CN103064558B - 电子白板中实现触摸手势输入的方法与可触摸手势输入的电子白板 - Google Patents
电子白板中实现触摸手势输入的方法与可触摸手势输入的电子白板 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种可触摸手势输入的电子白板和在电子白板中实现触摸手势输入的方法，该可触摸手势输入的电子白板包括白板主体和安装在白板主体内的振动传感器、放大电路、滤波电路和微处理器，振动传感器成对地安装在白板主体内的水平角和竖直角位置并适于感应手指的触摸输入以输出振动信号，每对振动传感器的输出连接至放大电路以对振动信号进行放大，滤波电路连接至放大电路适于对振动信号进行滤波，微处理器适于采样和运算每对振动传感器输出的振动信号，并基于振动信号的相位差计算手指触摸位置的变化量以实现手指触摸输入。本发明的可触摸手势输入的电子白板和在电子白板中实现触摸手势输入的方法性能稳定、成本较低，提升了手势操作体验。
Description
技术领域
本发明涉及信息输入领域，具体而言涉及一种电子白板中实现触摸手势输入的方法和可触摸手势输入的电子白板。
背景技术
电脑已经成为人们日常生活中必不可缺的一部分，由于科技的进步，现在电脑系统的操作系统（OS）已经运行操作使用手指的触控动作来的代替传统的鼠标，进行对电脑的控制。现有技术中已有采用红外对管技术，通过在电子白板左右两边、上下两边分别安装红外光发射管和接收管，当手指触摸在白板上时，将挡住发射管射出的光，根据接收管的亮度变化，处理器可算出手指所触摸的左右、上下位置，并据此形成手指输入的鼠标事件达到对电脑控制的目的。然而红外对管技术需要使用很多的红外发射管和接收管分布于白板两侧，安装繁琐，设备成本较高，而且激光反射技术，还存在安全性问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明目的在于提供一种电子白板中实现触摸手势输入的方法，采用振动波相位差检测法得到手指在电子白板上的触摸位置的变化量，并基于该变化量达到触摸手势控制电脑的目的。
本发明的另一目的在于，提供一种可触摸手势输入的电子白板。
为达成上述目的，本发明提出一种电子白板中实现触摸手势输入的方法，包括以下步骤：
振动传感器感应手指触摸电子白板所产生的振动并输出振动信号；
对振动信号进行信号放大和滤波处理；
微处理器对每对振动传感器输出的两路振动信号进行采样和运算，获取每对振动传感器输出的两路振动信号的相位差，并基于该相位差计算手指触摸位置的变化量；
将前述手指触摸位置的变化量传输至操作对象设备以形成鼠标事件。
进一步，前述电子白板包括白板主体，前述振动传感器成对地安装在该白板主体内的水平角和竖直角位置。
进一步，前述微处理器获取每对振动传感器输出的两路振动信号的相位差的方法如下：
1）采用相同的采样频率fs对两路振动信号进行采样，该两路信号记为A信号和B信号，其频率相同，周期均为T，当采集样本数达到n+T-1时，微处理器开始进行内积运算，其中n和T均为整数；
2）在A信号中取最新的长度为n+T-1的序列，在B信号中取最新的长度为n的序列，微处理器以以下方式对两路振动信号进行内积运算：
取A信号的从第1个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
S1=A[1,n]*B
取A信号的从第2个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
S2=A[2,n+1]*B
以此类推，直到取A信号的从第T个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
ST=A[T,n+T-1]*B
将S1至ST的T个值储存在微处理器的存储器内；
3）重复步骤1）和2），进行下一个样本的采集，并进行内积运算，这样，每采集到一个新的样本，就产生一组【S1ST】；
4）在每一组【S1ST】中，找到最大值St，则t/T即为A信号和B信号的相位差。
进一步，前述的微处理器根据一组【S1ST】中某个峰值Si在一段时间内的移动现象判断两路振动信号的相位差发生了变化，并基于同时对电子白板的水平和竖直方向的两对振动传感器输出的振动信号的相位差分析，计算手指触摸位置的变化量并判断出手指触摸位置变化的实际方向。
本发明的另一方面还提出一种可触摸手势输入的电子白板，包括白板主体和安装在白板主体内的振动传感器、放大电路、滤波电路和微处理器，振动传感器成对地安装在白板主体内的水平角和竖直角位置并适于感应手指的触摸输入以输出振动信号，每对振动传感器的输出连接至放大电路以对振动信号进行信号放大，滤波电路连接至放大电路适于对振动信号进行滤波处理，微处理器适于对每对振动传感器输出的两路振动信号进行采样和运算，并基于两路振动信号之间的相位差计算手指触摸位置的变化量以实现手指触摸手势输入。
进一步，前述的微处理器采用如下方法进行采样和运算，以获取两路振动信号之间的相位差：
1）采用相同的采样频率fs对两路振动信号进行采样，该两路信号记为A信号和B信号，其频率相同，周期均为T，当采集样本数达到n+T-1时，微处理器开始进行内积运算，其中n和T均为整数；
2）在A信号中取最新的长度为n+T-1的序列，在B信号中取最新的长度为n的序列，微处理器以以下方式对两路振动信号进行内积运算：
取A信号的从第1个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
S1=A[1,n]*B
取A信号的从第2个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
S2=A[2,n+1]*B
以此类推，直到取A信号的从第T个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
ST=A[T,n+T-1]*B
将S1至ST的T个值储存在微处理器的存储器内；
3）重复步骤1）和2），进行下一个样本的采集，并进行内积运算，这样，每采集到一个新的样本，就产生一组【S1ST】；
4）在每一组【S1ST】中，找到最大值St，则t/T即为A信号和B信号的相位差。
进一步，前述的微处理器根据一组【S1ST】中某个峰值Si在一段时间内的移动现象判断两路振动信号的相位差发生了变化，并基于同时对电子白板的水平和竖直方向的两对振动传感器输出的振动信号的相位差分析，计算手指触摸位置的变化量并判断出手指触摸位置变化的实际方向。
进一步，前述放大电路对振动信号放大处理的增益为40dB，前述滤波电路的性能参数为：带宽为10Hz-1000Hz、带内平坦度为≤1dB、带外衰减为20dB/倍频程。
进一步，前述微处理器包括用于对每对振动传感器输出的两路振动信号进行采样的内部ADC模块，用于运算与控制的ARM处理器，用于通讯传输的USB接口，以及存储器。
进一步，前述微处理器通过USB接口将前述手指触摸位置的变化量传输至操作对象设备以形成鼠标事件。
由以上本发明的技术方案可知，本发明的可触摸手势输入的电子白板和电子白板中实现触摸手势输入的方法，其振动传感器安装在白板主体内部，而无需使用外部可见的结构，安装简单方便，而且由于目前的微处理器价格较低，可省去很多外部结构件，使得设备成本大幅度降低，而且基于相位差实现手指触摸手势的输入，性能稳定，提升了手势操作体验。
附图说明
图1为本发明较优实施例的可触摸手势输入的电子白板的结构示意图。
图2为本发明图1实施例的模块连接示意图。
图3为本发明电子白板中实现触摸手势输入的方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
如图1和图2所示，根据本发明的较优实施例，可触摸手势输入的电子白板包括白板主体1和安装在白板主体1内的振动传感器2、放大电路3、滤波电路4和微处理器5。其中，振动传感器2成对地安装在白板主体1内并用以感应手指的触摸输入所产生的振动以输出振动信号（即触摸信号）；每对振动传感器2的输出连接至放大电路3以对振动信号进行信号放大处理；滤波电路4连接至放大电路3用以对振动信号进行滤波处理；微处理器5适于对每对振动传感器2输出的两路振动信号进行采样和运算，并基于两路振动信号之间的相位差计算手指触摸位置的变化量以实现手指触摸手势输入。
图1示范性地绘示了可触摸手势输入的电子白板的结构，白板主体1为长方形，振动传感器2分别成对地安装在白板主体1的水平角位置（1a、1b）和竖直角位置（1a、1c），每一对振动传感器2可检测手指在白板主体1上触摸输入所产生的振动并输出振动信号。手指触摸白板主体1所产生的振动，到达不同振动传感器2的时间取决于触摸位置与振动传感器2之间的距离，因此不同位置的手指触摸所产生的振动到达一对振动传感器2时，其所产生的振动信号的相位亦不同。
手指触摸在白板主体1上所产生的振动，经振动传感器2感应而输出振动信号，其幅度一般较小，本实施例中设置了放大电路3用以对振动信号进行放大处理，其增益为40dB。
手指触摸在白板主体1上产生的振动信号，其能量一般集中在音频低频段，一般为10Hz-1000Hz。本实施例中设置了滤波电路4对振动信号进行滤波处理，滤波电路的性能参数如下：带宽为10Hz-1000Hz，带内平坦度为≤1dB，带外衰减为20dB/倍频程。
水平方向和竖直方向的振动传感器2所输出的每两路振动信号，经过放大和滤波处理后，微处理器5对两路振动信号进行采样和运算，并基于两路振动信号的相位差计算手指触摸位置的变化量以实现手指触摸手势输入。微处理器5优选核心速度达到100MHz以上的微处理器。本实施例中，微处理器5包括用于对每对振动传感器2输出的两路振动信号进行采样的内部ADC模块，用于运算与控制的ARM处理器，用于通讯传输的USB接口，以及存储器。内部ADC模块对每对振动传感器2输出的两路振动信号同时进行采样，其采样率均为fs，该两路振动信号记录为A信号和B信号，周期均为T。
参考图3所示，下面将详细说明本实施例中微处理器5基于振动信号相位差判断手指触摸位置的变化以实现手指触摸手势输入。
当手指在电子白板的白板主体1上触摸输入时，每对振动传感器2感应触摸产生的振动并输出两路振动信号，两路振动信号经过放大处理和滤波处理后，传输至微处理器5，微处理器5对每对振动传感器2输出的两路振动信号进行采样和运算，获取两路振动信号的相位差。微处理器的采样和运算处理过程如下：
步骤1：采用相同的采样频率fs同时对两路振动信号进行采样，该两路振动信号记为A信号和B信号，其频率相同，周期均为T，当采集样本数达到n+T-1时，微处理器5开始进行内积运算，其中n和T均为整数；
步骤2：在A信号中取最新的长度为n+T-1的序列，在B信号中取最新的长度为n的序列，微处理器以以下方式对两路振动信号进行内积运算：
取A信号的从第1个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
S1=A[1,n]*B
取A信号的从第2个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
S2=A[2,n+1]*B
以此类推，直到取A信号的从第T个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
ST=A[T,n+T-1]*B
将S1至ST的T个值储存在微处理器5的存储器内；
3）重复步骤1）和2），进行下一个样本的采集，并进行内积运算，这样，每采集到一个新的样本，就产生一组【S1ST】；
4）在每一组【S1ST】中，找到最大值St，则t/T即为A信号和B信号的相位差。
微处理器5根据一组【S1ST】中某个峰值Si在一段时间内的移动现象判断两路振动信号的相位差发生了变化，即表明手指触摸的位置发生了变化。微处理器5基于同时对电子白板的水平和竖直方向的两对振动传感器2输出的振动信号的相位差分析，计算手指触摸位置的变化量并判断出手指触摸位置变化的实际方向。
微处理器5经USB接口将该手指触摸位置的变化量传输至操作对象设备，如膝上型电脑、桌上型电脑、平板电脑等，以形成鼠标事件，从而达到通过触摸手势来控制操作对象设备的目的。
综上所述，本发明的可触摸手势输入的电子白板和电子白板中实现触摸手势输入的方法，其振动传感器可以安装在白板主体内部，而不需要使用外部可见的结构，安装简单方便，而且由于目前的微处理器价格较低，可省去很多外部结构件，使得设备成本大幅度降低，而且基于相位差实现手指触摸手势的输入，性能稳定，提升了手势操作体验。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (7)
1.一种电子白板中实现触摸手势输入的方法，其特征在于，包括以下步骤：
振动传感器感应手指触摸电子白板所产生的振动并输出振动信号；
对振动信号进行信号放大和滤波处理；
微处理器对每对振动传感器输出的两路振动信号进行采样和运算，获取每对振动传感器输出的两路振动信号的相位差，并基于该相位差计算手指触摸位置的变化量；
将前述手指触摸位置的变化量传输至操作对象设备以形成鼠标事件；
前述电子白板包括白板主体，前述振动传感器成对地安装在该白板主体内的水平角和竖直角位置；
前述微处理器获取每对振动传感器输出的两路振动信号的相位差的方法如下：
1）采用相同的采样频率fs对两路振动信号进行采样，该两路信号记为A信号和B信号，其频率相同，周期均为T，当采集样本数达到n+T-1时，微处理器开始进行内积运算，其中n和T均为整数；
2）在A信号中取最新的长度为n+T-1的序列，在B信号中取最新的长度为n的序列，微处理器以以下方式对两路振动信号进行内积运算：
取A信号的从第1个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
S1=A[1,n]*B
取A信号的从第2个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
S2=A[2,n+1]*B
以此类推，直到取A信号的从第T个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
ST=A[T,n+T-1]*B
将S1至ST的T个值储存在与微处理器连接的存储器内；
3）重复步骤1）和2），进行下一个样本的采集，并进行内积运算，这样，每采集到一个新的样本，就产生一组[S1ST]；
4）在每一组[S1ST]中，找到最大值St，则t/T即为A信号和B信号的相位差。
2.根据权利要求1所述的电子白板中实现触摸手势输入的方法，其特征在于，前述的微处理器根据一组[S1ST]中某个峰值Si在一段时间内的移动现象判断两路振动信号的相位差发生了变化，并基于同时对电子白板的水平和竖直方向的两对振动传感器输出的振动信号的相位差分析，计算手指触摸位置的变化量并判断出手指触摸位置变化的实际方向。
3.一种可触摸手势输入的电子白板，其特征在于，包括白板主体和安装在白板主体内的振动传感器、放大电路、滤波电路和微处理器，振动传感器成对地安装在白板主体内的水平角和竖直角位置并适于感应手指的触摸输入以输出振动信号，每对振动传感器的输出连接至放大电路以对振动信号进行信号放大，滤波电路连接至放大电路适于对振动信号进行滤波处理，微处理器适于对每对振动传感器输出的两路振动信号进行采样和运算，并基于两路振动信号之间的相位差计算手指触摸位置的变化量以实现手指触摸手势输入；前述的微处理器采用如下方法进行采样和运算，以获取两路振动信号之间的相位差：
1）采用相同的采样频率fs对两路振动信号进行采样，该两路信号记为A信号和B信号，其频率相同，周期均为T，当采集样本数达到n+T-1时，微处理器开始进行内积运算，其中n和T均为整数；
2）在A信号中取最新的长度为n+T-1的序列，在B信号中取最新的长度为n的序列，微处理器以以下方式对两路振动信号进行内积运算：
取A信号的从第1个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
S1=A[1,n]*B
取A信号的从第2个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
S2=A[2,n+1]*B
以此类推，直到取A信号的从第T个元素开始的n个元素，与B信号做内积运算
ST=A[T,n+T-1]*B
将S1至ST的T个值储存在微处理器的存储器内；
3）重复步骤1）和2），进行下一个样本的采集，并进行内积运算，这样，每采集到一个新的样本，就产生一组[S1ST]；
4）在每一组[S1ST]中，找到最大值St，则t/T即为A信号和B信号的相位差。
4.根据权利要求3所述的可触摸手势输入的电子白板，其特征在于，前述的微处理器根据一组[S1ST]中某个峰值Si在一段时间内的移动现象判断两路振动信号的相位差发生了变化，并基于同时对电子白板的水平和竖直方向的两对振动传感器输出的振动信号的相位差分析，计算手指触摸位置的变化量并判断出手指触摸位置变化的实际方向。
5.根据权利要求3所述的可触摸手势输入的电子白板，其特征在于，前述放大电路对振动信号放大处理的增益为40dB，前述滤波电路的性能参数为：带宽为10Hz-1000Hz、带内平坦度为≤1dB、带外衰减为20dB/倍频程。
6.根据权利要求3所述的可触摸手势输入的电子白板，其特征在于，前述微处理器包括用于对每对振动传感器输出的两路振动信号进行采样的内部ADC模块，用于运算与控制的ARM处理器，用于通讯传输的USB接口，以及存储器。
7.根据权利要求6所述的可触摸手势输入的电子白板，其特征在于，前述微处理器通过前述USB接口将前述手指触摸位置的变化量传输至操作对象设备以形成鼠标事件。
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