CN103116422A

CN103116422A - 空气投影键盘

Info

Publication number: CN103116422A
Application number: CN 201310065799
Authority: CN
Inventors: 刘昱
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-02
Filing date: 2013-03-02
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明公开一种空气投影键盘，其包括空气屏幕发生器、投影系统、红外摄像系统、处理系统和指示灯。其主要原理为：空气屏幕系制造出由透明或半透明气体（比如水蒸气）形成的空气墙，投影系统将键盘虚拟影像投映至空气墙，当手指在虚拟影像区操作虚拟键盘时，同时红外摄像系统获取此区域红外幅射变化的传感信息，处理系统接收传感信息并计算出手指的摁键内容信息，最后将摁键内容信息传递给外接输出设备。本发明中虚拟键盘投影于空气屏幕，而且不依靠于任何物体和平面。虚拟键盘可以双面使用，有空间立体投影的艺术效果。

Description

空气投影键盘

技术领域

本发明涉及一种虚拟键盘，具体的说是一种在空气屏幕上投影的虚拟键盘。

背景技术

现有的电子产品，例如：台式电脑、笔记本电脑、手机、测试仪器等，在输入数据或其他用途的过程中通常使用实体键盘。传统键盘缺点在于体积过大，不易携带与放置。而且实体键盘容易吸纳灰尘不易清洁，使用过度容易损坏。

为了满足虚拟立体投影的需求，出现了虚拟激光键盘（Virtual Laser Keyboard）。美国专利号6,650,318号提出一种虚拟键盘，主要包括激光源、感应器和处理单元。激光源发出的激光形成虚拟影像区在平面平台（例如：桌子，木板等）形成按键影像。当手指在虚拟影像区操作虚拟键盘时，反射激光由传感器接收，信息传至处理单元，处理单元计算出手指的摁键字符。

但是虚拟激光键盘至少有以下缺点：

1. 激光源发出的激光形成的虚拟影像区必须投影在平面平台（例如：桌子，木板等），才能形成清晰按键影像。非平面平台难以成像。

2. 在一些需要特别展示的状态或苛刻的位置难以达到，比如：悬空显示键盘、正反均可使用情况等。

因此传统键盘和虚拟激光键盘，都有针对其缺点加以改进的必要。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种在空气屏幕上投影的虚拟键盘，已解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案包括：空气屏幕发生器、投影系统、红外摄像系统、处理系统和指示灯。

本发明主要结构为：空气屏幕系统可以制造出由透明或半透明气体（比如水蒸气）形成的空气墙，投影系统采用背投技术将键盘虚拟影像投映至空气墙，当手指在虚拟影像区操作虚拟键盘时，同时红外摄像系统获取此区域红外幅射变化的传感信息，处理系统接收传感信息并计算出手指的摁键内容信息，摁键内容信息传递给外接输出设备（比如显示屏、计算机等）。

其中，红外摄像系统由：两个红外摄像头、一个红外探测器和一个A/D转换器组成。第一红外摄像头和第二红外摄像头用于收集和记录空气和手指反射的红外光信息；红外探测器用于将光的强度信息转化为电压的幅度信息；A/D转换器功能是将将模拟电信号转换为数字电信号。

其中，处理系统由：第一处理单元、第二处理单元、第三处理器单元、默认存储单元、当前存储单元、历史存储单元和处理程序组成。第一处理单元的作用是将依次传来的电信号数据排列整合为A面影像区和B面影像区各点的强度数据；第二处理单元的作用是对当前存储单元和历史存储单元信息计算出当期的按键信息；第三处理器单元的作用是判断使用者用的是A面还是B面；默认存储单元记录的是默认的A面影像区和B面影像区各点的强度数据；当期存储单元记录的是现在两面影像区各点的强度数据；历史记录存储单元会存储每次两面影像区各点的强度数据，当输出系统出现故障方便时历史记录存储单元可以恢复数据，在当达到数据饱和时会删除以前的数据；处理程序用于执行和协调处理单元和存储单元的工作时间和顺序。

本发明提供一种红外摄像系统方案，目的是为了精确记录空气屏幕中手指操作虚拟键盘影响的情况。第一红外摄像头和第二红外摄像头分别置于机箱两侧并同时进行摄影，从两个不同方向：A面和B面记录下来空气屏幕中的键盘虚拟影像区的红外光信息；然后光信息传到红外探测器，红外探测器将光的强度信息转化为电压的幅度信息；电压的幅度信息经A/D转换器转化为数字信息输出。

为了支持以上红外摄像系统的方案，本发明还提供一种红外处理系统，如上文的处理系统，其工作流程是：首先在开机时，手指没有操作虚拟键盘影响时，红外摄像系统提供的红外光信息被处理系统的处理单与处理为A面和B面的虚拟键盘信息，第一次虚拟键盘信息与默认存储单元的初始默认虚拟键盘信息库做比对，将初始默认库两面每一点的强度数据与第一次虚拟键盘信息两面每一点的强度数据相减，如果它们之差超过阈值则指示灯发出提醒，然后将第一次虚拟键盘信息两面每一点的强度数据存储为当前默认库；当手指操作虚拟键盘影响时，此时A面和B面的虚拟键盘信息被同时存储到当前存储单元和历史存储单元，然后将当前默认库两面每一点的强度数据与当前虚拟键盘信息两面每一点的强度数据相减，它们之差传入处理单元，处理单元经判断得出当前按键并传至输出系统；当前存储单元删除此次信息，准备存储下一次信息。当输出系统出现故障时历史记录存储单元可以将数据传至新的输出系统，在历史记录存储单元当达到数据饱和时会删除以前的数据。

本发明提供一种可双面使用键盘的模式，如上文的处理系统，其工作流程为：当手指操作虚拟键盘影响时，此时A面和B面的虚拟键盘信息被同时存储到当前储存单元；由第三处理器单元将A面和B面每一点的强度数据相减，再判断出使用者使用的是A面还是B面。

本发明的优点在于：它的空气屏幕能在空中投影虚拟键盘，不依靠任何介质；空气屏幕有空间立体投影的艺术效果；空气屏幕本身不需要清洁，不会因使用不当而损坏；虚拟键盘可以双面使用。

附图说明

图1是本发明空气投影键盘A面结构示意图；

图2是本发明空气投影键盘B面结构示意图；

图3是本发明红外探测系统结构图；

图4是本发明处理系统结构图；

图5是本发明主要流程图；

图中，空气屏幕发生器1、状态指示灯21、位置指示灯22、投影器3、红外探测系统4、第一红外摄像头41、第二红外摄像头42、红外探测器43、A/D转换器44、处理系统5、第一处理单元51、第二处理单元52、第三处理器单元53、默认存储单元54、当前存储单元55、历史存储单元56、处理程序57、虚拟键盘6、外部输出系统7、产生虚拟键盘81、自校准82、判断使用面83、键盘信息处理与输出84。

具体实施方式

空气投影键盘设备结构如图1和图2：空气屏幕发生器1在整个装置中部，状态指示灯21和位置指示灯22在装置中部，投影器3在装置中部偏A面，装置A面和B面分别有第一红外摄像头41和第二红外摄像头42，装置有红外探测系统4、处理系统5和虚拟键盘6。

红外摄像系统的主要工作功能如图3，红外摄像系统工作步骤为：第一红外摄像头41和第二红外摄像头42分别置于机箱两侧并同时进行摄影，A面和B面记录下来空气屏幕中的虚拟键盘6的红外光信息；然后光信息传到红外探测器43，红外探测器43将光的强度信息转化为电压的幅度信息；电压的幅度信息经A/D转换器44转化为数字信息输出至处理系统5。

处理系统的主要工作功能如图4，处理系统由：第一处理单元51、第二处理单元52、第三处理器单元53、默认存储单元54、当前存储单元55、历史存储单元56和处理程序57组成。第一处理单元51的作用是将依次传来的电信号数据排列整合为A面影像区61和B面影像区62各点的强度数据；第二处理单元52的作用是对当前存储单元和历史存储单元56信息计算出当期的按键信息；第三处理器单元53的作用是判断使用者用的是A面还是B面，并将结果传给投影器3；默认存储单元记录54的是默认的A面影像区61和B面影像62区各点的强度数据；当期存储单元55记录的是现在两面影像区各点的强度数据；历史记录存储单元56会存储每次两面影像区各点的强度数据，当外部输出系统7出现故障方便时历史记录存储单56元可以恢复数据，在当达到数据饱和时会删除以前的数据；处理程序57用于执行和协调处理单元和存储单元的工作时间和顺序。

本实例中空气投影键盘主要工作流程如图4和图5，当使用者开机首先产生虚拟键盘81：空气屏幕发生器1产生透明或半透明气体（比如水蒸气）形成的空气屏幕，投影器3将虚拟键盘影像投影至空气屏幕，至此开机成功状态指示灯21指示灯显示绿灯。然后自校准82：红外摄像系统4提供的红外光信息被处理系统5的第一处理单元51与处理为A面和B面的虚拟键盘信息，第一次虚拟键盘信息与处理器中默认存储单元54的初始默认虚拟键盘信息库做比对，将初始默认库两面每一点的强度数据与第一次虚拟键盘信息两面每一点的强度数据相减，如果它们之差超过阈值则发出提醒状态指示灯显示红色，然后将第一次虚拟键盘信息两面每一点的强度数据存储为当前默认库。接着是判断使用面83和键盘信息处理与输出84：当使用者手指操作虚拟键盘6影响时，此时A面和B面的虚拟键盘信息被同时存储到当前储存单元；由第三处理器单元53将A面和B面每一点的强度数据相减，再判断出使用者使用的是A面还是B面，如果使用的是A面位置指示灯22显示绿色，如果使用的是B面显示黄色；手指操作虚拟键盘影响时，此时A面和B面的虚拟键盘信息被同时存储到当前存储单元55和历史存储单元56，然后将当前默认库两面每一点的强度数据与当前虚拟键盘信息两面每一点的强度数据相减，它们之差传入第二处理单元52，第二处理单元52经判断得出当前按键并传至外部输出系统7；当前存储单元55删除此次信息，准备存储下一次信息。

通常使用usb或者串口线将键盘信息出处给外部输出系统7。当外部输出系统7出现故障时，处理系统5中的历史记录存储单元56可以将数据传至新的输出系统7，在历史记录存储单元56当达到数据饱和时会删除以前的数据。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和具体描述的实施方式，对本发明的变更和修改也应当落入本发明权利要求的保护之内。尽管本说明书中使用了一些特定术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种空气投影键盘，其特征在于：空气屏幕发生器、投影系统、红外摄像系统、处理系统、指示灯和机箱。

2.空气屏幕系制造出由透明或半透明气体（比如水蒸气）形成的空气屏幕，投影系统将键盘虚拟影像投映至空气屏幕，当手指在虚拟影像区操作虚拟键盘时，同时红外摄像系统获取此区域红外幅射变化的传感信息，处理系统接收传感信息并计算出手指的摁键内容信息，最后将摁键内容信息传递给外接输出设备。

3.根据权利要求1所述的空气屏幕发生器和投影系统，其特征在于投影系统将键盘的虚拟影像投映至空气屏幕发生器形成的空气墙。

4.空气屏幕可以悬浮于空中，可以两面（A面和B面）使用虚拟投影键盘。

5.根据权利要求1所述的红外摄像系统，其特征在于至少包括一个红外摄像头、一个红外探测器和一个A/D转换器组成。

6.其用于收集虚拟键盘面每点的反射光强信息并将光信息转换为电压幅度信息。

7.根据权利要求1所述处理系统，其特征还包括处理单元、储存单元和处理程序。

8.其用于处理电压幅度信息，并将按键信息传递给外部输出设备。

9.根据权利要求1所述的红外摄像系统和处理系统，其特征还包括当红外摄像系统有两个或两个以上红外摄像头并且红外摄像头分布在设备两面（A面和B面）时，红外探测器记录的是双面光强信息，处理系统可以计算空气屏幕中虚拟投影键盘两面的按键信息，判断使用者操作键盘的使用面，并自动调整键盘界面。

10.根据权利要求4所述处理系统，其特征还包括存储单元有默认键盘信息库，每次由红外摄像系统传来的键盘信息会与默认键盘信息库比对，从而计算出当前使用者的按键信息。

11.根据权利要求6所述处理系统，其特征还包括每次开机使用设备时有自校准功能：在使用者没有操作虚拟键盘前会将第一次虚拟键盘信息与默认存储单元的初始默认虚拟键盘信息库做比对，可以将存储单元有默认键盘信息库每一点的强度数据与第一次虚拟键盘信息两面每一点的强度数据相减，如果它们之差超过阈值则指示灯发出虚拟键盘启动不正常提醒，然后将第一次虚拟键盘信息两面每一点的强度数据存储为当前默认库；以后每次红外摄像系统传来的键盘信息都与当前默认库对比，计算出当前使用者的按键信息。

12.根据权利要求4所述处理系统，其特征还包括存储器有备份数据功能：将每次读得的键盘信息存储进储存单元，当外部输出系统出现故障时存储单元可以将数据传至新的输出系统，在历存储单元当达到数据饱和时会删除以前的数据。

13.根据权利要求6所述指示灯，其特征包括至少有一个指示灯，至少能显示出：虚拟键盘正常启动、虚拟键盘正常启动两种状态。

14.根据权利要求7所述指示灯，其特征包括还包括，指示灯可以有多个，也可以显示：正在使用A面、正在使用B面、存储器满，存储器空闲、外部输出设备正常、外部输出设备不正常等空气投影键盘的工作状态。

15.根据权利要求1所述空气投影键盘，可以包含机箱用于放置空气屏幕发生器、投影系统、红外摄像系统、处理系统和指示灯等器件。