[发明专利]红外三维扫描结构及其在空中触摸屏和空中按键中的应用

说明书

本发明公开了一种红外三维扫描结构及其在空中触摸屏和空中按键中的应用，该红外三维扫描结构是在长方体红外扫描区的底面和顶面分别布置有L×D个红外发射管和L×D个红外接收管；在长方体红外扫描区的左右两侧面分别布置有H×D个红外发射管和H×D个红接收外管；该红外空中非接触触摸屏是将红外三维扫描结构平行设置在显示屏幕的正前方；而红外空中按键是红外三维扫描结构平行设置在所有按键所在平面的正前方，并在红外发射管之间、红外接收管之间、各红外扫描层之间设置间隙。本发明实现三维空中定位，以及显示屏的非接触空中触控和按键的非接触空中按击，从而解决公共场所点击触摸屏、按键产生的病毒和细菌的交叉感染问题。

技术领域

本发明涉及计算机三维交互领域，主要涉及三维立体定位和空中触控技术，具体涉及基于红外扫描的三维空中定位与非接触空中触控的实现结构及其方法。

背景技术

三维交互一直是计算机智能互动领域研究的重要课题。实现三维交互的技术难点之一是人体(特别是臂、手、手指)的准确可靠定位。目前，三维空中定位主要用3D图像传感器实现，微软的Kinect是其典型代表。这种定位技术仍存在定位不准、误定位等问题，尤其是其定位具有方向性的固有缺陷无法解决。

另一方面，触控技术是一种极有发展前途的交互式输入技术，触摸屏技术近年来发展十分迅速。目前触摸屏技术已发展到近二十种，技术相对成熟的触摸屏主要有电阻式、电容式、表面声波式、红外线式等类型。这些触控装置都是平面的触摸屏，且都需要直接触摸到触摸屏的表面才能完成触控。公共场所现有的ATM机、机场和火车站的查询终端及取票机上的触摸屏及按键和电梯、门禁等的控制按钮，都会产生病毒和细菌的交叉感染。应用需求呼唤非接触空中操作的新技术产生。现有触控技术(包括各种利用图像获取及处理的方法)都无法可靠、有效、方便地实现按钮、键盘、触摸屏的非接触空中操作。电阻式、表面声波式、红外线式等触摸屏必须接触才能操作；电容屏实现非接触操作的距离很短(一般不超过3厘米)，容易误操作，不能实用；使用图像处理技术的装置不是无法避免误遮挡就是应用场所难于安装。

因此，现有技术有待改进和发展。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术存在的不足之处，将触摸屏从二维平面推广到三维立体，提出一种红外三维扫描结构及其在空中触摸屏和空中按键中的应用，以期实现三维空中定位，从而不仅能为实现不限制方向的体感动作识别、实现远距离三维手势触控操作打下基础，而且能实现显示屏的非接触空中触控和按键的非接触空中按击，利用这种红外三维扫描结构的非接触空中触摸屏和非接触空中按键能低成本、可靠、方便的实现显示屏、按键的隔空操作，从而解决公共场所点击触摸屏、按键产生的病毒和细菌的交叉感染问题。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种红外三维扫描结构的特点是，设置一长方体红外扫描区，所述长方体红外扫描区的底面和顶面分别布置有L×D个红外发射管和L×D个红外接收管；所述长方体红外扫描区的左右两侧面分别布置有H×D个红外发射管和H×D个红接收外管；以第c层的底边L个红外发射管和顶边L个红外发射管形成第c层的纵向红外扫描层；以第c层的左边H个红外发射管和右边H个红外接收管形成第c层的横向红外扫描层；c＝1,2,…,D；所述第c层的底边第i个红外发射管与顶边第i个红外接收管之间形成纵向第i束扫描线；所述第c层的左边第j个红外发射管与右边第j个红外接收管之间形成横向第j束扫描线；以所述纵向第i束扫描线和横向第j束扫描线之间交点(i,j)为第c层上的第i行第j列的扫描交叉点；i＝1,2,…,L；j＝1,2,…,H。

本发明一种红外空中非接触触摸屏的特点是，将所述的红外三维扫描结构平行设置在显示屏幕的正前方，使得所述长方体红外扫描区的底面、顶面、左右两侧面能在所述显示屏幕的四周围成所述红外空中非接触触摸屏，令所述显示屏幕的长度为Lengh，高度为Hight，令所述显示屏幕与空中非接触触控之间的距离最大值为Depth，令红外发光管和红外接收管的直径均为d；则L＝[Lengh/d]，H＝[Hight/d]，D＝[Depth/d]；其中，[x]表示取不小于x的最大整数。