一种3d空间输入系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种3D空间输入系统，包括传感装置和主控装置，传感装置包括至少一个探测器和至少三个红外光LED，主控装置根据红外光LED发射的红外光光强和红外光LED发射的并被人手反射到达所述探测器的红外光光强计算三维手势数据，然后根据不同时刻获得的三维手势数据生成操作指令；通过上述方式，本发明提供的3D空间输入系统通过至少三个红外光LED照射人手，主控装置根据红外光LED发射的红外光光强和所述红外光LED发射的并被人手反射到探测器的红外光光强计算三维手势数据，然后根据不同时刻获得的三维手势数据生成操作指令，本发明的3D空间输入系统的输入方式直观灵活，可简化人机交互界面，便于用户使用。
【专利说明】一种3D空间输入系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及三维空间数据输入的【技术领域】，特别是涉及一种3D空间输入系统。
【背景技术】
[0002]目前的电脑以及手持式电子设备等，多是采用鼠标、键盘以及触摸屏来实现数据的输入，这些设备的数据输入通常需要人手与输入设备的直接接触来完成，立体感不够强，在人手和电子设备不接触的情况下，不能利用立体互动的3D立体手势完成数据的输入，且所述电子设备与数据输入设备之间的接口通常需要一定的空间，不便于实现所述电子设备的小型化。
[0003]因此有必要提供一种3D空间输入系统以解决上述技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种3D空间输入系统，无需用户直接接触输入设备，利用手势就可以完成操作指令的生成，本发明采用的数据输入方式直观，方便用户使用。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种3D空间输入系统，包括:
[0006]传感装置，包括至少一个探测器和至少三个红外光LED，所述至少三个红外光LED不共线设置，所述红外光LED用于发射红外光，所述至少一个探测器用于探测临近环境光光强和经临近环境中的人手反射的红外光光强；
[0007]主控装置，所述主控装置与传感装置连接，用于根据红外光LED发射的红外光光强和探测器探测到的经人手反射的红外光光强计算三维手势数据，然后根据不同时刻获得的三维手势数据生成操作指令。
[0008]其中，所述主控装置在每次计算三维手势数据之前，先利用探测器探测红外光LED未工作时邻近环境光光强，再利用探测器在一个红外光LED工作时探测环境光光强和经人手反射的红外光的光强，利用连续两次获得的光强信号去除探测器的直流背景。
[0009]其中，所述传感装置通过USB连接线与所述主控装置连接。
[0010]其中，所述传感装置通过无线方式与所述主控装置连接。
[0011]其中，所述主控装置包括显示屏幕，所述传感装置镶嵌设置于所述显示屏幕上。
[0012]其中，所述传感装置包括三个红外光LED和一个探测器。
[0013]其中，所述显示屏幕的每个角上设置有一个红外光LED，且相邻两个红外光LED之间设置有一个探测器。
[0014]通过上述方式，本发明提供的3D空间输入系统通过至少三个红外光LED照射人手，主控装置根据红外光LED发射的红外光光强和所述红外光LED发射的并被人手反射到所述探测器的红外光光强计算三维手势数据，然后根据不同时刻获得的三维手势数据生成操作指令。本发明的3D空间输入系统，无需用户直接接触输入设备就可完成对三维空间数据的输入，可简化人机交互界面、增加输入方式的直观灵活性能，便于用户使用。【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的3D空间输入系统的第一实施例的结构示意图；
[0016]图2是本发明的3D空间输入系统的第二实施例的结构示意图；
[0017]图3是本发明的3D空间输入系统的第二实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]请参见图1，图1是本发明的3D空间输入系统的第一实施例的结构示意图。如图1所示，本发明的3D空间输入系统包括传感装置11和主控装置(未图示)。其中，传感装置11包括红外光LED111、红外光LEDl 12、红外光LEDl 13和探测器114，三个红外光LED不共
线设置。
[0019]当然，在本发明的其他实施例中，传感装置11包括至少三个不共线设置的红外光LED和至少一个探测器。
[0020]在本实施例中，三个红外光LED用于发射红外光照射临近环境中的人手12，探测器114用于探测临近环境光光强和经临近环境中的人手12反射的红外光光强。主控装置与传感装置11连接，用于根据红外光LED发射的红外光光强和探测器探测到的经人手12反射的红外光光强计算三维手势数据，然后根据不同时刻获得的三维手势数据生成操作指令。
[0021]在本发明的一个优选实施例中，传感装置11通过USB连接与主控装置连接，在本发明的另一个优选实施例中，传感装置11通过无线方式与主控装置连接，这两种连接方式下，传感装置11作为主控装置的一个独立外设存的，方便传感装置的存放。在本发明其他实施例中，也可以使用一双手来做出操作手势，本发明对此不作限制。本发明的3D空间输入系统的具体工作过程中，主控装置利用脉冲信号驱动三个红外光LED轮流工作，可有效减少不必要的红外光LED的光能损耗，有利于节能能源。
[0022]本实施例中，主控装置在每次计算三维手势数据之前，先利用探测器114探测红外光LED未工作时邻近环境光光强,再利用探测器在一个红外光LED工作时(例如红外光LEDlll工作时)探测环境光光强和经人手12反射的红外光的光强，利用连续两次获得的光强信号去除探测器114的直流背景。
[0023]请进一步参见图1，探测器114首先在三个红外光LED未工作时探测周围环境光光强，主控装置根据环境光光强数据为探测器114选择合适的光强阈值。当探测器114的光强阈值确定之后，主控装置脉冲驱动一个红外光LED (例如红外光LED111)工作，使其发射的红外光照射到邻近范围内的人手12。例如红外光LEDlll工作时，探测器114探测红外光LEDlll发射的红外光经人手12的反射后到达探测器114的红外光光强以及环境光光强总和，主控装置利用接收到连续两次测得的光强数据消除探测器114的直流背景，并根据红外光LEDlll的发射光强和经人手12反射后到达探测器114的红外光光强计算出人手12相对于红外光LED的位置信息。然后主控装置再分别驱动两个红外光LED以完成人手12相对于红外光LED112和红外光LED113的位置信息的计算。主控装置在一个测量周期内可利用人手12相对于三个红外光LED的位置信息计算出人手12的三维手势数据。主控装置利用后续不同测量周期内获得的人手12的三维手势数据，可以生成相应的操作指令。由于环境光的直流背景的量值可以快速变化，因此在做三维手势数据计算之前，在上述的两次连续测量后毫无延迟的执行一个直流背景的矫正测量是非常重要的。
[0024]另外，在本发明的具体应用中，在红外光LED的出射端和/或探测器114的入射端设置透镜，可扩展对人手12的有效探测空间。其中，探测器114入射端设置透镜，可增加探测光强信号的的水平，并可有效减少来自非人体方向的噪声拾取。而在红外光LED的出射端设置透镜，可以有效减少输出红外光束的光束半径和增加人手12方向上的光功率密度。另外，在本发明的实施例中，通过对探测获得光强数据积分后求平均可有效改善探测信号的信噪比，其中，通常信噪比的改善正比于红外光LED多个闪光周期光强积分的均方根。
[0025]实际应用中，如果没有人体位于主控装置足够近的范围内，探测器114测量到的信号值将降低到探测器114预设的红外光光强预设的阈值以下，使得探测器114的光强信号将不再更新。其中，对于人机交互，利用测量反射和合适的算法，多个处于适当位置的设置有透镜的红外光LED能够被用于确定人手的横向、纵向、向内和向外的运动趋势。简单的例子包括使用手势运动控制电子相框中的图片的显示或者阅读电子阅读器上的文件。
[0026]请参见图2，图2是本发明的3D空间输入系统的第二实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例的3D空间输入系统包括传感装置(未标示)和主控装置22。其中，传感装置11包括红外光LED211、红外光LED212、红外光LED213和探测器114，所述的三个红外光LED不共线设置，主控装置22包括显示屏幕221，所述显示屏幕221用于图形对象显示。
[0027]本实施例与图1所示的本发明的第一实施例的不同之处在于:传感装置镶嵌设置于显示屏幕221的前表面上，且传感装置与主控装置22电连接，不再是主控装置22的独立外设。其中，所述显示屏幕221用于显示图形对象。在用户要对显示屏幕221上的图形对象进行操作时，通过做出一定的手势，就可以通过主控装置22控制显示屏幕221上的图形对象。
[0028]请参见图3，图3是本发明的3D空间输入系统的第三实施例的结构示意图。如图3所示，本实施例的3D空间输入系统包括传感装置和主控装置32。其中，传感装置包括红外光LED311、红外光LED312、红外光LED313、红外光LED314、探测器315、探测器316、探测器317和探测器318，主控装置32包括显示屏幕321。其中，四个红外光LED分别设置于显示屏幕321的四个角上，且相邻两个红外光LED之间设置有一个探测器。在一个手势测量周期内，每一个探测器分别测量人手33相对于其临近的两个红外光LED的位置信息，然后主控装置32根据人手33相对于所有红外光LED的位置信息计算出人手33的手势数据，并根据后续不同测量周期内计算出的人手33的手势数据，主控装置32生成相对应的操作指令，进而控制显示屏幕321上的图形对象。
[0029]通过上述方式，本发明提供的3D空间输入系统通过至少三个不共线设置的红外光LED照射临近环境中的人体，再利用至少一个探测器探测临近环境光光强和经临近环境中的人手反射的红外光光强，然后利用主控装置根据红外光LED发射的红外光光强和所述经人手反射的红外光光强计算三维手势数据，然后根据不同时刻获得的三维手势数据生成操作指令，使得本发明的3D空间输入系统，无需用户直接接触输入设备就可完成三维空间数据的输入，可简化人机交互界面、增加输入方式的直观灵活性能，便于用户使用。
[0030]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种3D空间输入系统，其特征在于，所述3D空间输入系统包括: 传感装置，包括至少一个探测器和至少三个红外光LED，所述至少三个红外光LED不共线设置，所述红外光LED用于发射红外光，所述至少一个探测器用于探测临近环境光光强和经临近环境中的人手反射的红外光光强； 主控装置，所述主控装置与传感装置连接，用于根据红外光LED发射的红外光光强和探测器探测到的经人手反射的红外光光强计算三维手势数据，然后根据不同时刻获得的三维手势数据生成操作指令。
2.根据权利要求1所述的3D空间输入系统，其特征在于，所述主控装置在每次计算三维手势数据之前，先利用探测器探测红外光LED未工作时邻近环境光光强，再利用探测器在一个红外光LED工作时探测环境光光强和经人手反射的红外光的光强，利用连续两次获得的光强信号去除探测器的直流背景。
3.根据权利要求2所述的3D空间输入系统，其特征在于，所述传感装置通过USB连接线与所述主控装置连接。
4.根据权利要求2所述的3D空间输入系统，其特征在于，所述传感装置通过无线方式与所述主控装置连接。
5.根据权利要求2所述的3D空间输入系统，其特征在于，所述主控装置包括显示屏幕，所述传感装置镶嵌设置于所述显示屏幕上。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的3D空间输入系统，其特征在于，所述传感装置包括三个红外光LED和一个探测器。
7.根据权利要求5所述的3D空间输入系统，其特征在于，所述显示屏幕的每个角上设置有一个红外光LED，且相邻两个红外光LED之间设置有一个探测器。
【文档编号】G06F3/01GK103677217SQ201210315481
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年8月30日 优先权日:2012年8月30日
【发明者】刘美鸿 申请人:深圳市亿思达显示科技有限公司