устройство для интерактивной локализации объектов

Формула изобретения

Устройство для интерактивной локализации объектов (виртуальная клавиатура), содержащее излучатель и оптически сопряженный с ним приемник излучения, подключенные к вычислительному устройству, отличающееся тем, содержит дополнительный излучатель, оптически сопряженный с приемником излучения и подключенный к вычислительному устройству, причем приемник излучения выполнен в виде ленточного, содержащего множество фоточувствительных элементов, расположенных вдоль линии, охватывающей часть периметра «виртуальной клавиатуры», при этом пересечение потоков формируемых излучателями на поверхности приемника излучения обеспечивает создание виртуальной клавиатуры, а вычислительное устройство поочередно включает один из двух излучателей и определяет координаты объекта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике оптико-электронных измерительных систем и может быть использовано для ввода информации в компьютеры, банкоматы, электронные киоски и прочие интерактивные системы.

Известно устройство для интерактивной локализации объектов, а именно для определения координаты касания пальцем плоской поверхности так называемой «виртуальной клавиатуры» (1). Это устройство содержит инфракрасный (ИК) источник подсветки (оптическую систему OS1), создающий плоское поле излучения над контролируемой поверхностью, и матричный фотоприемник с объективом (оптическую систему OS2), расположенный консольно над поверхностью «виртуальной клавиатуры», поле зрения которого охватывает контролируемую поверхность. OS2 связана с вычислительным устройством, в которое вводится оцифрованное изображение контролируемой поверхности. Касание пальцем либо каким-то указателем (стилусом) поверхности «виртуальной клавиатуры» вызывает отражение от пальца (стилуса) части ИК-излучения, формируемого OS1, и его регистрацию OS2. Определение координаты касания основано на решении системы уравнений, описывающей пространственное положение изображения подсвечиваемой части пальца на поверхности фотоприемника, входящего в состав OS2, и поверхности, образуемой излучением, формируемым OS1 (триангуляционное уравнение). В результате определяются плоские координаты пальца (стилуса) на поверхности «виртуальной клавиатуры», и принимается решение о том, какая клавиша была «нажата».

Целью предлагаемого изобретения является упрощение устройства.

Для этого в устройство, содержащее излучатель, фотоприемник и вычислительное устройство, дополнительно вводится второй излучатель подсветки, причем первый и второй излучатели формируют поле, охватывающее поверхность «виртуальной клавиатуры», а фотоприемник выполнен в виде полоски, содержащей множество фоточувствительных элементов, охватывающих часть периметра «виртуальной клавиатуры».

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где 1, 2 - первый и второй излучатели, 3 - ленточный приемник излучения, 4 - вычислительное устройство, 5 - поверхность «виртуальной клавиатуры».

Излучатели 1 и 2 представляют собой светоизлучающие диоды (возможно инфракрасного диапазона), формирующие световой поток в телесных углах ₁, ₂ соответственно.

Ленточный приемник излучения 3 представляет собой полоску с укрепленными на ней с определенным шагом фототранзисторами или фотодиодами. Необходимым условием его работы в данном устройстве является либо полное отсутствие у фототранзисторов (фотодиодов), входящих в его состав, формирующей диаграмму направленности оптики, либо оптики, обеспечивающей достаточный угол приема излучения, позволяющий его прием от обоих источников излучения.

Функционирование устройства осуществляется следующим образом. Вычислительное устройство 4 осуществляет поочередное включение одного из 2-х излучателей 1 и 2. Эти излучатели формируют потоки ₁, ₂ соответственно (фиг.2), при этом часть потоков, формируемых излучателями 1 и 2, а именно та, которая охватывает поверхность ленточного фотоприемника 3 - ^S ₁, ^S ₂ соответственно, и образуется их пересечением и создает поверхность «виртуальной клавиатуры» 5. Кроме того, ее максимальная высота равна высоте приемной площадки фототранзисторов, входящих в состав приемника излучения 3 при отсутствии встроенной в фототранзистор линзы, либо равна диаметру линзы (обычно 3 или 5 мм) при ее наличии (например, для безлинзовых SMD-фототранзисторов фирмы Kingbright КР-3216Р3С размер фоточувствительной поверхности составляет 1,1×1,9 мм).

В качестве источников излучения 1, 2 могут использоваться мощные светодиоды ИК-диапазона.

Таким образом высота «виртуальной клавиатуры» определяет эффективную помехоустойчивость устройства, т.к. изменение сигналов фототранзисторов происходит только при пересечении пальцем потоков ^S ₁, ^S ₂ (положение пальца 6, фиг.2), а приближение пальцев к «виртуальной клавиатуре» (положение пальца 9, фиг.2) не регистрируется фотоприемником.

При отсутствии на пути излучений ^S ₁, ^S ₂ (фиг.2) каких-либо препятствий каждый из фототранзисторов, входящих в состав фоточувствительной полоски 3, последовательно при поочередном включении излучателей 1 и 2 регистрирует прием этих излучений. При пересечении пальцем, введенным в зону «виртуальной клавиатуры», излучений ^S ₁, ^S ₂ происходит затенение определенных фототранзисторов ленточного фотоприемника 3. Так при включении излучателя 1 и нахождении пальца 6 в зоне «виртуальной клавиатуры» 5 возникает затенение зоны 8, а при включении излучателя 2 - затенение зоны 7, а соответственно - изменение сигналов, вводимых в вычислительное устройство 4.

Таким образом, в отличие от прототипа, где для определения касания пальцем выбранного объекта требовалось применение матричного фотоприемника, позволяющего определить смещение подсвечиваемой части пальца вверх-вниз, в предлагаемом устройстве «нажатие» определяется при попадании пальца в зону «виртуальной клавиатуры» 5 и появлении затенений на фоточувствительной поверхности ленточного приемника 3.

Вычислительное устройство 4 определяет группы фототранзисторов, на которые перестает попадать излучение, и вычисляет для каждой из них номер центрального элемента затененного участка (например, i при включенном 1-м излучателе и j при включенном 2-м).

Далее определение координат объекта производится следующим образом.

Вычислительное устройство 4 по номерам i и j выбирает из записанных в его память констант соответствующие этим номерам координаты центров фототранзисторов (относительно некоторой системы координат х0у) - Принимая, что координаты точечных источников излучения 1, 2 в той же системе х0у - уравнения прямых, проходящих через точки и имеют вид (2):

соответственно.

Координаты пальца, затенившего соответствующие фототранзисторы, определяются как точка пересечения этих прямых, т.е. как решение системы уравнений 1, относительно X, Y.

На фиг.3 приведен пример выполнения фотоприемной полоски 3 при использовании SMD-фототранзисторов Kingbright KP-3216P3C,

где 1 - печатная плата,

2 - фототранзисторы.

Вычислительное устройство 4 может быть реализовано на базе какого-либо серийно выпускаемого микроконтроллера соответствующей вычислительной мощности. При работе данного устройства в качестве периферийного реализация вычислений по формулам 1 может производиться в компьютере, а вычислительное устройство 4 должно управлять коммутацией излучателей, определять номера незасвеченных фототранзисторов приемника излучения 3 и передавать их значения в компьютер.

Литература

1. US Patent №6 710 770, Mart 23, 2004 (прототип).

2. Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. М. «Наука», 1968 (стр.81).