專利名稱：空氣投影鍵盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種虛擬鍵盤，具體的說是一種在空氣屏幕上投影的虛擬鍵盤。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電子產(chǎn)品，例如:臺式電腦、筆記本電腦、手機、測試儀器等，在輸入數(shù)據(jù)或其他用途的過程中通常使用實體鍵盤。傳統(tǒng)鍵盤缺點在于體積過大，不易攜帶與放置。而且實體鍵盤容易吸納灰塵不易清潔，使用過度容易損壞。為了滿足虛擬立體投影的需求，出現(xiàn)了虛擬激光鍵盤(Virtual LaserKeyboard)。美國專利號6，650，318號提出一種虛擬鍵盤，主要包括激光源、感應(yīng)器和處理單元。激光源發(fā)出的激光形成虛擬影像區(qū)在平面平臺(例如:桌子，木板等)形成按鍵影像。當(dāng)手指在虛擬影像區(qū)操作虛擬鍵盤時，反射激光由傳感器接收，信息傳至處理單元，處理單元計算出手指的摁鍵字符。但是虛擬激光鍵盤至少有以下缺點:
1.激光源發(fā)出的激光形成的虛擬影像區(qū)必須投影在平面平臺(例如:桌子，木板等)，才能形成清晰按鍵影像。非平面平臺難以成像。2.在一些需要特別展示的狀態(tài)或苛刻的位置難以達到，比如:懸空顯示鍵盤、正反均可使用情況等。因此傳統(tǒng)鍵盤和虛擬激光鍵盤，都有針對其缺點加以改進的必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種在空氣屏幕上投影的虛擬鍵盤，已解決上述問題。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案包括:空氣屏幕發(fā)生器、投影系統(tǒng)、紅外攝像系統(tǒng)、處理系統(tǒng)和指不燈。本發(fā)明主要結(jié)構(gòu)為:空氣屏幕系統(tǒng)可以制造出由透明或半透明氣體(比如水蒸氣)形成的空氣墻，投影系統(tǒng)采用背投技術(shù)將鍵盤虛擬影像投映至空氣墻，當(dāng)手指在虛擬影像區(qū)操作虛擬鍵盤時，同時紅外攝像系統(tǒng)獲取此區(qū)域紅外幅射變化的傳感信息，處理系統(tǒng)接收傳感信息并計算出手指的摁鍵內(nèi)容信息，摁鍵內(nèi)容信息傳遞給外接輸出設(shè)備(比如顯示屏、計算機等)。其中，紅外攝像系統(tǒng)由:兩個紅外攝像頭、一個紅外探測器和一個A/D轉(zhuǎn)換器組成。第一紅外攝像頭和第二紅外攝像頭用于收集和記錄空氣和手指反射的紅外光信息；紅外探測器用于將光的強度信息轉(zhuǎn)化為電壓的幅度信息；A/D轉(zhuǎn)換器功能是將將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號。其中，處理系統(tǒng)由:第一處理單元、第二處理單元、第三處理器單元、默認存儲單元、當(dāng)前存儲單元、歷史存儲單元和處理程序組成。第一處理單元的作用是將依次傳來的電信號數(shù)據(jù)排列整合為A面影像區(qū)和B面影像區(qū)各點的強度數(shù)據(jù)；第二處理單元的作用是對當(dāng)前存儲單元和歷史存儲單元信息計算出當(dāng)期的按鍵信息；第三處理器單元的作用是判斷使用者用的是A面還是B面；默認存儲單元記錄的是默認的A面影像區(qū)和B面影像區(qū)各點的強度數(shù)據(jù)；當(dāng)期存儲單元記錄的是現(xiàn)在兩面影像區(qū)各點的強度數(shù)據(jù)；歷史記錄存儲單元會存儲每次兩面影像區(qū)各點的強度數(shù)據(jù)，當(dāng)輸出系統(tǒng)出現(xiàn)故障方便時歷史記錄存儲單元可以恢復(fù)數(shù)據(jù)，在當(dāng)達到數(shù)據(jù)飽和時會刪除以前的數(shù)據(jù)；處理程序用于執(zhí)行和協(xié)調(diào)處理單元和存儲單元的工作時間和順序。本發(fā)明提供一種紅外攝像系統(tǒng)方案，目的是為了精確記錄空氣屏幕中手指操作虛擬鍵盤影響的情況。第一紅外攝像頭和第二紅外攝像頭分別置于機箱兩側(cè)并同時進行攝影，從兩個不同方向=A面和B面記錄下來空氣屏幕中的鍵盤虛擬影像區(qū)的紅外光信息；然后光信息傳到紅外探測器，紅外探測器將光的強度信息轉(zhuǎn)化為電壓的幅度信息；電壓的幅度信息經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息輸出。為了支持以上紅外攝像系統(tǒng)的方案，本發(fā)明還提供一種紅外處理系統(tǒng)，如上文的處理系統(tǒng)，其工作流程是:首先在開機時，手指沒有操作虛擬鍵盤影響時，紅外攝像系統(tǒng)提供的紅外光信息被處理系統(tǒng)的處理單與處理為A面和B面的虛擬鍵盤信息，第一次虛擬鍵盤信息與默認存儲單元的初始默認虛擬鍵盤信息庫做比對，將初始默認庫兩面每一點的強度數(shù)據(jù)與第一次虛擬鍵盤信息兩面每一點的強度數(shù)據(jù)相減，如果它們之差超過閾值則指示燈發(fā)出提醒，然后將第一次虛擬鍵盤信息兩面每一點的強度數(shù)據(jù)存儲為當(dāng)前默認庫；當(dāng)手指操作虛擬鍵盤影響時，此時A面和B面的虛擬鍵盤信息被同時存儲到當(dāng)前存儲單元和歷史存儲單元，然后將當(dāng)前默認庫兩面每一點的強度數(shù)據(jù)與當(dāng)前虛擬鍵盤信息兩面每一點的強度數(shù)據(jù)相減，它們之差傳入處理單元，處理單元經(jīng)判斷得出當(dāng)前按鍵并傳至輸出系統(tǒng)；當(dāng)前存儲單元刪除此次信息，準備存儲下一次信息。當(dāng)輸出系統(tǒng)出現(xiàn)故障時歷史記錄存儲單元可以將數(shù)據(jù)傳至新的輸出系統(tǒng)，在歷史記錄存儲單元當(dāng)達到數(shù)據(jù)飽和時會刪除以前的數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供一種可雙面使用鍵盤的模式，如上文的處理系統(tǒng)，其工作流程為:當(dāng)手指操作虛擬鍵盤影響時，此時A面和B面的虛擬鍵盤信息被同時存儲到當(dāng)前儲存單元；由第三處理器單元將A面和B面每一點的強度數(shù)據(jù)相減，再判斷出使用者使用的是A面還是B面。本發(fā)明的優(yōu)點在于:它的空氣屏幕能在空中投影虛擬鍵盤，不依靠任何介質(zhì)；空氣屏幕有空間立體投影的藝術(shù)效果；空氣屏幕本身不需要清潔，不會因使用不當(dāng)而損壞；虛擬鍵盤可以雙面使用。


圖1是本發(fā)明空氣投影鍵盤A面結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明空氣投影鍵盤B面結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明紅外探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖4是本發(fā)明處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖5是本發(fā)明主要流程 圖中，空氣屏幕發(fā)生器1、狀態(tài)指示燈21、位置指示燈22、投影器3、紅外探測系統(tǒng)4、第一紅外攝像頭41、第二紅外攝像頭42、紅外探測器43、A/D轉(zhuǎn)換器44、處理系統(tǒng)5、第一處理單元51、第二處理單元52、第三處理器單元53、默認存儲單元54、當(dāng)前存儲單元55、歷史存儲單元56、處理程序57、虛擬鍵盤6、外部輸出系統(tǒng)7、產(chǎn)生虛擬鍵盤81、自校準82、判斷使用面83、鍵盤信息處理與輸出84。
具體實施例方式空氣投影鍵盤設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1和圖2:空氣屏幕發(fā)生器I在整個裝置中部，狀態(tài)指示燈21和位置指示燈22在裝置中部，投影器3在裝置中部偏A面，裝置A面和B面分別有第一紅外攝像頭41和第二紅外攝像頭42，裝置有紅外探測系統(tǒng)4、處理系統(tǒng)5和虛擬鍵盤6。紅外攝像系統(tǒng)的主要工作功能如圖3，紅外攝像系統(tǒng)工作步驟為:第一紅外攝像頭41和第二紅外攝像頭42分別置于機箱兩側(cè)并同時進行攝影，A面和B面記錄下來空氣屏幕中的虛擬鍵盤6的紅外光信息；然后光信息傳到紅外探測器43，紅外探測器43將光的強度信息轉(zhuǎn)化為電壓的幅度信息；電壓的幅度信息經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器44轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息輸出至處理系統(tǒng)5。處理系統(tǒng)的主要工作功能如圖4，處理系統(tǒng)由:第一處理單元51、第二處理單元52、第三處理器單元53、默認存儲單元54、當(dāng)前存儲單元55、歷史存儲單元56和處理程序57組成。第一處理單元51的作用是將依次傳來的電信號數(shù)據(jù)排列整合為A面影像區(qū)61和B面影像區(qū)62各點的強度數(shù)據(jù)；第二處理單元52的作用是對當(dāng)前存儲單元和歷史存儲單元56信息計算出當(dāng)期的按鍵信息；第三處理器單元53的作用是判斷使用者用的是A面還是B面，并將結(jié)果傳 給投影器3 ;默認存儲單元記錄54的是默認的A面影像區(qū)61和B面影像62區(qū)各點的強度數(shù)據(jù)；當(dāng)期存儲單元55記錄的是現(xiàn)在兩面影像區(qū)各點的強度數(shù)據(jù) ’歷史記錄存儲單元56會存儲每次兩面影像區(qū)各點的強度數(shù)據(jù)，當(dāng)外部輸出系統(tǒng)7出現(xiàn)故障方便時歷史記錄存儲單56元可以恢復(fù)數(shù)據(jù)，在當(dāng)達到數(shù)據(jù)飽和時會刪除以前的數(shù)據(jù)；處理程序57用于執(zhí)行和協(xié)調(diào)處理單元和存儲單元的工作時間和順序。本實例中空氣投影鍵盤主要工作流程如圖4和圖5，當(dāng)使用者開機首先產(chǎn)生虛擬鍵盤81:空氣屏幕發(fā)生器I產(chǎn)生透明或半透明氣體(比如水蒸氣)形成的空氣屏幕，投影器3將虛擬鍵盤影像投影至空氣屏幕，至此開機成功狀態(tài)指示燈21指示燈顯示綠燈。然后自校準82:紅外攝像系統(tǒng)4提供的紅外光信息被處理系統(tǒng)5的第一處理單元51與處理為A面和B面的虛擬鍵盤信息，第一次虛擬鍵盤信息與處理器中默認存儲單元54的初始默認虛擬鍵盤信息庫做比對，將初始默認庫兩面每一點的強度數(shù)據(jù)與第一次虛擬鍵盤信息兩面每一點的強度數(shù)據(jù)相減，如果它們之差超過閾值則發(fā)出提醒狀態(tài)指示燈顯示紅色，然后將第一次虛擬鍵盤信息兩面每一點的強度數(shù)據(jù)存儲為當(dāng)前默認庫。接著是判斷使用面83和鍵盤信息處理與輸出84:當(dāng)使用者手指操作虛擬鍵盤6影響時，此時A面和B面的虛擬鍵盤信息被同時存儲到當(dāng)前儲存單元；由第三處理器單元53將A面和B面每一點的強度數(shù)據(jù)相減，再判斷出使用者使用的是A面還是B面，如果使用的是A面位置指示燈22顯示綠色，如果使用的是B面顯示黃色；手指操作虛擬鍵盤影響時，此時A面和B面的虛擬鍵盤信息被同時存儲到當(dāng)前存儲單元55和歷史存儲單元56，然后將當(dāng)前默認庫兩面每一點的強度數(shù)據(jù)與當(dāng)前虛擬鍵盤信息兩面每一點的強度數(shù)據(jù)相減，它們之差傳入第二處理單元52，第二處理單元52經(jīng)判斷得出當(dāng)前按鍵并傳至外部輸出系統(tǒng)7 ;當(dāng)前存儲單元55刪除此次信息，準備存儲下一次信息。
通常使用usb或者串口線將鍵盤信息出處給外部輸出系統(tǒng)7。當(dāng)外部輸出系統(tǒng)7出現(xiàn)故障時，處理系統(tǒng)5中的歷史記錄存儲單元56可以將數(shù)據(jù)傳至新的輸出系統(tǒng)7，在歷史記錄存儲單元56當(dāng)達到數(shù)據(jù)飽和時會刪除以前的數(shù)據(jù)。根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和具體描述的實施方式，對本發(fā)明的變更和修改也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護之內(nèi)。盡管本說明書中使用了一些特定術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求
1.一種空氣投影鍵盤，其特征在于:空氣屏幕發(fā)生器、投影系統(tǒng)、紅外攝像系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、指示燈和機箱。
2.空氣屏幕系制造出由透明或半透明氣體(比如水蒸氣)形成的空氣屏幕，投影系統(tǒng)將鍵盤虛擬影像投映至空氣屏幕，當(dāng)手指在虛擬影像區(qū)操作虛擬鍵盤時，同時紅外攝像系統(tǒng)獲取此區(qū)域紅外幅射變化的傳感信息，處理系統(tǒng)接收傳感信息并計算出手指的摁鍵內(nèi)容信息，最后將摁鍵內(nèi)容信息傳遞給外接輸出設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣屏幕發(fā)生器和投影系統(tǒng)，其特征在于投影系統(tǒng)將鍵盤的虛擬影像投映至空氣屏幕發(fā)生器形成的空氣墻。
4.空氣屏幕可以懸浮于空中，可以兩面(A面和B面)使用虛擬投影鍵盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外攝像系統(tǒng)，其特征在于至少包括一個紅外攝像頭、一個紅外探測器和一個A/D轉(zhuǎn)換器組成。
6.其用于收集虛擬鍵盤面每點的反射光強信息并將光信息轉(zhuǎn)換為電壓幅度信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述處理系統(tǒng)，其特征還包括處理單元、儲存單元和處理程序。
8.其用于處理電壓幅度信息，并將按鍵信息傳遞給外部輸出設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外攝像系統(tǒng)和處理系統(tǒng)，其特征還包括當(dāng)紅外攝像系統(tǒng)有兩個或兩個以上紅外攝像頭并且紅外攝像頭分布在設(shè)備兩面(A面和B面)時，紅外探測器記錄的是雙面光強信息，處理系統(tǒng)可以計算空氣屏幕中虛擬投影鍵盤兩面的按鍵信息，判斷使用者操作鍵盤的使用面，并自動調(diào)整鍵盤界面。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述處理系統(tǒng)，其特征還包括存儲單元有默認鍵盤信息庫，每次由紅外攝像系統(tǒng)傳來的鍵盤信息會與默認鍵盤信息庫比對，從而計算出當(dāng)前使用者的按鍵信肩、O
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述處理系統(tǒng)，其特征還包括每次開機使用設(shè)備時有自校準功能:在使用者沒有操作虛擬鍵盤前會將第一次虛擬鍵盤信息與默認存儲單元的初始默認虛擬鍵盤信息庫做比對，可以將存儲單元有默認鍵盤信息庫每一點的強度數(shù)據(jù)與第一次虛擬鍵盤信息兩面每一點的強度數(shù)據(jù)相減，如果它們之差超過閾值則指示燈發(fā)出虛擬鍵盤啟動不正常提醒，然后將第一次虛擬鍵盤信息兩面每一點的強度數(shù)據(jù)存儲為當(dāng)前默認庫；以后每次紅外攝像系統(tǒng)傳來的鍵盤信息都與當(dāng)前默認庫對比，計算出當(dāng)前使用者的按鍵信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述處理系統(tǒng)，其特征還包括存儲器有備份數(shù)據(jù)功能:將每次讀得的鍵盤信息存儲進儲存單元，當(dāng)外部輸出系統(tǒng)出現(xiàn)故障時存儲單元可以將數(shù)據(jù)傳至新的輸出系統(tǒng)，在歷存儲單元當(dāng)達到數(shù)據(jù)飽和時會刪除以前的數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述指示燈，其特征包括至少有一個指示燈，至少能顯示出:虛擬鍵盤正常啟動、虛擬鍵盤正常啟動兩種狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述指示燈，其特征包括還包括，指示燈可以有多個，也可以顯示:正在使用A面、正在使用B面、存儲器滿，存儲器空閑、外部輸出設(shè)備正常、外部輸出設(shè)備不正常等空氣投影鍵盤的工作狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述空氣投影鍵盤，可以包含機箱用于放置空氣屏幕發(fā)生器、投影系統(tǒng)、紅外攝像系統(tǒng)、處理系統(tǒng)和指示燈等器件。
全文摘要
本發(fā)明公開一種空氣投影鍵盤，其包括空氣屏幕發(fā)生器、投影系統(tǒng)、紅外攝像系統(tǒng)、處理系統(tǒng)和指示燈。其主要原理為空氣屏幕系制造出由透明或半透明氣體(比如水蒸氣)形成的空氣墻，投影系統(tǒng)將鍵盤虛擬影像投映至空氣墻，當(dāng)手指在虛擬影像區(qū)操作虛擬鍵盤時，同時紅外攝像系統(tǒng)獲取此區(qū)域紅外幅射變化的傳感信息，處理系統(tǒng)接收傳感信息并計算出手指的摁鍵內(nèi)容信息，最后將摁鍵內(nèi)容信息傳遞給外接輸出設(shè)備。本發(fā)明中虛擬鍵盤投影于空氣屏幕，而且不依靠于任何物體和平面。虛擬鍵盤可以雙面使用，有空間立體投影的藝術(shù)效果。
文檔編號G06F3/042GK103116422SQ201310065799
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月2日
發(fā)明者劉昱 申請人:劉昱