[发明专利]一种光学键盘

说明书

所属领域：本发明涉及一种设备，特别是一种光学输入装置和光学键盘。

背景技术：现有的键盘都是机械按压式的，在电脑、平板电脑、手机等设备上作为一种输入装置。

近来，还出现了一种激光虚拟键盘，它利用标准键盘的投影来代替实际键盘，用户在敲击这种虚拟键盘时，键盘会自动读取“键击”位置，并转换为真实的输入。它包括两个激光发射装置，第一个发射激光光束，可在几乎任何平坦的表面上投影出一个全尺寸键盘虚拟图像。第二个激光器在投影表面上方几毫米处投影出一个隐形的平面。当用户的手指经过这个平面时，激光就被反射回监测器件。一旦图像传感器检测到反射激光，传感器就要捕捉投影键盘的图像。通过处理分析，以确定QWERTY键盘图案中哪些部分被占据(blocked)或是仍然可见(visible)，从而推断出用户的手指位置，由此，也就可以确定实际的键击动作，并输出到相应的设备。这种虚拟键盘的应用并不局限于PDA，还能够成为个人计算系统的更完整更精巧方案的一部分；

这种键盘可以根据需要收放自如，完全不占用空间，也不会遭遇诸如不小心把咖啡泼洒在上面的这类麻烦。

虚拟键盘拥有范围广大的应用领域：个人数字助理(PDA)，移动电话，小型电脑(为了解决占放空间)，笔记本，Tablet PC(可书写型笔记本)，工业环境，医学环境(无菌室)，测试设备，运输业等等。

但是这种虚拟键盘结构复杂，成本较高，不利于推广使用。

发明内容：

本发明的目的在于公开一种计算三维空间中物体的运动方向与工作平面夹角角度的方法和一种光学键盘。并且避免现有键盘的不足之处，提供一种结构简单，成本较低的光学键盘，使输入设备使用更加方便，更加实用。

一种判断物体的运动方向与工作平面夹角角度的方法，其特征是：在物体的运动路径上取两个或两个以上参照平面，参照平面与运动路径相交，每个参照平面至少有一组参照物，每组参照物包括至少三个不在同一条直线上的参照点，工作平面和参照物在三维空间里的位置是已知的，且是固定的，在调试时测量出来，并记录到系统，供分析图像时使用；

运动物体在三维空间里的位置随时间变化，其成像位置也是随时间变化，两个或两个以上摄像头对运动物体进行拍摄，通过分析图像，使用由专利号：201010297546.x所公开的判断判断点与平面是否接触的方法，判断出三维空间中的物体表面是否与参照平面接触，如果接触，测量出接触点与参照物的距离，进一步计算出接触点在三维空间中的位置，然后分别计算出运动物体与其它参照平面的接触点的位置，再计算出这些接触点的连线在三维空间中的位置，最后判断连线与工作平面夹角的角度，这就是物体的运动方向与工作平面的夹角角度。

一种光学键盘，包括一个投影子系统，将键盘图像投影到工作平面上，用户的手指在键盘图像上点击按键图像输入字符，其特征是：还包括两个或两个以上摄像头以及处理单元；

多个摄像头对工作平面上的键盘图像及手指进行同步拍摄；

处理单元从背景中识别出手指图像，使用前面的方法，计算出三维空间里手指指尖的运动轨迹与工作平面的夹角，并判断手指指尖或手指前端是否与工作平面上的键盘图像接触，如果夹角符合预设的角度大小要求，并且指尖或手指前端与键盘图像接触，则根据接触点在键盘图像中的位置，找出接触点所在的按键，并把按键所对应的字符输入主机系统。

判断手指指尖是否与参照平面接触的方法是：两个或两个以上摄像头对平面上和平面两侧的点进行拍摄，取平面上的标志为参照物，该参照物至少包括不在同一条直线上的三个点，图像识别单元从上述摄像头拍摄到的图像中识别出点的图像和参照物的图像，如果点的像与参照物的像的相对位置在上述摄像头中相同，则该点属于这个平面，否则，该点位于平面的两侧。这个方法由专利号：201010297546.x所公开。

计算手指指尖或手指前段运动轨迹与工作平面的夹角的方法是：取至少两个参照平面，每个参照平面至少包含一组参照物，每组参照物包括至少三个不在同一条直线上的参照点，参照物在三维空间里的位置是固定的、已知的；两个或两个以上摄像头对运动物体进行拍摄，通过分析图像，判断出物体表面是否与参照平面接触，如果接触，测量出接触点与参照物的距离，以确定接触点在三维空间中的位置，然后分别计算出运动物体与其它参照平面的接触点的位置，再计算出这些接触点的连线在三维空间中的位置，最后计算连线与工作平面夹角的角度，这就是物体的运动方向与工作平面的夹角角度。