專利名稱：一種基于圖像識別技術的電梯按鍵及方法
技術領域：
本發明涉及ー種電梯按鍵，具體涉及ー種基于圖像識別技術的電梯按鍵及方法。
背景技術：
現有的電梯按鍵大致分為如下幾種
(I)傳統的機械按鍵 這類按鍵采用硬件電路實現，按鍵按下時接通對應電路，如中國專利號為CN201052939公開的專利《電梯按鈕》。由于電梯按鍵使用頻繁，因此此類鍵盤較容易損壞。同時由于使用時是直接與手指接觸的，所以按鍵表面容易變臟，還會傳播細菌。(2)非接觸式的電梯按鍵
這類按鍵采用光學等原理達到非接觸交互，如中國專利號為CN101425416公開的專利《具備非接觸式光開關的電梯按鍵》。此類鍵盤的優點在于非接觸，但如使用紅外對管等光學元件來實現，存在按鍵響應的有效面積范圍較小，靈敏度不高的缺點。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供ー種基于圖像識別技術的電梯按鍵及方法。本發明所采用的技術方案
ー種基于圖像識別技術的電梯按鍵，包括鍵盤圖案、線形紅外激光器、攝像頭、投影模塊、處理器，所述線形紅外激光器位于鍵盤圖案的下方，線形紅外激光器發射出的紅外光平行覆蓋在鍵盤圖案正面上、攝像頭安裝在鍵盤圖案背面的下后方，且鍵盤圖案的背面處于攝像頭的取景范圍內，投影模塊安裝在鍵盤圖案背面的后方，不遮擋攝像頭中鍵盤圖案的取景即可，攝像頭、投影模塊分別與處理器連接，所述鍵盤圖案中數字面為正面，無數字面為背面；
所述處理器用于接收攝像頭采集的圖像，并對圖像進行處理得到用戶輸入的按鍵，發送給電梯的待輸入設備供運行邏輯所調用，并同時將按鍵信號發送到投影模塊顯示。所述鍵盤圖案為帶有電梯按鍵圖案的半透明平面材料。所述投影模塊由多個投影單元構成，且每個投影単元對應鍵盤圖案上的ー個按鍵。所述投影単元包括LED、凹面鏡、遮擋片，LED安裝在凹面鏡的焦點，LED發出的光線經凹面鏡后成為平行光，此平行光垂直照射到遮擋片上，所述遮擋片鏤空部分的形狀與所對應的鍵盤圖案上的按鍵相同。一種基于圖像識別技術的電梯按鍵的方法，包括如下步驟
(1)攝像頭實時采集含有鍵盤圖案的圖像；
(2)處理器找出圖像中的手指反射紅外光斑，采用輪廓查找法對光斑進行定位，得到光斑的中心點坐標；(3)采用基于邊界交點判斷的方法由光斑的中心點坐標得到鍵盤的按鍵；
(4)投影模塊接收按鍵信號后投影到步驟(3)中確認的按鍵，向用戶顯示目標按鍵已被按下，同吋，將按鍵信號發送給電梯的待輸入設備供運行邏輯所調用。所述基于邊界交點判斷的方法為根據光斑中心點坐標確定按鍵所在行、列，最終確定按鍵，具體為
建立直角坐標系，X軸正方向為水平向右，Y軸正方向為豎直向上；
確定按鍵所在行預先給出各行按鍵范圍的類矩形邊界，過光斑中心點做平行于Y軸的直線，若直線與某行類矩形邊界相交得到兩個以上交點，且其中光斑中心點的縱坐標位于各交點縱坐標的最大值與最小值范圍內，則確定按鍵在該行上； 確定按鍵所在列預先給出各列按鍵范圍的類矩形邊界，過光斑中心點做平行于X軸的直線，若直線與某列類矩形邊界相交得到兩個以上交點，且其中光斑中心點的橫坐標位于各交點橫坐標的最大值與最小值范圍內，則確定按鍵在該列上；
根據按鍵所在行、列確定按鍵。本發明采用延時確認的方法去抖動；通過記錄并更新各按鍵狀態的方法，在狀態變化時做出按鍵響應。工作流程在線形紅外激光器發出的紅外光的輔助下，當手指敲擊鍵盤圖案時，則會產生ー個紅外光斑，攝像頭實時采集圖像，捕捉到此光斑，通過輪廓查找算法找出光斑所在位置并得到光斑中心點的坐標；結合已知的鍵盤圖案中各個按鍵范圍的邊界，由光斑中心點的坐標判斷出對應的按鍵。按鍵狀態通過投影模塊在鍵盤圖案對應按鍵處顯示，同吋，按鍵信號輸出到電梯的待輸入設備被電梯運行邏輯調用，最終實現了運用一種基于圖像識別技術的電梯按鍵進行電梯中的人機交互。本發明具有的有益效果
I、克服了現有的機械式電梯按鍵易損壞、容易變臟及傳播細菌的缺點。本發明的按鍵交互是非接觸式的。2、克服了現有的使用紅外對管等光學元件實現的非接觸式電梯按鍵中，存在靈敏度較低，精度不高的缺點。3、鍵盤部分為半透明的平面材料，成本低廉，可根據需要進行更換。4、采用圖像識別技術實現按鍵交互，可擴展性好。
圖I為ー種基于圖像識別技術的電梯按鍵結構的正視圖，
圖2為圖I的側視圖，
圖3為投影模塊中投影単元的結構圖，
圖4為遮擋片示意圖，
圖5為判斷按鍵所在行的方法示意圖，
圖6為判斷按鍵所在列的方法示意圖。圖中示出
I一線形紅外激光器，2一攝像頭，3一紅外光，4一鍵盤圖案，5一投影模塊，6一LED, 7一凹面鏡，8—遮擋片。
具體實施例方式攝像頭2采用普通的CMOS攝像頭，線形紅外激光器I為エ業激光器，攝像頭2采集圖像數據，送給處理器進行處理，處理后將按鍵信號通過投影模塊5在鍵盤圖案4上對應按鍵處顯示。如附圖1，2所示，ー種基于圖像識別技術的電梯按鍵，包括線形紅外激光器I、攝像頭2、鍵盤圖案4、投影模塊5、處理器，所述線形紅外激光器I發射出的紅外光3平行覆蓋在鍵盤圖案4正面上、攝像頭2安裝在鍵盤圖案4背面的下后方，且鍵盤圖案4的背面處于攝像頭2的取景范圍內，投影模塊5安裝在鍵盤圖案4背面的后方，不遮擋攝像頭2中鍵盤圖案4的取景即可，攝像頭2、投影模塊5分別與處理器連接，所述鍵盤圖案4中數字面為正面，無數字面為背面。所述處理器用于接收攝像頭采集的圖像，并對圖像進行處理得到用戶輸入的按 鍵，發送給電梯的待輸入設備供電梯的運行邏輯所調用，并同時將按鍵信號發送到投影模塊顯示。鍵盤圖案4為帶有電梯按鍵圖案的半透明平面材料。所述投影模塊5由多個投影單元構成，且每個投影単元對應鍵盤圖案4上的按鍵。一種基于圖像識別技術的電梯按鍵的方法，包括如下步驟
(I)攝像頭2實時采集含有鍵盤圖案4的圖像；
線形紅外激光器I的出射光平行覆蓋于鍵盤圖案4正面上，攝像頭2實時采集含有鍵盤圖案4的圖像，當手指敲打鍵盤圖案4的過程中，觸碰到鍵盤圖案4時會擋住線形紅外激光器I的紅外光3，由于鍵盤圖案4為半透明的平面材料，此時攝像頭2采集到的圖像中會有一個紅外光斑。(2)處理器接收圖像，找出圖像中的手指反射紅外光斑，采用輪廓查找的方法對光斑進行定位，得到光斑的中心點坐標；
所述光斑坐標的定位采用了輪廓查找的方法，將光斑輪廓找出，并由輪廓上所有點的坐標平均值計算得到其中心點坐標。具體為先將圖像ニ值化，光斑處標為白色，其余視為背景，標為黑色。然后挖去光斑的內部點，所謂內部點的判斷方法為在3*3的方塊中，當中心點為白點，且其8個鄰域點也為白點，即中心點被白色點包圍，則該中心點為內部點。之后從原點出發，通過八方向的捜索(所謂八方向，即將平面內360度按每45度ー個方向，分成八個搜索方向，搜索過程通過當前方向左右兩邊像素點的情況設定下一次的方向)，將輪廓圈出，并記錄輪廓上各個點的坐標，由輪廓上所有點的坐標平均值計算得到輪廓中心點E的坐標。(3)采用基于邊界交點判斷的方法由光斑的中心點坐標得到鍵盤的按鍵；
由光斑中心點E的坐標判斷出其在鍵盤圖案4中對應的按鍵采用如下算法，所述涉及的直角坐標系中X軸正方向為水平向右，Y軸正方向為豎直向上，以下結合本實施例中的按鍵圖案中為6行2列的按鍵進行說明。由于按鍵數量較多，采用判斷按鍵所在行、列得出按鍵的具體位置。判斷按鍵所在行的方法如附圖5所示，E點為觸碰按鍵的手指光斑中心點，6個類矩形為6行按鍵的范圍邊界，過E點做平行于Y軸的直線，可能與6個類矩形相交得到交點，如圖5中的A、B、C、D點，則有ん= 石= 石(因此找交點即找出類矩形上與E點橫坐標相同的點)，若平行于Y軸的直線與某行的類矩形的交點數為兩個以上，且其中有的交點位于E點上方,另外有的交點位于E點下方，即所述光斑中心點坐標E的縱坐標在各交點縱坐標的最大值與最小值之間，則可判斷出E點在該類矩形內，即得到按鍵所在行。如圖5中的C、D點滿足此條件(即ろ，ν <ΥΕ), A、B點則不滿足此條件(ろ>ろ，rB>rE),因此可判斷出按鍵在第2行 。上述中，も、も、右、も、も分別為點A、B、C、D、E的橫坐標，YA, YB, Fc, Yd, &分別為點A、B、C、D、E的縱坐標。同理，判斷按鍵所在列的方法如附圖6所示，E點為觸碰按鍵的手指光斑中心點，2個類矩形為2列按鍵的范圍邊界，過E做平行于X軸的直線，可能與2個類矩形相交得到交點，如圖6中的F、G、H、I點，則有Yf=Yg=Yb=Yi=YA因此找交點即找出類矩形上與E點縱坐標相同的點)，若某列類矩形上的交點數為兩個以上，且其中有的交點位于E點左邊，另外有的交點位于E點右邊,即所述光斑中心點E的橫坐標在各交點橫坐標的最大值與最小值之間，則可判斷出E點在該類矩形內，即得到按鍵所在列。如圖6中的F、G點滿足此條件(B卩石〉石，XF<XE), H、I點則不滿足此條件(心〉石，X1>石)，因此可判斷出按鍵在第I列。上述中，XEaF,石、Xip J7分別為點E、F、G、H、I的橫坐標，YE, Yf,ろ、Y丑、Y1分別為點E、F、G、H、I的縱坐標。根據按鍵所在行、列確定按鍵。所述按鍵行和列的范圍邊界(即類矩形)需要預先給定，上文所述過E點的直線與類矩形的交點數為兩個以上，如果行和列的范圍邊界(即類矩形)線段平滑，則過光斑中心點E所做的平行于X軸的直線與每列的類矩形邊界交點數為2個，過光斑中心點E所做的平行于Y軸的直線與每行的類矩形邊界的交點數為2個。(4 )處理器將按鍵信號發送給電梯的待輸入設備，供電梯的運行邏輯所調用。并同時發送給投影模塊5，投影模塊5接收到按鍵信號后投影到步驟(3)中確認的按鍵，向用戶顯示目標按鍵已被按下。通過投影模塊5在鍵盤圖案4上對應按鍵處顯示按鍵狀態結合電梯轎廂的應用背景，對于目標樓層鍵(即1、2、3等數字鍵)，若按鍵處于被標記的狀態，則投影模塊5將光線投射在該鍵處，若目標樓層按鍵未被標記或已取消，則不投射光線，以此來顯示狀態；對于開門、關門按鍵，若按鍵處于被按下的狀態，則投影模塊5將光線投射在該鍵處，若開門、關門按鍵未被按下，則不投射光線，投射光線的顔色根據需要進行選取。所述投影模塊5由多個投影單元構成，每個投影単元對應鍵盤圖案4上的ー個按鍵，負責顯示該按鍵的狀態。如圖3所示，所述投影単元包括LED6、凹面鏡7、遮擋片8，LED6位于凹面鏡的焦點處，LED6發出的光線經凹面鏡7改變光路后成為平行光，此平行光垂直照射到遮擋片8上，遮擋片8的結構是在不透明的材料上根據按鍵的形狀來鏤空，如圖4所示，本實施例中按鍵形狀為矩形，因此鏤空部分為矩形，LED6的光線經過遮擋片8后其橫截圖形狀與按鍵形狀一致，可以投射到按鍵上用來顯示狀態，LED6的亮滅由處理器根據按鍵的狀態來控制。上述實施方式中，由按鍵所在的行號、列號可以得到光斑在鍵盤圖案4中所對應的按鍵，并結合投影模塊5等外圍模塊，在電梯運行邏輯的調度下，實現了運用ー種基于圖像識別技術的電梯按鍵進行電梯中的 人機交互。
權利要求
1.一種基于圖像識別技術的電梯按鍵，其特征在于，包括鍵盤圖案、線形紅外激光器、攝像頭、投影模塊、處理器，所述線形紅外激光器位于鍵盤圖案的下方，線形紅外激光器發射出的紅外光平行覆蓋在鍵盤圖案正面上、攝像頭安裝在鍵盤圖案背面的下后方，且鍵盤圖案的背面處于攝像頭的取景范圍內，投影模塊安裝在鍵盤圖案背面的后方，攝像頭、投影模塊分別與處理器連接，所述鍵盤圖案中數字面為正面，無數字面為背面； 所述處理器用于接收攝像頭采集的圖像，并對圖像進行處理得到用戶輸入的按鍵，并將按鍵信號分別發送給電梯的待輸入設備、投影模塊。
2.根據權利要求I所述的一種基于圖像識別技術的電梯按鍵，其特征在于，鍵盤圖案為帶有電梯按鍵圖案的半透明平面材料。
3.根據權利要求I所述的一種基于圖像識別技術的電梯按鍵，其特征在于，所述投影模塊由多個投影單元構成，且每個投影單元對應鍵盤圖案上的一個按鍵。
4.根據權利要求3所述的一種基于圖像識別技術的電梯按鍵，其特征在于，所述投影單元包括LED、凹面鏡、遮擋片，所述LED安裝在凹面鏡的焦點，LED發出的光線經凹面鏡后成為平行光，平行光垂直照射到遮擋片上，所述遮擋片鏤空部分的形狀與所對應的鍵盤圖案上的按鍵相同。
5.實現權利要求1-4所述的一種基于圖像識別技術的電梯按鍵的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)攝像頭實時采集含有鍵盤圖案的圖像； (2)處理器找出圖像中的手指反射紅外光斑，采用輪廓查找法對光斑進行定位，得到光斑的中心點坐標； (3)采用基于邊界交點判斷的方法由光斑的中心點坐標確定電梯的按鍵； (4)處理器將用戶的按鍵信號分別發送給電梯的待輸入設備，投影模塊，投影模塊接收按鍵信號后投影到步驟(3)中確認的按鍵，向用戶顯示目標按鍵已被按下。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于邊界交點判斷的方法為根據光斑中心點坐標確定按鍵所在行、列，最終確定按鍵，具體為 建立直角坐標系，X軸正方向為水平向右，Y軸正方向為豎直向上； 確定按鍵所在行預先給出各行按鍵范圍的類矩形邊界，過光斑中心點做平行于Y軸的直線，若直線與某行類矩形邊界相交得到兩個以上的交點，且其中光斑中心點的縱坐標位于各交點縱坐標的最大值與最小值范圍內，則確定按鍵在該行上； 確定按鍵所在列預先給出各列按鍵范圍的類矩形邊界，過光斑中心點做平行于X軸的直線，若直線與某列類矩形邊界相交得到兩個以上交點，且其中光斑中心點的橫坐標位于各交點橫坐標的最大值與最小值范圍內，則確定按鍵在該列上； 根據按鍵所在行、列確定按鍵。
全文摘要
本發明公開了一種基于圖像識別技術的電梯按鍵及方法，包括鍵盤圖案、線形紅外激光器、攝像頭、處理器、投影模塊，所述線形紅外激光器發射出的紅外光平行覆蓋在鍵盤圖案正面上、鍵盤圖案的背面處于攝像頭的取景范圍內，攝像頭、投影模塊分別與處理器相連接，當手指觸碰到鍵盤圖案時會擋住紅外光形成一個光斑，由于鍵盤圖案為半透明，此時攝像頭采集到的圖像中會有一個紅外光斑，通過圖像處理技術確定紅外光斑的具體位置，進而確定是鍵盤圖案的哪個按鍵被觸發，處理器識別并將其轉化為相應的指令加以執行，同時通過投影模塊將光線投射在鍵盤圖案上的對應位置以顯示按鍵狀態，從而完成電梯上的人機交互操作。
文檔編號B66B1/46GK102701033SQ20121013898
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者李振偉, 謝巍, 陳暑生, 黃旭東 申請人:華南理工大學