CN103885572A

CN103885572A - 开关装置

Info

Publication number: CN103885572A
Application number: CN201210555142.5A
Authority: CN
Inventors: 刘恬嘉
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Current assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: CN108132713A; CN103885572B; CN108132713B

Abstract

一种开关装置，包括图像传感器、处理单元以及传输单元。所述图像传感器用以连续获取图像帧。所述处理单元用以在预设时间内根据所述图像帧依次识别出手掌手势和握拳手势或依次识别出握拳手势和手掌手势时，发出控制信号。所述传输单元用以将所述控制信号传送至电子装置。

Description

开关装置

技术领域

本发明是关于一种开关装置，特别是关于一种根据使用者的手掌手势以及握拳手势的手势图像变化进行开关操作的光学式开关装置。

背景技术

传统机械开关一般具有使用不便的问题，例如其通常设置在固定位置，使用者在每次操作时均必须直接接触所述机械式开关方能进行控制。此外，当传统机械开关故障时，并不容易进行元件更换。

为了增加使用便利性，已知还可使用红外线开关以进行开关操作。例如，当红外线开关检测到移动物体时，即相对控制光源点亮。然而，所述红外线开关只要检测到移动物体即开始动作，在某些情况下并不适合使用此种开关装置。

已知还可利用以遥控器作为开关装置，使用者可透过按压所述遥控器上的按键，以进行相对应控制。然而，当使用者欲进行开关操作时，仍然必须透过遥控器方能进行操控。

有鉴于此，本发明还提出一种光学式开关装置，其可根据使用者的手势变化进行开关操作，由于不需使用遥控器作为媒介且可适用于各种电子装置，因而具有较高的使用便利性以及适用性。

发明内容

本发明的目的在提供一种开关装置，其可根据预设时间内的手势图像变化执行开关操作，以相对控制电子装置。

本发明另一目的在提供一种开关装置，其可根据图像帧中预设图像范围内的图像变化执行开关操作，以相对控制电子装置。

本发明提供一种开关装置，包括图像传感器、处理单元和传输单元。所述图像传感器用以连续获取图像帧。所述处理单元用以当预设时间内根据所述图像帧依次识别出手掌手势和握拳手势或依次识别出所述握拳手势和所述手掌手势时，产生控制信号。所述传输单元用以传送所述控制信号至所述电子装置以控制所述电子装置的启闭。

本发明还提供一种开关装置，包括图像传感器、处理单元和传输单元。所述图像传感器用以连续获取图像帧。所述处理单元用以根据所述图像帧判断物体形状和物体面积，当所述物体形状符合预设形状和所述物体面积符合预设面积且预设时间内发生预设面积变化时，产生控制信号。所述传输单元用以传送所述控制信号至所述电子装置。

本发明还提供一种开关装置的操作方法，包括下列步骤：以图像传感器连续获取图像帧；以处理单元根据所述图像帧识别手掌手势或握拳手势；以及当所述处理单元识别出所述手掌手势或所述握拳手势并在预设时间内识别出预设手势变化时，产生控制信号以控制所述电子装置的启闭。

一实施例中，所述处理单元可在所述预设时间内仅处理所述图像传感器所获取的所述图像帧的预设图像范围的图像信息，以节省系统资源。

一实施例中，所述图像传感器可为远红外线传感器，以直接感测人体所发出的远红外线能量。

一实施例中，开关装置可还包括用以照明所述图像传感器的视野范围的红光光源、红外光光源或不可见光光源。

一实施例中，开关装置可还包括太阳能模组用以提供操作时所需的电力；其中，所述太阳能模组可包括太阳能板用以将光能转换为电能以及电池用以储存电能。

本发明实施例的开关装置和其操作方法中，所述预设形状可为圆形和椭圆形；所述预设面积变化可为所述物体面积的40%-60%的面积变化或140%-160%的面积变化；所述预设时间可为0.5-2秒，但并不以此为限。

本发明实施例的开关装置和其操作方法中，所述处理单元可在较近的操作范围内直接识别手掌手势以及握拳手势并在较远的操作范围内识别物体形状以及物体面积，以提高其可应用的环境。

附图说明

图1显示本发明一实施例的开关装置的方块图；

图2显示本发明另一实施例的开关装置的方块图；

图3显示本发明一实施例的开关装置的操作方法的流程图；

图3A显示图3的开关装置的操作方法的手势变化的示意图；

图4显示本发明另一实施例的开关装置的操作方法的流程图；

图4A显示图4的开关装置的操作方法的物体面积变化的示意图；

图5显示本发明另一实施例的开关装置的操作方法的流程图；

图6显示本发明实施例的开关装置的操作方法的示意图。

附图标记说明

1、1′ 开关装置 11 图像传感器

11′ 远红外线传感器 12 处理单元

13 传输单元 14 光源

15 太阳能模组 2 电子装置

IF 图像帧 Sc 控制信号

PA 预设图像范围 S₃₁-S₃₄ 步骤

S₄₁-S₄₆ 步骤 S₅₁-S₅₂ 步骤。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显，下文将配合所附图示，作详细说明如下。在本发明的说明中，相同的构件是以相同的符号表示，在此提前说明。

请参照图1所示，其显示本发明实施例的开关装置1的方块示意图，包括图像传感器11、处理单元12、传输单元13和光源14。所述开关装置1是用以控制电子装置2，例如控制灯具、自动门或其他家用电器的启动（enable）或中止（disable），或者控制所述电子装置2以步阶（step）的方式改变操作参数，例如操作强度。

所述图像传感器11可为CMOS图像传感器、CCD图像传感器或其他可用以传感光能量的传感器，用以连续获取并输出图像帧IF。

所述处理单元12例如可为数位处理器（DPS）等可用以处理图像信息的处理器，其用以根据所述图像帧IF识别手掌手势（palm gesture）、握拳手势（fist gesture）、物体形状、物体面积、手势变化以及物体面积变化，并当预设时间内符合预设规则时，则产生控制信号Sc（详述于后）。一实施例中，所述预设时间可为0.5-2秒，但并无特定限制；例如其他实施例中，所述预设时间可为所述图像传感器11（或图2的远红外线传感器11′）获取预设数目图像帧IF的期间，其可由使用需求而设定。

所述传输单元13可为无线传输单元或有线传输单元，用以将所述控制信号Sc传送至所述电子装置2以进行相对应控制；其中，有线传输技术和无线传输技术已为已知，故在此不再赘述。

所述光源14可为红光光源、红外光光源或其他不可见光光源，其用以照明所述图像传感器11的视野范围。借此，所述图像传感器11可获取较高品质的图像帧IF。

请参照图2所示，其显示本发明另一实施例的开关装置1′的方块示意图，包括远红外线传感器11′、所述处理单元12和所述传输单元13。图2与图1的差异在于，图1的图像传感器11此时为远红外线传感器11′。由在所述开关装置1′是使用远红外线传感器11′，因此即使环境光不足时仍能够直接感测人体所发出的远红外线能量，因此不需使用额外光源。此外，图2中所述处理单元12和所述传输单元13所执行的功能类似于图1，故在此不再赘述。

此外，本发明实施例的开关装置1和1′可还包括用以提供操作时所需的电力的太阳能模组15；其中，所述太阳能模组15可包括用以将光能转换为电能的太阳能板以及用以储存电能的电池；太阳能模组的技术已为已知，故在此不再赘述。其他实施例中，所述开关装置1也可直接连接至市电（commercial power system）或经由其他家电（例如电子装置2）提供电力，并不一定要使用所述太阳能模组15。

此外，本发明实施例的开关装置1和1′可还包括至少一透镜或透镜组用以提高所述光源14的照明效率和/或所述图像传感器11或所述远红外线传感器11′的感光效率。

请参照图1-图3所示，图3显示本发明一实施例的开关装置的操作方法的流程图，包括下列步骤：获取图像帧（步骤S₃₁）；识别手掌手势或握拳手势（步骤S₃₂）；以及进入开关控制模式（步骤S₃₃）；其中，本实施例可适用于使用者距离所述图像传感器11较近而所述处理单元12能够直接识别出手掌形状或握拳形状的情形。本实施例中，为了节省系统资源，可还包括选定预设图像范围的步骤S₃₄。

同时参照图3、图3A和图6所示，接着说明本实施例的详细实施方式。

步骤S₃₁：所述图像传感器11（或所述远红外线传感器1′）以固定或可变的采样频率连续获取图像帧IF；其中，例如长时间未检测到物体图像时，所述处理单元12可降低所述采样频率（即进入省电模式），而所述时间长短可根据不同应用而设定。

步骤S₃₂：所述处理单元12根据所述图像帧IF识别手掌手势或握拳手势，且当识别出所述手掌手势或所述握拳手势时（例如在第一图像帧IF₁识别出所述手掌手势或握拳手势），则进入开关控制模式（步骤S₃₃）；当所述处理单元12未识别出所述手掌手势或所述握拳手势，则根据下一张图像帧IF重新识别。

步骤S₃₃：开关控制模式中，所述处理单元12主要用以在预设时间内识别预设手势变化；其中，所述预设手势变化可为从所述手掌手势变化为所述握拳手势或从所述握拳手势变化为所述手掌手势（如图3A）。当所述处理单元12在所述预设时间内识别出所述预设手势变化时（例如在第二图像帧IF₂识别出所述握拳手势或所述手掌手势）（步骤S₃₃₁），则产生控制信号Sc（步骤S₃₃₁₁）；然而，当所述处理单元12在所述预设时间内未识别出所述预设手势变化时（步骤S₃₃₂），则离开开关控制模式重新回到步骤S₃₁。

步骤S₃₄：如前所述，为了节省系统资源，例如当所述处理单元12在第一图像帧IF₁识别出所述手掌手势时，在后续图像帧IF中仅根据预设图像范围PA（如图3A）识别所述握拳手势；或在所述第一图像帧IF₁识别出所述握拳手势时，在后续图像帧中仅根据所述预设图像范围PA（如图3A）识别所述手掌手势。一实施例中，所述处理单元12可在所述预设时间内仅处理所述图像传感器11（或所述红外线传感器11′）所获取的所述图像帧IF的所述预设图像范围PA的图像信息。另一实施例中，所述处理单元12也可处理整张图像帧IF的图像信息，然而仅将所述预设图像范围PA的图像信息视为有效图像信息而其他部分的图像信息可作为其他功能的参考。所述预设图像范围PA例如可根据开关装置1、1′的可操作范围预先设定或由使用者自行选择。此外，步骤S₃₄可不予实施。

总而言之，本实施例中所述处理单元12用以在预设时间内根据所述图像帧IF依次识别出手掌手势及握拳手势或依次识别出所述握拳手势和所述手掌手势时，如图6所示，则产生控制信号Sc以相对控制所述电子装置2。

请参照图1、2和图4所示，图4显示本发明另一实施例的开关装置的操作方法的流程图，包括下列步骤：获取图像帧（步骤S₄₁）；判断物体形状（步骤S₄₂）；判断物体面积（步骤S₄₃）；当所述物体形状符合预设形状和所述物体面积符合预设面积，则进入步骤S₄₅的开关控制模式，当所述物体形状不符合预设形状或所述物体面积不符合预设面积，则回到步骤S₄₁（步骤S₄₄）；其中，本实施例可适用于使用者距离所述图像传感器11（或红外线传感器11′）稍远而所述处理单元12无法明确识别出手掌形状或握拳形状而仅能识别物体轮廓和面积的情形；但也可适用于可以明确识别出手掌形状或握拳形状的情形。同样的，本实施例中为了节省系统资源，可还包括选定预设图像范围的步骤S₄₆。

同时参照图4、图4A和图6所示，接着说明本实施例的详细实施方式。

步骤S₄₁：类似步骤S₃₁，所述图像传感器1（或所述远红外线传感器1′）可以固定或可变的采样频率连续获取图像帧IF。

步骤S₄₂：所述处理单元12根据所述图像帧IF判断物体形状是否符合预设形状。例如当使用者距离所述图像传感器11较远或所述图像传感器11的解析度较低时，所述手掌手势的轮廓近似为椭圆形而所述握拳手势的轮廓近似为圆形（如图4A所示）。因此，当所述处理单元12判断物体图像符合椭圆形或圆形，才开始判断物体面积。此外，为了排除背景物体，所述处理单元12可预先识别出位置始终固定且形状为椭圆形或圆形的物体并予以排除。

步骤S₄₃：接着，所述处理单元12根据所述图像帧IF判断物体面积是否符合预设面积（或面积范围），以排除不对应使用者手势的物体；其中，所述预设面积可根据所述开关装置1、1′操作环境预先设定。例如在5公尺的可操作范围内，手掌手势和握拳手势的面积可被预先量测并储存至所述开关装置1、1′，所述处理单元12则可将预设面积或预设面积范围以外的物体图像予以排除，以增加判断精确度。例如，使用者头部图像不会落入预设面积的范围内，因此所述处理单元12可将头部图像排除。

步骤S₄₄：当所述处理单元12判断所述物体形状符合预设形状和所述物体面积符合预设面积，则进入开关控制模式（步骤S₄₅）；否则回到步骤S₄₁。

步骤S₄₅：开关控制模式中，所述处理单元12主要用以在预设时间内识别预设面积变化；其中，所述预设面积变化例如为步骤S₄₃所识别出的物体面积的40%-60%（例如从手掌变为拳头）或140%-160%（例如从拳头变为手掌）的面积变化（如图4A）。当所述处理单元12在所述预设时间内识别出所述预设面积变化时（步骤S₄₅₁），则产生控制信号Sc（步骤S₄₅₁₁）；然而，当所述处理单元12在所述预设时间内未识别出所述预设面积变化时（步骤S₄₅₂），则离开开关控制模式重新回到步骤S₄₁。例如，图6显示所述处理单元12在第一图像帧IF₁判断所述物体形状符合预设形状和所述物体面积符合预设面积且在第二图像帧IF₂识别出所述预设面积变化。

步骤S₄₆：如前所述，为了节省系统资源，例如当所述处理单元12在第一图像帧IF₁中识别出所述物体形状符合所述预设形状和所述物体面积符合所述预设面积，所述处理单元12在后续图像帧IF中仅根据预设图像范围PA识别所述预设面积变化。同理，一实施例中，所述处理单元12可在所述预设时间内仅处理所述图像传感器11所获取的所述图像帧IF的所述预设图像范围PA的图像信息。另一实施例中，所述处理单元12也可处理整张图像帧IF的图像信息，然而仅将所述预设图像范围PA的图像信息视为有效图像信息而其他部分的图像信息可作为其他功能的参考。同理，步骤S₄₆可选择不予实施。

总而言之，本实施例中所述处理单元12用以根据所述图像帧IF判断物体形状和物体面积，当所述物体形状符合预设形状和所述物体面积符合预设面积且预设时间内发生预设面积变化时，如图6所示，则产生控制信号Sc以相对控制所述电子装置2。

请参照图5所示，其显示本发明另一实施例的开关装置的操作方法的流程图。本实施例中，为了增加所述开关装置1、1′的可适用性，所述处理单元12可同时执行图3和图4的步骤；也即，当所述处理单元12能够明确识别出手掌形状和握拳形状时执行图3的实施例而无法明确识别出手掌形状和握拳形状时执行图4的实施例，以适合在远近距离的操作。

本实施例包括下列步骤：获取图像帧（步骤S₅₁）；判断特定手势（步骤S₅₂）；当识别出所述特定手势，则直接进入开关控制模式（步骤S₅₂₁）；当未识别出所述特定手势，则识别物体形状和物体面积（步骤S₅₂₂）；以及当所述物体形状符合预设形状和所述物体面积符合预设面积时，才进入开关控制模式（步骤S₅₂₂₁）；其中，当未识别出所述特定手势且所述物体形状不符合预设形状或所述物体面积不符合预设面积时，回到步骤S₅₁重新获取图像帧IF。

同时参照图3、图3A、图4、图4A、图5和图6所示，接着说明本实施例的详细实施方式。

步骤S₅₁：类似步骤S₃₁和S₄₁，所述图像传感器1（或所述远红外线传感器1′）以固定或可变的采样频率连续获取图像帧IF。

步骤S₅₂：所述处理单元12根据所述图像帧IF识别特定手势；其中，所述特定手势可为手掌手势或握拳手势（如图3A），且当识别出所述特定手势时，则进入开关控制模式（步骤S₅₂₁）。本实施例中，进入开关模式（步骤S₅₂₁）后则执行图3的步骤S₃₃₁和S₃₃₃₁或步骤S₃₃₂，并可选择执行或不执行步骤S₃₄；其中，步骤S₃₃₁、S₃₃₃₁、S₃₃₂和步骤S₃₄已详述在前，为简化说明故在此不再赘述。

步骤S₅₂₂：当所述处理单元12未识别出所述特定手势时，则根据所述图像帧IF判断物体形状和物体面积；当所述物体形状符合预设形状和所述物体面积符合预设面积，则进入开关控制模式（步骤S₅₂₂₁）。本实施例中，进入开关模式（步骤S₅₂₂₁）后则执行图4的步骤S₄₅₁和S₄₅₁₁或步骤S₄₅₂，并可选择执行或不执行步骤S₄₆；其中，步骤S₄₅₁、S₄₅₁₁、S₄₅₂和步骤S₄₆已详述在前，为简化说明故在此不再赘述。例如，所述处理单元12可在每接收一张图像帧IF时，先识别特定手势，当无法识别出特定手势则再识别物体形状和物体面积。

必须说明的是，所述处理单元12识别图像帧IF中的手掌手势或握拳手势的方式例如可根据图像帧IF中的物体形状来进行；所述处理单元12识别图像帧IF中的物体形状和物体面积的方式例如可设定至少一亮度阈值，并根据图像帧IF中亮度大于所述亮度阈值的像素排列来决定物体形状和物体面积。图3-图5的开关装置的操作方法可同时适用于图1和图2的开关装置1和1′。

综上所述，已知开关装置仍具有操作不便或无法适用特定状况的情形。本发明还提出一种开关装置（图1和2）和其操作方法（图3-图6），其可直接根据使用者的手掌手势或握拳手势等图像变化来进行开关操作，并可排除环境物体以避免误动作的情形。

虽然本发明已通过前述实施例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种开关装置，用以控制电子装置，该开关装置包括：

图像传感器，用以连续获取图像帧；

处理单元，用以在预设时间内根据所述图像帧依次识别出手掌手势和握拳手势或在依次识别出所述握拳手势和所述手掌手势时产生控制信号；以及

传输单元，用以传送所述控制信号至所述电子装置。

2.根据权利要求1所述的开关装置，其中当在第一图像帧识别出所述手掌手势时，所述处理单元在后续图像帧中仅根据预设图像范围识别所述握拳手势；或当在所述第一图像帧识别出所述握拳手势时，所述处理单元在后续图像帧中仅根据所述预设图像范围识别所述手掌手势。

3.根据权利要求2所述的开关装置，其中所述处理单元在所述预设时间内仅处理所述预设图像范围的图像信息。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的开关装置，其中所述图像传感器为远红外线传感器。

5.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的开关装置，该开关装置还包括用以照明所述图像传感器的视野范围的红外光光源。

6.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的开关装置，该开关装置还包括用以提供操作时所需的电力的太阳能模组。

7.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的开关装置，其中所述预设时间为0.5-2秒。

8.一种开关装置，用以控制电子装置，该开关装置包括：

图像传感器，用以连续获取图像帧；

处理单元，用以根据所述图像帧判断物体形状和物体面积，当所述物体形状符合预设形状及所述物体面积符合预设面积且在预设时间内发生预设面积变化时，产生控制信号；以及

传输单元，用以传送所述控制信号至所述电子装置。

9.根据权利要求8所述的开关装置，其中当第一图像帧中所述物体形状符合所述预设形状及所述物体面积符合所述预设面积时，所述处理单元在后续图像帧中仅根据预设图像范围识别所述预设面积变化。

10.根据权利要求9所述的开关装置，其中所述处理单元在所述预设时间内仅处理所述预设图像范围的图像信息。

11.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的开关装置，其中所述图像传感器为远红外线传感器。

12.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的开关装置，该开关装置还包括用以照明所述图像传感器的视野范围的红外光光源。

13.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的开关装置，该开关装置还包括用以提供操作时所需的电力的太阳能模组。

14.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的开关装置，其中所述预设形状为圆形和椭圆形。

15.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的开关装置，其中所述预设面积变化为所述物体面积的40%-60%的面积变化或140%-160%的面积变化。

16.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的开关装置，其中所述预设时间为0.5-2秒。

17.一种开关装置的操作方法，所述开关装置包括图像传感器和处理单元，该操作方法包括：

以所述图像传感器连续获取图像帧；

以所述处理单元根据所述图像帧识别手掌手势或握拳手势；以及

当所述处理单元识别出所述手掌手势或所述握拳手势并在预设时间内识别出预设手势变化时，产生控制信号。

18.根据权利要求17所述的操作方法，其中所述预设手势变化为：从所述手掌手势变化为所述握拳手势或从所述握拳手势变化为所述手掌手势。

19.根据权利要求17所述的操作方法，该操作方法还包括：

当所述处理单元在第一图像帧识别出所述手掌手势或所述握拳手势时，在所述预设时间内仅处理所述图像传感器所获取的所述图像帧的预设图像范围的图像信息。

20.根据权利要求17所述的操作方法，其中在未识别出所述手掌手势或所述握拳手势时，所述操作方法还包括：

以所述处理单元根据所述图像帧判断物体形状和物体面积；以及

当所述物体形状符合预设形状及所述物体面积符合预设面积且所述预设时间内发生预设面积变化时，产生所述控制信号。

21.根据权利要求20所述的操作方法，该操作方法还包括：

当第一图像帧中所述物体形状符合所述预设形状和所述物体面积符合所述预设面积时，所述处理单元在所述预设时间内仅处理所述图像传感器所获取的所述图像帧的预设图像范围的图像信息。