[发明专利]基于几何校正优化的单摄像头虚拟键盘

说明书

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，具体涉及一种基于几何校正优化的单摄像头虚拟键盘。

背景技术

键盘作为一种传统的人机交互设备被人们所熟知，人们已经非常习惯键盘的使用。但是普通的键盘尺寸大，携带不方便，并且十分占地方，在使用自然性和友好性等方面有一定的局限性。所以现代的便携式设备都转向触摸屏式的虚拟键盘。尽管这样可以有效地省去携带键盘的麻烦，但是这种虚拟键盘的大小就直接受到虚拟设备屏幕大小的限制。不同大小的屏幕的设备所使用的虚拟键盘的大小不同，非常影响输入速度。由于人们习惯用双手与外界进行大部分交互操作，因此本文提出了一种即无需使用实物，又能够拥有真实键盘的输入方式的基于摄像头的虚拟键盘。

之前的基于摄像头的虚拟键盘主要是使用两个摄像头为一组，组成X、Y、Z三维平面，由Z坐标决定动作，X、Y坐标决定位置来实现的。这样的双摄像头的虚拟键盘一方面需要同时携带两个摄像头，增加负担，另一方面根据两个摄像头位置的不同，算法也无法确定。所以本文提出一种基于单摄像头的虚拟键盘的实现，一方面使得设备得到简化，另一方面系统更加的灵活。基于摄像头的虚拟键盘利用摄像头等设备获取人手运动的图像序列，通过视觉算法提取人手静态或动态特征、识别人手的姿态或动作，从而理解人的意图实现人机交互。该技术在智能交互、计算机游戏和穿戴计算等领域有广泛的应用前景。

目前的虚拟键盘技术主要分投射型键盘和软键盘两种。投射型键盘采用光学投影系统和传感器，在平滑物体表面投影出键盘形状，并将操作者动作的光信号转换为击键命令，传输到处理装置中，从而获得击键点，如红外线虚拟键盘。该方法有光设备的额外要求且缺乏真实触感。软键盘是通过软件模拟键盘，在设备屏幕上显示全键盘的形象，用户通过触屏来点击输入字符，如iPhone等。该方法占据了大块显示屏幕且硬件上要求触屏支持。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是解决因只有单摄像头产生的由二维图像判断三维空间按键动作问题，垂直拍摄产生的倾斜失真校正。

相应的，本发明实施例提供了一种基于几何校正优化的单摄像头虚拟键盘，包括：

键盘红外光源、键盘敏感模块、键盘布局投影模块。

所述键盘敏感模块包括传感器芯片组和图像处理单元。

所述传感器芯片组包括图像传感器和微处理器。

实施本发明实施例，手指的指尖在摄像头下总是位于纵坐标的最大致处，所以通过检查前面获取到的手部采样值(方形小块)的纵坐标值的大小，就能够获取指尖大致的位置，并且由于手指与手指之间有一定的间隙，通过滤去某个最大值附近的值就能够辨别多个手指的指尖的大致位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的基于几何校正优化的单摄像头虚拟键盘结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

1、指尖定位

手指的指尖在摄像头下总是位于纵坐标的最大致处，所以通过检查前面获取到的手部采样值(方形小块)的纵坐标值的大小，就能够获取指尖大致的位置，并且由于手指与手指之间有一定的间隙，通过滤去某个最大值附近的值就能够辨别多个手指的指尖的大致位置。

2、按键与手部移动的区分

单摄像头相对与多摄像头的按键识别中最难的就是无法准确地确定手指的动作是按键动作还是其他干扰动作。多摄像头通过三维的Z坐标判断手指的动作，当指尖的Z坐标与键盘Z坐标重合时，就可以认定手指触动按键。但由于单摄像头只有二维空间，只能通过手指按键的一些特定的规律判断手指是否有按键操作。

（1）当某个手指垂直按键时，其余手指基本保持位置不变。

(2)当某个手指垂直按键时，手掌的位置基本保持不变。

(3)当某个手指按键时，该手指的指尖的纵坐标与上一帧图像比会有一定量的减小。

(4)手指按键时，有一定的停留时间。