CN108008907B - 一种基于虚拟键盘的输入设备及输入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于虚拟键盘的输入设备及输入方法，输入设备包括发出激光网的激光发射器，激光网投射至一目标物体，并于目标物体上显示红外键盘，输入设备还包括：激光接收器，设于激光发射器的上方，当激光网于一点触位置被遮挡产生一反射光线时，激光接收器接收反射光线并计算反射光线与激光接收器间的方位角及俯仰角；处理器，与激光接收器连接，接收方位角及俯仰角，并预设有激光接收器与激光发射器在投影方向上的间距，基于方位角、俯仰角及间距，获得点触位置于红外键盘上对应的键位。采用上述技术方案后，可完全抛弃现有的机械键盘输入方式和触摸键盘输入方式，可操作性强，也不会遇到造成智能设备卡顿的情况。

Description

一种基于虚拟键盘的输入设备及输入方法

技术领域

本发明涉及智能控制领域，尤其涉及一种基于虚拟键盘的输入设备及输入方法。

背景技术

目前可移动电子设备采用的多为机械键盘或系统自带的触摸屏键盘，机械键盘是一种键盘的类型，每一个按键都由一个独立的微动开关组成，因此按键段落感较强，近年来也是逐渐受到不少用户的好评。机械键盘比普通薄膜键盘寿命高，机械键盘使用时间长久之后,按键手感不会变化，机械键盘不同的轴的按键手感都不相同，机械键盘可以做到6键无冲，可以自己更换键帽,方便个性DIY，同样，因其售价过高，外观设计由于本身结构所致，所以无法做到薄膜键盘的美观度而同样优缺点分明。机械键盘不防水正常工作时意外进水，如不及时断电很容易造成键盘永久性损坏且重量较重，不方便携带。

随着智能终端的发展，其随身携带的性质决定了无法使用机械键盘，因此，在智能终端内，更多的使用触摸屏键盘，虽然省去了机械键盘的使用，但触摸屏键盘它需要占用设备的一部分显示界面，而且使用一段时间后输入的效率会变慢，屏幕时间长了容易失灵。

因此，需要一种在智能终端上的新型信息输入方法和输入设备，可完全抛弃现有的机械键盘输入方式和触摸键盘输入方式，可操作性强，也不会遇到造成智能设备卡顿的情况。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种基于虚拟键盘的输入设备及输入方法，相对于机械键盘售价较低，对空间和环境要求较低，且可实现多种方案，灵活性更高。

本发明公开了一种基于虚拟键盘的输入设备，包括发出激光网的激光发射器，所述激光网投射至一目标物体，并于所述目标物体上显示红外键盘，所述输入设备还包括：

激光接收器，设于所述激光发射器的上方，当所述激光网于一点触位置被遮挡产生一反射光线时，所述激光接收器接收所述反射光线并计算所述反射光线与所述激光接收器间的方位角及俯仰角；

处理器，与所述激光接收器连接，接收所述方位角及俯仰角，并预设有所述激光接收器与所述激光发射器在投影方向上的间距，基于所述方位角、俯仰角及间距，获得所述点触位置于所述红外键盘上对应的键位。

优选地，所述输入设备为可穿戴式终端，所述目标物体为手掌，所述点触位置由手指靠近或接触所述手掌形成。

优选地，所述红外键盘为九宫格红外键盘；

所述九宫格红外键盘内的每一单元键位投射至所述手掌的手心内一指节处。

优选地，所述处理器包括：

信号接收单元，接收所述方位角及俯仰角；

处理单元，与所述信号接收单元连接，接收所述方位角及俯仰角，并预设有所述间距，根据三角原理计算所述点触位置的方位；

控制单元，与所述处理单元连接，接收所述点触位置的方位，并执行所述点触位置对应的键位的输入。

优选地，所述处理单元内建立有一以所述激光发射器为原点的三维空间坐标系；

所述处理单元基于所述方位角及俯仰角，计算所述点触位置于所述三维空间坐标系内的坐标。

本发明还一种基于虚拟键盘的输入方法，包括以下步骤：

一激光发射器发射激光网至一目标物体，并于所述目标物体上显示红外键盘；

于所述激光发射器的上方设置一激光接收器，当所述激光网于一点触位置被遮挡产生一反射光线时，所述激光接收器接收所述反射光线并计算所述反射光线与所述激光接收器间的方位角及俯仰角；

根据预设的所述激光接收器与所述激光发射器在投影方向上的间距，基于所述方位角、俯仰角及间距，获得所述点触位置于所述红外键盘上对应的键位。

优选地，所述输入设备为可穿戴式终端，所述目标物体为手掌，所述点触位置由手指靠近或接触所述手掌形成。

优选地，所述红外键盘为九宫格红外键盘；

所述九宫格红外键盘内的每一单元键位投射至所述手掌的手心内一指节处。

优选地，根据预设的所述激光接收器与所述激光发射器在投影方向上的间距，基于所述方位角、俯仰角及间距，获得所述点触位置于所述红外键盘上对应的键位的步骤包括：

设置一处理器，所述处理器内的信号接收单元接收所述方位角及俯仰角；

所述处理器内的处理单元基于所述间距根据三角原理计算所述点触位置的方位；

所述处理器内的控制单元接收所述点触位置的方位，并执行所述点触位置对应的键位的输入。

优选地，所述处理器内的处理单元基于所述间距根据三角原理计算所述点触位置的方位的步骤包括：

于所述处理单元内建立一以所述激光发射器为原点的三维空间坐标系；

基于所述方位角及俯仰角，计算所述点触位置于所述三维空间坐标系内的坐标。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.完全抛弃现有的机械键盘输入方式和触摸键盘输入方式，可操作性强；

2.对空间和环境要求较低，且可实现多种方案，灵活性更高。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中基于虚拟键盘的输入设备的系统结构示意图；

图2为符合本发明一优选实施例中基于虚拟键盘的输入设备的工作原理图；

图3为符合本发明一优选实施例中基于虚拟键盘的输入方法的流程示意图；

图4为符合本发明一优选实施例中基于虚拟键盘的输入方法的键位获得流程示意图；

图5为符合本发明一优选实施例中基于虚拟键盘的输入方法的点触位置计算流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅图1及图2，分别示出了符合本发明一优选实施例中基于虚拟键盘的输入设备的系统结构示意图及工作原理图。该实施例中，输入设备包括了发出激光网的激光发射器，激光网投射至一目标物体，并在目标物体上显示红外键盘。

现有的红外键盘或是投影键盘在使用时，只需敲击键盘投影出的“键盘”按键，即可完成与普通键盘一样的输入操作，而且用户还可以选择打开/关闭“按键”音。打开“按键”音时，在打字时，投影键盘可以发出和机械键盘类似的键入音。投影键盘的确是可以输入信息的，但使用时，也具有部分缺点，例如，投影键盘并不是标准的布局，由于投影技术的特定局限，投影键盘无法拥有较大的宽度。这就导致了投影键盘没有办法布置小键盘，并且由于投影键盘上下的宽度也不同，因此在布置按键的时候也和标准键盘有很多的不同。

因此，在前案基础上，输入设备还包括了激光接收器，设于激光发射器的上方，激光发射器发射的激光网的上层，还具有一不可见红外光层，该层铺设在激光网的上层，但用户在使用时无法观察到其存在。考虑到键盘的使用，是需要用户在键位处按压的，因此用户在使用键盘时，向键盘施加的，始终是一个自上而下下压的动作。在使用本实施例中的输入设备时，随着用户的手指自上而下的动作，该红外光层或激光网的部分将被手指遮挡，并在被遮挡处即手指的位置发生反射，从而产生一反射光线，此时，激光接收器便会接收到该发射光线。反射光线的接收表示了有物体，即用户的手指遮挡了红外键盘的某一位置，便可将反射光线的接收动作理解为用户对该位置所在的键位按压，从而实现输入。

激光接收器在接收到反射光线后，将计算反射光线与激光接收器间的方位角及俯仰角。所谓的方位角，方位角是指卫星接收天线，在水平面做0°－360°旋转。方位角调整时抛物面在水平面做左右运动。通常通过计算软件或在资料中得到的结果应该是以正北方向(约地磁南极)为标准，将卫星天线的指向偏东或偏西调整一个角度，该角度即是所谓的方位角。至于到底是偏东还是偏西，取决于接收地与欲接收卫星之间的经度关系，以北半球为例，若接收地经度大于欲接收卫星经度，则方位角应向南偏西转过某个角度；反之，则应向东转过某个角度。正北方向用指南针来测定，但是由于地理北极和地磁南极并非完全重合，所以选好方位角之后还得做一些修正才有可能接收到最强的卫星信号。在地平坐标系中，通过南点、北点的地平经圈称子午圈。子午圈被天顶、天底等分为两个180°的半圆。以北点为中点的半个圆弧，称为子圈，以南点为中点的半个圆弧，称为午圈。在地平坐标系中，子午圈所起的作用相当于本初子午线在地理坐标系中的作用，是地平经度(方位)度量的起始面。方位即地平经度，是一种两面角，即午圈所在的平面与通过天体所在的地平经圈平面的夹角，以午圈所在的平面为起始面，按顺时针方向度量。方位的度量亦可在地平圈上进行，以北点为起算点，由北点开始按顺时针方向计量。方位的大小变化范围为0°～360°，北点为0°，东点为90°，南点为180°，西点为270°。从标准方向的北端起,顺时针方向到直线的水平角称为该直线的方位角。方位角的取值范围为0～360度。所谓的俯仰角，为机体坐标系X轴与水平面的夹角。当X轴的正半轴位于过坐标原点的水平面之上时，俯仰角为正，按习惯，俯仰角θ的范围为：-π/2≤θ≤π/2。

获得了上述反射光线与激光接收器间的方位角与俯仰角数据后，将发送至一与激光接收器连接的处理器处，同时在该处理器内，预设有激光接收器与激光发射器在投影方向上的间距，基于上述三个数据，来计算得到点触位置在红外键盘上对应的键位，从而获知用户当前输入的键位的具体信息。

在上述实施例中，间距的获得是激光接收器与激光发射器的相对位置间的距离。所谓的投影方向，是指用光线照射激光接收器，在激光发射器上得到的影子叫做激光接收器的投影，激光接收器与自身投影间的距离，可选为该间距。例如，当激光接收器设置在激光发射器的正上方时，激光接收器的投影线垂直于激光发射器的投影面，即为射影，此时该间距等于激光接收器与激光发射器间的距离。若激光接收器在激光发射器的斜上方，或两者不处于同一竖直方向上，激光接收器的投影线与激光发射器的投影面不垂直，也就是说，投影线与投影面相倾斜时，即斜投影。此时该间距为激光接收器与激光发射器在竖直方向上的高差。

参阅图2，在一优选实施例中，输入设备成形为一可穿戴式终端，例如智能手表、智能手环、智能腕带等，其内包含的激光发射器发出激光网的方向对向手掌，使得目标物体为手掌，用户可直接在手掌上看到虚拟键盘，从而用户在虚拟键盘的点触位置即为手指靠近手掌形成。

进一步地，考虑到手掌作为投影红外键盘的区域面积相对较小，因此，配置该红外键盘为九宫格红外键盘，九宫格红外键盘内的每一个单元键位都将投射到手掌的手心内一指节处，从而最大程度模拟了九宫格键盘输入的形式，符合用户的使用习惯。

在另一优选或可选的实施例中，处理器包括了：

信号接收单元，接收方位角及俯仰角；处理单元，与信号接收单元连接，接收方位角及俯仰角，并预设有间距，根据三角原理计算点触位置的方位；控制单元，与处理单元连接，接收点触位置的方位，并执行点触位置对应的键位的输入。处理器所使用的三角原理，是基于方位角和俯仰角的大小，来计算点触位置的方位的计算原理。具体地，其基本思想是利用结构光照明中的几何信息帮助提供景物中的几何信息，根据激光接收器，结构光，物体之间的几何关系，来确定物体的三维信息，例如，结构光平面与激光接收器光轴夹角为α角，取世界坐标系Ow-XwYwZw的原点Ow位于激光接收器光轴与结构光平面的交点，Xw轴和Yw轴分别与激光接收器坐标系Xc轴和Yc轴平行，Zw与Zc重合但方向相反。Ow与Oc的距离为l。则世界坐标系与激光接收器坐标系有如下关系：

A的像为A′，在世界坐标系中，视线OA′的方程为：

在世界坐标系中，结构光平面的方程为：

X_w＝Z_wtgα

解得：

又由于数字图像上定义直角坐标系Op-uv，每一像素的坐标(u,v)分别是该像素在图像数组中的列数与行数，(u,v)是像点在数字图像坐标系中以像素为单位的坐标。像点在像平面上的物理位置，建立以物理单位表示的像平面二维坐标系Oi-xy，该坐标系x轴和y轴分别与u轴和v轴平行，原点为激光接收器光轴与像平面的交点，一般位于图像中心，但在实际情况下会有小的偏移，在Op-uv中的坐标记为(u0,v0)。每一像素在x轴和y轴方向上的物理尺寸为Sx和Sy，则图像中任意一个像素在两个坐标系下的坐标采用齐次坐标和矩阵形式表示，有如下关系：

逆关系为：

可以得到像素点一世界坐标点之间的对应关系为：

从而获得点触位置的方位，即处理单元内建立有一以激光发射器为原点的三维空间坐标系；处理单元基于方位角及俯仰角，计算点触位置于三维空间坐标系内的坐标。

参阅图3-5，本发明另一方面，给出了基于虚拟键盘的输入方法，包括以下步骤：

-一激光发射器发射激光网至一目标物体，并于所述目标物体上显示红外键盘；

-于激光发射器的上方设置一激光接收器，当激光网于一点触位置被遮挡产生一反射光线时，激光接收器接收反射光线并计算反射光线与激光接收器间的方位角及俯仰角；

-根据预设的激光接收器与激光发射器在投影方向上的间距，基于方位角、俯仰角及间距，获得点触位置于红外键盘上对应的键位。

在一优选实施例中，输入设备成形为一可穿戴式终端，例如智能手表、智能手环、智能腕带等，其内包含的激光发射器发出激光网的方向对向手掌，使得目标物体为手掌，用户可直接在手掌上看到虚拟键盘，从而用户在虚拟键盘的点触位置即为手指靠近手掌形成。

进一步地，考虑到手掌作为投影红外键盘的区域面积相对较小，因此，配置该红外键盘为九宫格红外键盘，九宫格红外键盘内的每一个单元键位都将投射到手掌的手心内一指节处，从而最大程度模拟了九宫格键盘输入的形式，符合用户的使用习惯。

上述实施例中，根据预设的激光接收器与激光发射器在投影方向上的间距，基于方位角、俯仰角及间距，获得点触位置于红外键盘上对应的键位的步骤包括：

-设置一处理器，处理器内的信号接收单元接收方位角及俯仰角；

-处理器内的处理单元基于间距根据三角原理计算点触位置的方位；

-处理器内的控制单元接收点触位置的方位，并执行点触位置对应的键位的输入。

进一步地，处理器内的处理单元基于间距根据三角原理计算点触位置的方位的步骤包括：

-于处理单元内建立一以激光发射器为原点的三维空间坐标系；

-基于方位角及俯仰角，计算点触位置于三维空间坐标系内的坐标。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种基于虚拟键盘的输入设备，包括发出激光网的激光发射器，所述激光网投射至一目标物体，并于所述目标物体上显示红外键盘，其特征在于，

所述输入设备还包括：

激光接收器，设于所述激光发射器的上方，当所述激光网于一点触位置被遮挡产生一反射光线时，所述激光接收器接收所述反射光线并计算所述反射光线与所述激光接收器间的方位角及俯仰角；

处理器，与所述激光接收器连接，接收所述方位角及俯仰角，并预设有所述激光接收器与所述激光发射器在投影方向上的间距，基于所述方位角、俯仰角及间距，获得所述点触位置于所述红外键盘上对应的键位；

所述输入设备为可穿戴式终端，所述目标物体为手掌，所述点触位置由手指靠近或接触所述手掌形成。

2.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，

所述红外键盘为九宫格红外键盘；

所述九宫格红外键盘内的每一单元键位投射至所述手掌的手心内一指节处。

3.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，

所述处理器包括：

信号接收单元，接收所述方位角及俯仰角；

处理单元，与所述信号接收单元连接，接收所述方位角及俯仰角，并预设有所述间距，根据三角原理计算所述点触位置的方位；

控制单元，与所述处理单元连接，接收所述点触位置的方位，并执行所述点触位置对应的键位的输入。

4.如权利要求3所述的输入设备，其特征在于，

所述处理单元内建立有一以所述激光发射器为原点的三维空间坐标系；

所述处理单元基于所述方位角及俯仰角，计算所述点触位置于所述三维空间坐标系内的坐标。

5.一种基于虚拟键盘的输入方法，其特征在于，包括以下步骤：

一激光发射器发射激光网至一目标物体，并于所述目标物体上显示红外键盘；

于所述激光发射器的上方设置一激光接收器，当所述激光网于一点触位置被遮挡产生一反射光线时，所述激光接收器接收所述反射光线并计算所述反射光线与所述激光接收器间的方位角及俯仰角；

根据预设的所述激光接收器与所述激光发射器在投影方向上的间距，基于所述方位角、俯仰角及间距，获得所述点触位置于所述红外键盘上对应的键位；

输入设备为可穿戴式终端，所述目标物体为手掌，所述点触位置由手指靠近或接触所述手掌形成。

6.如权利要求5所述的输入方法，其特征在于，

所述红外键盘为九宫格红外键盘；

所述九宫格红外键盘内的每一单元键位投射至所述手掌的手心内一指节处。

7.如权利要求5所述的输入方法，其特征在于，

根据预设的所述激光接收器与所述激光发射器在投影方向上的间距，基于所述方位角、俯仰角及间距，获得所述点触位置于所述红外键盘上对应的键位的步骤包括：

设置一处理器，所述处理器内的信号接收单元接收所述方位角及俯仰角；

所述处理器内的处理单元基于所述间距根据三角原理计算所述点触位置的方位；

所述处理器内的控制单元接收所述点触位置的方位，并执行所述点触位置对应的键位的输入。

8.如权利要求7所述的输入方法，其特征在于，

所述处理器内的处理单元基于所述间距根据三角原理计算所述点触位置的方位的步骤包括：

于所述处理单元内建立一以所述激光发射器为原点的三维空间坐标系；

基于所述方位角及俯仰角，计算所述点触位置于所述三维空间坐标系内的坐标。

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