CN104484078A - 一种基于射频识别的人机交互系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于射频识别的人机交互系统及方法，人机交互系统包括交互屏、协调器、读写器、卡套以及主机，交互屏由依次连接的触摸屏、显示屏和射频天线层构成；协调器与天线层连接，读写器与协调器连接；卡套包括指套以及位于指套中且携带有信息的卡片，主机与读写器和交互屏连接，用于控制交互屏准确定位触点位置、控制触点位置附近的天线开启、控制读写器检测卡套中卡片的信息以及将触点和卡片信息绑定。本发明通过触摸屏感知用户触点的位置，然后开启触点下方的射频天线，检测到用户手指上的卡片的信息后绑定到原来的触点上，产生一个新型的触点，当用户用不同的手指点击同一个位置时，也能区别开来，而进行不同的处理。

Description

一种基于射频识别的人机交互系统及方法

技术领域

本发明属于人机交互领域，更具体地，涉及一种基于射频识别的人机交互系统及方法。

背景技术

目前人机交互已经取得了不少研究成果，不少产品已经问世。侧重多媒体技术的有：触摸式显示屏实现的“桌面”计算机，能够随意折叠的柔性显示屏制造的电子书，从电影院搬进客厅指日可待的3D显示器，使用红绿蓝光激光二极管的视网膜成像显示器；侧重多通道技术的有：“汉王笔”手写汉字识别系统，结合在微软的Tablet PC操作系统中数字墨水技术，广泛应用于Office/XP的中文版等办公、应用软件中的IBM/Via Voice连续中文语音识别系统，输入设备为摄像机、图像采集卡的手势识别技术，以IPHONE手机为代表的可支持更复杂的姿势识别的多触点式触摸屏技术，以及IPHONE中基于传感器的捕捉用户意图的隐式输入技术。

人机交互技术领域热点技术的应用潜力已经开始展现，比如智能手机配备的地理空间跟踪技术，应用于可穿戴式计算机、隐身技术、浸入式游戏等的动作识别技术，应用于虚拟现实、遥控机器人及远程医疗等的触觉交互技术，应用于呼叫路由、家庭自动化及语音拨号等场合的语音识别技术，对于有语言障碍的人士的无声语音识别，应用于广告、网站、产品目录、杂志效用测试的眼动跟踪技术，针对有语言和行动障碍人开发的“意念轮椅”采用的基于脑电波的人机界面技术等。热点技术的应用开发是机遇也是挑战，基于视觉的手势识别率低，实时性差，需要研究各种算法来改善识别的精度和速度，眼睛虹膜、掌纹、笔迹、步态、语音、唇读、人脸、DNA等人类特征的研发应用也正受到关注，多通道的整合也是人机交互的热点，另外，与“无所不在的计算”、“云计算”等相关技术的融合与促进也需要继续探索。

现在设备都趋向于小型化，设备越来越小，供用户和主机交互的界面也越来越小，即供用户操作的界面也越来越小，对触摸屏而言，屏幕的按钮趋向于越来越少，按钮少了，人机交互的手势数量一定，那么人们与主机交互的入口也就变小了，操作就变得困难了。

以往的人机交互技术有很多，比如单击、双击、滑动等等，但是不够丰富，有人已经实现了手指数目的识别，但是不能识别手指的种类，已有人提出不同技术的手指识别，但是有的只能识别不同人的手指，有的只能识别是哪一只手(左手和右手)，有的可以识别不同手指但是不能多点触摸，有的触点面积较大而且包含信息量小，有的还受人的姿势、环境等的影响非常大。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于射频识别的人机交互系统及方法，可以识别点击屏幕的手指，并区分不同的人的不同的手指点击，目的在于使人机交互更加便捷，增加了手势库的数量，还可以多点触摸，旨在解决人机交互中按键越来越少，但功能却越来越多的问题。

本发明提供了一种基于射频识别的人机交互系统，包括：

卡套，包括指套以及位于所述指套中且携带有信息的卡片；

交互屏，所述交互屏由依次连接的触摸屏、显示屏和射频天线层构成；

协调器，与所述射频天线层连接，用于对读写器和天线进行匹配；

读写器，与所述协调器连接，用于读写卡套中卡片的信息；以及

主机，与所述读写器和所述交互屏连接，用于控制所述交互屏准确定位触点位置、控制触点位置附近的天线开启、控制读写器检测所述卡套中卡片的信息以及将触点和卡片信息绑定。

更进一步地，所述主机包括：

触点采集控制模块，用于当用户点击触摸屏时，控制所述交互屏准确定位触点位置并将触点位置信息发送出去；

天线开启控制模块，根据所述触点位置信息输出用于控制触点位置附近的天线开启的第一控制信号；

射频识别控制模块，当天线开启后，输出用于控制读写器检测位于天线层上方屏幕上的指套中的卡片信息的第二控制信号；

信息绑定模块，用于根据时间最近原则将触点和卡片信息绑定起来，并储存第二类触点的位置信息和卡片信息；以及

屏幕显示模块，用于当检测到第二类触点后，将所述第二类触点的信息输出。

更进一步地，所述射频天线层包括多个并排设置的矩形天线。

更进一步地，所述协调器的个数与所述射频天线层中的天线的个数相同，每一个天线连接一个协调器。

更进一步地，所述指套中卡片的信息可以根据需要修改。

本发明还提供了一种基于射频识别的人机交互方法，包括下述步骤：

S1：当用户点击触摸屏时，获取触点的位置信息；

S2：根据触点的位置信息控制读写器开启触点位置附近的天线；

S3：当天线开启后，检测天线上方屏幕上的指套中的卡片信息，当没有检测到卡片信息时，则认为该触点为第一类触点；当检测到卡片信息时则认为该触点为第二类触点；

S4：将检测到的卡片信息与第二类触点绑定，并存储所述第二类触点的位置信息和卡片信息。

更进一步地，在步骤S4中，通过将检测到的卡片信息与第二类触点绑定能区分不同的人不同的手指同时对频幕的点击。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于增添了射频识别模块，可以识别点击屏幕的手指，并区分不同的人的不同的手指点击，增加了手势库的数量，还可以多点触摸，使得人机交互手势数目成倍数增长，使人机交互更加便捷。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于射频识别的人机交互系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的基于射频识别的人机交互系统的工作流程图；

图3是本发明实施例提供的射频天线层的具体结构示意图；

图4是本发明实施例提供的人机交互系统中指套的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的人机交互系统应用到新型电子琴的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明致力于手指识别的实现，也就是即使只有一个按钮，我可以使用五根手指完成以前有五个按钮但是只使用一根手指完成的事。

本发明是一种新型的人机交互系统，包括交互屏，其中交互屏的上层是触摸屏，中层是显示屏，下层是射频天线层，一方面触摸屏可以采集第一类触点(第一类触点是指传统的普通触点)，另一方面，新加入的射频识别系统可以帮助识别一些带有卡片信息的第二类触点(第二类触点是指与普通触点相区别的新型触点)。系统然后会将这两种触点信息提交给相应的应用并作出相应的处理。

本发明提供的基于射频识别的人机交互系统包括：交互屏，该交互屏由依次连接的触摸屏、显示屏和射频天线层构成；与天线层连接的协调器，与协调器连接的读写器，与读写器连接的主机，主机还与交互屏连接；其中主机包括触点采集控制模块、天线开启控制模块、射频识别控制模块、信息绑定模块和屏幕显示模块，触点采集控制模块用于当用户点击触摸屏时，控制所述交互屏准确定位触点位置并将触点位置信息发送出去；天线开启控制模块根据所述触点位置信息输出用于控制触点位置附近的天线开启的第一控制信号；射频识别控制模块用于当天线开启后，输出用于控制读写器检测位于天线层上方屏幕上的指套中的卡片信息的第二控制信号；信息绑定模块用于根据时间最近原则将触点和卡片信息绑定起来，并储存第二类触点的位置信息和卡片信息；屏幕显示模块用于当检测到第二类触点后，将所述第二类触点的信息输出。

本发明提供的基于射频识别的人机交互系统的工作原理如下：

用户在点击时，触摸屏可以准确定位触点位置，并将位置信息通过传输线发送给主机；

得到触点位置信息的主机会通过传输线发送开启触点位置附近的天线的指令给Rfid读写器，开启触点位置附近的两根天线；

天线开启后，读写器开始检测天线上方屏幕上的指套中的卡片，检测到卡片信息后就保存起来；

根据时间最近原则将触点和卡片信息绑定起来，并储存触点的位置信息和卡片信息，称之为第二类触点；

检测到一个第二类触点后，人机交互系统就会把触点的信息发送给具体的应用程序，应用程序就会对该触点做出回应，譬如在触点位置显示卡片信息。

该系统还包括射频识别，在识别通常的触点的同时打开读写器扫描触点中携带的卡片信息，即允许触点中带有卡片信息。

本发明的触点中可以带有能够改动的卡片信息，当约定每个手指所对应的卡片的特定信息后，不同的手指相互之间就可以被区别开来，丰富了人机交互系统的手势库；在目前智能手机的按键数目越来越少但功能越来越多的趋势下，本发明很好的迎合了这一趋势，只需要一个触摸键，五个手指点击就可以和以往五个触摸键，一个手指点击的系统效果相当。

除了上述所描述的优点外，本发明还有其他的特征和优点，譬如增加了触摸屏的操作手势种类，还有可以借助于本系统识别屏上的带有标签的物体。下面将对照参考图，对本发明作进一步详细的说明。

该系统包括一个“Tmr”屏(即交互屏)、主机、读写器和协调器，其中“Tmr”屏由触摸屏、显示屏和射频天线层构成。触摸屏可以采用红外触摸屏，显示屏可以采用普通的LCD显示屏，射频天线层可以采用自己制作的天线。天线层的具体结构如图3所示，天线层的天线并排放置，这些天线可以是用导线制成的矩形状，每根天线连接一个协调器，协调器可以使读写器和天线匹配，更好的工作，然后协调器连接读写器。

本发明还提供了一种基于射频识别的人机交互方法，包括下述步骤：

S1：当用户点击触摸屏时，获取触点的位置信息；

S2：根据触点的位置信息控制读写器开启触点位置附近的天线；

S3：当天线开启后，检测天线上方屏幕上的指套中的卡片信息，当没有检测到卡片信息时，则认为该触点为第一类触点；当检测到卡片信息时则认为该触点为第二类触点；

S4：将检测到的卡片信息与第二类触点绑定，并存储所述第二类触点的位置信息和卡片信息。

其中，在步骤S4中，通过将检测到的卡片信息与第二类触点绑定能区分不同的人不同的手指同时对频幕的点击。

为更好地理解本发明，以下将结合附图对发明的实施例进行详细的说明。图1示出了本发明的组成结构，该系统通过一个“Tmr”屏(交互屏)实现人机交互，该系统由主机、Rfid读写器、若干协调器(调谐天线达到阻抗匹配)、“Tmr”屏、带有指头那么大小卡片的类似于医用的橡胶指套a组成，“Tmr”屏则由射频天线层d、显示屏c、触摸屏b组成，可以是一种三明治结构，三层是叠在一起的，从上到下依次是触摸屏、显示屏、射频天线层，射频天线层接协调器再接上读写器，最后接上主机，系统便可控制读写器读写指套中的射频卡片的信息。用户需要戴上指套通过“Tmr”屏与系统交互。

如图4所示，我们所使用的特殊卡套是在我们常用的卡套里添上携带有信息的卡片，即将卡片整合到我们的指套中，要做到卡片好识别而且戴起来也要方便。在手指上戴上有标签的套子，如图4所示，我们采用的是里面内容能够改写的标签，这种卡片中的数据保存格式识别码是可以改动的，长度也只有一个字节，使用起来方便，我们改动卡片里面的数据保存格式识别码(DSFID)，把每个手指上的卡片的识别码设为可以互相区别的数字。依次设定与拇指、食指、中指、无名指、小拇指绑定的卡片的DSFID，主机就可以分辨不同的手指对界面的点击。

图2是本系统的工作流程图，本系统正是在按照该流程图工作的：首先用户戴上指套对“Tmr”屏进行操作，触摸屏检测到触点并向电脑报告触点的位置信息，然后主机控制Rfid读写器开启对应位置的天线来检测屏上方的卡片信息，如果没有检测到Rfid卡片，系统就会把该触点当做普通触点缺省处理。如果检测到卡片则将触点的位置信息和卡片里的数据信息绑定起来，于是产生了一个带有卡片信息的新型触点，然后主机把这个新型触点传递给应用程序做相应的处理。

为了更进一步的说明，现结合具体应用实例详述如下：

如图5，一种新型电子琴，这是一种基于射频识别的手持电子设备，包括基于射频识别的触摸显示屏、扬声器播放模块和指套或者五指手套；基于射频识别的触摸显示屏由外向内依次包括：触摸屏层、显示屏层和射频识别天线层，显示屏层用于显示琴键；指套或者五指手套的不同手指安装有不同的射频识别卡片；指套或者五指手套与触摸显示屏接触时，触摸显示屏通过射频识别天线层识别接触的指套或者五指手套的射频识别卡片。通过将识别出的射频识别卡片与目标射频识别卡片比较，判断与特定“琴键”接触的手指是否为目标手指，从而判断弹奏者指法的正确与否，便于电子琴弹奏者的自学与自主练习。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于射频识别的人机交互系统，其特征在于，包括：

卡套，包括指套以及位于所述指套中且携带有信息的卡片；

交互屏，所述交互屏由依次连接的触摸屏、显示屏和射频天线层构成；

协调器，与所述射频天线层连接，用于对读写器和所述射频天线层进行匹配；

读写器，与所述协调器连接，用于对所述卡套中卡片的信息进行读写；以及

主机，与所述读写器和所述交互屏连接，用于控制所述交互屏准确定位触点位置、控制触点位置附近的天线开启、控制读写器检测所述卡套中卡片的信息以及将触点和卡片信息绑定。

2.如权利要求1所述的人机交互系统，其特征在于，所述主机包括：

触点采集控制模块，用于当用户点击触摸屏时，控制所述交互屏准确定位触点位置并将触点位置信息发送出去；

天线开启控制模块，根据所述触点位置信息输出用于控制触点位置附近的天线开启的第一控制信号；

射频识别控制模块，当天线开启后，输出用于控制读写器检测位于天线层上方屏幕上的指套中的卡片信息的第二控制信号；

信息绑定模块，用于根据时间最近原则将触点和卡片信息绑定起来，并储存第二类触点的位置信息和卡片信息；以及

屏幕显示模块，用于当检测到第二类触点后，将所述第二类触点的信息输出。

3.如权利要求1所述的人机交互系统，其特征在于，所述射频天线层包括多个并排设置的矩形天线。

4.如权利要求3所述的人机交互系统，其特征在于，所述协调器的个数与所述射频天线层中的天线的个数相同，每一个天线连接一个协调器。

5.如权利要求1所述的人机交互系统，其特征在于，所述指套中卡片的信息可以根据需要修改。

6.一种基于射频识别的人机交互方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1：当用户点击触摸屏时，获取触点的位置信息；

S2：根据触点的位置信息控制读写器开启触点位置附近的天线；

S3：当天线开启后，检测天线上方屏幕上的指套中的卡片信息，当没有检测到卡片信息时，则认为该触点为第一类触点；当检测到卡片信息时则认为该触点为第二类触点；

S4：将检测到的卡片信息与第二类触点绑定，并存储所述第二类触点的位置信息和卡片信息。

7.如权利要求6所述的人机交互方法，其特征在于，在步骤S4中，通过将检测到的卡片信息与第二类触点绑定能区分不同的人不同的手指同时对频幕的点击。