CN108021238A - 新概念盲打键盘 - Google Patents

Abstract

新概念盲打键盘涉及计算机、智能手机、游戏机等电子设备的数码输入键盘，尤其是存储打字手指指法，装配了击键手指辩识模快、手掌姿势传感器模块的数码输入键盘。本发朋是可以自如盲打，键位可以自由定义，键位数量可以减少一半的数码输入键盘。之所以称本发朋为新概念键盘，是因为正确区分了操作打字工具和使用人机界面这两个不同任务，脱离了百年打字机键盘布局的误导。本发明能解决虚拟键盘的盲打输入的问题。本发明为巧妙设计的可穿戴盲打键盘创造了基础技术条件。本发明体现的方法论是：寻找能读懂手指姿势的各种计算机方法，设计能被计算机读懂并且最易表达心思的手指动作。和可穿戴式智能键盘Tap Strap相比，本发明有优胜之处。

Description

新概念盲打键盘

(一)技术领域

本发明涉及作为计算机、智能手机、游戏机等数码电子设备的数码输入键盘，尤其是存储打字手指指法，装配了击键手指辩识模快、手掌姿势传感器模块的数码输入键盘。

(二)背景技术

数码输入键盘是人和计算机之间的输入界面，随个人计算机面世而广泛使用，其布局沿用了计算机面世之前的打字机键盘。个人计算机，自从其面世以来的40多年里，巳经有数次显著发展，个人计算机技术的发展，导致10年前智能手机時代的到来。但是，个人计算机的键盘基本维持原样。排列着50个以上按键(例如，1976年，苹果公司发布的苹果电脑配备的是53键键盘；1981年，IBM PC电脑配备83键键盘；后来标准键盘101键、104键等成为最广泛使用的键盘)的键盘的体量和外观没有显著改变，打字难度没有降低，年龄大的初学者对练就键盘打字能力缺乏信心，懒于通过练习盲打提高打字技能和乐趣；而对于智能手机，手机键盘输入比个人计算机键盘输入更难，即使是个人计算机打字高手，也难以在手机上盲打。

30多年来，总有人努力在突破打字机旧布局的方向上努力，提出新的技术方案。

1999年爱立信(Telefonaktiebolaget LM Ericsson(Stockholm，SE))获得单手盲打键盘(Keyboard for touch typing using only one hand)专利，其技术方案要点是一个机械按键被分配两个可供选择的字符。

2008年，孔范文(Kong Fanwen)设计的无键键盘(No-Key Keyboard)被广为报道。这是一款主体采用透明的玻璃材质，上面印刷着标准按键的键盘。键盘的末端稍微隆起的长条状部件里有一个摄像头，能够捕捉手指的细微运动，并将之转换成对应按键的位置，从而确定你刚才敲击的到底是哪个按键。

2009年，微软的一项有关虚拟键盘的专利看起来似乎实用。以往的虚拟键盘技术直接在触屏上显示键盘，你必须盯着这个键盘才能进行输入，无法实现盲打。微软的这项专利则可以记录操作者手指与手腕的相对位置，当手腕与屏幕接触时，就可自动在手指的相对位置显示虚拟键盘，方便了习惯盲打输入的人。另外，这项专利还可以让虚拟键盘显示在屏幕的任何位置，只要把你的左/右手腕放在屏幕上，那么虚拟键盘就会自动在手腕附近的位置显示出来。但是，体验者的评价却是“盲打还是不容易”。

2010年，微软为了提升其动作识别技术，并购了Canesta公司。Canesta希望能够抛弃实体键盘，2002年开发出使用红外线来投影的虚拟键盘，并使用豌豆大小的傳感器来追踪记录用户敲击键盘的手指运动。

2011年8月23日，在悉尼举办的Tech23技术展上，悉尼大学的Christian Sax和Hannes Lau表演了他们设计的虚拟键盘和应用程序，其打破了传统的键位习惯，可以适应不同用户最自然舒服的姿势。它能自动适应使用者手部的生理特征，如手掌大小，手指之间距离等。一旦你第一次将4根手指接触到屏幕表面，整个系统就会感受到使用者在触摸屏上手指压力和位置。随着滑动的手势，整个键盘就跃然屏上。当用手指接触在屏幕上后，系统通过计算每一个手指触摸屏幕的面积和其相对压力，来感测手指的位置，每个手指附近会出现一组键，键的位置设置由每个手指的位置决定。键组的配置可以是多种多样的。这条消息曾经带给大家很多期望，被评论为既新鲜又科幻，可是其后没有见过其产品的报告。即使这样，5年过去了，现在谈到键盘发展动态，许多人仍然不忘提起这个打破了键位固定旧规的新设想。

谷歌2013年1月向美国专利商标局提交编号为20130016070的“虚拟输入设备的方法和系统”(Methods and Systems for a Virtual Input Device)专利，也就是所说的激光投射键盘。借助这一技术，谷歌在原谷歌眼镜镜框上内置了激光投影仪，眼镜可以将虚拟键盘投射到用户的手掌上，将身体当作触控屏使用。但是，这样的键盘受屏幕小的限制，每个字符的位置很密集，准确点击想要的字符很困难。

虚拟键盘，带有红色二极管激光器的高效全息光学元件，还有CMOS影像传感器，几乎能在任意平面上投影出全尺寸的电脑键盘。虚拟键盘的适用性技术对用户手指运动加以研究，对键盘击打动作进行解码和记录，用在PAD和智能手机上时，可方便地进行电子邮件收发、文字处理及电子表格制作。但是，至今没有在虚拟键盘上盲打输入的报道。

2014年，微软研究院展示过一款研制中的手势识别(Type-Hover-Swipe)键盘，在键盘的电路板上配备了16*4的红外传感器，可以识别几十种手势，可识别的手势包括上划、下划、左划、右划、放大、缩小，它甚至能够识别方向盘手势。传感器阵列只有64像素，运行帧率达到300赫兹，足以检测快速运动。

2015年4月17日，微软研究院宣布了新的手势实时追踪技术Handpose，这套系统可以用于相当多的场景，甚至是微软自家的HoloLens，Handpose的目的是让计算机精确地识别手势动作。这并非什么全新的发明，但是，Handpose的速度更快，感应距离更远。

谷歌在2015年5月份的Google I/O上公布了可实现隔空打字的微型雷达项目Project Soli，向测试人员发布开发工具包。谷歌Project Soli项目旨在设计非触摸用户界面，使用户能利用微型雷达操控电子设备。用户利用Project Soli，通过在空中移动手指就能在一款智能手机上输入文字。利用被称作SoliType的产品，用户只需把手放在ProjectSoli传感器上方，移动手指即可输入文字。

2016年，苹果获得了一项专利号为9250734的专利。该专利名为近距离和多点触摸传感器检测与解调(Proximity and multi-touch sensor detection anddemodulation)，由Steven P.Hotelling和Christoph H.Krah发明，苹果公司于2015年3月提交专利申请。这项专利配合着近距离感应硬件，检测非接触性手势，允许用户对手机进行悬空操作。苹果称这项专利可通过多个近距离传感器协同工作来修正捕获的动作，排除过于敏感的错误识别，从而提高悬浮手势识别的准确率。

2016年10月，美国专利和商标局(USPTO)，通过了一项苹果申请的“使用腕部运动控制腕戴设备”的专利。这份专利描述了使用腕部的活动控制腕戴设备以及其它独立设备。专利中提到使用一个或多个传感器检测用户手腕的位置变化。当用户移动手腕或手时，设备上的力传感器将可以检测到腕部的变化。随后，传感器收集的数据会被识别腕部的手势，并执行特定的系统命令

最近，美国一家初创公司推出了一款可穿戴式智能键盘Tap Strap，只要套在手指上，就能够轻松悬空或者在任何表面上进行打字。超小的体积、便捷的使用方式，有人说它绝对是传统键盘完美的替代品。

Tap Strap的外观普通，但其功能强大。Tap Strap设备内置了传感器，可以捕捉到用户手指的不同运动，从而根据特定的算法将其转化成相应的数字和字母。更为特别的是，佩戴Tap Strap只需要单手即可完成所有的输入工作，甚至比传统键盘还要省时省力。同时，Tap Strap还内置了蓝牙模块，传感器所收集到的动作可以通过蓝牙模块进行传输。

Tap Strap可穿戴键盘的工作原理也非常之简单，用户使用五根手指完成的单一敲打动作用于输入元音，而五根手指组合完成的复杂敲打动作则被转化为辅音。如果想要加快打字速度，双手佩戴Tap Strap也是可以的。整个输入系统共有31个不同的敲打动作，用户只需要通过这31个动作来完成所有的输入。需要说明的是，Tap Strap输入系统的识别准确率能达到99％。据悉，研发团队还将会推出词语联想功能，进一步简化输入步骤，提升输入速度。

以上新成就，和手势识别技术紧密相关。

在手势识别技术领域，以摄像机为输入设备的手势识别系统，输入设备可用单个或多个摄像头采集手的8bit灰度图像，经图像预处理即可抽取手掌和手指的轮廓，几何特征，对手指的方向和形状等进行分析完成识别。

不同的识别目标选择不同的手势模型，有的基于表观的手势模型只需简单粗糙的模型，有的基于3D模型的手势模型则必须建立精细有效的手势模型，不同的模型造成不同的手势识别难度。

随着包括微软、苹果、谷歌等在内的全球领先的高科技公司在手势识别技术上投入很大的研发力度，他们对高新目标的追求造就了高速、可靠、实用的入门技术和基础技术水平。本发明方案的实施利用了其中的入门级成果。

此前微软在手势识别技术取得了重大进展，可广泛使用在包括可穿戴设备在内的所有设备，其实，有这样的技术背景的大公司本早该催生出本发明这样的盲打键盘的。

业已广为普通手机采用的距离传感器和超声波指纹识别传感器大大提升了手机的应用水平，也应该作为本发明的背景技术介绍如下。

距离传感器，其原理是：红外LED灯发射红外线，被近距离物体反射后，红外探测器通过接收到红外线的强度，测定距离，一般有效距离在10cm内。

超声波指纹识别传感器，其原理是：向某一方向发射超声波，检测声波从发射到反射回来的时间，可以计算出发射点距反射点的距离。对物体进行多点扫描，可由多点汇集出物体的表面形状。超声波多用于测量距离，比如海底地形测绘用的声纳系统。超声波指纹识别的原理也相同，就是直接扫描并测绘指纹纹理，甚至连毛孔都能测绘出来。因此超声波获得的指纹是3D立体的。超声波不仅识别速度更快、而且不受汗水油污的干扰、指纹细节更丰富。

超声波指纹采集，其原理是利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同产生大小不同的回波(超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿透与反射的程度不同)。因此，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可以区分指纹嵴与峪所在的位置。

美国加州大学的一支研究团队开发出了一种利用CMOS MEMS超声波传感器所实现的新型3D指纹识别技术，研究团队在制作成像仪时使用的是现有的微机电系统(MEMS)技术，这种超声波传感器可以扫描到指纹表面的沟壑以及底层组织。具体来讲，该扫描芯片表面的换能器可以发射出一股超声波脉冲，脉冲在抵达手指表面后会被反射，而传感器则可利用反射回来的脉冲获取到指纹的三维信息。

高通发布了基于超声波技术的3D指纹认证解决方案Sense ID3D指纹技术。高通超声波Sense ID最大的特色在于，不需要电容传感器，可以隐藏于多种材质表面之下，比如玻璃、塑料甚至金属。同时，扫描指纹的精度也不受手指污垢、油脂以及汗水的影响。

可以肯定，上述技术，将提升本发明产品达到精美实用的层次。

(三)发明内容

发明目的

理想的数码输入键盘应该是

一种能够适应自然指法，可以自如盲打的数码输入键盘；

一种不要求键位固定，键位可以自由定义的数码输入键盘；

一种键位数量可以减少一半的数码输入键盘；

一种允许手机自带的数码输入键盘；

一种可以由原来键盘轻松升级而成又可以自由还原的数码输入键盘；

一种输入指法可以向前兼容的数码输入键盘；

为了这一个理想目标，本发明通过在键盘上存储打字手指指法，装备手势识别传感器电路模块的方法，实现一种新概念键盘，之所以称其为新概念键盘，是因为它脱离了百年打字机键盘布局的误导。

本发朋的设计灵感，来源于对操作打字工具和使用人机界面这两个不同任务的正确区分。

上述两个任务都是接受大脑命令，运动手指，这是上述两个任务的共同之处，但是，打字机任务是手指做物理功，手指动作受任务限制；而人机界面任务是让手指动作被计算机读懂，手指动作可以自由发挥。

在打字机技术方案中，字符打印鎚的打字杆是基础元素，驱动打字杆的键盘布局是重要元素。因为打字杆的结构，所以每个数字和字母有其专用的键，互不兼容，每个按键负责一个字符，每个按键有其固定的键位，打字时，手指必须准确击中在对应字符的按键上，不管你构思什么样的键盘布局，都受此条件约束。在人机界面的技术方案，一键一字符的约束条件可以打破，对手指击打位置准确性的要求可以放宽，打字手指指法因此可以并且应该成为第一重要元素。

本发明键盘是有盘面的，打字时手指击打盘面。所说的盘面可以是机械按键、薄膜按键、触摸屏等物理面，也可以是虚拟键盘投影所在的物理面。打字手的手掌沿小臂方向前后移动，通常不作左右方向的移动，手掌面与盘面可以有相交角，所说的相交角是指所在两平面的几何相交线与手掌前后移动方向近乎平行时的测量角度，可以用这个角度作为手掌姿势的一种参数，称其为手掌倾斜角度。手掌倾斜角度接近0度时，手掌面和键盘面基本平行，这是现行的标准键盘打字姿势。在数码输入键盘上，其实我们也可以让手掌面倾斜一个角度打字，比如倾斜20度，象不倾斜时一样打字自然，又能轻易地和0度的姿势区别开来。

用本发明键盘打字，5个手指都能用上，其中用食指击打键盘时，有可以区分的两种不同的方式特征，一种方式特征是食指靠近中指并且离开拇指有一指多宽的间隙，本说明书为其自造一个名字叫中食指；另一种方式特征是食指靠近拇指并且离开中指一指多宽的间隙，本说明书也为其自造一个名字叫拇食指。

下面说明本发明的技术方案。

在本发明的技术方案中，打字手指指法是第一重要元素，以数据形式存贮在键盘，其他元素如键盘盘面、电子模块和计算算法等，为打字手指指法服务。

首先说明数码输入键盘的打字手指指法。所谓打字手指指法，是本发明说明书的自造词，这个词的技术含义是存贮在键盘里的一组数据和键盘键值定义规则，可以写在关系表里，其属性包括1.手指名称；2.用平面座标表示的手指指尖在盘面上移动的范围；3.左手手指击打位置的参考座标；4.右手手指击打位置的参考座标；5.手掌姿势；6.左手手指与字符的对应表；7.右手手指与字符的对应表；8.左手手指与功能键的对应表；9.右手手指与功能键的对应表；10.左手两个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表；11.右手两个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表；12.左手三个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表；13.右手三个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表；14.补充的双字符键上上位字符与下位字符的对应表；15.关于功能键的补充规定；16.在显示屏上显示某些特殊按键并且接收输入信息；17.不改变其按键键值的位置，该位置有固定的键值，键ON信号出现在该位置时，打字手指指法处理的方法给出的两个选择，一是忽略此键ON信号，一是向计算机输出该位置的固定键值。

下面是打字手指指法举例。

打字手指指法例1：

1.6个手指名称

以手的五个手指关联6个手指名称，它们的名称分别是拇指、拇食指、中食指、中指、无名指、小指，其中拇食指和中食指是本说明书使用的自造词，其技术意义已经在上文定义；

2.用平面座标表示的手指指尖在盘面上移动的范围用平面直角座标第一象限上的图形表示，是一个96*115的矩形，左下角座标(0，0)，右上角座标(115，96)，矩形前后方向长96，左右方向宽115；

3.左手手指击打位置的参考座标

小指 (10，19)，(10，38)，(10，57)，(10，76)；

无名指 (29，10)，(29，29)，(29，48)，(29，67)，(29，86)；

中指 (48，10)，(48，29)，(48，48)，(48，67)，(48，86)；

中食指 (67，10)，(67，29)，(67，48)，(67，67)，(67，86)；

拇食指 (86，29)，(86，48)，(86，67)，(86，86)；

拇指 (105，10)，(105，38)，(105，57)，(105，76)；

从各个手指名称对应的击打位置参考座标可以看出打字时手指前后移动的方式；

4.右手手指击打位置的参考座标

此例无此项内容；

5.手掌姿势

手掌倾斜角度：0度，20度；

6.左手手指与字符的对应表

7.右手手指与字符的对应表

此例无此项内容；

8.左手手指与功能键的对应表

9.右手手指与功能键的对应表

此例无此项内容；

10.左手两个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表

11.右手两个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表

此例无此项内容；

12.左手三个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表

13.右手三个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表

此例无此项内容；

14.补充的双字符键上上位字符与下位字符的对应表

15.关于功能键的补充规定：

击打一下shift键，再击打字符键，输出该键的上位字符，然后恢复原设定；

16..在显示屏上显示某些特殊按键并且接收输入信息

此例无此项内容。

17.不改变其按键键值的位置

此例无此项内容。

打字手指指法例1有利于左手单手输入的打字操作，指法习惯和Colemak键盘有比较多的相似之处。

打字手指指法例2：

1.6个手指名称

以手的五个手指关联6个手指名称，它们的名称分别是拇指、拇食指、中食指、中指、无名指、小指，其中拇食指和中食指是本说明书使用的自造词，其技术意义已经在上文定义；

2.用平面座标表示的手指指尖在盘面上移动的范围

用平面直角座标第一象限上的图形表示，是一个96*280的矩形，左下角座标(0，0)，右上角座标(280，96)，矩形前后方向长96，左右方向宽280；

3.左手手指击打位置的参考座标

小指 (52，29)，(43，48)，(38，67)，(29，86)；

无名指 (71，29)，(62，48)，(57，67)，(48，86)；

中指 (90，29)，(81，48)，(76，67)，(67，86)；

中食指 (109，29)，(100，48)，(95，67)，(86，86)；

拇食指 (128，29)，(119，48)，(114，67)，(105，86)；

拇指 (90，10)，(110，10)，(130，10)；

从各个手指名称对应的击打位置参考座标可以看出打字时手指前后移动的方式；

4.右手手指击打位置的参考座标

小指 (209，67)，(200，86)；

无名指 (195，48)，(190，67)，(181，86)；

中指 (176，48)，(171，67)，(162，86)；

中食指 (166，29)，(157，48)，(152，67)，(143，86)；

拇食指 (147，29)，(138，48)，(133，67)，(124，86)；

拇指 (130，10)，(150，10)，(170，10)；

5.手掌姿势

手掌倾斜角度：0度，20度；

6.左手手指与字符的对应表

7.右手手指与字符的对应表

8.左手手指与功能键的对应表

此例无此项内容；

9.右手手指与功能键的对应表

此例无此项内容；。

10.左手两个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表

此例无此项内容；

11.右手两个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表

此例无此项内容；

12.左手三个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表

此例无此项内容；

13.右手三个手指同时击打时击打位置与键功能的对应表

此例无此项内容；

14.补充的双字符键上上位字符与下位字符的对应表

此例无此项内容；

15.关于功能键的补充规定：

此例无此项内容；

16..在显示屏上显示某些特殊按键并且接收输入信息

此例无此项内容。

17.不改变其按键键值的位置

打字手指指法例2指法习惯和qwerty键盘有比较多的相似之处。

以上举了两个打字手指指法的例子。可以举出的例子很多，可以按照需要进行打字手指指法设计。

选定了打字手指指法以后，需要进行识别击打键盘手指和手指位置，识别手掌姿势的工作，具体的任务是：

1.发现击打键盘的事情；

2.检测击键手指指尖在前后方向的位置并记录；

3.检测手的5个手指的位置，并计数在击打键盘的手指的左侧手指数和右侧手指数，根据左侧手指数和右侧手指数查表找到该击打手指名称，击打手指是食指时，计算该食指与中指和拇指之间的距离，以确定其名称是拇食指还是中食指；

4.识别手掌姿势，记录其手掌倾斜角度或其它参数；

5.根据击键手指名称，击键手指指尖在前后方向的位置以及手掌倾斜角度，用查询打字手指指法中的关系表的方法，确定键盘输出什么字符或功能键。

在以上5项任务中，如何发现击打键盘面的事情，如何检测手指位置，如何检测手掌倾斜角度等等，已经有许多大家熟知的技术论文和技术报道，在本说明书(二)背景技术中提到的微软公司，苹果公司，谷歌公司的技术里也有所述。

在本发明的技术方案中，键盘装备了击打手指辨认电路模块和手掌姿势传感器，它们属于手势识别传感器电路模块，用这些模块完成上述工作任务。击打手指辨认电路模块可以选用不同的技术，例如红外光线检测，激光检测，摄象及图象识别等等，模块还可以将机械键盘按键按下时的ON信号转换成位置信号，利用触摸显示屏的触摸位置信号，利用虚拟键盘获得的手的位置信息等等。

下面介绍采用了激光检测技术和摄像以及图象识别技术的模块如何完成任务1、2、3。

借助图1介绍模块的工作原理。

图1中1是转动轴，2是转轴激光发射管，3是键盘面，4是水平面激光发射管，5是水平面激光接收管电路，6也是激光接收管电路，它只能收到转轴激光发射管2发来的光束，7.是键盘面板，键盘面上的位置关系借助如图所示的XY直角坐标表示，8.是垂直板，9也是垂直板，10是摄象头。2安装在转动轴1上，4安装在垂直板8上，5嵌在垂直板9上，6也嵌装在垂直板9上，2、4、5、6各有14个激光管，按8mm间隔等间距排列，并且2、4、5、6在键盘面板面上的垂直投影的x座标从左到右分别是8，16，24，32，40，48，56，64，72，80，88，96，104，112，直线对齐的位置关系，4和5的中心点高出键盘面2mm，5嵌装在9上，6的中心点高出键盘面25mm，6也嵌装在9上，接收管面前无屏障物，4发射的激光可以直射5的中心点。在键盘面板7上，有14*11个穿透面板的斜孔，斜孔直径3mm，键盘面板的盘面上是斜孔的入口，斜孔出口在背面，斜孔出口处嵌装激光接收管电路，嵌装的方式使得接收管只能被从斜孔入口进入的光线照射，增加了抗干扰光的能力。斜孔入口位于键盘面上8mm*8mm网格的14*11个格点上，这些格点的x座标和激光发射管2一致，y座标有11个数字，分别是8，16，24，32，40，48，56，64，72，80，88。转轴1的轴心线高出键盘面板面25mm，转轴激光发射管射出激光的出发点在轴心线上，转轴1快速转动，每一条激光束依次扫过11个斜孔入口，还扫过6的入口。加工斜孔时，对斜孔轴心线的要求是能夠和扫过斜孔入口的激光束有一个时刻达到方向线重合，所以，转动的激光束如果没有受到打字手的遮挡，在经过斜孔入口时，一定会照射到斜孔出口处的接收管，让接收电路产生一个表示有光的输出信号。每块接收管电路都用其斜孔入口的位置的XY座标进行标识，激光接收管6的每块接收管电路则用(x，1)这种特别格式进行标识。

激光管4和5的中心位置比键盘面高2mm，激光管4连续发射3mm粗细的光束照射接收管5，键盘面上因此有14根贴近盘面的水平激光线。由于手指粗细一般大于10mm，即使是小指也大于8mm，因此，当击打手指触碰到键盘面時，一定会阻断一根或两根激光束，使其激光束照射不到接收管，接收电路遂产生无光的输出信号。

根据激光接收管电路5产生的无光输出信号可以判断发生了击打键盘的事情，反之，根据其有光输出信号判断没有击打键盘的事情发生。本说明书特别约定，因发生了击打键盘的事情产生的信号称之为键ON信号。检出无光输出信号时，记录其X座标，注意对单一光束和相邻两光束这两种情况下的x采用有区别的记录格式。

检出电路5的无光输出信号以后，要检测键盘面板背面斜孔出口处嵌装的激光接收管电路产生的无光输出信号。

击打到盘面的手指，一定会遮住某些射向斜孔出口处激光接收管电路的激光束，该斜孔出口处的电路将产生无光输出信号。记录此处电路的标识座标(x，y)，并且检查座标(x，y+8)所标识的电路是否输出有光信号，如果输出有光信号，就判断击打键盘手指指尖的位置在(x，y)处；如果输出无光信号，则记录更新为(X，Y+8)并且继续检查座标(X，Y+8+8)所标识的电路是否输出有光信号，如此循环直到其座标的y值已经大于80，此时判断击打键盘手指指尖的位置在(x，88)处。

接着，检查击打键盘面手指左右两侧手指的位置。一般情况下，一个手指击打到盘面时，其他手指抬起，位于键盘面之上，距离键盘面3mm到7mm。抬起的手指不会遮住射向电路5的光束，会遮住某些射向斜孔出口处激光接收管电路的光束，该斜孔出口处的电路将产生无光输出信号，按照上述检查击打键盘面手指指尖位置的程序判断并记录下手指位置。

接着，根据上述手指位置的记录，计数左手在击打键盘的手指的左侧手指数和右侧手指数，计数右手在击打键盘的手指的右侧手指数和左侧手指数，主要根据记录中的X轴座标进行判断。

下面列举几个方法。

这些记录的x，可能是连续的网格格点的x，也可能出现中间某一网格点x缺失的情况。缺失的网格点x，说明了光束正好从两手指间的间隙处射中接收管，如果缺失相邻的两个网格点x，说明两指间的距离大过了一个手指的宽度，就像小指和无名指之间经常有较大的距离一样，特别是，缺失的网格点x记录可以用来判断食指位置是近靠中指远离拇指还是近靠拇指远离中指。

中间某个网格点x缺失的情况有利于计数手指个数，如果中间缺失的网格点x紧邻击打键盘面手指，那么就计算其他网格点x的条件：如果只有一个网格点x，判断只有一个手指，进一步推断：左手击打键盘面手指左侧只有一个手指，这个手指必然是小指，而击打键盘面手指就是无名指；如果有多个网格点x，离击打键盘面手指最近和离击打键盘面手指最远的两个x数相差48以上，击打键盘面手指右侧也有手指，就判断在击打键盘面手指左侧有3个手指，击打键盘面手指是食指；如果击打键盘面手指左侧沒有网格点X的记录，判断击打键盘面手指是小指；如果击打键盘面手指的右侧没有网格点的网格点x的记录，就判断击打键盘面手指是拇指；如果在缺失网格点x旁边或者击打键盘面手指网格点x旁边只有2个或者1个网格点x，就判断是1个手指，如果在缺失网格点x旁边或者击打键盘面手指网格点x旁边有3个连续的网格点x记录，就判断是2个手指，等等。

对于有序排列着的小指、无名指、中指、食指、拇指，它们每一个手指可能遮挡住的光束网格点x位于固定范围内并且不会超过4个，左手击打键盘面手指网格点x左侧没有网格点x的记录就判断击打键盘面手指是小指，左手击打键盘面手指网格点x右侧没有网格点x的记录就判断击打键盘面手指是拇指，上文已经叙述过，击打键盘面手指指尖处的网格点x、y可以直接检测出来，由此可以看出，当击打键盘面手指的范围少到只有无名指、中指和食指三个时，采用穷举方法列出此时的各种网格点x组合，有时还可将网格点y的数据作为有用的已知条件，我们就这样用比较简单的算法得到了击打键盘面手指的名称。上文叙述中说明过，能够判断食指近靠中指远离拇指还是近靠拇指远离中指，所以，当击打键盘面手指是食指时，将会正确地判断出击打键盘面手指名称是中食指还是拇食指。

在全套识别规则里，有普通适用规则，也包括了特别情况下的特别规则。上文叙述中曾说过判断击打键盘面手指是拇指的简化程序，这里再举一例，当左手打字，击打网格点位置在(96，80)附近，模块产生1个网格点x记录或2个相邻的网格点x记录或3个连续的网格点x记录，则判断击打键盘面手指的名称是拇指。实际上，左手拇指击打此位置时，手掌很可能高出键盘面25mm以上，没有遮挡激光束。

上文所述将激光发射管电路块2安装在转轴1上的方案可以有替代设计，就是在垂直板8上固定按装11*14激光发射管阵列。

从物理设计的角度看，垂直板9太高了是不好的。但是，如果没有激光接收管6，打字手指击打位置的y小于64时，常常会因为手指位置高于激光发射管2射到键盘面上的激光束，造成不能通过遮挡激光束的方法让模块检测到其位置的结果。这是一个矛盾。可以避免此矛盾的一个方案就是在垂直板8上安装摄像头10。下面对此进行说明。在垂直板8上安装2个(或者3个)摄像头，光轴高出键盘面板10mm，分别固定在x座标＝32和x座标＝88的两个位置上，固定焦距，这样，每个镜头可以并且仅可以看到半只手，用这两个镜头的像可以拼接成一个完整手指图像。当模块检测到手指击打键盘面的信号时，进行摄像，得到8bit的灰度位图。根据从激光电路块得到的击打键盘面手指的网格点座标(x，y)，算出位图中与之匹配的击打键盘面手指的像素位，使得抽取其他手指轮廓线条的工作更容易，进而完成计数击打键盘面手指左右两侧手指数的任务。

下面说明如何完成任务4即如何测量出手掌倾斜角度

打字手掌活动范围的大小和其手指尖活动范围差不多，在115mm*96mm左右，手掌面和键盘面平行时，手掌高出键盘面10mm，倾斜20度时，手掌小指一侧高出键盘面10mm，手掌拇指一侧高出键盘面34mm，对这样特定小区域的特定小距离的变化，可以有多个适用的检测技术，在键盘面板上安装光反射传感器感知手掌反射面的变化，或者安装激光测距传感器发现手掌两侧边高度的变化，键盘面板上安装的两个摄像头或者安装超声波传感器等等。这些技术方法，不仅见之普通技术文章和书本，见之于手势识别原理教科书，也见之于谷歌专利。

在图1中的7上安装两个摄像头，可以测量出手掌倾斜角度，方法和图1中10相同。

测量手掌倾斜角度也可直接利用角度传感器，普通角度传感器的精度已经优于0.1度，本应用的精度不要那么高，误差1度都可以被允许，做成指环戴在食指上，且能与键盘通讯，能按照键盘的设定向键盘报告，例如，负2度到7度报告成0度，13度到21度报告成20度，7度到13度则响起警报信号。

测量手掌倾斜角度还可以用安装在形状类似于游戏杆(joystick)的摇杆内的手掌姿势传感器。

图5表示了一款游戏杆状的手掌姿势传感器。打字手的手掌心轻放其上，摇杆球上安装了MEMS传感器，手掌姿势(包括角度、位移)带动传感器的摇杆位置变化，MEMS传感器及时发现摇杆的活动。

有了任务1，2，3，4给出的结果，完成任务5的过程是简单明了的。

现在说一下打字手指指法中，手指击打位置参考坐标的意义。第一是对手指动作的指引，这一点和巳有键盘相同。第二是对图像处理算法的指引。键ON信号包含了手指击打点的坐标，根据离此坐标最近的参考坐标，将找到该参考坐标对应的手指名称，有利于确定图象处理算法的入口。举例说，假定我们按照本说明书的打字手指指法例2打字，手指击打点的坐标是(88，72)，离食指的参考坐标最近，图象处理算法会直奔辩认食指和中指的入口，降低辨识的难度。第三个意义，参考坐标不是一项严格要求的条件。举例说，中指击打(88，72)，图象处理算法先会发现它不是食指，在最后确定它是中指后，任务5将输出中指的键值e，不会受(88，72)的影响误输键值r。中指打在r的参考坐标的附近(88，72)位置，键盘输出键值仍然是e；中食指打在(88，72)位置，键盘才输出键值r，中食指打在(64，72)位置，键盘输出键值仍然是r，增加了盲打的自然感觉，是本发明优于现有键盘的积极效果。

附图说明

图1是模块工作原理介绍图；

图2是一个技术实施例的说明图；

图3是可套装在普通机械键盘单手侧的键盘图；

图4是可套装整个普通机械键盘的键盘图；

图5是一款游戏杆状的手掌姿势传感器图。

下面介绍几个实施方案的例子。

图2是采用了图1说明的技术的一个实施例。

图2中没有用图1中的1表示的转动轴，实施的是固定在垂直板上的11*14激光发射管阵列，如图2中12所示，图2中11是在垂直板上安装的两个摄像头。结合本说明书的打字手指指法例1，本发明的单手盲打效果比1999年爱立信(Telefonaktiebolaget LM Ericsson(Stockholm，SE))获得的单手盲打键盘专利好。

采用本发明专利技术的虚拟键盘

带蓝牙的激光投射虚拟键盘，本来就具有识别打字手指的功能。在虚拟键盘的软件里增加本发明的打字手指指法，就可以解决盲打输入的问题了。

采用本发明专利技术的触摸显示屏

关于采用本技术的触摸显示屏，可参照以下关于采用本技术方案的机械键盘的说明。

采用本发明专利技术的机械键盘

一种方式是将本专利键盘结构设计成能够套装在机械键盘上，图3所示结构可以套装在普通机械键盘的左手侧或者右手侧，14和15都有两个摄像头；图4所示结构则套装整个普通机械键盘，17和18都有四个摄像头。

图3和图4键盘都留有专用于与机械键盘通讯的装置，如果机械键盘单独使用时是用插头接到电脑上，那么，图3和图4键盘就有接受该插头的插孔。机械按键按下时产生的信号将由图3和图4键盘接收并处理，这个信号带着该按键在键盘上的什么位置的信息，就是击打键盘手指的击打位置。通过摄象头辨识手指的过程与图1中摄象头辨识手指的过程相同，图3和图4键盘根据击打手指和手指辩识的结果决定输出什么键值。

可以将图3和图4新概念盲打键盘理解为老的机械键盘的配件，新概念盲打键盘可以这样的方式向前兼容老的机械键盘，有助那些习惯于老的打字指法的人过渡到新的打字指法，有助于克服历史上出现过的德沃夏克(DVORAK)键盘难以推广的困难。

图5表示了一款游戏杆状的手掌姿势传感器，这种结构如果放在衣服或裤子上，可以收放自如，因此为巧妙的设计创造了条件。

手势识别芯片已经面世，想象一下，摇杆内还安装了手势识别芯片，这传感器就成了可穿戴的盲打键盘。为了预感一下这项大进步的可能性，用较多的文字介绍一下德国艾尔默斯半导体公司(ELMOS)用于手势识别的非接触式光电传感器芯片E527.16。该款芯片是基于HALIOS的基本工作原理：一个LED管发射出经过调制的红外光，当这些红外光遇到物体之后，一部分被反射回来并且被系统中的光电管接收转换成电信号。与此同时，另外一个LED管同时发射出幅值相同，但是相位相差180°的红外光。正常工作时候，可以保证光电管上接收到幅值相同相位相反的信号，确保这部分电路的输出信号始终为零。运用这个原理设计的光学系统最大的特点是可以抵御极强的外界环境光干扰，并且性能不受温度及光线变化的影响。

可以看见，本发明不仅自身是个技术进步，还能带出更多的好产品，有促进技术进步的积极效果。

Claims (7)

1.一种数码输入键盘，所述键盘是计算机、智能手机、游戏机等电子设备的数码输入设备，采用手指击打键盘盘面输入，其特征在于键盘装备了手势识别传感器电路模块，键盘输出到计算机、智能手机、游戏机等电子设备的键值，不仅仅与手指击打键盘产生的键ON信号相关，也与手势识别传感器电路模块测得的参数相关，由存储在键盘的打字手指指法决定。

2.根据权利要求1的一种数码输入键盘，其特征在于手势识别传感器电路模块包括了击打手指辨认电路。

3.根据权利要求1的一种数码输入键盘，其特征在于手势识别传感器电路模块包括了手掌姿势传感器。

4.根据权利要求1的一种数码输入键盘，其特征在于手势识别传感器电路模块包括了击打手指辨认电路和手掌姿势传感器。

5.根据权利要求1的一种数码输入专利键盘，其特征在于专利键盘结构设计和特定的机械键盘匹配，专利键盘设置了专门用来与此特定的机械键盘通讯的装置。

6.根据权利要求3的一种数码输入键盘，其特征在于其手掌姿势传感器安装在指环上并且能和键盘通讯。

7.根据权利要求4的一种数码输入键盘，其特征在于其手掌姿势传感器安装在形状类似于游戏杆(joystick)的摇杆内，能够输出手掌倾斜角度等参数。