CN101630193A - 手感设备 - Google Patents

Abstract

手感设备是通过特殊光感应器件系统采集手掌、手指或其它部分人体特征的连续成像，接触或不接触设备均可利用图像分析芯片对图像上特征点位置的变化进行分析，形成光标定位、缩放、翻页、滚动和点击的终端输入指令，实现人机交互的采集分析输入设备。

Description

手感设备

本发明属于人体动作感应采集分析输入设备。

1、技术领域

计算机输入设备领域除了键盘最重要的就是鼠标设备，经过二三十年的发展从机械式到光电式，总是需要手握设备操作，长时间使用造成大量腱鞘炎和腕管综合征患者，熟称“鼠标手”。后续出现的压力棒、触摸板、触摸屏、轨迹球，也都只有移动光标和部分左键点击功能，不能完全替代鼠标，还常常需要双手配合才能使用，更无法实现滚轮等其它高级功能。

随着光电成像技术的成熟，数码照相机、数码摄像机等一批光感器件为核心的CCD、CMOS成像技术进一步完善，制造成本急速下降，家用摄像头单件成本不到20元，使用同类技术的光电鼠标由于光感面积小，单件成本已经下降到10元以下。现在该是让全球10亿电脑用户淘汰鼠标、不用接触设备、仅凭手势就能操作电脑的时代到来了。

手感设备是通过特殊光感应器件系统采集手掌、手指或其它部分人体特征包括可见光、不可见光或电压差的连续成像，接触或不接触设备均可利用图像分析芯片对图像上特征点位置的变化进行分析，来判断移动方向、移动距离和起落动作形成相应动量参数，对应光标定位、缩放、翻页、滚动和点击的终端输入指令，并可以利用驱动程序默认或自定义指令与人体动作相关联，实现广泛的人机交互功能。

2、背景技术

2.1光感成像技术

光感成像技术分为线性扫描成像与半导体集成传感器成像，半导体集成传感器又分为CCD与CMOS两类：

电荷藕合器件图像传感器CCD(Charge Coupled Device)，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。

互补性氧化金属半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N(带-电)和P(带+电)级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。

2.2图像识别比对技术

图像识别比对技术已经广泛应用于面部识别、指纹识别比对、虹膜识别、静脉识别等领域。其中以光电鼠标位移判断技术最为简单可靠：在光电鼠标内部有一个发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面；然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件内成像。这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，最后利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。

3、发明内容

手感设备，即人体感应输入控制设备是为了改变“人去适应机器”的现状，转为“让机器去适应人”的飞跃，不再受设备牵制，让手自由活动，用机器去解读指令的未来操控领域。通过各种方位的光感采集，主动识别人体信息，形成输入指令，完成人机交互的基本需求。

3.1图像采集

特殊光感应器件系统是通过矩阵排列光感元件多点采集、条型排列光感元件线性采集、单一透镜光感元件集中采集方式，在下方、前方、侧面、上方或手腕上，对手掌、手指或其它部分人体特征包括可见光、不可见光或电压差进行采集成像的系统。

光感应器件是指CCD、CMOS或单一光敏元件的集合体。

矩阵排列光感元件多点采集(见附图1)是按网格式或蜂巢式排列倒金字塔折射透镜方式，每个光感元件感应相同大小空间的光变化或电压变化并成像。

条型排列光感元件线性采集(见附图2)是按条型排列瓦式(坡面5°)交错，每个光感条感应相同大小条形空间内的光变化或电压变化并成像。

单一透镜光感元件集中采集方式(见附图3)是按摄像照相原理，通过透镜汇集在设备自身高度内的光变化，同时在光感元件平面成像。

在下方进行采集将采用矩阵排列或条型排列方式。

在前方、上方或手腕上将采用单一透镜方式。

可见光、不可见光(包括红外、紫外线)通过不同的滤光片原理进行采集。

电压差通过半导体获取人体与空气不同电压数值进行采集。

以上采集方式和采集项可单一或组合使用来提高精确度与灵敏度。

3.2连续成像

连续成像是暂时存储一组连续的整图成像、边缘成像、指掌特征点成像、指纹及掌纹成像、电压差成像或动静脉成像。

连续成像是利用硬件储存空间暂时性存储一组(2-10帧)连续的静态图像包括以下单一或组合类型：

整图成像是指包括人体图像信息与背景图像信息同时采集的成像。

边缘成像是指通过图像识别算法只获取人体图像信息与背景图像信息交错边缘的成像。

指掌特征点成像(见附图4)是指通过图像识别算法只获取手掌边缘切点左A右B、拇指C、虎口D、食指E、中指F、无名指G的切点进行成像。

指纹及掌纹成像是指针对五指及掌纹特征点成像。

电压差成像是指以电压差值不同形成人体图像信息的边缘成像。

动静脉成像是指针对手掌上动静脉的特征点进行成像。

3.3成像分析

图像分析是对连续成像进行分析计算出特征点，并对特征点位置变化进行分析，使移动方向、移动距离和起落动作输出相应动量参数。

以指掌特征点成像为例，通过拇指与食指两特征之间距离的缩短并移动，可以分析出用户希望进行类似鼠标的单击左键拖拽的动作。通过食指或中指向后移动，其它特征点不变的成像分析，用户是希望进行滚轮后转，电脑执行页面下移的默认操作、并根据特征点移动的距离确定页面下移的幅度。

3.4输入指令

输入指令是根据动量参数转换成光标定位、缩放、翻页、滚动、点击指令，并与手势、手指或其它部分人体特征的动作一一对应，并通过USB、鼠标端口、红外无线或蓝芽无线的方式输入计算机。

4、附图说明

附图1

矩阵排列光感元件多点采集是按网格式或蜂巢式排列倒金字塔折射透镜方式，每个光感元件感应相同大小空间的光变化或电压变化并成像。

采用倒金字塔折射透镜单元结构是为了采集幅度微小的位移或点击动作。

附图2

条型排列光感元件线性采集是按条型排列瓦式(坡面5°)交错，每个光感条感应相同大小条形空间内的光变化或电压变化并成像。

采用瓦式(坡面5°)交错结构是为了避免纯平面结构对点击动作上下相对径向运动不灵敏，倾斜面更易于转化上下动作为平面图像的相对增长与缩短。

附图3

单一透镜光感元件集中采集方式是按摄像照相原理，通过透镜汇集在设备自身高度内的光变化，同时在光感元件平面成像。

附图4

指掌特征点成像是指通过图像识别算法只获取手掌边缘切点左A右B、拇指C、虎口D、食指E、中指F、无名指G的切点进行成像。

光标相对中心点由C、D、E三点所形成三角形的重心点位置来确定。

5、具体实施方式

根据图像采集需求生产光感应器件系统，

集成连续图像存储、分析、算法加密、输出指令的DSP芯片，

采用多种成熟联接技术：鼠标端口、USB、红外无线、蓝芽无线方式发送指令，

设计硬件驱动程序，提供用户自定义功能，实现人机交互。

Claims (8)

1、手感设备，其特征是通过特殊光感应器件系统采集手掌、手指或其它部分人体特征包括可见光、不可见光或电压差的连续成像，接触或不接触设备均可利用图像分析芯片对图像上特征点位置的变化进行分析，来判断移动方向、移动距离和起落动作形成相应动量参数，对应光标定位、缩放、翻页、滚动和点击的终端输入指令，并可以利用驱动程序默认或自定义指令与动作关联，实现广泛的人机交互功能。

2、根据权利要求1所述的特殊光感应器件系统，其特征是通过矩阵排列光感元件多点采集(包括网格式与蜂巢式排列)、条型排列光感元件线性采集、单一透镜光感元件集中采集方式，在下方、前方、上方或手腕上，对手掌、手指或其它部分人体特征包括可见光、不可见光或电压差进行采集成像的系统。

3、根据权利要求1所述的接触或不接触，其特征是在设备采集可见光或不可见光范围内，人体在不接触设备情况下也可以成像并照常分析指令。

4、根据权利要求1所述的连续成像，其特征是暂时存储一组连续的整图成像、边缘成像、指掌特征点成像、电压差成像、指纹及掌纹成像或动静脉成像。

5、根据权利要求1所述的图像分析，其特征是对连续成像进行分析计算出特征点，并对特征点位置变化进行分析，使移动方向、移动距离和起落动作输出相应动量参数。

6、根据权利要求1所述的输入指令，其特征是根据动量参数转换成光标定位、缩放、翻页、滚动、点击指令，并与手势、手指或其它部分人体特征的动作一一对应。

7、根据权利要求6所述的终端输入指令还包括：模拟键盘输入、弹奏、模拟鼓乐拍击、模拟持枪一系列单手或双手扩展手势动作的对应指令。

8、根据权利要求1所述的其它部分人体特征包括：头、眼睛、手腕、脚掌等，为残障人士设计的特种输入控制方式。

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