CN104423720B - 一种基于摄像头的电脑输入设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摄像头的图像来给电子设备输入信息的装置和方法。本发明包括两个摄像头和一块平板，其主要特征是两个摄像头位于平板的侧边，根据两个摄像头对平板表面物体所摄取的图像来推算出物体的位置和运动，从而产生相应的输入信号。这样的装置和方法不仅可以提高现有触摸屏的灵敏度，扩大可触发物的范围，减轻手指所用力，而且可以用于外接的鼠标和键盘，并使其能改变尺寸以适用于不同用户的身体尺寸，减少手指和身体关节受力，且可以使鼠标和键盘合而为一。

Description

一种基于摄像头的电脑输入设备和方法

【技术领域】

本发明涉及人机输入技术领域，具体地说，是一种用摄像头来操作的输入设备及其方法。

【背景技术】

近年来，随着智能手机和平板电脑的普及，触摸技术也从原来笔记本电脑上常用的触摸板而发展为与显示屏相结合的触摸屏技术，并得到越来越广泛的应用。由于触摸屏的触摸技术与触摸板基本相同，只是在触摸板上添加了显示屏，所以以下统称为触摸板。

常用的触摸板有电容式，电阻式，和红外等几种。它们各自都有其限制和弊端。电容式触摸板要求触摸物为能影响电容的导体或电介质。如果用戴普通手套的手指，或仅用指甲接触就不能触发触摸屏信号。并且其稳定性对触摸物的大小有要求，这就限制了屏幕的分辨率。

电阻式触摸板不仅对压力有要求，而且由于介质的不稳定而常容易搞错压力点。其分辨率和准确性都有不足之处。红外触摸板有着受背景光影响的不足，且分辨率和反应速度也受到许多限制。

【发明内容】

为了减少对触摸物的限制和要求，减少对触摸压力的要求，提高对触摸物位置的分辨率，以及提高对触摸反应的灵敏度，本发明提供了一种基于摄像头的设 备和方法来解决这些问题。

本发明所采用技术方案是，在触摸板的侧边安放两个摄像头，其摄像范围包括触摸板的上面及邻近区域。将两个摄像头所观察到的触摸物及背景图像传送到微处理器来加以比较和处理，就可以确定触摸物所在位置，及与触摸板的垂直距离。

对于触摸物与触摸板之间距离是否可触发信号的判别可以有两种方案。一种是在图像中当触摸物底部达到触摸板外延一定距离时就可判定为进入可以触发信号的高度。另一种是在触摸板上构造一凸起，当图像中触摸物的底部达到凸起的顶部时，即可判定触摸物进入触发高度区。

触摸板上可以激发信号的区域可以是由内部软件事先设定，也可以通过在触摸板上设定标识物来界定。这样，用户可以通过调整标识物位置来改变可触发区域的大小。

由于对触摸物的要求仅为摄像头可在触摸板背景中辨认，就大大扩展了可用的触摸物。由于摄像头的分辨率己达百万像素级且还在提高，就大大提高了位置的分辨率。由于是从图像来辨别触摸物与触摸板间的距离，所以触摸的压力不再是必须。

这种基于摄像头的触摸类型的输入设备，不仅可以集成在平板型电脑中，也可 以做成外接型的鼠标和键盘类输入设备，从而可以改善现有的鼠标和键盘设备，不仅可以提高分辨率，减轻手指用力，而且可以由用户调节尺寸，以适应不同人身体尺寸，减少用户关节应力和劳损。

也可以把鼠标触摸板的图案和键盘触摸板的图案放置于同一个板面上。这样就可在同一个板面上进行键盘输入和鼠标点击两种操作。即当触发物在盘面滑动时就移动光标，当触发物进出鼠标按键区时就激发鼠标按键功能，而当触发物点击键盘键符号时就输入键盘字符。这样就可将两种设备合而为一，增加了使用的方便性，减少了物质消耗和成本。

【附图说明】

附图1是本发明的基本原理图。

附图2是本发明的基本结构图。

附图3是本发明用于实现鼠标功能的示意图。

附图4是本发明用于实现键盘功能的示意图。

附图5是将键盘和鼠标功能集于一体的示意图。

【具体实施方式】

附图1是本发明的基本原理图。其视角方向为俯视触摸板。其中，A和B是两个摄像头的镜头的水平截面，D是其间的距离。C是触摸物，如手指或笔杆在触摸板上的截面。E，F，G，H是矩形之四角，处于两个摄像头的视角范围内，且定义了可以触发信号的区域范围。

以摄像镜头连线为X轴，以其中垂线为Y轴建立坐标系，则可以从两个摄像头的图像算得触摸物的位置。实际计算时，可先从图像中得到触摸物到两个摄像头连线与X轴的夹角，a和b。由摄像头间距离D，则可推算出触摸物在X轴上的投影x和在Y轴上的投影y分别为：

x=(D/2)*(tg(b)+tg(a))/(tg(b)-tg(a))

y=D*tg(a)*tg(b)/(tg(b)-tg(a))

附图2是本发明的基本结构图。其中，A和B是两个摄像头，C是触摸板。D和E是两个凸起的标识物，其高度定义了触摸物可以触发信号的高度，其侧边标识可触发范围的界限。即当有手指或其它物体进入所标识的高度和范围时，则微处理器可以根据如图1描述的原理计算出触摸物的位置。

附图3是本发明用于实现鼠标功能的水平截面示意图。如图所示，C1和C2为摄像头，A1为触摸板，A2虚线圈定的为触摸板内可触发信号的区域，B1，B2，B3，B4，B5为划定的对应于鼠标按键和转轮的功能区。D1和D2为标识物，其高度和侧边界定了触摸物可以触发信号的A2区域。

当触发物在A2区域滑动时，则引起光标在显示屏上做相应移动。当触发物进入B1区域时，相当于按下鼠标左键；当触发物进入B2区域时，相当于按下鼠标中键；当触发物进入B3区域时，相当于按下鼠标右键；当触发物进入B4区域时，相当于将鼠标转轮下转；当触发物进入B5区域时，相当于将鼠标转轮上转。当触发物离开这些区域时，则相当于松开按键或停止转动转轮。这样就完全实现了鼠标的功能。

附图4是本发明用于实现键盘功能的水平截面示意图。如图所示，C1和C2为摄像头，A1为触摸板。D1和D2为标识物，其高度和侧边界定了触摸物可以触发信号的区域。1，2，3，4，5，A，B，C，D，E，F，G，H，I，J为数字和字母按键。当触发物进入这些按键区域时，则相当于按下相应按键。当触发物离开此区域时，则相当于松开按键。这样就完全实现了键盘的功能。

在图5中，C1和C2为摄像头，A1为触摸板，A2虚线圈定的为触摸板内可触发信号的区域，A3为键盘键所在区域。B1，B2，B3，B4，B5为划定的对应于鼠标按键和转轮的功能区。A，B，C，D，E，F，G，H，I，J为对应于键盘键的功能区。D1和D2为标识物，其高度和侧边界定了触摸物可以触发信号的A2区域。

当手指或触发物激发B1-B5区时，则微处理器产生相应的鼠标点击或转轮信号；当触发物直接进入并激发A-J区时，则产生相应的键盘键信号；当触发物在A2区内滑动时，可移动光标。若是触发物从A2区内，A3区外进入A3区内，则只移动光标而不会激发键盘信号。

Claims (5)

1.一种电子输入装置，包括一块平板，两个摄像头，以及一个和摄像头交换数据的微处理器及其相关电路，其特征是，所述两个摄像头处于所述平板的侧面；所述两个摄像头的视野都包括所述平板的一面及邻近范围；在所述平板的所述面上方预先设定一距离高度，与所述面构成为触发空间；当有手指或其它可被所述摄像头辨别的触发物体进入所述触发空间时，所述微处理器可以从所述两个摄像头的图像推算出所述手指或所述物体在所述平板上的空间位置，并产生相应的触发信号。

2.根据权利要求1所述的输入装置，其特征是，在所述平板的所述面上用简单的凸起标识物来界定可以触发信号的空间范围，包括高度和广度，取代所述预设的距离高度，且用户可以根据自己的意愿来调整或替换所述标识物。

3.根据权利要求1所述的输入装置，其特征是，在所述平板的所述面上标识有一些特定的区域，分别对应于鼠标的各按键，鼠标上转轮转动的两个方向，以及移动光标的区域；所述众区域与所述的触发空间高度构成一些具有各自功能的触发空间；

当所述手指或所述触发物体进入对应于所述鼠标按键功能的触发空间，尚未触及所述平板时，即可触发相应所述按键被按下的信号；而当所述手指或所述触发物体离开对应于所述鼠标按键功能的触发空间时，则触发相应所述按键被释放的信号；

当所述手指或所述触发物体进入所述对应于转轮方向的触发空间，无需移动，即可触发所述转轮向相应方向转动的信号；而当所述手指或所述触发物体离开所述转轮方向的触发空间时，则触发所述相应转轮停止转动的信号；

当所述手指或所述触发物体在所述对应于移动光标的触发空间移动时，无论是否触及所述平板，都可触发所述光标进行相应移动的信号。

4.根据权利要求1所述的输入装置，其特征是，在所述平板的所述面上有特定的区域与键盘键的功能相对应，每一个键盘键位区域和其垂直上方的触发空间高度构成一个三维触发键位空间，当所述手指或所述触发物体进入所述三维触发键位空间，尚未触及任何实体时，所述微处理器就产生相应的按键信号；当所述手指或所述触发物体离开所述三维触发键位空间时，则所述微处理器就产生相应的松开键的信号。

5.根据权利要求1所述的输入装置，其特征是，在所述平板上有标定的区域以实现鼠标功能，也有标定的区域以实现键盘功能；所述各区域与所述距离高度构成各自的触发空间；当有所述手指或所述触发物体先进入所述鼠标功能触发空间，未离开所述平板的触发空间就进入所述键盘功能区域的触发空间时，则只起移动光标的作用，而不起激发键盘键的作用。