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1、虚拟追踪键盘的制作方法专利名称：虚拟追踪键盘的制作方法技术领域：本发明涉及虚拟键盘领域，尤其是涉及种手机、平板电脑、笔记本电脑及家用台式电脑所用的虚拟键盘。背景技术：手机、平板电脑、笔记本电脑及家用台式电脑等电子设备在我们的生活中起着越来越重要的作用，从某种程度上甚至可以说，人类的生活已经离不开它们。在使用它们的过程中，键盘是必不可少的设备之一，其在人机对话中发挥主要作用。最近新出的些手机产品中，推出了语音控制功能(如苹果的siri)，但其技术不够成熟，或者用户使用仍不习惯等原因，在短期内很难普及，更别说代替键盘功能。因此，键盘在这些电子产品中的地位仍然是不可动摇的。 从形式上可将键盘分成三类
2、机械式键盘，软键盘和激光键盘。机械式键盘在台式电脑和笔记本电脑中占有几乎全部的市场，它经历长期的发展，技术已经相当成熟，使用已经相当方便，但是由于其体积较大，移动起来很不方便，同时也很占用空间；软键盘在手机和平板电脑中占有相当大的市场，其特点是可以增大屏幕空间，但是由于这些电子设备，尤其是手机屏幕较小，在进行大量文字输入或者是其它操作时，由于输入空间所限，在输入时定位较难，就变的极不方便；激光键盘就是为克服这种困难而发明的，它虽然满足了输入空间的要求，但是显然在较亮的环境中，它不适用，在使用过程中要看強烈的激光投影，对人眼也不健康，在输入过程中因为激光投影没有像机械式键盘那样在F和J键上有突出
3、点，使用者必须看键盘，不能实现盲打，这在大量输入情况下是极不方便的。本发明为了解决上述问题，在总结以上所有键盘优缺点的基础上，提出了种虚拟追踪键盘。发明内容本发明的目的是针对现有键盘的不足提出了种虚拟追踪键盘，使用该键盘首先可以集成到任何个需要键盘的电子设备上，节省空间，移动性强，其次，因为操作区根本就没有键盘，所以不需要低头看键盘，自然就可以实现盲打。为实现其目的，本发明采用以下技术方案 一种虚拟追踪键盘，包括图像采集模块、图像预处理模块、位置和动作解算模块、位置和动作显示模块、动作执行模块。图像采集模块为一帯照明设备和滤光片的摄像机。照明设备的作用是在光线较暗的时候增加照度，使摄像机可以采
4、集到清晰的相片，滤光片的作用是滤除不必要的杂光，方便后续图像处理。位置和动作解算模块的是通过深入分析透镜成像的特点，发现了手指在键盘不同位置所成像的特点，经过理论抽像，从像素与位置两个方面着手，得出尺寸一定物体在空间的位置变化特点是当物体平行于透镜光轴运动时，在CCD所成的像的大小(或像素数目)相应的发生变化；当物体垂直于透镜光轴运动时，在CCD所成的像的位置相应的发生变化。根据这特点，就可以根据像还原尺寸一定物体的运动规律，也可以解算出其位置，其运算过程如下 1)解算模块首先对在输入区操作虚拟键盘上的各虚拟按键时，在CCD上对应的操作手指所成像的像素数范围和列数范围进行定义，其具体步骤是在C
5、CD物空间的输入区内放置真实键盘，当操作者进行输入时，手指在CCD上投影的像素数和列数，经过多次实验与理论计算，给定相应限定与偏差范围； 2)手指在操作空间的纵向位置是依据一定尺寸的物体当物距不同时在CCD上所成的像的尺寸不同解算的，解算结果为各手指在CCD上所成的像的宽度所对应的像素数 ； 3)手指在操作空间的横向位置是依据凸透镜物像位置对应关系解算的，解算结果为各手指中心所对应的像素的列数; 4)手指在操作空间的指尖动作是依据凸透镜物像位置对应关系解算的，解算结果为发生动作的手指所对应的像素数与手指中心所对应的像素的列数()，LD)； 5)解算模块依据所解算出的未发生动作的各手指对应的(
6、P，L)和动作手指对应的( TO，LD)与依步骤I所得出的虚拟键盘上各虚拟按键对应的像素数范围和列数范围进行匹配，从而解算出各手指位置对应的键位，以及手指动作所对应的键位，并进行相应的显示与动作执行。虚拟追踪键盘的输入区大小可以通过调整CXD的焦距进行调整，从而满足不同用户操作需要。位置和动作显示模块对手指位置对应的键位及手指动作对应的键位用两种显示方案进行分别显示，其中所述的两种显示方案，可以指颜色，也可以指外观，其主要目的可以在虚拟键盘上看到各手指的位置和动作手指的位置。其特点不仅仅适用于本发明中提到的位置和动作识别方案，对于市场已经在用的激光键盘也可以通过此显示方案进行改迸。提高其性能，
7、増加其实用性。图I虚拟追!示键盘系统框 图2虚拟追踪键盘模拟工作 图3位置和动作解算模块的解算原理。图中I、手机，2、图像采集模块，3、输入区，4、CXD相机，5、滤光片，6、照明设备，7、电源，8、透镜,9、光轴。具体实施例方式图I是虚拟追踪键盘系统框图。其包括图像采集模块、图像预处理模块、位置和动作解算模块、位置和动作显示模块、动作执行模块。图像采集模块为一帯照明设备和滤光片的摄像机。照明设备的作用是在光线较暗的时候发出特定波长的光来増加照度，使摄像机可以采集到清晰的相片，滤光片的作用是滤除不必要的杂光，方便后续图像处理。图像预处理模块主要是对图像进行初步处理，位置和动作解算模块从处理结果
8、中解算出各个手指的位置和动作对应的键位。并将结果送给位置和动作显示模块，这个模块的特点是对手指位置对应的键位及手指动作对应的键位用两种显示方案分别进行显示。同时也将手指动作的键位送到动作执行模块，进行相应的输入操作。图2为虚拟追踪键盘模拟工作图。打开虚拟追踪键盘后，图像采集模块2启动，将手机I放到桌子上，在带有滤光片5的CCD相机4的下方就会自动形成一个输入区3,在光线较暗时，可以打开相机旁边的照明设备6进行照明。然后就可以在输入区3进行输入，CCD相机4根据人手的像的大小和位置自动定位，并在手机的虚拟键盘7上对手的位置和动作分别进行实时显示，达到跟踪用户操作的目的。如图3所示，为位置和动作解
9、算模块的解算原理。为了清楚说明解算原理，取A，B，C三个外形一祥的矩形方框表示三个手指，方框外形如A所示，其中较短的边表示手指宽度。图3中a为俯视图，其说明同样的手指在物距不同时在CCD上所成的像的尺寸不同和凸透镜成像的物像位置对应关系，b为左视图，其说明手指动作解算的原理。从图a中可以 看出离透镜较近的A所成的像与较远的B或C所成的像相比，尺寸更大，即其对应的像素数就更大，这是解算模块判断远近，即手指位于那一行的依据。通过B和C所成的像的对比，可以发现，在同一距离处，B和C由于横向位置不同，其所成的像B和C的中心所对应的像素的列数L也不同，这就是解算模块判断手指位于那一列的依据。因在实际操作
10、时，手指的大小是不会发生变化的，各个手指的不同只需要在软件上进行适当的修正就可以了，所以通过手指在CXD上所成的像所解算出的( P，L)判断手指的位置信息，及其对应的键位。图b中动作的判断是通过手指在CXD上的成像是否超过CXD中心平面来判断的，从图中可以看出，超过中心平面9的B其像也超过了中心平面9，可以根据这个特点，结合上面所述的判断手指位置信息的方式，可以得出动作手指的()，LD)，从而识别动作手指所对应的键位，当然在实际中，动作的识别也可以定义不同的方案。权利要求1.一种虚拟追踪键盘，其特征在于包括图像采集模块、图像预处理模块、位置和动作解算模块、位置和动作显示模块、动作执行模块。2.
11、根据权利要求I所述的虚拟追踪键盘，其特征在于所述的图像采集模块为一帯LED照明设备和滤光片的摄像机。3.根据权利要求I所述的虚拟追踪键盘，其特征在于所述的位置和动作解算模块的运算过程如下 1)解算模块首先对在输入区操作虚拟键盘上的各虚拟按键时，在CCD上对应的操作手指所成像的像素数范围和列数范围进行定义； 2)手指在操作空间的纵向位置是依据一定尺寸的物体当物距不同时在CCD上所成的像的尺寸不同解算的，解算结果为各手指在CCD上所成的像的宽度所对应的像素数 ； 3)手指在操作空间的横向位置是依据凸透镜物像位置对应关系解算的，解算结果为各手指中心所对应的像素的列数L ； 4)手指在操作空间的指尖动
12、作是依据凸透镜物像位置对应关系解算的，解算结果为发生动作的手指所对应的像素数与手指中心所对应的像素的列数()，LD)； 5)解算模块依据所解算出的未发生动作的各手指对应的(P，L)和动作手指对应的(APD7LD)与依步骤I所得出的虚拟键盘上各虚拟按键对应的像素数范围和列数范围进行匹配，从而解算出各手指位置对应的键位，以及手指动作所对应的键位，并进行相应的显示与动作执行。4.根据权利要求I，权利要求3所述的虚拟追踪键盘，其特征在于虚拟追踪键盘的输入区大小或范围可以通过调整CXD的焦距进行调整。5.根据权利要求I所述的虚拟追踪键盘，其特征在于所述的位置和动作显示模块对手指位置对应的键位及手指动作对应的键位用两种显示方案进行分别显示，其不仅适用于本发明中提到的位置和动作识别方案，对于市场已经在用的激光键盘也可以通过此方案进行改进。全文摘要本发明公开了一种虚拟追踪键盘，其包括图像采集模块、图像预处理模块、位置和动作解算模块、位置和动作显示模块、动作执行模块。图像采集模块为一带照明设备和滤光片的摄像机，所采集的手指图像经过图像预处理模块进行初步处理，位置和动作解算模块进行解算，得到手指所在位置以及手指的动作所对应的键位。位置和动作显示模块将手指的位置和动作用两种显示方案分别显示，同时动作执行模块按手指的动作键位进行相应的输入操作。该键盘具有节省空间、移动性强、适合盲打的特点。
