RU2577467C1 - Mobile device for sensor plane - Google Patents
Mobile device for sensor plane Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577467C1 RU2577467C1 RU2014137369/08A RU2014137369A RU2577467C1 RU 2577467 C1 RU2577467 C1 RU 2577467C1 RU 2014137369/08 A RU2014137369/08 A RU 2014137369/08A RU 2014137369 A RU2014137369 A RU 2014137369A RU 2577467 C1 RU2577467 C1 RU 2577467C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bracelet
- plane
- user
- intersection
- television
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к технике интерактивных дисплеев, пользовательских интерфейсов и систем распознавания жестов, применение которых постоянно растет.The proposed device relates to techniques for interactive displays, user interfaces and gesture recognition systems, the use of which is constantly growing.
Известен ряд устройств подобного назначения. Так, в [1] описывается система, осуществляющая проекцию изображения виртуальной клавиатуры на ладонь пользователя. Она включает в себя оптический проектор и телевизионную камеру, расположенные на дужках очков, и связанное с ними вычислительное устройство. Касание пальцем свободной руки изображения виртуальной клавиатуры в определенных точках фиксируется телевизионной камерой и передается в вычислительное устройство, которое определяет, с каким элементом виртуальной клавиатуры произошло касание пальца пользователя.A number of devices for this purpose are known. So, in [1], a system is described that implements a projection of a virtual keyboard image on the user's palm. It includes an optical projector and a television camera located on the arms of the glasses, and an associated computing device. The finger touch of the virtual keyboard image at certain points is captured by the television camera and transmitted to a computing device that determines which element of the virtual keyboard touched the user's finger.
В [2] рассматривается мобильная носимая система, закрепляемая на предплечье, воспринимающая биопотенциалы соответствующих мышц, участвующих в выработке жестов, совершаемых пальцами кисти. Недостатком данной системы является сложная техническая реализация и низкая помехоустойчивость, необходимость ее индивидуальной калибровки.In [2], a mobile wearable system is considered, fixed on the forearm, perceiving the biopotentials of the corresponding muscles involved in the development of gestures made by fingers. The disadvantage of this system is the complex technical implementation and low noise immunity, the need for its individual calibration.
В [3] предлагается устройство оцифровки движений конечностей на основе источника структурированной подсветки аналогично используемой в системе Kinect [4]. Однако устройства данного класса не предназначены для работы с малоразмерными объектами типа пальцев руки.In [3], a device for digitizing the movements of limbs based on a structured illumination source similar to that used in the Kinect system [4] is proposed. However, devices of this class are not designed to work with small-sized objects such as fingers.
В [5] предложена интерактивная измерительная система, определяющая положения пальцев пользователя в области, ограниченной зонами обзора от двух до четырех и более телевизионных камер, отличающаяся возможностью 3D измерений, однако весьма громоздкая для мобильных приложений.In [5], an interactive measuring system was proposed, which determines the position of the user's fingers in the area limited by the viewing areas from two to four or more television cameras, characterized by the possibility of 3D measurements, but it is very cumbersome for mobile applications.
Известно устройство фирмы Canesta, Inc. [6], функциональная схема которого наиболее близка к предлагаемому изобретению и которое является его прототипом. Это устройство содержит инфракрасный (ИК) излучатель, создающий плоское поле излучения над контролируемой поверхностью, и матричный фотоприемник с объективом, расположенный консольно над поверхностью «виртуальной клавиатуры», поле зрения которого охватывает контролируемую поверхность. Приемная оптическая система связана с вычислительным устройством, в которое вводится оцифрованное изображение контролируемой поверхности. Касание пальцем либо каким-то указателем (стилусом), поверхности «виртуальной клавиатуры» вызывает отражение от пальца (стилуса) части ИК-излучения, формируемого излучателем, и его регистрацию приемной оптической системой. Определение координаты касания основано на решении системы уравнений, описывающей пространственное положение изображения подсвечиваемой части пальца на поверхности фотоприемника, входящего в состав приемной оптической системы, и поверхности, образуемой излучением, формируемым излучателем (триангуляционное уравнение). В результате определяются плоские координаты пальца (стилуса) на поверхности «виртуальной клавиатуры», и принимается решение о том, какая клавиша была «нажата».A device of Canesta, Inc. is known. [6], the functional diagram of which is closest to the proposed invention and which is its prototype. This device contains an infrared (IR) emitter that creates a flat radiation field above the controlled surface, and an array photodetector with a lens located cantilever above the surface of the "virtual keyboard", the field of view of which covers the controlled surface. The receiving optical system is connected to a computing device into which a digitized image of the controlled surface is introduced. Touching with a finger or some kind of pointer (stylus), the surface of the “virtual keyboard” causes reflection from the finger (stylus) of part of the infrared radiation generated by the emitter, and its registration with the receiving optical system. The determination of the contact coordinate is based on solving a system of equations that describes the spatial position of the image of the illuminated part of the finger on the surface of the photodetector, which is part of the receiving optical system, and the surface formed by the radiation generated by the emitter (triangulation equation). As a result, the flat coordinates of the finger (stylus) on the surface of the “virtual keyboard” are determined, and a decision is made about which key was “pressed”.
Мобильное устройство для организации сенсорной плоскости, предлагаемое в данной заявке, отличается от известных расширенными функциональными возможностями, а именно тем, что оно позволяет организовать взаимодействие с персональным или планшетным компьютером, смартфоном и т.п. дистанционно, не пользуясь встроенными в них сенсорными поверхностями. Для этого оно выполнено в виде браслета, располагаемого на запястье, и позволяет пользователю в любой момент начать набор текста, рисование, редактирование, телефонные вызовы и пр. Кроме того, найдя в окружающей обстановке участок плоской поверхности (стол, окно, подоконник и т.п.), можно «превратить» эту поверхность в сенсорную. Оно содержит источник подсветки и оптически сопряженные с ним первую и вторую телевизионные камеры, направленные в сторону пальцев пользователя, подключенные к первому и второму входам специализированного вычислителя и размещаемые в фиксаторе. При этом телевизионные камеры формируют плоскости обзора, проходящие через определенную заранее строку изображения на фотоприемной матрице и оптический центр объектива каждой телевизионной камеры. Сенсорная плоскость создается пересечением плоскостей обзора первой и второй телевизионных камер и пересекает возможные положения пальцев кисти пользователя. Далее специализированным вычислителем фиксируется пересечение пальцем пользователя сенсорной плоскости и определяется пространственное положение этого пересечения. Кроме того, сторона фиксатора, противоположная той, которой он крепится к браслету, может иметь плоскую поверхность, параллельную сенсорной плоскости. Это позволяет, зафиксировав плоскую поверхность фиксатора с какой-либо плоскостью, получить тактильную обратную связь, возникающую при касании пальцем твердой поверхности, как и при работе с обычным сенсорным экраном или тачпэдом.The mobile device for organizing the touch plane, proposed in this application, differs from the known advanced functionality, namely, that it allows you to organize interaction with a personal or tablet computer, smartphone, etc. remotely without using the built-in touch surfaces. To do this, it is made in the form of a bracelet located on the wrist, and allows the user to start typing, drawing, editing, making phone calls, etc. at any time. In addition, finding in the environment a piece of a flat surface (table, window, window sill, etc.). item), you can "turn" this surface into a touch. It contains a backlight and optically coupled to it the first and second television cameras directed towards the user's fingers, connected to the first and second inputs of a specialized computer and placed in the latch. In this case, television cameras form viewing planes passing through a predetermined line of the image on the photodetector and the optical center of the lens of each television camera. The touch plane is created by the intersection of the viewing planes of the first and second television cameras and intersects the possible positions of the fingers of the user's hand. Next, a specialized computer calculates the intersection of the user's finger with the touch plane and determines the spatial position of this intersection. In addition, the side of the latch opposite to that which it is attached to the bracelet may have a flat surface parallel to the touch plane. This allows, having fixed the flat surface of the latch with any plane, to obtain tactile feedback that occurs when a finger touches a hard surface, as with a conventional touch screen or touchpad.
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где:In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device, where:
1, 2 - первая и вторая телевизионные камеры,1, 2 - the first and second television cameras,
3 - инфракрасный излучатель,3 - infrared emitter,
4 - кисть пользователя,4 - brush user
5 - палец,5 - finger
6 - браслет,6 - bracelet,
7 - фиксатор,7 - latch,
8 - специализированный вычислитель,8 - specialized calculator,
Ψ1, Ψ2 - телесные углы обзора первой (1) и второй (2) телевизионных камер,Ψ 1 , Ψ 2 - solid viewing angles of the first (1) and second (2) television cameras,
Ω - поток, формируемый инфракрасным излучателем 3,Ω is the flow generated by the
Φ1 - плоскость обзора первой телевизионной камеры 1,Φ 1 is the viewing plane of the
Φ2 - плоскость обзора второй телевизионной камеры 2,Φ 2 is the viewing plane of the
Θ - сенсорная плоскость.Θ - sensory plane.
На фиг. 2 иллюстрируется формирование сенсорной плоскости Θ, где:In FIG. 2 illustrates the formation of the touch plane Θ, where:
M1 - фотоприемная матрица первой телевизионной камеры 1,M 1 - photodetector matrix of the
М2 - фотоприемная матрица второй телевизионной камеры 2,M 2 - photodetector matrix of the
O1 - оптический центр объектива первой телевизионной камеры 1,O 1 - the optical center of the lens of the
O2 - оптический центр объектива второй телевизионной камеры 2,O 2 - the optical center of the lens of the
C1 - центр фотоприемной матрицы M1,C 1 - the center of the photodetector matrix M 1 ,
C2 - центр фотоприемной матрицы М2,C 2 - the center of the photodetector matrix M 2 ,
П - точка, принадлежащая пальцу оператора,P - point belonging to the finger of the operator,
O1 C1 - центральная оптическая ось первой телевизионной камеры 1,O 1 C 1 - the Central optical axis of the
O2 C2 - центральная оптическая ось второй телевизионной камеры 2,O 2 C 2 - the Central optical axis of the
f - фокусное расстояние объективов первой и второй телевизионных камер 1 и 2,f is the focal length of the lenses of the first and
l - расстояние между оптическими центрами объективов O1 и O2,l is the distance between the optical centers of the lenses O 1 and O 2 ,
SM1(1) - 1-я строка фотоприемной матрицы M1,S M1 (1) is the 1st row of the photodetector matrix M 1 ,
SM2(1) - 1-я строка фотоприемной матрицы М2.S M2 (1) - the first row of the photodetector matrix M 2 .
SM1(n) - n-я строка фотоприемной матрицы М1,S M1 (n) is the nth row of the photodetector matrix M 1 ,
SM2(n) - n-я строка фотоприемной матрицы М2,S M2 (n) is the n-th row of the photodetector matrix M 2 ,
SM1(i) - i-я строка фотоприемной матрицы M1,S M1 (i) is the i-th row of the photodetector matrix M 1 ,
SM2(i) - i-я строка фотоприемной матрицы М2,S M2 (i) is the i-th row of the photodetector matrix M 2 ,
На фиг. 3 приведен пример формирования изображений пальца 5, где:In FIG. 3 shows an example of imaging of a
5(t1) - положение пальца 5 в момент времени t1,5 (t 1 ) - the position of the
5(t2) - положение пальца 5 в момент времени t2,5 (t 2 ) - the position of the
IM1(t1) - изображение пальца 5 на фотоприемной матрице M1 в момент времени t1,I M1 (t 1 ) - image of
IM1(t2) - изображение пальца 5 на фотоприемной матрице M1 в момент времени t2,I M1 (t 2 ) - image of
IM2(t1) - изображение пальца 5 на фотоприемной матрице М2 в момент времени t1,I M2 (t 1 ) - the image of the
IM2(t2) - изображение пальца 5 на фотоприемной матрице М2 в момент времени t2.I M2 (t 2 ) - image of
На фиг. 4 приведена функциональная схема устройства, выполненного по второму пункту формулы изобретения, где:In FIG. 4 shows a functional diagram of a device made according to the second claim, where:
9 - плоская поверхность фиксатора 7,9 - flat surface of the
10 - рабочая поверхность.10 - working surface.
На фиг. 5 приведен пример конструктивного исполнения устройства, где:In FIG. 5 shows an example of the design of the device, where:
РСВ - печатная плата.RSV - printed circuit board.
ξ - расстояние между сенсорной плоскостью и рабочей поверхностью.ξ is the distance between the touch plane and the working surface.
Функционирование данного устройства иллюстрируется фиг. 1 и происходит следующим образом. Устройство охватывает запястье вблизи кисти пользователя 4 с помощью браслета 6. В фиксаторе 7, жестко связанном с браслетом 6, размещаются инфракрасный излучатель 3 и оптически сопряженные с ним две телевизионные камеры 1 и 2. Инфракрасный излучатель 3 создает подсветку, поток которой Ω, пересекает пальцы кисти 4, в том числе и палец 5.The operation of this device is illustrated in FIG. 1 and proceeds as follows. The device covers the wrist near the wrist of
На фиг. 2 показано, как на строке SM1(n) формируется изображение окружающей сцены, находящейся в плоскости Φ1, называемой далее плоскостью обзора первой телевизионной камеры 1.In FIG. 2 shows how on the line S M1 (n) an image of the surrounding scene is formed, located in the plane Φ 1 , hereinafter referred to as the viewing plane of the
Аналогично, на строке SM2(n), формируется изображение окружающей сцены, находящейся в плоскости Φ2, называемой далее плоскостью обзора второй телевизионной камеры 2.Similarly, on line S M2 (n), an image of the surrounding scene is formed, located in the plane Φ 2 , hereinafter referred to as the viewing plane of the
Определим сенсорную плоскостьDefine the touch plane
как пересечение плоскостей Φ1 и Φ2. Эта плоскость фактически является зоной стереообзора [7] телевизионных камер 1 и 2. При пересечении пальцем 5 сенсорной плоскости Θ в момент времени t2 изображения IM1(t2) и IM2(t2) будут пересекать строки SM1(n) и SM2(n) соответственно. В случае если оптические оси O1C1 и O2C2 параллельны, изменение номера n в направлении, указанном стрелкой α, вызывает перемещение плоскости Θ в направлении, указанном стрелкой β. Это позволяет пользователю при необходимости отрегулировать положение сенсорной плоскости Θ относительно кисти 4.as the intersection of the planes Φ 1 and Φ 2 . This plane is actually a stereo viewing area [7] of
Выражение для вычисления координат точки П, соответствующей положению пальца 9, находящегося на пересечении с сенсорной плоскостью Θ, получено из фиг. 2 и имеет вид:The expression for calculating the coordinates of the point P corresponding to the position of the
Мощность инфракрасного потока Ω, формируемая излучателем 3, должна быть достаточной, чтобы превысить уровень паразитных составляющих в изображениях окружающей сцены в видеосигналах первой и второй телевизионных камер 1 и 2. Таким образом, специализированный вычислитель 8, обнаружив в видеосигналах i-й строки обеих телевизионных камер 1 и 2 уровни, превышающие пороговые значения (например Uref1 и Uref2), принимает решение о наличии IM1(t2) и IM2(t2). Далее, фиксируя координаты
На фиг. 4 представлена модификация предлагаемого устройства, а именно фиксатор 7 на стороне, противоположной той, которой он скреплен с браслетом 6, дополнен плоскостью 9, оптически сопряженной с первой и второй телевизионными камерами, параллельной сенсорной плоскости Θ. Если в распоряжении пользователя есть участок плоской поверхности, например стола, работа с устройством может быть организованна следующим образом. Пользователь прижимает фиксатор 7 плоскостью 9 к рабочей поверхности 10. Далее он может прикоснуться к рабочей поверхности 10 и перемещать по ней палец 5, производя интерактивное взаимодействие с программным обеспечением. Для того чтобы это прикосновение происходило практически одновременно с пересечением сенсорной плоскости Θ, расстояние ξ между сенсорной плоскостью 0 и рабочей поверхностью 10 должно быть не больше нескольких миллиметров, благодаря чему кончик пальца проходит это расстояние практически мгновенно для пользователя.In FIG. 4 shows a modification of the proposed device, namely, the
На фиг. 5 иллюстрируется использование телевизионных камер типа OVM7675 фирмы Omni Vision [8], имеющих габариты 2.9×2.9×2.3 мм, что позволяет получить сенсорную плоскость Θ, находящуюся на расстоянии ξ от поверхности 10 не больше 1.5 мм. Конструктивно, телевизионные камеры и излучатель могут быть расположены на единой многослойной печатной плате 11, с обратной стороны которой размещается специализированный вычислитель 8.In FIG. Figure 5 illustrates the use of television cameras of the Omni Vision type OVM7675 [8], having dimensions of 2.9 × 2.9 × 2.3 mm, which makes it possible to obtain a touch plane Θ located at a distance ξ from
Для передачи вычисленных значений координат в персональный компьютер, смартфон и т.п. устройство может быть снабжено средством беспроводной передачи данных, например Wi-Fi или Bluetooth.To transfer the calculated coordinate values to a personal computer, smartphone, etc. the device may be equipped with a wireless data transmission device, such as Wi-Fi or Bluetooth.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №8228315 В1 от 24.01.2012 г.1. US patent No. 8228315 B1 from 01.24.2012
2. Патент США №7333090 В2 от 19.02.2008 г.2. US patent No. 7333090 B2 of 02/19/2008.
3. Патент США №7259747 от 21.08.2007 г.3. US Patent No. 7259747 of 08.21.2007
4. Патент США №7170492 В2 от 30.01.2007 г.4. US patent No. 7170492 B2 dated January 30, 2007.
5. Публикация № US 2010/0199228 А1 от 05.08.2010 г.5. Publication No. US 2010/0199228 A1 of 08/05/2010.
6. Патент США №7006236 В2 от 28.02.2006 г.6. US patent No. 7006236 B2 dated February 28, 2006.
7. В.В. Коротаев, А.В. Краснящих. Телевизионные измерительные системы. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2008 г., стр. 43.7. V.V. Korotaev, A.V. Blushing. Television measuring systems. St. Petersburg: St. Petersburg State University ITMO, 2008, p. 43.
8. Материал фирмы Omni Vision. OV7695. VGA product brief. Verison 1.0, August 2012.8. Material from Omni Vision. OV7695. VGA product brief. Verison 1.0, August 2012.
http://www.ovt.com/download_document.php?type=sensor&sensorid=124.http://www.ovt.com/download_document.php?type=sensor&sensorid=124.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014137369/08A RU2577467C1 (en) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | Mobile device for sensor plane |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014137369/08A RU2577467C1 (en) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | Mobile device for sensor plane |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2577467C1 true RU2577467C1 (en) | 2016-03-20 |
Family
ID=55647847
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014137369/08A RU2577467C1 (en) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | Mobile device for sensor plane |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2577467C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2339087C2 (en) * | 2001-09-07 | 2008-11-20 | Хармоник Рисерч, Инк. | Remote control device improvement |
EP2041640B1 (en) * | 2006-07-16 | 2012-01-25 | I. Cherradi | Free fingers typing technology |
-
2014
- 2014-09-15 RU RU2014137369/08A patent/RU2577467C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2339087C2 (en) * | 2001-09-07 | 2008-11-20 | Хармоник Рисерч, Инк. | Remote control device improvement |
EP2041640B1 (en) * | 2006-07-16 | 2012-01-25 | I. Cherradi | Free fingers typing technology |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10444908B2 (en) | Virtual touchpads for wearable and portable devices | |
US20130257736A1 (en) | Gesture sensing apparatus, electronic system having gesture input function, and gesture determining method | |
US20150220158A1 (en) | Methods and Apparatus for Mapping of Arbitrary Human Motion Within an Arbitrary Space Bounded by a User's Range of Motion | |
KR101524575B1 (en) | Wearable device | |
US8432372B2 (en) | User input using proximity sensing | |
US10120444B2 (en) | Wearable device | |
US10488942B2 (en) | Systems and methods to facilitate user interactions with virtual content having two-dimensional representations and/or three-dimensional representations | |
KR20100047793A (en) | Apparatus for user interface based on wearable computing environment and method thereof | |
KR101343748B1 (en) | Transparent display virtual touch apparatus without pointer | |
KR102147430B1 (en) | virtual multi-touch interaction apparatus and method | |
Babic et al. | Pocket6: A 6dof controller based on a simple smartphone application | |
WO2012154001A2 (en) | Touch recognition method in a virtual touch device that does not use a pointer | |
Tsai et al. | ThumbRing: private interactions using one-handed thumb motion input on finger segments | |
Matulic et al. | Pensight: Enhanced interaction with a pen-top camera | |
KR101103058B1 (en) | Computer system and method of driving the same | |
US20170293369A1 (en) | Hand-Controllable Signal-Generating Devices and Systems | |
TW201439813A (en) | Display device, system and method for controlling the display device | |
TWM485448U (en) | Image-based virtual interaction device | |
US8760437B2 (en) | Sensing system | |
Colaço | Sensor design and interaction techniques for gestural input to smart glasses and mobile devices | |
RU2577467C1 (en) | Mobile device for sensor plane | |
KR101588021B1 (en) | An input device using head movement | |
WO2013076824A1 (en) | Information processing method for touch panel device and touch panel device | |
JP6837496B2 (en) | Touch panel | |
KR20180044535A (en) | Holography smart home system and control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180916 |