[发明专利]基于红外反射式光电探测点阵的隔空输入系统与输入方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子设备输入技术领域，进一步是涉及一种利用红外反射式光电探测技术实现人机交互信息输入的新型隔空输入系统与输入方法。

背景技术

传统的输入设备如按键、鼠标、触摸屏等，由于需要使用者的手指直接接触，因而在某些特定场合存在一些应用上的制约，比如：手术室中工作的医护人员因无菌要求而不便于进行某些直接接触操作；在一些大型集会演讲中，接触式的交互输入操作会影响演讲者的尽情发挥；在医院、电梯、车站等场合使用接触式的公共自助服务设备，更是会增加病菌交叉感染的几率。

近年来出现的基于摄像头和图像处理技术的隔空输入系统，比如美国微软公司的kinect、苹果公司的leap motion等产品，他们在技术上的共同点是采用摄像头来采集交互动作等输入信息，并通过数字图像处理方法实现动作识别，完成人机交互功能。这类产品因利用摄像头采集图像，导致其正常工作会受到环境光照条件的限制，环境光线过明或过暗都会影响图像的有效采集，同时实时图像处理对系统软硬件也有很高的要求。基于微型固态陀螺仪、加速度计和生物电极等传感器实现的隔空输入系统，如日本任天堂公司的Wii Remote控制器、加拿大Thalmic Labs公司的MYO腕带等产品，是通过传感器来监测手和手臂在三维空间中的运动轨迹、姿态或者运动时肌肉产生的生物电变化等信息，进而实现人机交互动作的识别与输入。这类产品在工作时虽不受环境光照条件的限制，使用更加便捷自然，但在交互输入动作的识别精度和识别数量上存在局限。

鉴于以上分析，有必要研究不同于传统输入系统的可隔空输入、结构简单、性能优良、使用方便且价格较低的新型输入系统。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种简单可靠且性价比高的隔空输入系统，还相应提供一种基于红外反射式光电探测点阵的隔空输入方法。采用该方法实现的隔空输入系统结构简单、使用方便、响应速度快、环境适应性强且成本较低。

本发明所采用的第一种技术方案为：基于红外反射式光电探测点阵的隔空输入系统，包括微控制器（Micro Controller Unit，MCU）、无线发射模块、上位机、无线接收模块、光电探测模块，其中，光电探测模块与微控制器连接，微控制器与无线发射模块连接，上位机与无线接收模块连接。

本发明所提供的另一种技术方案是：基于红外反射式光电探测点阵的隔空输入系统，包括微控制器、连接线、上位机、光电探测模块，其中，光电探测模块与微控制器连接，微控制器通过连接线与上位机连接实现交互信息的传送。

第一或第二方案中，所述光电探测模块对其前方三维空间中交互主体（如手指）的位置进行连续实时地记录，微控制器通过分析处理该位置信息便可得到交互主体的移动轨迹和速度等信息，进而判断出交互主体的输入意图，再经过微控制器以无线或有线连接方式将上述信息发送给上位机，实现对上位机的输入控制。

所述光电探测模块包括红外反射式光电探测点阵、调制信号产生电路、驱动发射电路、光电探测电路、解调电路。

所述红外反射式光电探测点阵由多个光电传感单元在二维平面内排布构成，可按一定的规律（如等间距）排布，每个传感单元由成对的一个红外发射管和一个红外接收管紧贴并排放置在一起组成。每个传感单元占据着二维平面内唯一确定的一个位置，当交互主体出现在该位置上方时，便会将红外发射管发出的光信号反射回传感单元，并由红外接收管接收后给出相应的电信号，结合微控制器输出的扫描控制时序，便可唯一确定交互主体在当前时刻的位置。红外反射式光电探测点阵的输入端与驱动发射电路的输出端连接，驱动发射电路的一个输入端与调制信号产生电路的输出端连接，另一个输入端与微控制器的输出端连接。红外反射式光电探测点阵的输出端与光电探测电路的输入端连接，光电探测电路的输出端与解调电路的输入端连接，解调电路的输出端与微控制器的输入端连接。

所述传感单元的一对红外发射管和接收管可以是两个独立的分立元件，也可以是组合封装在一起的集成元件。若红外发射管和接收管是两个独立的分立元件，则红外接收管的外侧需要加上深色（如黑色）的套管，以防止直接接收到来自红外发射管的光能量。

所述调制信号产生电路与驱动发射电路相连接，用以产生经过调制的驱动信号使得红外反射式光电探测点阵向空间发射调制光辐射。解调电路与光电探测电路连接，用以对红外反射式光电探测点阵接收到的调制光辐射进行解调。