)境光光強(qiáng)和經(jīng)臨近環(huán)境中的人手反射的紅外光光強(qiáng)，然后利用主控裝置根據(jù)紅外光LED發(fā)射的紅外光光強(qiáng)和所述經(jīng)人手反射的紅外光光強(qiáng)計(jì)算三維手勢(shì)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)不同時(shí)刻獲得的三維手勢(shì)數(shù)據(jù)生成操作指令，使得本實(shí)用新型的3D空間輸入系統(tǒng)，無(wú)需用戶直接接觸輸入設(shè)備就可完成三維空間數(shù)據(jù)的輸入，可簡(jiǎn)化人機(jī)交互界面、增加輸入方式的直觀靈活性能，便于用戶使
用。以上所述僅為本實(shí) 用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種3D空間輸入系統(tǒng)，其特征在于，所述3D空間輸入系統(tǒng)包括 傳感裝置，包括至少一個(gè)探測(cè)器和至少三個(gè)紅外光LED，所述至少三個(gè)紅外光LED不共線設(shè)置，所述紅外光LED用于發(fā)射紅外光，所述至少一個(gè)探測(cè)器用于探測(cè)臨近環(huán)境光光強(qiáng)和經(jīng)臨近環(huán)境中的人手反射的紅外光光強(qiáng)； 主控裝置，所述主控裝置與傳感裝置連接，用于根據(jù)紅外光LED發(fā)射的紅外光光強(qiáng)和探測(cè)器探測(cè)到的經(jīng)人手反射的紅外光光強(qiáng)計(jì)算三維手勢(shì)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)不同時(shí)刻獲得的三維手勢(shì)數(shù)據(jù)生成操作指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的3D空間輸入系統(tǒng)，其特征在于，所述主控裝置在每次計(jì)算三維手勢(shì)數(shù)據(jù)之前，先利用探測(cè)器探測(cè)紅外光LED未工作時(shí)鄰近環(huán)境光光強(qiáng)，再利用探測(cè)器在一個(gè)紅外光LED工作時(shí)探測(cè)環(huán)境光光強(qiáng)和經(jīng)人手反射的紅外光的光強(qiáng)，利用連續(xù)兩次獲得的光強(qiáng)信號(hào)去除探測(cè)器的直流背景。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的3D空間輸入系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感裝置通過(guò)USB連接線與所述主控裝置連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的3D空間輸入系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感裝置通過(guò)無(wú)線方式與所述主控裝置連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的3D空間輸入系統(tǒng)，其特征在于，所述主控裝置包括顯示屏幕，所述傳感裝置鑲嵌設(shè)置于所述顯示屏幕上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任意一項(xiàng)所述的3D空間輸入系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感裝置包括三個(gè)紅外光LED和一個(gè)探測(cè)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的3D空間輸入系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示屏幕的每個(gè)角上設(shè)置有一個(gè)紅外光LED，且相鄰兩個(gè)紅外光LED之間設(shè)置有一個(gè)探測(cè)器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種3D空間輸入系統(tǒng)，包括傳感裝置和主控裝置，傳感裝置包括至少一個(gè)探測(cè)器和至少三個(gè)紅外光LED，主控裝置根據(jù)紅外光LED發(fā)射的紅外光光強(qiáng)和紅外光LED發(fā)射的并被人手反射到達(dá)所述探測(cè)器的紅外光光強(qiáng)計(jì)算三維手勢(shì)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)不同時(shí)刻獲得的三維手勢(shì)數(shù)據(jù)生成操作指令；通過(guò)上述方式，本實(shí)用新型提供的3D空間輸入系統(tǒng)通過(guò)至少三個(gè)紅外光LED照射人手，主控裝置根據(jù)紅外光LED發(fā)射的紅外光光強(qiáng)和所述紅外光LED發(fā)射的并被人手反射到探測(cè)器的紅外光光強(qiáng)計(jì)算三維手勢(shì)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)不同時(shí)刻獲得的三維手勢(shì)數(shù)據(jù)生成操作指令，本實(shí)用新型的3D空間輸入系統(tǒng)的輸入方式直觀靈活，可簡(jiǎn)化人機(jī)交互界面，便于用戶使用。
文檔編號(hào)G06F3/01GK202795231SQ201220437879
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者劉美鴻 申請(qǐng)人:深圳市億思達(dá)顯示科技有限公司