CN106055938A - 一种基于光的解锁装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光的解锁装置，利用光的投射与采集来识别用户操作，从而对设备或者程序进行解锁，具体包括：软件算法、硬件模块和有效操作区域三个部分。硬件模块包括光发射模块，图像采集模块和处理器。解锁方法首先基于对用户操作的数据进行采集与分析，然后进行感兴趣区域的特征数据信息提取，通过比较此特征数据信息与预定义特征数据信息是否匹配来判断是否进行解锁或是状态切换。

Description

一种基于光的解锁装置
技术领域
本发明涉及一种基于光的解锁装置，更具体的说，是一种基于光的投影、检测、处理，从而达到对设备进行解锁的目的。
背景技术
目前越来越多的家庭娱乐设备和电子产品采用非接触式手势控制作为人机交互的方式。在非接触手势控制系统中，系统往往会根据用户的手势动作做出响应，因而用户无意间的手势动作会导致系统的误操作。因此，非接触式控制系统中需要锁定和解锁功能。
在新兴的光投影电脑领域中，人们使用光投影键盘作为输入，使用光投影头作为显示输出。然而，有时候因为某种原因长时间不使用光投影键盘，或者因为暂时要离开又不准备关机，或者因为其他原因，人们希望设备进入一种待机状态或低功耗状态。当再次操作时，又希望更安全更快速地回到正常工作状态。此时，设备也需要具备锁定和解锁的功能。
非接触式解锁方法中，有基于三维手势的解锁方法，但是三维信息的提取和手势的识别，占据大量的系统资源，用掉更多的时间而且会产生延迟的现象，并且容易产生误识别的结果。此外，也有基于肤色的手势解锁方法，但是一方面肤色容易受到环境光以及脸色的干扰，另一方面手需要面向摄像头，限制了使用角度，影响了用户使用的舒适度。
发明内容
本发明提出一种基于光的解锁装置，利用光的投射与采集识别用操作，从而进行快速的状态切换，如从锁定状态转换为解锁状态，从解锁状态转换为锁定状态，或者从一种应用状态转换为另一种应用状态。
图1所示为本发明的总体架构图。具体包括三个部分：软件算法103、硬件模块102和有效操作区域101。
所述硬件模块包括光发射模块104，图像采集模块106和处理器105。光发射模块104用于向有效操作区域101投射出光。图像采集模块106用来获取用户在有效操作区域内的操作信息。处理器模块105用来接收或发送电信号给图像采集模块和/或光发射模块，并运行相关的程序。
所述有效操作101区域是指，能够被光发射模块104所发射的光覆盖到，并且能够被图像采集模块106识别到的区域。
所述软件算法，具体为解锁算法。基于此解锁算法所扩展的诸如状态切换等功能算法，也应视为本专利的保护范围。
所述解锁方法，包括：
获取图像采集模块所输出的数据信息；
基于上述数据信息进行特征提取，包括静态特征数据和动态特征数据；
基于以上的特征数据信息与预设的解锁特征信息进行对比，如果特征匹配则切换状态至解锁状态，如果特征不匹配，则保持锁定状态。
本发明与现有技术相比较的有益效果是：
（1）本发明解决了光电脑领域对相应设备进行锁定和解锁的问题；
（2）本发明使用激光辅助非接触输入信息识别，后期处理简单，能更快获取有用的信息，并且可以有效减小环境的干扰；
（3）本发明解锁方法清晰简单，易于操作，并且相关模块设计形成架构，以后设计者只需在相应模块的基础上进行升级，便可达到更好的设计效果。
附图说明
图1为本发明总体架构图。
图2为本发明解锁算法说明图。
图3 为光解锁装置具体实施例结构图。
图4 为关键模块安装位置示意图一。
图5 位关键模块安装位置示意图二。
具体实施方式
下面用具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明基于光的解锁装置，具体实施方式如图1所示，为了实现应有的效果，硬件模块的选择和安装位置非常关键。
其中光发射模块104提供基础光源，具体包括激光、射线或者人眼可识别到的光线。使用激光效果较好，其功率较强，单色性好，容易形成光面。光发射模块104所投射出的光应为平面光，通常呈现为扇面输出的形式。但是对于简单改变光平面形状，或是简单增加光发射器数量的形式，也可认为是本专利的范畴。
图像采集模块106用来采集用户操作信息，可以采用摄像头，面阵CCD，等光敏感转换器件。
处理器模块105用来接收或发送电信号给图像采集模块和/或光发射模块，也可以选择来运行相关的算法和解锁程序。具体的，可以选择ARM、DSP、FPGA、单片机或其他芯片中的一种或几种的组合来进行设计，也可以由用户自行设计芯片或采用其他类型的处理器芯片进行设计。
其中图像采集模块106和光发射模块104的位置关系，如相对距离，相对角度，相对位置等尤为重要，不同的位置关系确定了不同的有效操作区域。其中有效操作区域101为光发射模块104所发射的光所能覆盖到，并且能够被图像采集模块106识别到的区域。
其中软件算法模块103，运行具体的解锁算法，该算法可以运行在所述的处理器105中。同时基于此解锁算法所扩展的诸如状态切换等功能算法，也应视为本专利的保护范围。
上述的解锁方法如图2所示，具体实施步骤如下：
图像数据采集步骤201，用来获取图像采集模块所输出的数据信息；同时也有可能会包括图像预处理等相关算法，如灰度化，膨胀腐蚀，轮廓提取等相关预处理步骤。
操作特征提取步骤202，用来对预处理结束后的相关信息，进行特征提取，包括静态特征数据和动态特征数据。
其中静态特征数据信息，可以理解为单帧数据特征，以摄像头为例，可以是某一时刻的一帧数据，基于此，可以实现对操作者的操作信息进行识别，如手势信息，此信息可能包括有效识别区域101内手指的数目，手掌模式或者是握拳模式等。其中动态特征数据信息，可以理解为以多帧数据为基础，帧与帧之间的数据特征，如某个特征手势的运动轨迹，运动速度，运动加速度，手势的变化数据特征等等。
步骤203当前操作特征与解锁预定义特征是否相同，可以理解为通过操作特征提取步骤202所获取静态或动态特征数据信息，与解锁需要的预定义特征数据信息进行对比的过程。其中预定义特征数据信息可以包括：从某个特征位置或区域移动到另一个特征位置或区域；运动轨迹符合一定的形状；运动速度或加速度发生某种特殊的变化；静态数据特征具有某种特征；静态数据发生一定的变化等等。此解锁特征信息可以理解为上述预定义信息的一种或是几种的组合。
实现解锁步骤204，即为当条件203满足时，状态有锁定变为解锁，或是从解锁变为锁定状态，此外有可能还包括一定的后续执行步骤，如关闭或打开某些相关的电子器件等等。
维持锁定状态205，即保持锁定状态，解锁失败。
实施例一。本发明针对图3，基于光的解锁设备的实施方式，有如下实施例：设备300举例了一种简单的并且包含本专利基本要素的装置。
其中光发射模块304为平面红外激光发射模块，产生扇形激光覆盖区，其安装在设备300的底部。图像采集模块305取摄像头，摄像头能捕捉到的区域与上述扇形激光覆盖区共同构成有效识别区域303，此模块安装在设备300的上方。
处理器306中运行算法307，算法中预定义的操作特征包括静态特征和动态特征，其中静态特征为4个手指，动态特征为沿着移动302的轨迹进行运动。当操作者在有效识别区域303中有4个手指，并且按照移动302运动时，解锁模块识别出此操作特征与预定义操作特征相符，因而设备解锁，并且执行相应的解锁处理程序；当不相符时，设备依旧处于锁定状态。
实施例二。本例是为了举例说明光发射模块和数据采集模块之间的一种位置关系而设计。图4为设备工作状态下的整体侧视图，其中左侧为设备内部区域401，右侧为设备外部区域402，设备放置在桌面403上。
本实施例的特点在于说明光发射模块406投射出的激光平行于桌面，因而其与图像数据采集模块407共同构成的有效识别区域405也是平行于桌面的一个激光面。
当操作手404在有效识别区域405中操作时，光通过光发射模块406发出，被操作手404反射，最终被图像数据采集模块407采集，形成光路408。其中需要说明的是光路中光发射模块406到被操作手404反射之前的部分，实际上是处于有效识别区域405中，此部分在图4中的表现形式是为了更清晰说明光路408的情况。
解锁过程，便是操作手404在有效识别区域405进行静态操作或是运动的过程，具体实现请参考实施例一的相关描述。
本实施例的操作区域为桌面，操作者便可以在桌面上的有效识别区域405内进行方便快捷的操作，如多指或单指的触摸与移动等等。
实施例三。本例是为了举例说明光发射模块和数据采集模块之间的另一种位置关系而设计。图5为设备工作状态下的整体侧视图，其中左侧为设备内部区域501，右侧为设备外部区域502，设备放置在桌面503上。
本实施例的特点在于说明光发射模块506投射出的激光不平行于桌面并且与桌面形成一定的角度，因而其与图像数据采集模块507共同构成的有效识别区域505也会与桌面形成一定的角度并且处于桌面上方的空间中。
当操作手504在有效识别区域505中操作时，光通过光发射模块506发出，被操作手504反射，最终被图像数据采集模块507采集，形成光路508。其中需要说明的是光路中光发射模块506到被操作手504反射之前的部分，实际上是处于有效识别区域505中，此部分在图5中的表现形式是为了更清晰说明光路508的情况。
解锁过程，便是操作手504在有效识别区域505进行静态操作或是运动的过程，具体实现请参考实施例一的相关描述。
实施例三的操作区域延伸到了空间，可以方便捕获操作者在空间中的某些姿态，如在有效识别区域505处的挥手操作等等，使用户操作更加舒适更加便捷。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.基于光的解锁装置，其特征在于，利用光的投射与采集来识别用户操作，从而对设备或者程序进行解锁，具体包括：
包括光发射模块，图像采集模块和处理器的硬件模块；
能够被光发射模块所发射的光覆盖到，并且能够被图像采集模块识别到的有效操作区域；
基于用户操作的数据采集与分析，对是否解锁做出判断等软件算法。
2.根据权利要求1所述的光发射模块，其特征在于，至少有一个可以向有效操作区域内投射出光的模块。
3.根据权利要求2所述的投影出的光，其特征在于，投射出的光建议采用但不限于激光，投射出的光的形态为平面光或平面光的叠加，投射出光的光强可以被调节。
4.根据权利要求1所述的图像采集模块，其特征在于，利用光的反射，以一定频率来获取用户在有效操作区域内的操作信息，并且此图像采集模块可以使用一个光敏感器件或者多个光敏感器件的组合来构成。
5.根据权利要求1所述的处理器，其特征在于，可以用来接收或发送电信号给图像采集模块和/或光发射模块，并且可以运行一定的算法和处理程序。
6. 根据权利要求1所述的软件算法，其特征在于，包括如下步骤：
获取图像采集模块所输出的数据信息；
基于所述数据信息进行特征数据信息提取，包括静态特征数据和动态特征数据；
基于所述的特征数据信息与预设的解锁特征信息进行对比，如果特征匹配则切换状态至解锁状态，如果特征不匹配，则保持锁定状态。
7.根据权利要求6所述的静态特征数据，其特征在于，某个时刻下，被图像采集模块采集到的图像信息中，能够反映操作者想要表达而非环境背景或其他周围干扰的数据信息。
8.根据权利要求7所述的操作者想要表达的数据信息，其特征在于，包括手指的数目，手指的大小，拳头或者张开的手掌在内，但不限制于此的基本特征数据信息。
9.根据权利要求6所述的动态特征数据，其特征在于，在一个连续过程中，对某个或多个具有基本特征数据信息的对象进行跟踪，包括基本特征数据信息的变化，或者某些运动特征信息，如速度，加速度，轨迹，起始和终止坐标，起始或终止区域等等。
10.一种用于基于光的状态切换方法，所述方法包括以下步骤：
获取图像采集模块所输出的数据信息；
基于所述数据信息进行特征数据信息提取，包括静态特征数据和动态特征数据；
基于所述的特征数据信息与预设的状态切换触发特征信息进行对比，如果特征匹配则切换状态，如果特征不匹配，则保持原来状态。
11.根据权利要求10所述的静态特征数据，其特征在于，某个时刻下，被图像采集模块采集的图像信息中，能够反映操作者想要表达而非环境背景或其他周围干扰的数据信息。
12.根据权利要求11所述的操作者想要表达的数据信息，其特征在于，包括手指的数目，手指的大小，拳头或者张开的手掌在内，但不限制于此的基本特征数据信息。
13.根据权利要求10所述的动态特征数据，其特征在于，在一个连续过程中，对某个或多个具有基本特征数据信息的对象进行跟踪，包括基本特征数据信息的变化，或者某些运动特征信息，如速度，加速度，轨迹，起始和终止坐标，起始或终止区域等等。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述图像采集模块，其特征在于，利用光的反射，以一定频率来获取用户在有效操作区域内的操作信息，并且此图像采集模块可以使用一个光敏感器件或者多个光敏感器件的组合来构成。
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