用于标定光投影键盘的装置及其使用方法与流程

本发明属于光键盘设备标定技术领域，特别是涉及一种用于标定光投影键盘的装置，以及该装置的使用方法。

背景技术：

键盘是电子类设备最常用的输入装置之一，它广泛应用于计算机、电子仪器和各种终端设备上。键盘是最常用也是最主要的输入设备，通过键盘可以将英文字母、数字、标点符号等输入到计算机中，从而向计算机发出命令、输入数据等。

为了解决传统实体键盘体积过大、不易携带与放置、容易吸纳灰尘不易清洁，以及使用过度容易损坏等问题，设备生产厂家研发出了虚拟激光键盘(Virtual Laser Keyboard)，虚拟激光键盘硬件主要由3部分组成，即摄像头、键盘投影模组和红外线激光发射器。键盘投影模组的作用是向桌面投射激光键盘，红外线激光发射器是投射平行于桌面或与桌面成一定角度的红外光，摄像头的作用是采集手指的位置信息。当人的手指按到键盘投影模组投影到桌面上的键盘时，摄像头拍摄红外线激光发射器投射到手指上的红外光。虚拟激光键盘在出厂时需要将键盘投影模组投影到桌面上的键盘的每一个按键坐标存储到存储器里，这样当人的手指按到键盘投影模组投影到桌面上的键盘按键时，摄像头拍摄到红外线激光发射器投射到人手指的光斑信息，并计算出相应的光斑位置坐标，这样根据摄像头采集到的坐标信息与我们之前存储到存储器里的按键信息相对比，会确定出用户具体按下了哪一个按键。目前获取每一个按键坐标的方式靠人工手动完成，需要用户确定键盘所有键位的位置，工作重复性大并且容易出现误差或错误。

目前还没有专用于标定虚拟激光键盘的硬件设备，虚拟激光键盘的工业化生产存在标定速度慢和键位精度差的问题，因此急需一种能够自动标定虚拟激光键盘的设备。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种用于标定光投影键盘的装置，本发明的第二目的是提供一种用于标定光投影键盘的装置的使用方法，以解决虚拟激光键盘的工业化生产存在标定速度慢和键位精度差的问题。

为了实现上述第一目的，本发明提供一种用于标定光投影键盘的装置，其包括：内部中空的箱体；安装在所述箱体内的标定摄像头，所述标定摄像头位于箱体的顶部；固定装置，所述固定装置用于将待标定的光投影键盘固定在箱体的底部；摄像头参数标定板，所述摄像头参数标定板上安装有多个红外LED灯，所述红外LED灯以相互垂直的行列方式排布，行间距相等，列间距相等；摄像头数据采集及信息计算装置，所述摄像头数据采集及信息计算装置用于采集光投影键盘的激光投影图像，并根据采集的图像计算键盘位置信息，将所得的键盘位置信息传输至待标定的光投影键盘装置。

本发明如上所述的用于标定光投影键盘的装置，进一步，所述箱体包括底板、侧板和顶板，所述箱体为立方体结构；标定摄像头安装在顶板上。

本发明如上所述的用于标定光投影键盘的装置，进一步，所述光投影键盘设置在便携式电脑主机内，所述固定装置包括截面为L型的托板和挡板；所述托板的一侧与侧板固定连接，用于放置便携式电脑主机；所述挡板与侧板固定连接，用于防止便携式电脑主机晃动。

本发明如上所述的用于标定光投影键盘的装置，进一步，红外LED灯行间距为10mm～20mm，列间距为10mm～20mm。

本发明如上所述的用于标定光投影键盘的装置，进一步，红外LED灯行间距为15mm，列间距为15mm。

本发明如上所述的用于标定光投影键盘的装置，进一步，所述红外LED灯的波长为850nm。

为了实现上述第二目的，本发明提供一种用于标定光投影键盘的装置的使用方法，包括以下步骤:

步骤1，将摄像头参数标定板放置在箱体底部，并使红外LED灯落入标定摄像头的图像采集范围；

步骤2，打开红外LED灯，利用标定摄像头采集红外图像；根据采集的红外图像计算标定摄像头的内部参数、畸变和外部参数；

步骤3，利用固定装置将待标定的光投影键盘或便携式电脑主机固定在箱体底部，使待标定的光投影键盘的激光投影处于标定摄像头的图像采集范围内；

步骤4，打开光投影键盘，利用标定摄像头采集待标定键盘照片；

步骤5，摄像头数据采集及信息计算装置根据采集的待标定键盘照片计算键盘位置信息，将所得的键盘位置信息传输至待标定的光投影键盘装置。

本发明如上所述的用于标定光投影键盘的装置及其使用方法，优选的，摄像头数据采集及信息计算装置为计算机，计算机与待标定的光投影键盘之间通过USB线进行数据通信。

本发明的有益效果是：

在本发明用于标定光投影键盘的装置中，摄像头参数标定板的作用是计算校准标定摄像头的内部参数、畸变和外部参数，标定摄像头的作用是获取待标定光投影键盘照片；摄像头数据采集及信息计算装置根据采集的待标定键盘照片计算键盘位置信息，将所得的键盘位置信息传输至待标定的光投影键盘装置。解决了人工手动标定光投影键盘需要手动确定待标定键盘所有按键的图像坐标数据，重复操作，劳动量大，无法进行光投影键盘批量标定的问题。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1为本发明一种实施例的用于标定光投影键盘的装置示意图；

图2为本发明一种实施例的摄像头参数标定板示意图；

图3为本发明一种实施例的光投影键盘的标定方法的流程示意图；

图4为本发明一种实施例的光投影键盘示意图；

图5为本发明第一种实施例的光投影键盘键位示意图；

图6为本发明第二种实施例的光投影键盘键位示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、箱体，11、底板，12、顶板，13、第一侧板，14、第二侧板，15、第三侧板；

2、固定装置，21、托板，22、挡板；

3、标定摄像头；

4、摄像头参数标定板，41、基板，42、红外LED灯；

5、光投影键盘；

6、键盘投影模组；

7、红外线激光发射器；

8、设备摄像头；

9、存储器；

10、处理器。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的用于标定光投影键盘的装置及其使用方法的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

图1示出本发明一种实施例的用于标定光投影键盘的装置，其包括：内部中空的箱体1；安装在箱体1内的标定摄像头3，标定摄像头3位于箱体1的顶部；固定装置2，固定装置2用于将待标定的光投影键盘固定在箱体1的底部；摄像头参数标定板4，如图2所示，摄像头参数标定板包括基板，以及安装在基板41上的多个红外LED灯41，红外LED灯以相互垂直的行列方式排布，行间距相等，列间距相等；摄像头数据采集及信息计算装置(未示出)，摄像头数据采集及信息计算装置用于采集光投影键盘的激光投影图像，并根据采集的图像计算键盘位置信息，将所得的键盘位置信息传输至待标定的光投影键盘装置。

在如图1所示的一种具体实施例中，箱体1包括底板11、侧板和顶板12，箱体1为立方体结构；标定摄像头3安装在顶板12上。侧板分别为第一侧板13、第二侧板14和第三侧板15，底板、侧板和顶板围成一侧开口的长方体构造，开口位置便于键盘的标定操作。

本发明所述的光投影键盘可以是单独的键盘产品，此外也可以是与具有计算能力的主机结合为一体的电子设备。例如，光投影键盘设置在便携式电脑主机内，固定装置2包括截面为L型的托板21和挡板22；托板21的一侧与侧板固定连接，用于放置便携式电脑主机；挡板22与侧板固定连接，用于防止便携式电脑主机晃动。

在一种优选的用于标定光投影键盘的装置实施例中，红外LED灯行间距为10mm～20mm，列间距为10mm～20mm。一种优选的间距尺寸为:红外LED灯行间距为15mm，列间距为15mm。红外LED灯的波长优选为800nm～900nm，更优选为850nm。

上述实施例的用于标定光投影键盘的装置的使用方法包括以下步骤:

步骤1，将摄像头参数标定板4放置在箱体1底部，并使红外LED灯落入标定摄像头3的图像采集范围；

步骤2，打开红外LED灯，利用标定摄像头3采集红外图像；根据采集的红外图像计算标定摄像头3的内部参数、畸变和外部参数；

步骤3，利用固定装置2将待标定的光投影键盘或便携式电脑主机固定在箱体1底部，使待标定的光投影键盘的激光投影处于标定摄像头3的图像采集范围内；

步骤4，打开光投影键盘，利用标定摄像头3采集待标定键盘照片；

步骤5，摄像头数据采集及信息计算装置根据采集的待标定键盘照片计算键盘位置信息，将所得的键盘位置信息传输至待标定的光投影键盘装置。例如，摄像头数据采集及信息计算装置为计算机，计算机与待标定的光投影键盘之间通过USB线进行数据通信。

步骤5的一种具体实现方式如下：

结合图3和图4说明本发明一种实施例的光投影键盘的标定方法，所述光投影键盘5包括：键盘投影模组6、红外线激光发射器7、设备摄像头8、存储器9和处理器10；所述键盘投影模组6用于向操作面投射虚拟键盘；所述红外线激光发射器7用于投射覆盖所述虚拟键盘区域的红外线；所述设备摄像头8用于采集所述虚拟键盘区域的红外线图像并将所述图像传输至处理器10；所述存储器9用于存储键盘位置坐标信息；所述处理器10用于处理设备摄像头8采集的红外线图像以获取红外图像中使用者手指所反射的光斑的坐标信息；并将所述坐标信息与存储器9内预存的键盘位置坐标信息进行对比以确认使用者所输入的信息内容。

光投影键盘的标定方法包括以下步骤：

步骤1，利用标定摄像头获得参考光投影键盘5样机的参考键盘照片，处理参考键盘照片获得参考键盘的四个顶点按键的图像坐标数据以及其他按键的图像坐标数据；

在一种实施例中，图像坐标数据为一图像平面坐标值，根据所有按键的图像坐标数据计算确定每一按键所对应的图像区域。如图5所示，这种键盘键位相互邻接，确定按键的图像坐标数据为(x，y)，其中x为某一按键左上角顶点的横坐标，y为该按键左上角顶点的纵坐标。

在另一种实施例中，如图6所示，按图像坐标数据包括一图像平面坐标值和一组长宽值。如图6所示，这种键盘键位之间相隔一定间隙，确定按键的图像坐标数据为(x，y)，(a，b)，其中x为某一按键左上角顶点的横坐标，y为该按键左上角顶点的纵坐标；a为每一按键的长度，b为每一按键的高度。

步骤2，利用标定摄像头获得待标定光投影键盘5的待标定键盘照片，处理待标定键盘照片获得位于待标定键盘的四个顶点按键的图像坐标数据；

步骤3，基于参考键盘的四个顶点按键的图像坐标数据和其他按键的图像坐标数据，以及待标定键盘的四个顶点按键的图像坐标数据，利用仿射变换获得待标定键盘除去四个顶点按键的其他按键的图像坐标数据；

步骤4，利用标定摄像头的内部参数、畸变和外部参数以及待标定光投影键盘5的所有按键的图像坐标得到待标定光投影键盘5的所有按键的第一世界坐标数据；所述待标定光投影键盘5的所有按键的第一世界坐标数据作为键盘位置坐标信息；

步骤5，将键盘位置坐标信息存储到存储器9完成光投影键盘5的标定。

在优选的实施例中，处理器10获取红外图像中使用者手指所反射的光斑的坐标信息的具体过程为：所述处理器10利用设备摄像头8的内部参数、畸变和外部参数将使用者手指所反射的光斑的图像坐标转换为第一世界坐标，将所述第一世界坐标与存储器9内预存的键盘位置坐标信息进行对比以确认使用者所输入的信息内容。

步骤5的另外一种具体实现方式如下：

结合图3和图4说明本发明一种实施例的光投影键盘的标定方法，所述光投影键盘5包括：键盘投影模组6、红外线激光发射器7、设备摄像头8、存储器9和处理器10；所述键盘投影模组6用于向操作面投射虚拟键盘；所述红外线激光发射器7用于投射覆盖所述虚拟键盘区域的红外线；所述设备摄像头8用于采集所述虚拟键盘区域的红外线图像并将所述图像传输至处理器10；所述存储器9用于存储键盘位置坐标信息；所述处理器10用于处理设备摄像头8采集的红外线图像以获取红外图像中使用者手指所反射的光斑的坐标信息；并将所述坐标信息与存储器9内预存的键盘位置坐标信息进行对比以确认使用者所输入的信息内容。在优选的实施例中，处理器10获取红外图像中使用者手指所反射的光斑的坐标信息的具体过程为：所述处理器10利用设备摄像头8的内部参数、畸变和外部参数将使用者手指所反射的光斑的图像坐标转换为第一世界坐标，将所述第一世界坐标与存储器9内预存的键盘位置坐标信息进行对比以确认使用者所输入的信息内容。

光投影键盘的标定方法包括以下步骤：

步骤1，利用标定摄像头获得参考光投影键盘5样机的参考键盘照片，处理参考键盘照片获得参考键盘的四个顶点按键的图像坐标数据以及其他按键的图像坐标数据；

步骤2，利用标定摄像头获得待标定光投影键盘5的待标定键盘照片，处理待标定键盘照片获得位于待标定键盘的四个顶点按键的图像坐标数据；

步骤3，基于参考键盘的四个顶点按键的图像坐标数据和其他按键的图像坐标数据，以及待标定键盘的四个顶点按键的图像坐标数据，利用仿射变换获得待标定键盘除去四个顶点按键的其他按键的图像坐标数据；

步骤4，利用标定摄像头的内部参数、畸变和外部参数以及待标定光投影键盘5的所有按键的图像坐标得到待标定光投影键盘5的所有按键的第一世界坐标数据；所述待标定光投影键盘5的所有按键的第一世界坐标数据作为键盘位置坐标信息；在本实施例中步骤4中还包括：利用变换矩阵将第一世界坐标数据转换为第二世界坐标数据；所述第一世界坐标所在的平面为水平面，所述第二世界坐标所在的平面与水平面夹角在零度至五度之间；将待标定光投影键盘5的所有按键的第二世界坐标数据为键盘位置坐标信息。

步骤5，将键盘位置坐标信息存储到存储器9完成光投影键盘5的标定。

在本实施例中，处理器10获取红外图像中使用者手指所反射的光斑的坐标信息的具体过程为：所述处理器10利用设备摄像头8的内部参数、畸变和外部参数将使用者手指所反射的光斑的图像坐标转换为第一世界坐标，利用变换矩阵将第一世界坐标转换为第二世界坐标；将所述第二世界坐标与存储器9内预存的键盘位置坐标信息进行对比以确认使用者所输入的信息。

利用上述装置和方法进行光投影键盘标定只需要利用标定摄像头获得参考光投影键盘样机的参考键盘照片，处理参考键盘照片获得参考键盘的四个顶点按键的图像坐标数据以及其他按键的图像坐标数据；对于同一批次的光投影键盘，此数据可以重复利用。对于待标定光投影键盘只需要获得位于待标定键盘的四个顶点按键的图像坐标数据，解决了人工手动标定光投影键盘需要手动确定待标定键盘所有按键的图像坐标数据，重复操作，劳动量大，无法进行光投影键盘批量标定的问题。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。