專(zhuān)利名稱(chēng)：一種以手指動(dòng)作識(shí)別為基礎(chǔ)的輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電子設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入技術(shù)，可以用于替代或完善鍵盤(pán)，也可以實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的功能。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的輸入方式中，通常以下面的過(guò)程進(jìn)行輸入人員識(shí)別待輸入值的對(duì)應(yīng)鍵的位置，然后用手指敲擊或觸摸該位置以觸發(fā)輸入信號(hào)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的鍵值。在這種方式下，如不考慮組合鍵，鍵值與鍵位一一對(duì)應(yīng)，即數(shù)量相等，因此傳統(tǒng)的輸入設(shè)備需有大量的鍵位。所以導(dǎo)致輸入設(shè)備的體積不可能縮小到滿(mǎn)意的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明確認(rèn)鍵值由鍵位信號(hào)、手指識(shí)別信號(hào)、手指移動(dòng)方向識(shí)別信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)確定。為了得到手指識(shí)別信號(hào)、手指移動(dòng)方向識(shí)別信號(hào)，設(shè)置有光學(xué)傳感器，包括CCD、CMOS、位置傳感器，通常為一組，一般為兩個(gè)。由CPU(DSP)對(duì)光學(xué)元件的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析，得到相關(guān)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行識(shí)別。因此，數(shù)字電路的相關(guān)元件也是必要的，如模數(shù)轉(zhuǎn)換元件。


圖1(A)、(B)為本發(fā)明的數(shù)據(jù)流程。
具體實(shí)施例方式
在以下例中，規(guī)定操作者的視線(xiàn)在鍵面或桌面上的投影為Y軸，方向向前。X、Y軸皆位于或平行鍵盤(pán)平面上或桌面上。還規(guī)定操作者的手形，手指(或手指在桌面的投影)應(yīng)大致地平行與Y軸。在所有的實(shí)施例中，位置傳感器位于透鏡之下，應(yīng)為一組，通常為兩個(gè)，透鏡前可設(shè)濾光片，它們構(gòu)成的裝置的數(shù)量和位置及角度和高度的設(shè)置應(yīng)保證測(cè)量的需要。一般需要多維放置的光學(xué)傳感器，例如，垂直于XY平面的的兩個(gè)面陣傳感器，這樣就能測(cè)量到手指的三維數(shù)據(jù)。由CPU得到各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)三角法的光學(xué)原理計(jì)算出光點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)。需要光學(xué)照射元件，可以為掃描光束、或光源穩(wěn)定的照明，光源為紅外線(xiàn)。
必須消除背景的干擾，如果用成像的方法，可以使用背景圖像差分法，輸入前先得到背景圖像，將每帙圖像與存儲(chǔ)的背景圖差分計(jì)算，得到手的圖像。為了保證差分的準(zhǔn)確，可以動(dòng)態(tài)地得到背景圖像。也可以采用帙間差分法提取出手的圖像。然后將手的圖像進(jìn)行分析?？梢远祷幚?。顯然，手掌是易于識(shí)別的，因?yàn)閳D像數(shù)據(jù)是連續(xù)的?？梢杂枚喾N方法區(qū)分手掌和手指，同作為邊界的手掌和手指的幾何特征是有區(qū)別的。也可以從多個(gè)方向(如偏移5度)讀取像素，當(dāng)某方向上得到的不連續(xù)的像素寬度(每個(gè)和所有的)最小時(shí)，這個(gè)方向，應(yīng)該是垂直于手指的方向，顯然在這個(gè)方向上，不連續(xù)的是手指，連續(xù)的是手掌，手指也可以區(qū)分。另外，在平行手指的方向上，像素的多少變化最大，可以通過(guò)求方差的方法找到這個(gè)方向。也可以簡(jiǎn)單地使透鏡平行于X軸，讀取像素時(shí)，平行于X軸。在這個(gè)方向上，不連續(xù)的是手指，連續(xù)的是手掌。也可以用設(shè)定面積的矩形覆蓋，如果矩形內(nèi)有非連續(xù)區(qū)，則為手指。手指的位置可以由手指的某部位代替，如指尖，手指中線(xiàn)?？梢詫?duì)手指進(jìn)行細(xì)化，或骨骼化，以便于數(shù)據(jù)處理。以上所謂的連續(xù)，指連續(xù)的像素?cái)?shù)量多于特定值。用掃描的方式，得到手指的位置數(shù)據(jù)則較直接，因?yàn)楣鈱W(xué)傳感器得到的光點(diǎn)數(shù)據(jù)可以一一對(duì)應(yīng)。為了降低CCD、CMOS的成像頻率，可以使透鏡垂直XY平面，平行于X軸，透鏡同焦距，且在一條直線(xiàn)上，平行X或Z軸，掃描的方向平行Y軸或X軸，這樣，當(dāng)成像為線(xiàn)狀或多條線(xiàn)時(shí)，可以找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)。顯然，背景是易于區(qū)分的，根據(jù)它們的位置數(shù)據(jù)。關(guān)于光點(diǎn)的遮擋問(wèn)題，如果在一個(gè)感光元件上能感光，而另一個(gè)不能，顯然，這樣的光點(diǎn)肯定不在手指的正面，所以可以略取。
然后，CPU根據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，用三角法得到三維位置數(shù)據(jù)。值得注意的是，不用掃描的方法可能因?yàn)橐暡畹脑驘o(wú)法得到真正的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，不過(guò)誤差很小。
顯然根據(jù)手指相互的位置數(shù)據(jù)，如果是同一只手，可以知道它們是哪一個(gè)。因此，在識(shí)別手指時(shí)，可以采用劃分左右手區(qū)的方法，當(dāng)左手區(qū)被觸發(fā)，剔除右手區(qū)的數(shù)據(jù)，反之同樣。
輸入的觸發(fā)可以有多種識(shí)別方式，一種是鍵被敲擊，也可以動(dòng)態(tài)地監(jiān)視手指位置，當(dāng)在Z軸的方向低于某值時(shí)，確認(rèn)觸發(fā)，也可以用平行于XY掃描光束(位置很低)，當(dāng)掃描到手指時(shí)，觸發(fā)輸入。在觸發(fā)輸入的同時(shí)，顯然可以得到敲擊手指的位置數(shù)據(jù)。第一種方法中，鍵的位置數(shù)據(jù)是預(yù)知的。
將敲擊手指的位置數(shù)據(jù)同各手指的位置數(shù)據(jù)比對(duì)，可以識(shí)別出敲擊的手指。
手指的移動(dòng)方式的識(shí)別可以有靈活的定義方式。如前述，手的某手指或某部位的位置是可以連續(xù)測(cè)定的，則它的短期內(nèi)的位移也是可以確定的，以此作為手的移動(dòng)方式的定義的依據(jù)。手的移動(dòng)方式的定義根據(jù)敲擊動(dòng)作發(fā)生前手沿相同方向移動(dòng)的移動(dòng)方向及位移量確定。這里的所謂的移動(dòng)方向應(yīng)該是連續(xù)的，如特定期間內(nèi)手指移動(dòng)的方向是變化的，或者有敲擊，定義為最后的持續(xù)的同向位移。得到位置數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)(可以只存儲(chǔ)最近期的短期內(nèi)的數(shù)據(jù))，與這次連續(xù)位移的起點(diǎn)(或之前很短的時(shí)間如0.5秒時(shí))的位置數(shù)據(jù)比對(duì)?？啥x有以下幾種位移方式，無(wú)位移，向上位移，向下位移，左平移，右平移，向上大距離位移，斜向移動(dòng)等。向上、向下、向左、向右的含義是顯然的，所謂向前是指手沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)，位移量大于合理的數(shù)值，如1-2厘米，角度偏差在合理的范圍內(nèi)如左右15度。向下、向左、向右分別指逆Y軸、逆X軸、順X軸方向運(yùn)動(dòng)，位移量大于合理的數(shù)值，角度偏差不超過(guò)15度。在向上的方向上連續(xù)位移大于合理的數(shù)字，如5cm，為向上大距離位移，手指角度偏差同上，無(wú)位移，是指位移量小于合理的數(shù)值，如2厘米。斜向的位移是指方向?yàn)槠溆嗟姆较颍灰拼笥诤侠淼臄?shù)值，如2厘米?？梢远x四種方向，左上，左下，右上，右下。以上的定義及數(shù)據(jù)規(guī)定是靈活的，在得到識(shí)別信號(hào)后，cpu根據(jù)內(nèi)置的映射方案確定鍵值。
在以下的實(shí)施例中，都設(shè)置有前文提到的相關(guān)元件。
實(shí)施例1。以手機(jī)鍵盤(pán)為例。在恰當(dāng)?shù)奈恢糜泄鈱W(xué)元件和傳感器。以識(shí)別敲擊手指。參考手機(jī)鍵盤(pán)。本例中使用除0外的數(shù)字鍵。鍵上的數(shù)字為單手持機(jī)輸入值，在單手持機(jī)時(shí)，輸入手指為拇指，識(shí)別結(jié)果只能得到一只手指且手指的寬度非常大，實(shí)際上為拇指長(zhǎng)度的傾斜投影，并且無(wú)法的到兩個(gè)以上的手指位置數(shù)據(jù)，由此可識(shí)別出單手持機(jī)，分配鍵值時(shí)按鍵上數(shù)字分配。如果左手持機(jī)，右手輸入，鍵值的映射采用以下的方案，用食指、中指、無(wú)名指敲擊時(shí)，按順序分配三個(gè)英文字母，從A、B、C開(kāi)始，對(duì)應(yīng)數(shù)字鍵1，依次類(lèi)推，“9”鍵只需分配兩個(gè)，用小指敲擊時(shí)，分配其它特殊符號(hào)，當(dāng)然鍵值映射方案是靈活的。
實(shí)施例2本實(shí)施例中，共有8個(gè)鍵，左右各4個(gè)，2列4行。在本例中，不允許雙手有交叉動(dòng)作。與實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例將識(shí)別確定十個(gè)手指的位置，采用例1識(shí)別方式將發(fā)生困難。規(guī)定一定的區(qū)域內(nèi)左手的活動(dòng)區(qū)域，左4鍵在左手區(qū)。右側(cè)為右手的活動(dòng)區(qū)域。從第一行開(kāi)始，用左手和右手敲擊，分別對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)鍵盤(pán)1、2、3、4、5、6、7、8、9、0，Q、W、E、R、T、Y、U、I、O、P，A、S、D、F、G、H、J、K、L、；依次類(lèi)推。
例1、2都不需要識(shí)別手指的移動(dòng)。
實(shí)施例3，本例中無(wú)鍵盤(pán)。
同樣地規(guī)定左右手區(qū)。本例中，有一掃描光源只發(fā)生平行于桌面的一束細(xì)光束。高出桌面0.5厘米。射出的光束，經(jīng)手指反射得到的光點(diǎn)被探測(cè)到，觸發(fā)一次識(shí)別輸入動(dòng)作并且得到敲擊手指的位置數(shù)據(jù)。這個(gè)數(shù)據(jù)也可作為識(shí)別手指的依據(jù)。發(fā)射的光線(xiàn)持續(xù)掃描，當(dāng)反射物即手指抬離桌面，失去手指的反射光斑，確認(rèn)設(shè)備進(jìn)入待輸入狀態(tài)，再次得到反射光斑后，確認(rèn)下一次輸入。在合理的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，單手的各部位的運(yùn)動(dòng)方向及位移基本一致，因此可將某一手指或某一部位位移作為單手的位移，例如在1/10移內(nèi)，設(shè)置掃描速度，使在每1/10秒內(nèi)，對(duì)手指進(jìn)行足夠的掃描，得到手指的某一部位數(shù)據(jù)。左手小指、無(wú)名指、中指、食指的敲擊，定義對(duì)應(yīng)“A”、“S”、“D”、“F”鍵，對(duì)應(yīng)于右手食指、中指、無(wú)名指、小指的敲擊，定義對(duì)應(yīng)“J”、“K”、“L”、“；”鍵，當(dāng)左手食指右移敲擊，對(duì)應(yīng)“G”鍵，當(dāng)右手食指左移敲擊，對(duì)應(yīng)“H”鍵，即無(wú)位移敲擊加左移、右移敲擊對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)鍵盤(pán)字母鍵區(qū)第二排。當(dāng)手指向上位移敲擊時(shí)，對(duì)應(yīng)于左手小指、無(wú)名指、中指、食指的敲擊，對(duì)應(yīng)“Q”、“W”、“E”、“R”鍵，對(duì)應(yīng)于右手食指、中指、無(wú)名指、小指的敲擊，定義對(duì)應(yīng)“U”、“I”、“O”、“P”鍵，即向上位移敲擊時(shí)，對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)字母鍵區(qū)第一排除“T”、“Y”鍵，“T”、”Y”二鍵可以斜移敲擊對(duì)應(yīng)。當(dāng)手向下位移敲擊時(shí)，對(duì)應(yīng)于左手小指、無(wú)名指、中指、食指的敲擊，定義對(duì)應(yīng)“Z”、“X”、“C”、“V”鍵，對(duì)應(yīng)于右手食指、中指、無(wú)名指、小指的敲擊，定義對(duì)應(yīng)“M”、“，”、“.”、“/”鍵，“B”、“N”鍵可以由斜向位移對(duì)應(yīng)。即向下位移敲擊，對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)鍵盤(pán)字母區(qū)最下一行。字母鍵區(qū)上的數(shù)字鍵可對(duì)應(yīng)于向上大步位移，10個(gè)手指對(duì)應(yīng)10個(gè)數(shù)字。通過(guò)以上的定義方式，10個(gè)數(shù)字鍵、26字母鍵都能得到對(duì)應(yīng)于某種動(dòng)作和手指。拇指可用于其他鍵。如左空格，右回車(chē)。在本實(shí)施例中，不存在鍵盤(pán)，操作者僅需關(guān)注使用正確的手指和合理地移動(dòng)手，而不必使手指對(duì)準(zhǔn)某一鍵位，在按照上述合理地定義鍵值后，手指的敲擊及移動(dòng)方式非常接近于盲打的操作習(xí)慣。
在以上實(shí)施例1、2中，確定鍵值由手指識(shí)別信號(hào)和鍵位信號(hào)聯(lián)合確定，還可以有以下方式鍵位信號(hào)不一定來(lái)自于鍵盤(pán)，也可以來(lái)自觸摸屏，也可以來(lái)自手指的實(shí)際位置數(shù)據(jù)，加入識(shí)別輸入動(dòng)作發(fā)生裝置以識(shí)別輸入動(dòng)作的發(fā)生并確定實(shí)施輸入動(dòng)作手指的位置數(shù)據(jù)。這樣，可以將一個(gè)確認(rèn)邊界的區(qū)域，如顯示屏、桌面，劃分出幾個(gè)子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域賦予一組鍵值，并進(jìn)一步根據(jù)手指識(shí)別信號(hào)確定鍵值。如果連續(xù)識(shí)別手指的位置，可以以手指的移動(dòng)比例對(duì)應(yīng)與光標(biāo)的移動(dòng)，可以代替鼠標(biāo)。
以上實(shí)施例1、2中，感光元件可以在鍵盤(pán)的基礎(chǔ)上設(shè)置底座，例3中，必須獨(dú)立地設(shè)置底座。以放置相關(guān)元件。在所有的實(shí)施例中，位置傳感器位于透鏡之下，應(yīng)為一組，通常為兩個(gè)，透鏡前可設(shè)濾光片，它們構(gòu)成的裝置的數(shù)量和位置及角度和高度的設(shè)置應(yīng)保證測(cè)量的需要。光源的放置也要基于同樣的考慮。
也可以以另一種方式定義手指的移動(dòng)方式，測(cè)量敲擊后手指的移動(dòng)方向，如果向上(Y方向)移動(dòng)，對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)鍵盤(pán)上Q行的鍵，不移動(dòng)或豎直抬高(Z方向)，則對(duì)應(yīng)A行的鍵，如果向下(Y方向)移動(dòng)，對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)鍵盤(pán)上Z行的鍵。
可以考慮在手指上附識(shí)別物以便于識(shí)別?？梢允怯刑厥鈭D案的，也可以本身是發(fā)光物。
實(shí)際上，簡(jiǎn)單的手形也是可以識(shí)別的，如所有的手指并攏，握拳等，對(duì)它們的識(shí)別可以作為特殊的鍵值。
在此引入組合鍵的定義，以上的敲擊皆為單擊。當(dāng)敲擊手指為多個(gè)，可以有不同的鍵值。這里的多個(gè)手指是指它們的位置都低于設(shè)定值。
權(quán)利要求
1.一種電子數(shù)據(jù)輸入裝置，用于電子設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入，其特征為，鍵值的確定由以下三個(gè)裝置的識(shí)別信號(hào)單獨(dú)或多個(gè)確定鍵位信號(hào)或敲擊手指位置數(shù)據(jù)，敲擊手指的識(shí)別信號(hào)，手的移動(dòng)方式的識(shí)別信號(hào)，本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)的鍵盤(pán)，識(shí)別采用光學(xué)原理和技術(shù)。
全文摘要
一種能夠識(shí)別敲擊的手指，及可能包括其移動(dòng)方式的輸入設(shè)備，通過(guò)掃描激光對(duì)敲擊手的掃描，經(jīng)數(shù)字電路分析位置傳感器得到手指位置數(shù)據(jù)，以識(shí)別敲擊的手指，并可能識(shí)別手的移動(dòng)方式。其鍵值的產(chǎn)生可以由手的移動(dòng)方式信號(hào)及手指識(shí)別信號(hào)單獨(dú)或聯(lián)合確定。使用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)無(wú)鍵盤(pán)輸入。
文檔編號(hào)G06K9/20GK1480899SQ0314409
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2003年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月3日
發(fā)明者萬(wàn)發(fā)良 申請(qǐng)人:萬(wàn)發(fā)良