一种优化的激光投影虚拟键盘制造技术

本发明专利技术公开了一种优化的激光投影虚拟键盘，所述的装置包括载体平台、图像采集模块、激光键盘投影模块、激光定位模块、图像处理与识别模块、通信模块、电源模块，所述的载体平台为直立的金属外壳；所述的图像采集模块为摄像头；所述的激光键盘投影模块包括可见红光激光灯和含有键盘图案的光栅镜片；所述的激光定位模块包括近红外光发射器和一字光栅镜片；所述的图像处理与识别模块为嵌入式微控制器；所述的通信模块包括USB驱动芯片和USB驱动电路；经优化后，激光投影虚拟键盘通过嵌入式微控制器对图像进行处理识别，直接经USB连接电脑即可使用，且微控制器内置排除大物体干扰算法和排除外部干扰算法。

【技术实现步骤摘要】
一种优化的激光投影虚拟键盘
本专利技术涉及电子信息
，特别涉及一种优化的激光投影虚拟键盘。
技术介绍
随着技术的发展，人机交互向着自然、无侵入的方向发展，图像处理与投影可以更加灵活、自然和透明地结合起来，键盘作为计算机重要的输入设备，在可预见的将来都是不可或缺的，传统实体键盘体积大、不易携带，无法满足便携的要求，因此设计研制一款体积小巧、携带方便、使用便捷、稳定性强的激光投影虚拟键盘系统十分必要。现有的激光投影虚拟键盘有以下几点不足：第一，自制的虚拟键盘体积较大，携带不方便；第二，现有的激光投影虚拟键盘的识别借助PC机的OPENCV库，因而无法在没有OPENCV的PC机上使用，使用非常不便捷；第三，现有的激光投影虚拟键盘的抗干扰能力差，当手掌全部按到虚拟键盘区域上，或者肘关节手臂不小心放在虚拟键盘区域上时容易发生误触现象，且当虚拟键盘区域外部有其它物体时，容易干扰键盘的输入，给用户不舒适的使用体验。本专利技术的一种优化的激光投影虚拟键盘体积小巧、携带方便；通过嵌入式微控制器对图像进行处理识别，直接经USB连接电脑即可使用，使用便捷；嵌入式微控制器内置排除大物体干扰算法和排除外部干扰算法，实现了手掌或者手臂可以放在激光投影虚拟键盘上，不会发生误触现象，提高了系统的抗干扰能力，而且当键盘周围存在其他物体时，不会影响键盘的输入，给用户良好的使用体验，增强了系统的稳定性。因此，本专利技术针对现有的虚拟键盘技术不足的问题，专利技术了一种优化的激光投影虚拟键盘。
技术实现思路
本专利技术针对现有激光投影虚拟键盘携带不方便、使用不便捷、抗干扰性能差的问题，提出了一种结构简单、价格较低、体积小巧、携带方便、使用便捷、稳定性好，能完成替代传统实体键盘的一种优化的激光投影虚拟键盘，采用可见红光激光灯投影出键盘图案；采用一字激光辅助定位；采用了摄像头采集图像信息；通过嵌入式微控制器对采集到的图像进行处理识别，直接经USB连接电脑即可使用；采用USB通信模块进行虚拟键盘和PC机之间的通信，采用了排除大物体干扰算法，能有效的排除键盘区域内部的大物体干扰，实现了手掌或者手臂可以放在激光投影虚拟键盘上，不会发生误触现象；采用了排除外部干扰算法，当键盘周围存在其它物体时，不会干扰键盘的正常输入，解决了现有激光投影虚拟键盘携带不方便，使用不便捷，抗干扰性差的问题。为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为。本专利技术公开了一种优化的激光投影虚拟键盘，所述的装置包括载体平台、图像采集模块、激光键盘投影模块、激光定位模块、图像处理与识别模块、通信模块、电源模块，所述的载体平台为直立的金属外壳；所述的图像采集模块为摄像头；所述的激光键盘投影模块包括可见红光激光灯和含有键盘图案的光栅镜片；所述的激光定位模块包括近红外光发射器和一字光栅镜片；所述的图像处理与识别模块为嵌入式微控制器；所述的通信模块包括USB驱动芯片和USB驱动电路。所述的图像采集模块为200万像素、150度广角的红外摄像头，由于辅助定位的一字激光灯为红外波段，人眼看不到，所以摄像头也要采用红外摄像头。所述的激光键盘投影模块包括功率为40mw的可见红光激光灯和含有键盘图案的光栅镜片，功率合适、图案清晰、技术成本低、价格低廉、体积小巧。所述的激光定位模块由功率为50mw近红外光发射器和一字光栅镜片组成，采用红外波段，有效的与键盘投影激光图案区分开，给用户良好的视觉体验，功率合适，光斑清晰。一种优化的激光投影虚拟键盘，其工作流程为：首先激光键盘投影模块投影出键盘图案，用于辅助用户输入，当用户手指按下相应的键位后，红外一字激光灯发射出平行且贴近桌面的激光，激光会在手指上产生反光，形成高亮的光斑，然后红外摄像头采集虚拟键盘区域的图像信息，将图像信息传送给嵌入式微控制器进行处理与识别，最后将图像处理与识别后所反馈的按键事件通过USB通信注入PC机，PC机上显示所输入的字符。本专利技术采用一字激光辅助定位和摄像头采集图像处理识别相结合的方法来捕捉手指的按下动作。本专利技术采用嵌入式微控制器将摄像头采集到的图像进行校正、提取兴趣点并定位手指按键位置，通过USB通信将按键响应传送给PC机，最后实现键盘的输入功能，该嵌入式微控制器首先调入相机内参和畸变参数；然后读取摄像头视频帧，进行图像处理，包括图像的矫正、图像滤波处理，图像滤波处理包括灰度处理、二值处理、腐蚀膨胀处理；接下来提取兴趣点，包括轮廓提取、多边形近似、外包矩形计算和矩形中心点计算；然后进行键盘响应，包括按键位置的识别、按键模态的识别；最后通过USB通信向PC机注入按键事件，PC机上显示所输入字符，当按下激光投影虚拟键盘的ESC按键时，则关闭该激光投影虚拟键盘。本专利技术采用了排除大物体干扰算法，能够有效地排除出现在键盘区域内部的大物体干扰，实现了手掌或手臂可以放在激光投影虚拟键盘上，不会发生误触现象，首先将摄像头采集的图像经处理后提取出N个按到激光投影虚拟键盘上的轮廓；然后近似计算轮廓尺寸；判断当前轮廓大小是否符合要求；若当前轮廓尺寸在预设值范围内，则为有效轮廓；若当前轮廓尺寸超出预设值范围，则删除当前轮廓；判断所有轮廓尺寸是否都判断完毕；若所有轮廓尺寸没有判断完毕，则指向下一个轮廓，重复上述步骤；若所有轮廓尺寸判断完毕，算法结束。本专利技术采用了排除外部干扰算法，当键盘周围存在其他物体时，不会影响键盘的输入，首先将摄像头采集的图像经处理后提取出N个按到激光投影虚拟键盘上的轮廓，形成N个特征点；然后调用映射函数计算出每个特征点的像素坐标；判断当前特征点的像素坐标是否在键盘范围内；若当前特征点像素坐标在键盘范围内，则为有效特征点；若当前特征点像素坐标超出键盘范围，则删除当前特征点；判断所有特征点是否都判断完毕；若所有特征点没有判断完毕，则指向下一个特征点，重复上述步骤；若所有特征点判断完毕，算法结束。所述的图像采集模块为200万像素、150度广角的红外摄像头。所述的激光键盘投影模块包括功率为40mw的可见红光激光灯和含有键盘图案的光栅镜片。所述的激光定位模块包括功率为50mw的近红外光发射器和一字光栅镜片。所述的图像处理与识别模块为嵌入式微控制器：MK60DN512VLQ10微控制器。所述的通信模块包括USB驱动芯片PDIUSBD12和USB驱动电路。所述的电源模块为ams117-3.3芯片。采用本专利技术的技术设计方案，与现有技术相比，具有如下有益效果。(1)本专利技术提出的一种优化的激光投影虚拟键盘，结构简单、价格低廉、体积小巧、携带方便。(2)本专利技术的一种优化的激光投影虚拟键盘，通过嵌入式微控制器对图像进行处理识别，直接经USB连接电脑即可使用，使用便捷。(3)本专利技术的一种优化的激光投影虚拟键盘，采用了排除大物体干扰算法，能够有效地排除出现在键盘区域内部的大物体干扰，实现了手掌或者手臂可以放在激光投影虚拟键盘上，不会发生误触现象。(4)本专利技术的一种优化的激光投影虚拟键盘，采用了排除外部干扰算法，当键盘区域外部存在其他物体时，不会干扰键盘的输入。附图说明图1为该优化的激光投影虚拟键盘的系统结构示意图。图2为该优化的激光投影虚拟键盘的内部结构示意图。图3为该优化的激光投影虚拟键盘的工作流程图。图4为该优化的激光投影虚拟键盘的图像处理与识别算法流程图。图5为该优化的激光投本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术公开了一种优化的激光投影虚拟键盘，所述的装置包括载体平台、图像采集模块、激光键盘投影模块、激光定位模块、图像处理与识别模块、通信模块、电源模块，所述的载体平台为直立的金属外壳；所述的图像采集模块为摄像头，该摄像头以桌面成30度角固定于载体平台上端；所述的激光键盘投影模块包括可见红光激光灯和含有键盘图案的光栅镜片，该激光键盘投影模块以桌面成53度角固定于载体平台中部；所述的激光定位模块包括近红外光发射器和一字光栅镜片，该激光定位模块固定于载体平台最底端，贴近桌面且与桌面平行；所述的图像处理与识别模块为嵌入式微控制器；所述的通信模块包括USB驱动芯片和USB驱动电路；经优化后，激光投影虚拟键盘通过嵌入式微控制器对图像进行处理识别，直接经USB连接电脑即可使用，且嵌入式微控制器内置排除大物体干扰算法和排除外部干扰算法。

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种优化的激光投影虚拟键盘，所述的装置包括载体平台、图像采集模块、激光键盘投影模块、激光定位模块、图像处理与识别模块、通信模块、电源模块，所述的载体平台为直立的金属外壳；所述的图像采集模块为摄像头，该摄像头以桌面成30度角固定于载体平台上端；所述的激光键盘投影模块包括可见红光激光灯和含有键盘图案的光栅镜片，该激光键盘投影模块以桌面成53度角固定于载体平台中部；所述的激光定位模块包括近红外光发射器和一字光栅镜片，该激光定位模块固定于载体平台最底端，贴近桌面且与桌面平行；所述的图像处理与识别模块为嵌入式微控制器；所述的通信模块包括USB驱动芯片和USB驱动电路；经优化后，激光投影虚拟键盘通过嵌入式微控制器对图像进行处理识别，直接经USB连接电脑即可使用，且嵌入式微控制器内置排除大物体干扰算法和排除外部干扰算法。2.根据权利要求1所述的一种优化的激光投影虚拟键盘，其特征在于：所述的图像处理与识别模块为嵌入式微控制器。3.根据权利要求1所述的一种优化的激光投影虚拟键盘，其特征在于：所述的通信模块为USB驱动芯片和USB驱动电路。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：逯鹏，韩坤峰，朱西昆，韩昕哲，陈海洋，赵乙霏，王汉章，刘超，汪盈盈，漆连鑫，奚昊，张亚彬，高杨，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41