[发明专利]一种基于声定位技术的虚拟键盘

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟键盘领域，特别涉及一种基于声定位技术的虚拟键盘。

背景技术

虚拟键盘能够解决手机或平板电脑等便携设备因键盘过小而导致操作不便的问题，并能达到缩小便携设备体积的目的。

已有的虚拟键盘为通常为激光虚拟键盘和触摸虚拟键盘，其中激光虚拟键盘采用光投照技术，几乎能在任意平面上投影出全尺寸的电脑键盘。通过虚拟键盘的适用性技术对用户手指运动进行研究，实现对键盘击打动作的解码和记录。

但是，由于投影显示技术所限，容易受到外界环境光的干扰，在过于明亮的环境下，无法正常工作。使用激光虚拟键盘时，需要底部不透明、不强反光。其底部接收器的工作范围是固定的，无论是垫高激光虚拟键盘的底部，还是改变激光虚拟键盘的仰角，都会导致虚拟键盘无法正常工作。且该技术能耗大，成本高，不利于普及。

触摸虚拟键盘通常包括：手机虚拟键盘和平板电脑虚拟键盘等，将触摸屏上的虚拟键盘作为真实键盘使用，从而降低了产品的体积和成本。

但是，实际应用中触摸虚拟键盘受屏幕大小的限制，按键面积较小，经常出现输入错误的问题，不便于实际操作；并且虚拟键盘占据较多的触摸屏，当文本信息或图片信息中的内容较多时，会出现信息内容不能较完整的显示。

发明内容

本发明提供了一种基于声定位技术的虚拟键盘，本发明降低了虚拟键盘的功耗和成本，增大了屏幕的显示面积，提高用户的体验，详见下文描述：

一种基于声定位技术的虚拟键盘，包括：核心设备，所述核心设备内设置有至少三个声传感器，

所述核心设备放置在预设平面内，且与预设平面相接触；所述声传感器在同一个平面内，且所有所述声传感器不在同一直线上，相互之间存在一定间距；所述声传感器所感应到的区域为键盘区域；

所述核心设备通过多路数字信号对敲击点进行定位，获取敲击点位置；所述核心设备选取至少2个位置点进行连续敲击，将2个位置点作为键盘顶角的键，并对按键进行扩展确定整个键盘模型，实现对所述键盘模型的标定，在所述预设平面上形成利用声音控制的虚拟键盘，所述核心设备将敲击点对应的按键值传入键盘缓冲区，实现键盘功能。

所述核心设备包括：依次电连接的信号采集单元、信号调理单元、A/D转换器和中央处理单元，所有声传感器同步采集在所述键盘区域敲击所产生的声音信号，所述信号采集单元在预设采样频率范围内采集各路声音信号的波形，并传入所述信号调理单元；所述信号调理单元对各路声音信号的波形进行平移和放大，并根据噪声频段对平移放大后的信号进行滤波，获取多路模拟信号，并通过所述A/D转换器转换成所述多路数字信号，并传输至所述中央处理单元。

所述预设平面为建立虚拟键盘的平面。所述预设平面为任意材料的平面。

所述核心设备为便携设备、小型设备、适用于特殊环境的设备、以及不便于实现全尺寸键盘操作的仪器和设备。

当手位偏离键盘模型的基准按键时，所述核心设备对所述键盘模型进行重新标定。

所述键盘模型不显示按键。

所述核心设备通过多路数字信号对敲击点进行定位，获取敲击点位置具体为：以每两个声传感器为焦点确定一个双曲线，焦点F1、F2分别表示两声传感器，双曲线两顶点之间的距离2a表示声源分别到两声传感器的距离差，两声传感器间距为2c，通过联立双曲线方程获取敲击点的位置。

所述核心设备通过多路数字信号对敲击点进行定位，获取敲击点位置具体为：声传感器所围区域的中心O（0,0）为基准点，将基准点与任一声传感器连线所在的直线定义为基准线，取基准线上的一个声传感器定义为基准声传感器，基准声传感器对应的那路数字信号为基准数字信号，其他声传感器与基准传感器的夹角为γ_i，声传感器所围区域的孔径为a/2，声速为c，敲击点与基准点的连线与基准线的夹角为Δθ，通过联立直线方程获取敲击点的位置。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明在实现传统键盘功能的基础上，扩大了按键面积，缩小了便携设备体积，且耗能小，成本低。可广泛应用于平板式PC机、笔记本电脑、残障人士键盘；或应用在工业环境，洁净室，无菌和医疗环境；以及应用在测试设备、航空铁路等运输设备上。

附图说明

图1为一种基于声定位技术的虚拟键盘的结构示意图；

图2为虚拟键盘的工作示意图；

图3为本发明所用声达时间差法原理的示意图；

图4为本发明所用波束形成原理的示意图；

图5能量与夹角的关系示意图；