CN101162406B - 一种虚拟输入装置及其输入方法 - Google Patents

Abstract

一种虚拟输入装置，该虚拟输入装置包含一影像撷取装置、一端点产生模组、包含一输入介面与一讯息列的显示荧幕、一转换装置与一键击判断装置，其中该输入介面包含一第一输入键且该第一输入键对应一第一输入值。该影像撷取装置因应一实体物件的移动，用以撷取数个环境影像；该端点产生模组依据该数个环境影像产生一端点位置参数；该转换装置依据该端点位置参数，产生一虚拟物件于该输入介面上；该键击判断装置依据该虚拟物件的一组虚拟参数，用以选择性地产生该第一输入值于该讯息列。

Description

一种虚拟输入装置及其输入方法

技术领域

本发明关于一种资讯的输入装置与其方法，特别关于通过具有影像撷取设备的显示装置，在不需利用实体键盘的情形下，即可达成资料输入的目的。

背景技术

于许多电子设备中，资料输入装置系提供一互动介面使得使用者可与电子设备进行沟通。例如电脑与手机等电子设备，一般均提供一实体键盘10(如图1，该实体键盘可以包含文字或数字的输入键)供使用者敲击以输入相关资讯。另外，有些电子设备则提供触控式荧幕显示一虚拟键盘，当使用者实际触摸虚拟键盘时则产生相对应的输入资讯。

不论是一般实体键盘或触控式荧幕的虚拟键盘，使用者均必需或利用手指或触控笔等实体物品，与键盘或触控式荧幕上的虚拟键盘进行实质地接触，方能使电子设备判定何种资料被使用者输入。

然而，对于此种接触式的输入介面，常常会发生一些问题。例如，于手机或PDA中如果加入包含数十个按键的键盘，将使得手机或PDA的体积大增而不方便携带，且相对制造的成本也会增加。其次，于许多保全系统中，使用者也必须输入密码以启动相关保全设施，然而，当使用者密码一直重复输入的情形下很容易在键盘上留下的指纹或者对于键盘的按键产生磨损，有心人士将可以藉此指纹或磨损状况找出密码。另外，接触式的输入介面也容易发生使用卫生的问题，例如一般银行的自动提款机，每天可能有数百人次的使用，而每次操作提款机所产生的键盘接触就有可能是病毒或细菌的传播管道。

针对上述的缺点，有许多的非接触式的虚拟键盘被提出以解决相关问题。例如，美国专利第5,767,842号则是于一实体平面上先投影出一虚拟光学键盘，再利用一光学感测器侦测使用者手指与该虚拟光学键盘接触的状况，以判别使用者是否敲击特定的按键。此种方案的缺点是必须要有一实体平面供光学系统投射出该虚拟光学键盘。另一种则是美国专利第6,388,657号，该系统让使用者穿戴一显示头盔与一手套，头盔用以显示虚拟图样，包含键盘等物件，而手套上则设置有数个感应器用以侦测使用者手指移动的状况，进而反映出使用者是否敲击特定的按键。此种方案的缺点是必须要有显示头盔与感应视手套，成本相对较高且携带亦不方便。

是以，本发明提出一种虚拟式的输入装置，一方面无须实体键盘的辅助下即可以让使用者达成输入资讯的目的；另一方面还可以不需受到空间的限制，让使用者于任意空间中进行资料输入的工作；再一方面则不需复杂的装置，仅仅利用一般影像撷取设备与一显示装置，即可以达成资料输入的目的。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种虚拟输入装置，在无须实体键盘的辅助下，利用一般具有影像撷取设备的显示装置，即可以让使用者达成输入资讯的目的。

本发明的一目的在于提供一种非接触式的输入装置，让使用者无须接触任何实体设备，仍可于任意空间中进行资料输入的工作.

本发明的另一目的在于提供一种手持式装置(例如手机或PDA)，通过该手持式装置的影像撷取设备与显示荧幕，进而达成输入资讯的目的，并可附带降低手持式装置的制造成本。

本发明的另一目的在于提供一种保全输入装置(例如门禁系统或提款系统)，让使用者无须接触任何实体键盘或触控式荧幕，仍可于虚空中进行密码或相关保全资讯输入的目的。

根据一较佳具体实施例，本发明的虚拟输入装置包含一影像撷取装置、一端点产生模组、包含一输入介面与一讯息列的显示荧幕、一转换装置与一键击判断装置，其中该输入介面包含一第一输入键且该第一输入键对应一第一输入值。该影像撷取装置因应一实体物件的移动，用以撷取数个环境影像；该端点产生模组依据该数个环境影像产生一端点位置参数；该转换装置依据该端点位置参数，产生一虚拟物件于该输入介面上；该键击判断装置依据该虚拟物件的一组虚拟参数，用以选择性地产生该第一输入值于该讯息列。是以，在无须实体键盘的辅助下，使用者可直接利用本发明达成输入资讯的目的。

本发明的另一目的在于提供一种资料的输入方法，该方法包含(a)显示一输入介面与一讯息列于一荧幕中，该输入介面包含一第一输入键且该第一输入键对应一第一输入值；(b)因应一实体物件的移动，用以撷取数个环境影像；(c)依据该数个环境影像产生一端点位置参数；(d)依据该端点位置参数，产生一虚拟物件于该输入介面上；(e)依据该虚拟物件的一组虚拟参数，用以选择性地产生该第一输入值于该讯息列。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1：是先前技术的实体键盘的示意图。

图2：是本发明虚拟输入装置一实施例的方块图。

图3：是图2中端点产生模组的方块图。

图4：是图3中物件侦测装置的方块图。

图4(a)：是图4中判别装置以及第一误差删除装置的流程图。

图5：是图3中相对运动装置的方块图。

图5(a)：是图5中震动删除装置以及第二误差删除装置的流程图。

图6：是图2中虚拟输入装置实际应用的示意图。

具体实施方式

请参阅图2，图2是本发明虚拟输入装置20一实施例的方块图，该虚拟输入装置20包含一影像撷取装置21、一端点产生模组22、一显示荧幕23、一转换装置24与一键击判断装置25。显示荧幕23可显示一输入介面232与一讯息列231，该输入介面232可以是一般数字键或进一步包含数个文字键，其中该输入介面232至少包含一第一输入键233且该第一输入键233对应一第一输入值。

该影像撷取装置21可以系一CCD影像撷取装置或一CMOS影像撷取装置.该影像撷取装置21因应一实体物件26的移动，用以撷取数个环境影像，而实体物件可以是使用者的手指或者任意具有端点的物体，例如原子笔.当使用者的手指或者原子笔进行移动时，该影像撷取装置21可以撷取包含该实体物件的数个环境影像.

该端点产生模组22依据该数个环境影像产生一端点位置参数，即该端点产生模组22判断该数个环境影像中，该实体物件的端点移动或停留的状况，并将该端点移动或停留的状况存入该端点位置参数。请参阅图3，于一实施例中，该端点产生模组22包含一物件侦测装置221、一相对运动装置222、与一端点侦测装置223。其中，该物件侦测装置221侦测该数个环境影像中包含该实体物件的区域，用以产生一组物件影像，即物件侦测装置221可以将数个环境影像中非实体物件的部分尽量去除，使得该组物件影像主要包含与实体物件相关的讯息。

请参阅图4，该物件侦测装置221可以包含一判别装置41与一第一误差删除装置43，该判别装置41依据该数个环境影像与一第一组预设参数，用以产生一组暂时物件影像。该第一误差删除装置43依据该组暂时物件影像与一第二组预设参数，用以产生该组物件影像。请参阅图4(a)，于一实施例中，当实体物件系使用者的手指时，该第一组预设参数可以是手指肤色的范围。倘若该数个环境影像中第(i)画面的某一像素数值落入该第一组预设参数的范围时，该判别装置41可以将该像素值设为255，反之则设为0，如此数次处理后将可以标示出使用者的手指于每一画面中的位置，进而产生该组暂时物件影像。其次，由于周遭环境内的其他小物体可能与手指的肤色接近，为减少误差可以进一步将此种与肤色接近的小物体删除。而该第一误差删除装置43则针对该组暂时物件影像的每一画面(frame)逐一进行运算，将此种与肤色接近的小物体自该组暂时物件影像中删除，以得到该组物件影像。于一实施例中，该第二组预设参数包含一矩阵大小与一最大值，请参阅图4(a)，该第一误差删除装置43以第(i)画面的每一像素(m，n)为中心点，取一像素矩阵大小为5X5(即像素(m-2，n-2)到像素(m+2，n+2)共25点)，并将该25点像素进行加法运算，如果加法运算后的值等于或大于该最大值，则该第一误差删除装置43判断该像素(m，n)为手指的一部分，仍将该像素(m，n)设为255。反之，则判断该像素(m，n)并不是为手指的一部分，将其数值设为0。如此处理完该组暂时物件影像中每一画面的每一像素后，该第一误差删除装置43将产生该组物件影像。当然矩阵大小与最大值的内容可以依据实际状况进行调整。

该相对运动装置222则依据该组物件影像产生一组相对运动影像。于一实施例中，当该影像撷取装置21固定而不会有晃动的情形时(例如一般银行的提款机均有摄影机，而摄影机是不会有晃动的情形时)，该相对运动装置222可自该组物件影像中连续地撷取两相邻的物件影像进行比对，以产生该组相对运动影像。例如该组物件影像中包含有第(i)与第(i-1)frame，将此第(i)与第(i-1)frame进行相减或“and”运算后，一方面可以得到该组物件影像中实体物件的移动资讯，另一方面由于第(i)与第(i-1)frame进行相减或“and”后的有效资料量将变少，将有助于加速后续影像处理。

请参阅图5，于另一实施例中，当该影像撷取装置21可以移动因而有晃动的情形时，该相对运动装置222则包含一移动装置51与一震动装置53.该移动装置51自该组物件影像中连续地撷取两相邻的物件影像进行相减或进行“and”运算，以产生出一组比对影像，即此时的移动装置51功能与前述实施例中(影像撷取装置21固定而不会有晃动的情形时)的相对运动装置222功能相似.该震动装置53接收该组比对影像与该数个环境影像，以产生该组相对运动影像.由于该影像撷取装置21可以移动因而有晃动可能性，为减少因为晃动所产生的误差，该震动装置53可以将影像撷取装置21晃动的因素尽量去除.该震动装置53包含一模拟装置531、一震动删除装置532与一第二误差删除装置533.于一实施例中，该模拟装置531可依据该数个环境影像，产生一组相机震动影像.例如，该数个环境影像包含有第(i)与第(i-1)frame，该模拟装置531可将此第(i-1)frame进行小量的位移后与第(i)frame进行相减或“and”运算，利用此运算结果模拟震动现象，以产生该组相机震动影像.

该震动删除装置532依据该组相机震动影像与该组比对影像，用以产生一组暂时相对运动影像。如前述，该数个环境影像包含有第(i)与第(i-1)frame，该模拟装置531将此第(i-1)frame进行小量的预定位移后与第(i)frame进行相减或“and”运算后，可以产生第(p)个震动影像frame。同时，移动装置51自该组物件影像包含第(i)与第(i-1)frame，将此第(i)frame与第(i-1)frame进行相减或“and”运算，以产生第(p)个比对影像frame。请参阅图5(a)，该震动删除装置522将第(p)个震动影像frame与第(p)个比对影像frame的像素对像素进行相减或“and”运算，如果第(p)frame震动影像的像素(m，n)与第(p)frame的比对影像的像素(m，n)“and”运算后的值为true，则将该组暂时相对运动影像中第(p)frame的像素(m，n)值设为255，反之则设为0。重复数次后就可以产生该组暂时相对运动影像。

为进一步消除误差，该第二误差删除装置533则依据该组暂时相对运动影像与一第三组预设参数，用以产生该组相对运动影像。于一实施例中，该第三组预设参数包含一矩阵大小与一临界值，请参阅图5(a)，该第二误差删除装置533以该组暂时相对运动影像中第(i)画面的像素(m，n)为中心点，取一像素矩阵大小为3X3(即像素(m-1，n-1)到像素(m+1，n+1)共9点)，并将该9点像素进行加法运算，如果加法运算后的值等于该临界值，则该第二误差删除装置533将该像素(m，n)设为255。反之，则将像素(m，n)数值设为0。如此处理完该组暂时相对运动影像中每一画面的每一像素后，可产生该组相对运动影像。

请参阅图5，为进一步增加系统稳定度，该震动装置53更包含一回馈装置534，该回馈装置534依据该组相对运动影像产生一组回馈参数，用以选择性地修正该第二组预设参数、该第三组预设参数与模拟装置531所设定的预定位移，藉此可以修正诸如所选取的矩阵大小、该临界值、该最大值与该预定位移等，以减少系统的误差。

该端点侦测装置223判断该组相对运动影像中包含该实体物件的一第一端点的区域，用以产生该端点位置参数。例如，该端点侦测装置223可以判断该组相对运动影像中，手指尖端的区域，藉此将手指尖端的位置或移动状态的讯息，存入该端点位置参数。而该转换装置24则依据该端点位置参数，产生一虚拟物件于该输入介面上，请参阅图6，当该转换装置24接收该端点位置参数后，则会在显示荧幕23上的虚拟键盘上产生一虚拟物件。倘若使用者发现虚拟物件的位置不在使用者欲触摸的按键时，使用者可以实际移动其手部的手指由63a处移动至63b，相对地该虚拟物件亦会产生移动由62a处移动至62b，直到使用者通过显示荧幕23观察该虚拟物件与使用者欲触摸的第一输入键233重迭为止。

请参阅图6，该显示荧幕23所显示的输入介面232包含一第一输入键233且该第一输入键233对应一第一输入值，该显示荧幕23更包含一讯息列231显示输入的资讯.该键击判断装置25则依据该虚拟物件的一组虚拟参数，用以选择性地产生该第一输入值于该讯息列231.例如，该虚拟参数包含该虚拟物件与该第一输入键233的重迭时间，当该重迭时间大于一预设时间值时，该键击判断装置25产生该第一输入值于该讯息列231.易言之，当虚拟物件与该第一输入键233停留的时间大于该预设时间值时，可以判断使用者要输入该第一输入值，是以该键击判断装置25则产生该第一输入值于该讯息列231，藉此让使用者可以知道输入的资讯为何.除了依据停留的时间作为判断外，亦可以利用虚拟物件是否有敲击该第一输入键233作为判断的方式，此时该虚拟参数包含该虚拟物件在一第一时间内对应该第一输入键233的一组移动参数，当该组移动参数符合一预设键击条件时，该键击判断装置25产生该第一输入值于该讯息列231.

依据上述的说明，当使用者利用手指或笔进行移动时，影像撷取装置21可以捉取移动的影像，而端点产生模组则可以将手指或笔的端点位置或移动状况进行处理，并通过转换装置产生一虚拟手指(即虚拟物件)于显示荧幕上的输入介面。当虚拟手指于一特定键停留一定时间或对其进行敲击时，该键击判断装置将输入的结果显示于荧幕上的讯息列。使用者则可以观看虚拟手指与显示荧幕23的位置，自行移动其手指而使虚拟物件移动至输入介面上的特定按键，是以，在无须实体键盘的辅助下，使用者可直接利用本发明达成输入资讯的目的。

本发明亦提供一种输入资讯的方法，该方法包含：(a)显示一输入介面于一荧幕中，该输入介面包含一第一输入键且该第一输入键对应一第一输入值；(b)因应一实体物件的移动，用以撷取数个环境影像；(c)依据该数个环境影像产生一端点位置参数；(d)依据该端点位置参数，产生一虚拟物件于该输入介面上；以及(e)依据该虚拟物件的一组虚拟参数，用以选择性地产生一第一输入值于荧幕的一讯息列。

产生端点位置参数的步骤可包含：(c1)侦测该数个环境影像中包含该实体物件的区域，用以产生一组物件影像；(c2)依据该组物件影像以产生出一组相对运动影像；以及(c3)判断该组相对运动影像中包含该实体物件的一第一端点的区域，用以产生该端点位置参数。其中该第(c1)步骤包含：(c11)依据该数个环境影像与一第一组预设参数，用以产生一组暂时物件影像；以及(c12)依据该组暂时物件影像与一第二组预设参数，用以产生该组物件影像。

当撷取影像的设备固定而不会有晃动的情形时，前述第(c2)步骤自该组物件影像中连续地撷取两相邻的物件影像进行比对，以产生该组相对运动影像。但如果撷取影像的设备会移动而可能有晃动的情形时，前述第(c2)步骤则包含：(c21)自该组物件影像中连续地撷取两相邻的物件影像进行比对，以产生出一组比对影像；以及(c22)依据该组比对影像与该数个环境影像，以产生该组相对运动影像。其中该第(c22)步骤包含：(c221)依据该数个环境影像，产生一组相机震动影像；(c222)依据该组相机震动影像与该组比对影像，用以产生一组暂时相对运动影像；以及(c223)依据该组暂时相对运动影像与一第三组预设参数，用以产生该组相对运动影像；以及(c224)依据该组相对运动影像产生一组回馈参数，用以选择性地修正该第二组预设参数与该第三组预设参数。

于第(e)步骤中，该虚拟参数可包含该虚拟物件与该第一输入键的一重迭时间，当该重迭或停留时间大于一预设时间值时，则产生该第一输入值于该讯息列.另外第(e)步骤亦可以利用虚拟物件是否有敲击该第一输入键作为判断的方式，此时该虚拟参数包含该虚拟物件在一第一时间内对应该第一输入键的一组移动参数，当该组移动参数符合一预设键击条件时，该键击判断装置产生该第一输入值于该讯息列.

通过以上较佳具体实施例的详述，系希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (16)

1.一种虚拟输入装置，该虚拟输入装置包含：

一影像撷取装置，配合一实体物件的移动，用以撷取数个环境影像；

一端点产生模组，该端点产生模组依据该数个环境影像产生一端点位置参数，该端点产生模组包含：

一物件侦测装置，该物件侦测装置侦测该数个环境影像中包含该实体物件的区域，用以产生一组物件影像；

一相对运动装置，依据该组物件影像产生一组相对运动影像；以及

一端点侦测装置，该端点侦测装置判断该组相对运动影像中包含该实体物件的一第一端点的区域，用以产生该端点位置参数；

一显示荧幕包含一输入介面；以及

一转换装置，该转换装置依据该端点位置参数，产生一虚拟物件于该输入介面上；其中该物件侦测装置包含一判别装置及一第一误差删除装置，该判别装置依据该数个环境影像与一第一组预设参数产生一组暂时物件影像，该第一误差删除装置依据该组暂时物件影像与一第二组预设参数产生该组物件影像，该第一组预设参数为该实体物件之颜色的范围，该第二组预设参数包含一矩阵大小与一最大值，用以将与该实体物件之颜色接近的小物体自该组暂时物件影像中删除。

2.如权利要求1的虚拟输入装置，其特征在于：该相对运动装置自该组物件影像中连续地撷取两相邻的物件影像进行比对，以产生该组相对运动影像。

3.如权利要求1的虚拟输入装置，其特征在于：该相对运动装置包含：

一移动装置，自该组物件影像中连续地撷取两相邻的物件影像进行比对，以产生出一组比对影像；以及

一震动装置，该震动装置接收该组比对影像与该数个环境影像，以产生该组相对运动影像。

4.如权利要求3的虚拟输入装置，其特征在于，该震动装置包含：

一模拟装置，该模拟装置依据该数个环境影像，产生一组震动影像；

一震动删除装置，该震动删除装置依据该组震动影像与该组比对影像，用以产生一组暂时相对运动影像；以及

一第二误差删除装置，依据该组暂时相对运动影像与一第三组预设参数，用以产生该组相对运动影像，该第三组预设参数包含一矩阵大小与一临界值，用以处理该组暂时相对运动影像中每一画面的每一像素以产生该组相对运动影像。

5.如权利要求4的虚拟输入装置，其特征在于：该震动装置更包含一回馈装置，该回馈装置依据该组相对运动影像产生一组回馈参数，用以选择性地修正该第二组预设参数与该第三组预设参数。

6.如权利要求1的虚拟输入装置，其特征在于：该输入介面包含一第一输入键且该第一输入键对应一第一输入值，该显示荧幕包含一讯息列，其中该虚拟输入装置更包含一键击判断装置，该键击判断装置依据该虚拟物件的一组虚拟参数，用以选择性地产生该第一输入值于该讯息列。

7.如权利要求6的虚拟输入装置，其特征在于：该虚拟参数包含该虚拟物件与该第一输入键的一重迭时间，当该重迭时间大于一预设时间值时，该键击判断装置产生该第一输入值于该讯息列.

8.如权利要求6的虚拟输入装置，其特征在于：该虚拟参数包含该虚拟物件在一第一时间内对应该第一输入键的一组移动参数，当该组移动参数符合一预设键击条件时，该键击判断装置产生该第一输入值于该讯息列。

9.一种输入资讯的方法，该方法包含：

(a)显示一输入介面于一荧幕中；

(b)配合一实体物件的移动，用以撷取数个环境影像；

(c)依据该数个环境影像产生一端点位置参数；以及

(d)依据该端点位置参数，产生一虚拟物件该输入介面上；

其中步骤(c)包含：

(c1)侦测该数个环境影像中包含该实体物件的区域，用以产生一组物件影像；

(c2)依据该组物件影像以产生出一组相对运动影像；以及

(c3)判断该组相对运动影像中包含该实体物件的一第一端点的区域，用以产生该端点位置参数；

其中步骤(c1)包含：

(c11)依据该数个环境影像与一第一组预设参数产生一组暂时物件影像，该第一组预设参数为该实体物件之颜色的范围；以及

(c12)依据该组暂时物件影像与一第二组预设参数产生该组物件影像，该第二组预设参数包含一矩阵大小与一最大值，用以将与该实体物件之颜色接近的小物体自该组暂时物件影像中删除。

10.如权利要求9的输入方法，其特征在于：该第(c2)步骤自该组物件影像中连续地撷取两相邻的物件影像进行比对，以产生该组相对运动影像。

11.如权利要求9的输入方法，其特征在于：该第(c2)步骤包含：

(c21)自该组物件影像中连续地撷取两相邻的物件影像进行比对，以产生出一组比对影像；以及

(c22)依据该组比对影像与该数个环境影像，以产生该组相对运动影像。

12.如权利要求11的输入方法，其中该第(c22)步骤包含：

(c221)依据该数个环境影像，产生一组震动影像；

(c222)依据该组震动影像与该组比对影像，用以产生一组暂时相对运动影像；以及

(c223)依据该组暂时相对运动影像与一第三组预设参数，用以产生该组相对运动影像，该第三组预设参数包含一矩阵大小与一临界值，用以处理该组暂时相对运动影像中每一画面的每一像素以产生该组相对运动影像。

13.如权利要求12的输入方法，其特征在于：该第(c22)步骤更包含：

(c224)依据该组相对运动影像产生一组回馈参数，用以选择性地修正该第二组预设参数与该第三组预设参数。

14.如权利要求9的输入方法，其特征在于，该输入介面包含一第一输入键且该第一输入键对应一第一输入值，该显示荧幕包含一讯息列，该输入方法更包含：

(e)依据该虚拟物件的一组虚拟参数，用以选择性地产生该第一输入值于该讯息列。

15.如权利要求14的输入方法，其特征在于：该虚拟参数包含该虚拟物件与该第一输入键的一重迭时间，当该重迭时间大于一预设时间值时，则产生该第一输入值于该讯息列.

16.如权利要求14的输入方法，其特征在于：该虚拟参数包含该虚拟物件在一第一时间内对应该第一输入键的一组移动参数，当该组移动参数符合一预设键击条件时，则产生该第一输入值于该讯息列。

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