CN104200799A - 键盘类乐器琴键的动态图像检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种键盘类乐器琴键的动态图像检测装置及方法，采用三角法位移测量的原理，用一束光线以一定角度投射在琴键的表面形成光带线，用光电探测装置以另一角度对琴键表面的光带线进行成像，琴键表面光线照射点的位置高度不同，光电探测装置所接受散射或反射光线的角度也不同，由于投射光源与光电探测装置的位置固定，通过计算投射光源与初始光带线的距离及与琴键被按下后的光带线的距离，即可得到琴键表面光线照射点的高度变化；本发明装置利用一个唯一的投射光源，与一个唯一的图像采集器，实现了设备结构的简单化；在键盘乐器上配置及使用该装置，不需要对乐器进行改装，也不需要与琴键及联动部件接触，安装简单并可重复使用。

Description

键盘类乐器琴键的动态图像检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种通过结构光检测键盘类乐器在演奏中的琴键运动状态的装置及方法。

背景技术

目前，键盘乐器琴键状态检测有很多方式。无改装的方式较好的有国内发明专利（CN 102479501 A ）“键盘乐器琴键状态的无改装非接触检测装置”。该装置在琴键上面放置一组光电二级管，感应红外线二级管投射到琴面，而引起的电信号变化感应键是否被按下，或抬起。

这个装置的特点对安装要求相对严格，需要配备标尺工具，微调装置与键面的物理距离。并通过软件对按键进行逐一校对。由于安装在琴面上方，每次弹琴完毕以后，盖琴盖必须将装置取走，下次又需要再进行调整、校对。装置每个键面上方都需要配一对发射接收二级管，钢琴琴键有88个之多。设备容易损坏，维修麻烦。由于光敏二级管的光电特性，对按键的精确位置无法进行准确记录，只可以通过光电二级管的通断感应出键的弹起与按下两种状态。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种键盘类乐器琴键的动态图像检测装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 一种键盘类乐器琴键的动态图像检测装置，它包括发射机构、检测机构和控制器，所述发射机构位于琴键上方，用于发射持续的平行光束投射在琴键上；检测机构用于检测按键按下前后，发射机构投射在琴键表面的平行光束；控制器与检测机构相连，用于接收检测机构检测的光束信号，计算得到键位的高度变化。

进一步地，所述发射机构包括阵列红外线模块和一字波浪镜片；阵列红外线模块发出持续的红外平行光，通过一字波浪镜片后，转变成一条宽度小于0.3mm、与钢琴键平行的一字线红外光，投射到钢琴键上。

进一步地，所述检测机构包括滤波片、透镜和CCD；发射机构投射在琴键表面的平行光束，经过滤波片后只通过与阵列红外线模块发出的波段相同的光进入透镜，最终由CCD采集。

进一步地，还包括支撑结构，所述支撑结构包括180度转动轴、第一纵向支架、第二纵向支架、横向支架和两个钢琴吸盘；其中，第一纵向支架和第二纵向支架为两个长条形薄板；第一纵向支架和第二纵向支架通过180度转动轴相连；第一纵向支架上安装有发射机构和检测机构，发射机构位于近180度转动轴端；横向支架中部开有连接孔，第二纵向支架插入横向支架的连接孔中，通过螺栓与横向支架固定连接；横向支架的两端设有两个钢琴吸盘，两个钢琴吸盘吸附在钢琴共鸣箱的前面板上。

一种利用上述键盘类乐器琴键的动态图像检测装置的检测方法，包括以下步骤：

（1）发射机构以角度a发射一束光线投射在琴键的表面，形成光带线；

（2）检测机构以另一角度对琴键表面的光带线进行成像，得到琴键未按下时的光电图像S1；琴键表面光线照射点的位置因为黑键和白键的高度不同，在检测机构所形成的光电图像为高低相错的线段，黑键对应高位线段，白键对应低位线段；

（3）当琴键键位被按下时，光电图像S1中的高位线段或低位线段形成向下的位移，得到光电图像S2；控制器接收检测机构检测的光电图像，采用三角法位移测量的原理，由于发射机构与检测机构的位置固定，通过S1和S2中高低位线段的位置，即可计算出发射机构与初始光带线的距离h1及与琴键被按下后的光带线的距离h2；通过计算h2与h1的差值，即可得到琴键表面光线照射点的高度变化。

本发明的有益效果是：本发明采用三角法位移测量的原理，将一字线红外光投射到钢琴键上，实时采集按键按下时的位置变化，通过键位高度变化得到用户弹奏的速度、按下、松开的时间点等，从而在计算机中真实还原出用户弹奏时琴键的真实物理反应；本发明利用一个唯一的投射光源，与一个唯一的图像采集器，实现了设备结构的简单化；在键盘乐器上配置及使用该装置，不需要对乐器进行改装，也不需要与琴键及联动部件接触，安装简单并可重复使用。

附图说明

图1为本发明方法原理图；

图2为本发明实施例装置结构示意图；

图3为本发明实施例装置安装示意图；

图中，检测机构1、发射机构2、180度转动轴3、第一纵向支架4、横向支架5、钢琴吸盘6、螺栓7、连接孔8、钢琴共鸣箱9、钢琴键10、第二纵向支架11。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示本发明一种键盘类乐器琴键的动态图像检测装置，它包括发射机构2、检测机构1和控制器，所述发射机构2位于琴键上方，用于发射持续的平行光束投射在琴键上；检测机构1用于检测按键按下前后，发射机构2投射在琴键表面的平行光束；控制器与检测机构1相连，用于接收检测机构1检测的光束信号，计算得到键位的高度变化。所述发射机构2包括阵列红外线模块和一字波浪镜片；阵列红外线模块发出持续的红外平行光，通过一字波浪镜片后，转变成一条宽度小于0.3mm、与钢琴键平行的一字线红外光，投射到钢琴键上。所述检测机构1包括滤波片、透镜和CCD；发射机构2投射在琴键表面的平行光束，经过滤波片后只通过与阵列红外线模块发出的波段相同的光进入透镜，最终由CCD采集。

本发明利用上述键盘类乐器琴键的动态图像检测装置的检测方法，包括以下步骤：

（1）发射机构2以角度a发射一束光线投射在琴键的表面，形成光带线；

（2）检测机构1以另一角度对琴键表面的光带线进行成像，得到琴键未按下时的光电图像S1；琴键表面光线照射点的位置因为黑键和白键的高度不同，在检测机构1所形成的光电图像为高低相错的线段，黑键对应高位线段，白键对应低位线段；

（3）当琴键键位被按下时，光电图像S1中的高位线段或低位线段形成向下的位移，得到光电图像S2；控制器接收检测机构1检测的光电图像，采用三角法位移测量的原理，由于发射机构2与检测机构1的位置固定，通过S1和S2中高低位线段的位置，即可计算出发射机构2与初始光带线的距离h1及与琴键被按下后的光带线的距离h2；通过计算h2与h1的差值，即可得到琴键表面光线照射点的高度变化。

实施例1：

如图2、3所示，一种键盘类乐器琴键的动态图像检测装置，包括：检测机构1、发射机构2、180度转动轴3、第一纵向支架4、第二纵向支架11、横向支架5和两个钢琴吸盘6；其中，第一纵向支架4和第二纵向支架11为两个长条形薄板，长度分别为298和269与毫米；第一纵向支架4和第二纵向支架11通过180度转动轴3相连，可自由调整夹角；第一纵向支架4上安装有检测机构1和发射机构2，发射机构2作为主动式光源发射装置，位于近180度转动轴3端，检测机构1和发射机构2相距147毫米；横向支架5中部开有连接孔8，第二纵向支架11插入横向支架5的连接孔8中，通过螺栓7与横向支架5固定连接，第二纵向支架11可以根据钢琴的实际情况进行调整插入的深度，以此调整发射机构2的投射光线是否可以覆盖住整个琴键；横向支架5的两端设有两个钢琴吸盘6，两个钢琴吸盘6吸附在钢琴共鸣箱9的前面板上。所述发射机构2包括阵列红外线模块和一字波浪镜片；所述检测机构1包括滤波片、透镜和CCD。

用户在弹奏的时候，阵列红外线模块发出持续的红外平行光，通过一字波浪镜片后，转变成一条宽度小于0.3mm、与钢琴键10平行的一字线红外光，投射到钢琴键10用户弹琴不会触及的区域表面；钢琴键10按下时导致投射位置的变化，投射光经过滤波片后只通过与阵列红外线模块发出的波段相同的光进入透镜，最终由CCD实时采集钢琴键10上投射位置的图像数据；进而通过键位高度变化得到用户弹奏的速度，以及按下，松开的时间点，从而在计算机中真实还原出用户弹奏时，琴键的真实物理反应。本装置可集成通讯模块，与计算机以有线或无线的方式连接。

本发明装置所采用的技术与方法适应的键盘乐器种类，含各种传统的声学钢琴，电钢琴，电子琴，脚踏式风琴等与钢琴有类似键盘构造及布局的键盘乐器。也适用在自制专用键盘上采用本发明所涉及的动态图像检装置。

Claims (5)

1.一种键盘类乐器琴键的动态图像检测装置，其特征在于，它包括发射机构、检测机构和控制器，所述发射机构位于琴键上方，用于发射持续的平行光束投射在琴键上；检测机构用于检测按键按下前后，发射机构投射在琴键表面的平行光束；控制器与检测机构相连，用于接收检测机构检测的光束信号，计算得到键位的高度变化。

2.根据权利要求1所述一种键盘类乐器琴键的动态图像检测装置，其特征在于，所述发射机构包括阵列红外线模块和一字波浪镜片；阵列红外线模块发出持续的红外平行光，通过一字波浪镜片后，转变成一条宽度小于0.3mm、与钢琴键平行的一字线红外光，投射到钢琴键上。

3.根据权利要求1所述一种键盘类乐器琴键的动态图像检测装置，其特征在于，所述检测机构包括滤波片、透镜和CCD；发射机构投射在琴键表面的平行光束，经过滤波片后只通过与阵列红外线模块发出的波段相同的光进入透镜，最终由CCD采集。

4.根据权利要求1所述一种键盘类乐器琴键的动态图像检测装置，其特征在于，还包括支撑结构，所述支撑结构包括180度转动轴、第一纵向支架、第二纵向支架、横向支架和两个钢琴吸盘；其中，第一纵向支架和第二纵向支架为两个长条形薄板；第一纵向支架和第二纵向支架通过180度转动轴相连；第一纵向支架上安装有发射机构和检测机构，发射机构位于近180度转动轴端；横向支架中部开有连接孔，第二纵向支架插入横向支架的连接孔中，通过螺栓与横向支架固定连接；横向支架的两端设有两个钢琴吸盘，两个钢琴吸盘吸附在钢琴共鸣箱的前面板上。

5.一种利用权利要求1所述键盘类乐器琴键的动态图像检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）发射机构以角度a发射一束光线投射在琴键的表面，形成光带线；

（2）检测机构以另一角度对琴键表面的光带线进行成像，得到琴键未按下时的光电图像S1；琴键表面光线照射点的位置因为黑键和白键的高度不同，在检测机构所形成的光电图像为高低相错的线段，黑键对应高位线段，白键对应低位线段；

（3）当琴键键位被按下时，光电图像S1中的高位线段或低位线段形成向下的位移，得到光电图像S2；控制器接收检测机构检测的光电图像，采用三角法位移测量的原理，由于发射机构与检测机构的位置固定，通过S1和S2中高低位线段的位置，即可计算出发射机构与初始光带线的距离h1及与琴键被按下后的光带线的距离h2；通过计算h2与h1的差值，即可得到琴键表面光线照射点的高度变化。