基于幾何校正優化的單攝像頭虛擬鍵盤的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于幾何校正優化的單攝像頭虛擬鍵盤，包括：鍵盤紅外光源、鍵盤敏感模塊、鍵盤布局投影模塊。實施本發明，手指的指尖在攝像頭下總是位于縱坐標的最大致處，所以通過檢查前面獲取到的手部采樣值的縱坐標值的大小，就能夠獲取指尖大致的位置，并且由于手指與手指之間有一定的間隙，通過濾去某個最大值附近的值就能夠辨別多個手指的指尖的大致位置。
【專利說明】基于幾何校正優化的單攝像頭虛擬鍵盤
【技術領域】
[0001]本發明涉及人機交互【技術領域】，具體涉及一種基于幾何校正優化的單攝像頭虛擬鍵盤。
【背景技術】
[0002]鍵盤作為一種傳統的人機交互設備被人們所熟知，人們已經非常習慣鍵盤的使用。但是普通的鍵盤尺寸大，攜帶不方便，并且十分占地方，在使用自然性和友好性等方面有一定的局限性。所以現代的便攜式設備都轉向觸摸屏式的虛擬鍵盤。盡管這樣可以有效地省去攜帶鍵盤的麻煩，但是這種虛擬鍵盤的大小就直接受到虛擬設備屏幕大小的限制。不同大小的屏幕的設備所使用的虛擬鍵盤的大小不同，非常影響輸入速度。由于人們習慣用雙手與外界進行大部分交互操作，因此本文提出了一種即無需使用實物，又能夠擁有真實鍵盤的輸入方式的基于攝像頭的虛擬鍵盤。
[0003]之前的基于攝像頭的虛擬鍵盤主要是使用兩個攝像頭為一組，組成X、Y、Z三維平面，由Z坐標決定動作，X、Y坐標決定位置來實現的。這樣的雙攝像頭的虛擬鍵盤一方面需要同時攜帶兩個攝像頭，增加負擔，另一方面根據兩個攝像頭位置的不同，算法也無法確定。所以本文提出一種基于單攝像頭的虛擬鍵盤的實現，一方面使得設備得到簡化，另一方面系統更加的靈活。基于攝像頭的虛擬鍵盤利用攝像頭等設備獲取人手運動的圖像序列，通過視覺算法提取人手靜態或動態特征、識別人手的姿態或動作，從而理解人的意圖實現人機交互。該技術在智能交互、計算機游戲和穿戴計算等領域有廣泛的應用前景。
[0004]目前的虛擬鍵盤技術主要分投射型鍵盤和軟鍵盤兩種。投射型鍵盤采用光學投影系統和傳感器，在平滑物體表面投影出鍵盤形狀，并將操作者動作的光信號轉換為擊鍵命令，傳輸到處理裝置中，從而獲得擊鍵點，如紅外線虛擬鍵盤。該方法有光設備的額外要求且缺乏真實觸感。軟鍵盤是通過軟件模擬鍵盤，在設備屏幕上顯示全鍵盤的形象，用戶通過觸屏來點擊輸入字符，如iPhone等。該方法占據了大塊顯示屏幕且硬件上要求觸屏支持。
【發明內容】
[0005]鑒于以上問題，本發明的目的是解決因只有單攝像頭產生的由二維圖像判斷三維空間按鍵動作問題，垂直拍攝產生的傾斜失真校正。
[0006]相應的，本發明實施例提供了一種基于幾何校正優化的單攝像頭虛擬鍵盤，包括:
[0007]鍵盤紅外光源、鍵盤敏感模塊、鍵盤布局投影模塊。
[0008]所述鍵盤敏感模塊包括傳感器芯片組和圖像處理單元。
[0009]所述傳感器芯片組包括圖像傳感器和微處理器。
[0010]實施本發明實施例，手指的指尖在攝像頭下總是位于縱坐標的最大致處，所以通過檢查前面獲取到的手部采樣值(方形小塊)的縱坐標值的大小，就能夠獲取指尖大致的位置，并且由于手指與手指之間有一定的間隙，通過濾去某個最大值附近的值就能夠辨別多個手指的指尖的大致位置。
【專利附圖】
【附圖說明】[0011]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。[0012]圖1是本發明實施例中的基于幾何校正優化的單攝像頭虛擬鍵盤結構示意圖。【具體實施方式】[0013]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。[0014]1、指尖定位[0015]手指的指尖在攝像頭下總是位于縱坐標的最大致處，所以通過檢查前面獲取到的手部采樣值(方形小塊)的縱坐標值的大小，就能夠獲取指尖大致的位置，并且由于手指與手指之間有一定的間隙，通過濾去某個最大值附近的值就能夠辨別多個手指的指尖的大致位置。[0016]2、按鍵與手部移動的區分[0017]單攝像頭相對與多攝像頭的按鍵識別中最難的就是無法準確地確定手指的動作是按鍵動作還是其他干擾動作。多攝像頭通過三維的Z坐標判斷手指的動作，當指尖的Z坐標與鍵盤Z坐標重合時，就可以認定手指觸動按鍵。但由于單攝像頭只有二維空間，只能通過手指按鍵的一些特定的規律判斷手指是否有按鍵操作。[0018](1)當某個手指垂直按鍵時，其余手指基本保持位置不變。[0019](2)當某個手指垂直按鍵時，手掌的位置基本保持不變。[0020](3)當某個手指按鍵時，該手指的指尖的縱坐標與上一幀圖像比會有一定量的減小。[0021](4)手指按鍵時，有一定的停留時間。[0022]根據上述特點，通過計算多幀圖片中手掌，各個指尖的位置變化就能夠識別出人手的當前操作是按鍵操作還是平移等其他操作。[0023]3、二維傾斜失真校正[0024]不考慮鍵盤本身的扭曲形變。在二維空間內傾斜角度范圍為0°~90°。不妨將角點識別后獲得的三個角點分別設為Μ’(χL，yl’)、N’(x2’，y2’)、Q’(x3’，y3’)，根據矩形的幾何特點，這三個角點中必有兩點在一條對角線上。又，矩形對角線長度大于任一邊長(勾股定理)。根據兩點間距離公式:[0025]
【權利要求】
1.一種基于幾何校正優化的單攝像頭虛擬鍵盤，其特征在于，包括: 鍵盤紅外光源、鍵盤敏感模塊、鍵盤布局投影模塊。
2.如權利要求1所述的基于幾何校正優化的單攝像頭虛擬鍵盤，其特征在于，所述鍵盤敏感模塊包括傳感器芯片組和圖像處理單元。
3.如權利要求2所述的基于幾何校正優化的單攝像頭虛擬鍵盤，其特征在于，所述傳感器芯片組包括圖像傳感器和微處理器。
【文檔編號】G06F3/01GK103558914SQ201310529563
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】翟振明, 劉馭云, 羅笑南 申請人:中山大學