專(zhuān)利名稱：虛擬追蹤鍵盤(pán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及虛擬鍵盤(pán)領(lǐng)域，尤其是涉及一種手機(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(pán)。
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(lái)越重要的作用，從某種程度上甚至可以說(shuō)，人類(lèi)的生活已經(jīng)離不開(kāi)它們。在使用它們的過(guò)程中，鍵盤(pán)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。最近新出的一些手機(jī)產(chǎn)品中，推出了語(yǔ)音控制功能(如蘋(píng)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(shuō)代替鍵盤(pán)功能。因此，鍵盤(pán)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(pán)分成三類(lèi)機(jī)械式鍵盤(pán)，軟鍵盤(pán)和激光鍵盤(pán)。機(jī)械式鍵盤(pán)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(lái)很不方便，同時(shí)也很占用空間；軟鍵盤(pán)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(pán)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(guò)程中要看強(qiáng)烈的激光投影，對(duì)人眼也不健康，在輸入過(guò)程中因?yàn)榧す馔队皼](méi)有像機(jī)械式鍵盤(pán)那樣在F和J鍵上有突出點(diǎn)，使用者必須看鍵盤(pán)，不能實(shí)現(xiàn)盲打，這在大量輸入情況下是極不方便的。本實(shí)用新型為了解決上述問(wèn)題，在總結(jié)以上所有鍵盤(pán)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種虛擬追蹤鍵盤(pán)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有鍵盤(pán)的不足提出了一種虛擬追蹤鍵盤(pán)，使用該鍵盤(pán)首先可以集成到任何一個(gè)需要鍵盤(pán)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(méi)有鍵盤(pán)，所以不需要低頭看鍵盤(pán)，自然就可以實(shí)現(xiàn)盲打。為實(shí)現(xiàn)其目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案—種虛擬追蹤鍵盤(pán)，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)。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(guò)深入分析透鏡成像的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)了手指在鍵盤(pán)不同位置所成像的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)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)這一特點(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(guò)程如下I)解算模塊首先對(duì)在輸入?yún)^(qū)操作虛擬鍵盤(pán)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(pán)，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(guò)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CXD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)AP ；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)(ATO，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(AP，L)和動(dòng)作手指對(duì)應(yīng)的(A TO，LD)與依步驟I所得出的虛擬鍵盤(pán)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(pán)的輸入?yún)^(qū)大小可以通過(guò)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(pán)上看到各手指的位置和動(dòng)作手指的位置。其特點(diǎn)不僅僅適用于本實(shí)用新型中提到的位置和動(dòng)作識(shí)別方案，對(duì)于市場(chǎng)已經(jīng)在用的激光鍵盤(pán)也可以通過(guò)此顯示方案進(jìn)行改進(jìn)。提高其性能，增加其實(shí)用性。

圖1虛擬追蹤鍵盤(pán)系統(tǒng)框圖；圖2虛擬追蹤鍵盤(pán)模擬工作圖；圖3位置和動(dòng)作解算模塊的解算原理。圖中1、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)施方式
圖1是虛擬追蹤鍵盤(pán)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。圖像采集模塊為一帶照明設(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(lái)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。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(pán)模擬工作圖。打開(kāi)虛擬追蹤鍵盤(pán)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(kāi)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(pán)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(shuō)明解算原理，取A，B，C三個(gè)外形一樣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(shuō)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(shuō)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)AP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(guò)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涂梢粤耍酝ㄟ^(guò)手指在CXD上所成的像所解算出的(A 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(guò)手指在CXD上的成像是否超過(guò)CXD中心平面來(lái)判斷的，從圖中可以看出，超過(guò)中心平面9的B其像也超過(guò)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(AH)，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(pán)，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，圖像采集模塊位于需要輸入設(shè)備的下方或側(cè)面，其采集的圖像經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理模塊處理后傳給位置和動(dòng)作解算模塊進(jìn)行解算，位置和動(dòng)作解算模塊依據(jù)一定尺寸的物體當(dāng)相對(duì)凸透鏡物距不同時(shí)在CCD上所成的像的尺寸不同得出手指在操作空間的縱向位置，依據(jù)凸透鏡物像位置對(duì)應(yīng)關(guān)系得出手指在操作空間的橫向位置和指尖的動(dòng)作，然后根據(jù)在模塊中預(yù)置的手指操作鍵盤(pán)的信息得出各手指位置對(duì)應(yīng)的鍵位，以及手指動(dòng)作所對(duì)應(yīng)的鍵位，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，動(dòng)作執(zhí)行模塊對(duì)動(dòng)作信息進(jìn)行執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬追蹤鍵盤(pán)，其特征在于所述的圖像采集模塊為一帶LED 照明設(shè)備和濾光片的攝像機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬追蹤鍵盤(pán)，其特征在于虛擬追蹤鍵盤(pán)的輸入?yún)^(qū)大小或范圍可以通過(guò)調(diào)整CXD的焦距進(jìn)行調(diào)整。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種虛擬追蹤鍵盤(pán)，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(guò)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(pán)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)G06F3/02GK202838183SQ20122044691
公開(kāi)日2013年3月27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