用于標定光投影鍵盤的裝置及其使用方法與流程

本發明屬于光鍵盤設備標定技術領域，特別是涉及一種用于標定光投影鍵盤的裝置，以及該裝置的使用方法。

背景技術：

鍵盤是電子類設備最常用的輸入裝置之一，它廣泛應用于計算機、電子儀器和各種終端設備上。鍵盤是最常用也是最主要的輸入設備，通過鍵盤可以將英文字母、數字、標點符號等輸入到計算機中，從而向計算機發出命令、輸入數據等。

為了解決傳統實體鍵盤體積過大、不易攜帶與放置、容易吸納灰塵不易清潔，以及使用過度容易損壞等問題，設備生產廠家研發出了虛擬激光鍵盤(Virtual Laser Keyboard)，虛擬激光鍵盤硬件主要由3部分組成，即攝像頭、鍵盤投影模組和紅外線激光發射器。鍵盤投影模組的作用是向桌面投射激光鍵盤，紅外線激光發射器是投射平行于桌面或與桌面成一定角度的紅外光，攝像頭的作用是采集手指的位置信息。當人的手指按到鍵盤投影模組投影到桌面上的鍵盤時，攝像頭拍攝紅外線激光發射器投射到手指上的紅外光。虛擬激光鍵盤在出廠時需要將鍵盤投影模組投影到桌面上的鍵盤的每一個按鍵坐標存儲到存儲器里，這樣當人的手指按到鍵盤投影模組投影到桌面上的鍵盤按鍵時，攝像頭拍攝到紅外線激光發射器投射到人手指的光斑信息，并計算出相應的光斑位置坐標，這樣根據攝像頭采集到的坐標信息與我們之前存儲到存儲器里的按鍵信息相對比，會確定出用戶具體按下了哪一個按鍵。目前獲取每一個按鍵坐標的方式靠人工手動完成，需要用戶確定鍵盤所有鍵位的位置，工作重復性大并且容易出現誤差或錯誤。

目前還沒有專用于標定虛擬激光鍵盤的硬件設備，虛擬激光鍵盤的工業化生產存在標定速度慢和鍵位精度差的問題，因此急需一種能夠自動標定虛擬激光鍵盤的設備。

技術實現要素：

本發明的第一目的是提供一種用于標定光投影鍵盤的裝置，本發明的第二目的是提供一種用于標定光投影鍵盤的裝置的使用方法，以解決虛擬激光鍵盤的工業化生產存在標定速度慢和鍵位精度差的問題。

為了實現上述第一目的，本發明提供一種用于標定光投影鍵盤的裝置，其包括：內部中空的箱體；安裝在所述箱體內的標定攝像頭，所述標定攝像頭位于箱體的頂部；固定裝置，所述固定裝置用于將待標定的光投影鍵盤固定在箱體的底部；攝像頭參數標定板，所述攝像頭參數標定板上安裝有多個紅外LED燈，所述紅外LED燈以相互垂直的行列方式排布，行間距相等，列間距相等；攝像頭數據采集及信息計算裝置，所述攝像頭數據采集及信息計算裝置用于采集光投影鍵盤的激光投影圖像，并根據采集的圖像計算鍵盤位置信息，將所得的鍵盤位置信息傳輸至待標定的光投影鍵盤裝置。

本發明如上所述的用于標定光投影鍵盤的裝置，進一步，所述箱體包括底板、側板和頂板，所述箱體為立方體結構；標定攝像頭安裝在頂板上。

本發明如上所述的用于標定光投影鍵盤的裝置，進一步，所述光投影鍵盤設置在便攜式電腦主機內，所述固定裝置包括截面為L型的托板和擋板；所述托板的一側與側板固定連接，用于放置便攜式電腦主機；所述擋板與側板固定連接，用于防止便攜式電腦主機晃動。

本發明如上所述的用于標定光投影鍵盤的裝置，進一步，紅外LED燈行間距為10mm～20mm，列間距為10mm～20mm。

本發明如上所述的用于標定光投影鍵盤的裝置，進一步，紅外LED燈行間距為15mm，列間距為15mm。

本發明如上所述的用于標定光投影鍵盤的裝置，進一步，所述紅外LED燈的波長為850nm。

為了實現上述第二目的，本發明提供一種用于標定光投影鍵盤的裝置的使用方法，包括以下步驟:

步驟1，將攝像頭參數標定板放置在箱體底部，并使紅外LED燈落入標定攝像頭的圖像采集范圍；

步驟2，打開紅外LED燈，利用標定攝像頭采集紅外圖像；根據采集的紅外圖像計算標定攝像頭的內部參數、畸變和外部參數；

步驟3，利用固定裝置將待標定的光投影鍵盤或便攜式電腦主機固定在箱體底部，使待標定的光投影鍵盤的激光投影處于標定攝像頭的圖像采集范圍內；

步驟4，打開光投影鍵盤，利用標定攝像頭采集待標定鍵盤照片；

步驟5，攝像頭數據采集及信息計算裝置根據采集的待標定鍵盤照片計算鍵盤位置信息，將所得的鍵盤位置信息傳輸至待標定的光投影鍵盤裝置。

本發明如上所述的用于標定光投影鍵盤的裝置及其使用方法，優選的，攝像頭數據采集及信息計算裝置為計算機，計算機與待標定的光投影鍵盤之間通過USB線進行數據通信。

本發明的有益效果是：

在本發明用于標定光投影鍵盤的裝置中，攝像頭參數標定板的作用是計算校準標定攝像頭的內部參數、畸變和外部參數，標定攝像頭的作用是獲取待標定光投影鍵盤照片；攝像頭數據采集及信息計算裝置根據采集的待標定鍵盤照片計算鍵盤位置信息，將所得的鍵盤位置信息傳輸至待標定的光投影鍵盤裝置。解決了人工手動標定光投影鍵盤需要手動確定待標定鍵盤所有按鍵的圖像坐標數據，重復操作，勞動量大，無法進行光投影鍵盤批量標定的問題。

附圖說明

通過結合以下附圖所作的詳細描述，本發明的上述和/或其他方面的優點將變得更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，并不限制本發明，其中：

圖1為本發明一種實施例的用于標定光投影鍵盤的裝置示意圖；

圖2為本發明一種實施例的攝像頭參數標定板示意圖；

圖3為本發明一種實施例的光投影鍵盤的標定方法的流程示意圖；

圖4為本發明一種實施例的光投影鍵盤示意圖；

圖5為本發明第一種實施例的光投影鍵盤鍵位示意圖；

圖6為本發明第二種實施例的光投影鍵盤鍵位示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1、箱體，11、底板，12、頂板，13、第一側板，14、第二側板，15、第三側板；

2、固定裝置，21、托板，22、擋板；

3、標定攝像頭；

4、攝像頭參數標定板，41、基板，42、紅外LED燈；

5、光投影鍵盤；

6、鍵盤投影模組；

7、紅外線激光發射器；

8、設備攝像頭；

9、存儲器；

10、處理器。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖描述本發明的用于標定光投影鍵盤的裝置及其使用方法的實施例。

在此記載的實施例為本發明的特定的具體實施方式，用于說明本發明的構思，均是解釋性和示例性的，不應解釋為對本發明實施方式及本發明范圍的限制。除在此記載的實施例外，本領域技術人員還能夠基于本申請權利要求書和說明書所公開的內容采用顯而易見的其它技術方案，這些技術方案包括采用對在此記載的實施例的做出任何顯而易見的替換和修改的技術方案。

本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本發明的構思，示意性地表示各部分的形狀及其相互關系。請注意，為了便于清楚地表現出本發明實施例的各部件的結構，各附圖之間并未按照相同的比例繪制。相同的參考標記用于表示相同的部分。

圖1示出本發明一種實施例的用于標定光投影鍵盤的裝置，其包括：內部中空的箱體1；安裝在箱體1內的標定攝像頭3，標定攝像頭3位于箱體1的頂部；固定裝置2，固定裝置2用于將待標定的光投影鍵盤固定在箱體1的底部；攝像頭參數標定板4，如圖2所示，攝像頭參數標定板包括基板，以及安裝在基板41上的多個紅外LED燈41，紅外LED燈以相互垂直的行列方式排布，行間距相等，列間距相等；攝像頭數據采集及信息計算裝置(未示出)，攝像頭數據采集及信息計算裝置用于采集光投影鍵盤的激光投影圖像，并根據采集的圖像計算鍵盤位置信息，將所得的鍵盤位置信息傳輸至待標定的光投影鍵盤裝置。

在如圖1所示的一種具體實施例中，箱體1包括底板11、側板和頂板12，箱體1為立方體結構；標定攝像頭3安裝在頂板12上。側板分別為第一側板13、第二側板14和第三側板15，底板、側板和頂板圍成一側開口的長方體構造，開口位置便于鍵盤的標定操作。

本發明所述的光投影鍵盤可以是單獨的鍵盤產品，此外也可以是與具有計算能力的主機結合為一體的電子設備。例如，光投影鍵盤設置在便攜式電腦主機內，固定裝置2包括截面為L型的托板21和擋板22；托板21的一側與側板固定連接，用于放置便攜式電腦主機；擋板22與側板固定連接，用于防止便攜式電腦主機晃動。

在一種優選的用于標定光投影鍵盤的裝置實施例中，紅外LED燈行間距為10mm～20mm，列間距為10mm～20mm。一種優選的間距尺寸為:紅外LED燈行間距為15mm，列間距為15mm。紅外LED燈的波長優選為800nm～900nm，更優選為850nm。

上述實施例的用于標定光投影鍵盤的裝置的使用方法包括以下步驟:

步驟1，將攝像頭參數標定板4放置在箱體1底部，并使紅外LED燈落入標定攝像頭3的圖像采集范圍；

步驟2，打開紅外LED燈，利用標定攝像頭3采集紅外圖像；根據采集的紅外圖像計算標定攝像頭3的內部參數、畸變和外部參數；

步驟3，利用固定裝置2將待標定的光投影鍵盤或便攜式電腦主機固定在箱體1底部，使待標定的光投影鍵盤的激光投影處于標定攝像頭3的圖像采集范圍內；

步驟4，打開光投影鍵盤，利用標定攝像頭3采集待標定鍵盤照片；

步驟5，攝像頭數據采集及信息計算裝置根據采集的待標定鍵盤照片計算鍵盤位置信息，將所得的鍵盤位置信息傳輸至待標定的光投影鍵盤裝置。例如，攝像頭數據采集及信息計算裝置為計算機，計算機與待標定的光投影鍵盤之間通過USB線進行數據通信。

步驟5的一種具體實現方式如下：

結合圖3和圖4說明本發明一種實施例的光投影鍵盤的標定方法，所述光投影鍵盤5包括：鍵盤投影模組6、紅外線激光發射器7、設備攝像頭8、存儲器9和處理器10；所述鍵盤投影模組6用于向操作面投射虛擬鍵盤；所述紅外線激光發射器7用于投射覆蓋所述虛擬鍵盤區域的紅外線；所述設備攝像頭8用于采集所述虛擬鍵盤區域的紅外線圖像并將所述圖像傳輸至處理器10；所述存儲器9用于存儲鍵盤位置坐標信息；所述處理器10用于處理設備攝像頭8采集的紅外線圖像以獲取紅外圖像中使用者手指所反射的光斑的坐標信息；并將所述坐標信息與存儲器9內預存的鍵盤位置坐標信息進行對比以確認使用者所輸入的信息內容。

光投影鍵盤的標定方法包括以下步驟：

步驟1，利用標定攝像頭獲得參考光投影鍵盤5樣機的參考鍵盤照片，處理參考鍵盤照片獲得參考鍵盤的四個頂點按鍵的圖像坐標數據以及其他按鍵的圖像坐標數據；

在一種實施例中，圖像坐標數據為一圖像平面坐標值，根據所有按鍵的圖像坐標數據計算確定每一按鍵所對應的圖像區域。如圖5所示，這種鍵盤鍵位相互鄰接，確定按鍵的圖像坐標數據為(x，y)，其中x為某一按鍵左上角頂點的橫坐標，y為該按鍵左上角頂點的縱坐標。

在另一種實施例中，如圖6所示，按圖像坐標數據包括一圖像平面坐標值和一組長寬值。如圖6所示，這種鍵盤鍵位之間相隔一定間隙，確定按鍵的圖像坐標數據為(x，y)，(a，b)，其中x為某一按鍵左上角頂點的橫坐標，y為該按鍵左上角頂點的縱坐標；a為每一按鍵的長度，b為每一按鍵的高度。

步驟2，利用標定攝像頭獲得待標定光投影鍵盤5的待標定鍵盤照片，處理待標定鍵盤照片獲得位于待標定鍵盤的四個頂點按鍵的圖像坐標數據；

步驟3，基于參考鍵盤的四個頂點按鍵的圖像坐標數據和其他按鍵的圖像坐標數據，以及待標定鍵盤的四個頂點按鍵的圖像坐標數據，利用仿射變換獲得待標定鍵盤除去四個頂點按鍵的其他按鍵的圖像坐標數據；

步驟4，利用標定攝像頭的內部參數、畸變和外部參數以及待標定光投影鍵盤5的所有按鍵的圖像坐標得到待標定光投影鍵盤5的所有按鍵的第一世界坐標數據；所述待標定光投影鍵盤5的所有按鍵的第一世界坐標數據作為鍵盤位置坐標信息；

步驟5，將鍵盤位置坐標信息存儲到存儲器9完成光投影鍵盤5的標定。

在優選的實施例中，處理器10獲取紅外圖像中使用者手指所反射的光斑的坐標信息的具體過程為：所述處理器10利用設備攝像頭8的內部參數、畸變和外部參數將使用者手指所反射的光斑的圖像坐標轉換為第一世界坐標，將所述第一世界坐標與存儲器9內預存的鍵盤位置坐標信息進行對比以確認使用者所輸入的信息內容。

步驟5的另外一種具體實現方式如下：

結合圖3和圖4說明本發明一種實施例的光投影鍵盤的標定方法，所述光投影鍵盤5包括：鍵盤投影模組6、紅外線激光發射器7、設備攝像頭8、存儲器9和處理器10；所述鍵盤投影模組6用于向操作面投射虛擬鍵盤；所述紅外線激光發射器7用于投射覆蓋所述虛擬鍵盤區域的紅外線；所述設備攝像頭8用于采集所述虛擬鍵盤區域的紅外線圖像并將所述圖像傳輸至處理器10；所述存儲器9用于存儲鍵盤位置坐標信息；所述處理器10用于處理設備攝像頭8采集的紅外線圖像以獲取紅外圖像中使用者手指所反射的光斑的坐標信息；并將所述坐標信息與存儲器9內預存的鍵盤位置坐標信息進行對比以確認使用者所輸入的信息內容。在優選的實施例中，處理器10獲取紅外圖像中使用者手指所反射的光斑的坐標信息的具體過程為：所述處理器10利用設備攝像頭8的內部參數、畸變和外部參數將使用者手指所反射的光斑的圖像坐標轉換為第一世界坐標，將所述第一世界坐標與存儲器9內預存的鍵盤位置坐標信息進行對比以確認使用者所輸入的信息內容。

光投影鍵盤的標定方法包括以下步驟：

步驟1，利用標定攝像頭獲得參考光投影鍵盤5樣機的參考鍵盤照片，處理參考鍵盤照片獲得參考鍵盤的四個頂點按鍵的圖像坐標數據以及其他按鍵的圖像坐標數據；

步驟2，利用標定攝像頭獲得待標定光投影鍵盤5的待標定鍵盤照片，處理待標定鍵盤照片獲得位于待標定鍵盤的四個頂點按鍵的圖像坐標數據；

步驟3，基于參考鍵盤的四個頂點按鍵的圖像坐標數據和其他按鍵的圖像坐標數據，以及待標定鍵盤的四個頂點按鍵的圖像坐標數據，利用仿射變換獲得待標定鍵盤除去四個頂點按鍵的其他按鍵的圖像坐標數據；

步驟4，利用標定攝像頭的內部參數、畸變和外部參數以及待標定光投影鍵盤5的所有按鍵的圖像坐標得到待標定光投影鍵盤5的所有按鍵的第一世界坐標數據；所述待標定光投影鍵盤5的所有按鍵的第一世界坐標數據作為鍵盤位置坐標信息；在本實施例中步驟4中還包括：利用變換矩陣將第一世界坐標數據轉換為第二世界坐標數據；所述第一世界坐標所在的平面為水平面，所述第二世界坐標所在的平面與水平面夾角在零度至五度之間；將待標定光投影鍵盤5的所有按鍵的第二世界坐標數據為鍵盤位置坐標信息。

步驟5，將鍵盤位置坐標信息存儲到存儲器9完成光投影鍵盤5的標定。

在本實施例中，處理器10獲取紅外圖像中使用者手指所反射的光斑的坐標信息的具體過程為：所述處理器10利用設備攝像頭8的內部參數、畸變和外部參數將使用者手指所反射的光斑的圖像坐標轉換為第一世界坐標，利用變換矩陣將第一世界坐標轉換為第二世界坐標；將所述第二世界坐標與存儲器9內預存的鍵盤位置坐標信息進行對比以確認使用者所輸入的信息。

利用上述裝置和方法進行光投影鍵盤標定只需要利用標定攝像頭獲得參考光投影鍵盤樣機的參考鍵盤照片，處理參考鍵盤照片獲得參考鍵盤的四個頂點按鍵的圖像坐標數據以及其他按鍵的圖像坐標數據；對于同一批次的光投影鍵盤，此數據可以重復利用。對于待標定光投影鍵盤只需要獲得位于待標定鍵盤的四個頂點按鍵的圖像坐標數據，解決了人工手動標定光投影鍵盤需要手動確定待標定鍵盤所有按鍵的圖像坐標數據，重復操作，勞動量大，無法進行光投影鍵盤批量標定的問題。

上述披露的各技術特征并不限于已披露的與其它特征的組合，本領域技術人員還可根據發明之目的進行各技術特征之間的其它組合，以實現本發明之目的為準。