专利名称：一种基于图像识别技术的电梯按键及方法
技术领域：
本发明涉及ー种电梯按键，具体涉及ー种基于图像识别技术的电梯按键及方法。
背景技术：
现有的电梯按键大致分为如下几种
(I)传统的机械按键 这类按键采用硬件电路实现，按键按下时接通对应电路，如中国专利号为CN201052939公开的专利《电梯按钮》。由于电梯按键使用頻繁，因此此类键盘较容易损坏。同时由于使用时是直接与手指接触的，所以按键表面容易变脏，还会传播细菌。(2)非接触式的电梯按键
这类按键采用光学等原理达到非接触交互，如中国专利号为CN101425416公开的专利《具备非接触式光开关的电梯按键》。此类键盘的优点在于非接触，但如使用红外对管等光学元件来实现，存在按键响应的有效面积范围较小，灵敏度不高的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供ー种基于图像识别技术的电梯按键及方法。本发明所采用的技术方案
ー种基于图像识别技术的电梯按键，包括键盘图案、线形红外激光器、摄像头、投影模块、处理器，所述线形红外激光器位于键盘图案的下方，线形红外激光器发射出的红外光平行覆盖在键盘图案正面上、摄像头安装在键盘图案背面的下后方，且键盘图案的背面处于摄像头的取景范围内，投影模块安装在键盘图案背面的后方，不遮挡摄像头中键盘图案的取景即可，摄像头、投影模块分别与处理器连接，所述键盘图案中数字面为正面，无数字面为背面；
所述处理器用于接收摄像头采集的图像，并对图像进行处理得到用户输入的按键，发送给电梯的待输入设备供运行逻辑所调用，并同时将按键信号发送到投影模块显示。所述键盘图案为带有电梯按键图案的半透明平面材料。所述投影模块由多个投影单元构成，且每个投影単元对应键盘图案上的ー个按键。所述投影単元包括LED、凹面镜、遮挡片，LED安装在凹面镜的焦点，LED发出的光线经凹面镜后成为平行光，此平行光垂直照射到遮挡片上，所述遮挡片镂空部分的形状与所对应的键盘图案上的按键相同。一种基于图像识别技术的电梯按键的方法，包括如下步骤
(1)摄像头实时采集含有键盘图案的图像；
(2)处理器找出图像中的手指反射红外光斑，采用轮廓查找法对光斑进行定位，得到光斑的中心点坐标；(3)采用基于边界交点判断的方法由光斑的中心点坐标得到键盘的按键；
(4)投影模块接收按键信号后投影到步骤(3)中确认的按键，向用户显示目标按键已被按下，同吋，将按键信号发送给电梯的待输入设备供运行逻辑所调用。所述基于边界交点判断的方法为根据光斑中心点坐标确定按键所在行、列，最終确定按键，具体为
建立直角坐标系，X轴正方向为水平向右，Y轴正方向为竖直向上；
确定按键所在行预先给出各行按键范围的类矩形边界，过光斑中心点做平行于Y轴的直线，若直线与某行类矩形边界相交得到两个以上交点，且其中光斑中心点的纵坐标位于各交点纵坐标的最大值与最小值范围内，则确定按键在该行上； 确定按键所在列预先给出各列按键范围的类矩形边界，过光斑中心点做平行于X轴的直线，若直线与某列类矩形边界相交得到两个以上交点，且其中光斑中心点的横坐标位于各交点横坐标的最大值与最小值范围内，则确定按键在该列上；
根据按键所在行、列确定按键。本发明采用延时确认的方法去抖动；通过记录并更新各按键状态的方法，在状态变化时做出按键响应。工作流程在线形红外激光器发出的红外光的辅助下，当手指敲击键盘图案时，则会产生ー个红外光斑，摄像头实时采集图像，捕捉到此光斑，通过轮廓查找算法找出光斑所在位置并得到光斑中心点的坐标；结合已知的键盘图案中各个按键范围的边界，由光斑中心点的坐标判断出对应的按键。按键状态通过投影模块在键盘图案对应按键处显示，同吋，按键信号输出到电梯的待输入设备被电梯运行逻辑调用，最终实现了运用一种基于图像识别技术的电梯按键进行电梯中的人机交互。本发明具有的有益效果
I、克服了现有的机械式电梯按键易损坏、容易变脏及传播细菌的缺点。本发明的按键交互是非接触式的。2、克服了现有的使用红外对管等光学元件实现的非接触式电梯按键中，存在灵敏度较低，精度不高的缺点。3、键盘部分为半透明的平面材料，成本低廉，可根据需要进行更换。4、采用图像识别技术实现按键交互，可扩展性好。
图I为ー种基于图像识别技术的电梯按键结构的正视图，
图2为图I的侧视图，
图3为投影模块中投影単元的结构图，
图4为遮挡片示意图，
图5为判断按键所在行的方法示意图，
图6为判断按键所在列的方法示意图。图中示出
I一线形红外激光器，2一摄像头，3一红外光，4一键盘图案，5一投影模块，6一LED, 7一凹面镜，8—遮挡片。
具体实施例方式摄像头2采用普通的CMOS摄像头，线形红外激光器I为エ业激光器，摄像头2采集图像数据，送给处理器进行处理，处理后将按键信号通过投影模块5在键盘图案4上对应按键处显示。如附图1，2所示，ー种基于图像识别技术的电梯按键，包括线形红外激光器I、摄像头2、键盘图案4、投影模块5、处理器，所述线形红外激光器I发射出的红外光3平行覆盖在键盘图案4正面上、摄像头2安装在键盘图案4背面的下后方，且键盘图案4的背面处于摄像头2的取景范围内，投影模块5安装在键盘图案4背面的后方，不遮挡摄像头2中键盘图案4的取景即可，摄像头2、投影模块5分别与处理器连接，所述键盘图案4中数字面为正面，无数字面为背面。所述处理器用于接收摄像头采集的图像，并对图像进行处理得到用户输入的按 键，发送给电梯的待输入设备供电梯的运行逻辑所调用，并同时将按键信号发送到投影模块显示。键盘图案4为带有电梯按键图案的半透明平面材料。所述投影模块5由多个投影单元构成，且每个投影単元对应键盘图案4上的按键。一种基于图像识别技术的电梯按键的方法，包括如下步骤
(I)摄像头2实时采集含有键盘图案4的图像；
线形红外激光器I的出射光平行覆盖于键盘图案4正面上，摄像头2实时采集含有键盘图案4的图像，当手指敲打键盘图案4的过程中，触碰到键盘图案4时会挡住线形红外激光器I的红外光3，由于键盘图案4为半透明的平面材料，此时摄像头2采集到的图像中会有一个红外光斑。(2)处理器接收图像，找出图像中的手指反射红外光斑，采用轮廓查找的方法对光斑进行定位，得到光斑的中心点坐标；
所述光斑坐标的定位采用了轮廓查找的方法，将光斑轮廓找出，并由轮廓上所有点的坐标平均值计算得到其中心点坐标。具体为先将图像ニ值化，光斑处标为白色，其余视为背景，标为黑色。然后挖去光斑的内部点，所谓内部点的判断方法为在3*3的方块中，当中心点为白点，且其8个邻域点也为白点，即中心点被白色点包围，则该中心点为内部点。之后从原点出发，通过八方向的捜索(所谓八方向，即将平面内360度按每45度ー个方向，分成八个搜索方向，搜索过程通过当前方向左右两边像素点的情况设定下一次的方向)，将轮廓圈出，并记录轮廓上各个点的坐标，由轮廓上所有点的坐标平均值计算得到轮廓中心点E的坐标。(3)采用基于边界交点判断的方法由光斑的中心点坐标得到键盘的按键；
由光斑中心点E的坐标判断出其在键盘图案4中对应的按键采用如下算法，所述涉及的直角坐标系中X轴正方向为水平向右，Y轴正方向为竖直向上，以下结合本实施例中的按键图案中为6行2列的按键进行说明。由于按键数量较多，采用判断按键所在行、列得出按键的具体位置。判断按键所在行的方法如附图5所示，E点为触碰按键的手指光斑中心点，6个类矩形为6行按键的范围边界，过E点做平行于Y轴的直线，可能与6个类矩形相交得到交点，如图5中的A、B、C、D点，则有ん= 石= 石(因此找交点即找出类矩形上与E点横坐标相同的点)，若平行于Y轴的直线与某行的类矩形的交点数为两个以上，且其中有的交点位于E点上方,另外有的交点位于E点下方，即所述光斑中心点坐标E的纵坐标在各交点纵坐标的最大值与最小值之间，则可判断出E点在该类矩形内，即得到按键所在行。如图5中的C、D点满足此条件(即ろ，ν <ΥΕ), A、B点则不满足此条件(ろ>ろ，rB>rE),因此可判断出按键在第2行 。上述中，も、も、右、も、も分别为点A、B、C、D、E的横坐标，YA, YB, Fc, Yd, &分别为点A、B、C、D、E的纵坐标。同理，判断按键所在列的方法如附图6所示，E点为触碰按键的手指光斑中心点，2个类矩形为2列按键的范围边界，过E做平行于X轴的直线，可能与2个类矩形相交得到交点，如图6中的F、G、H、I点，则有Yf=Yg=Yb=Yi=YA因此找交点即找出类矩形上与E点纵坐标相同的点)，若某列类矩形上的交点数为两个以上，且其中有的交点位于E点左边，另外有的交点位于E点右边,即所述光斑中心点E的横坐标在各交点横坐标的最大值与最小值之间，则可判断出E点在该类矩形内，即得到按键所在列。如图6中的F、G点满足此条件(B卩石〉石，XF<XE), H、I点则不满足此条件(心〉石，X1>石)，因此可判断出按键在第I列。上述中，XEaF,石、Xip J7分别为点E、F、G、H、I的横坐标，YE, Yf,ろ、Y丑、Y1分别为点E、F、G、H、I的纵坐标。根据按键所在行、列确定按键。所述按键行和列的范围边界(即类矩形)需要预先给定，上文所述过E点的直线与类矩形的交点数为两个以上，如果行和列的范围边界(即类矩形)线段平滑，则过光斑中心点E所做的平行于X轴的直线与每列的类矩形边界交点数为2个，过光斑中心点E所做的平行于Y轴的直线与每行的类矩形边界的交点数为2个。(4 )处理器将按键信号发送给电梯的待输入设备，供电梯的运行逻辑所调用。并同时发送给投影模块5，投影模块5接收到按键信号后投影到步骤(3)中确认的按键，向用户显示目标按键已被按下。通过投影模块5在键盘图案4上对应按键处显示按键状态结合电梯轿厢的应用背景，对于目标楼层键(即1、2、3等数字键)，若按键处于被标记的状态，则投影模块5将光线投射在该键处，若目标楼层按键未被标记或已取消，则不投射光线，以此来显示状态；对于开门、关门按键，若按键处于被按下的状态，则投影模块5将光线投射在该键处，若开门、关门按键未被按下，则不投射光线，投射光线的顔色根据需要进行选取。所述投影模块5由多个投影单元构成，每个投影単元对应键盘图案4上的ー个按键，负责显示该按键的状态。如图3所示，所述投影単元包括LED6、凹面镜7、遮挡片8，LED6位于凹面镜的焦点处，LED6发出的光线经凹面镜7改变光路后成为平行光，此平行光垂直照射到遮挡片8上，遮挡片8的结构是在不透明的材料上根据按键的形状来镂空，如图4所示，本实施例中按键形状为矩形，因此镂空部分为矩形，LED6的光线经过遮挡片8后其横截图形状与按键形状一致，可以投射到按键上用来显示状态，LED6的亮灭由处理器根据按键的状态来控制。上述实施方式中，由按键所在的行号、列号可以得到光斑在键盘图案4中所对应的按键，并结合投影模块5等外围模块，在电梯运行逻辑的调度下，实现了运用ー种基于图像识别技术的电梯按键进行电梯中的 人机交互。
权利要求
1.一种基于图像识别技术的电梯按键，其特征在于，包括键盘图案、线形红外激光器、摄像头、投影模块、处理器，所述线形红外激光器位于键盘图案的下方，线形红外激光器发射出的红外光平行覆盖在键盘图案正面上、摄像头安装在键盘图案背面的下后方，且键盘图案的背面处于摄像头的取景范围内，投影模块安装在键盘图案背面的后方，摄像头、投影模块分别与处理器连接，所述键盘图案中数字面为正面，无数字面为背面； 所述处理器用于接收摄像头采集的图像，并对图像进行处理得到用户输入的按键，并将按键信号分别发送给电梯的待输入设备、投影模块。
2.根据权利要求I所述的一种基于图像识别技术的电梯按键，其特征在于，键盘图案为带有电梯按键图案的半透明平面材料。
3.根据权利要求I所述的一种基于图像识别技术的电梯按键，其特征在于，所述投影模块由多个投影单元构成，且每个投影单元对应键盘图案上的一个按键。
4.根据权利要求3所述的一种基于图像识别技术的电梯按键，其特征在于，所述投影单元包括LED、凹面镜、遮挡片，所述LED安装在凹面镜的焦点，LED发出的光线经凹面镜后成为平行光，平行光垂直照射到遮挡片上，所述遮挡片镂空部分的形状与所对应的键盘图案上的按键相同。
5.实现权利要求1-4所述的一种基于图像识别技术的电梯按键的方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)摄像头实时采集含有键盘图案的图像； (2)处理器找出图像中的手指反射红外光斑，采用轮廓查找法对光斑进行定位，得到光斑的中心点坐标； (3)采用基于边界交点判断的方法由光斑的中心点坐标确定电梯的按键； (4)处理器将用户的按键信号分别发送给电梯的待输入设备，投影模块，投影模块接收按键信号后投影到步骤(3)中确认的按键，向用户显示目标按键已被按下。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于边界交点判断的方法为根据光斑中心点坐标确定按键所在行、列，最终确定按键，具体为 建立直角坐标系，X轴正方向为水平向右，Y轴正方向为竖直向上； 确定按键所在行预先给出各行按键范围的类矩形边界，过光斑中心点做平行于Y轴的直线，若直线与某行类矩形边界相交得到两个以上的交点，且其中光斑中心点的纵坐标位于各交点纵坐标的最大值与最小值范围内，则确定按键在该行上； 确定按键所在列预先给出各列按键范围的类矩形边界，过光斑中心点做平行于X轴的直线，若直线与某列类矩形边界相交得到两个以上交点，且其中光斑中心点的横坐标位于各交点横坐标的最大值与最小值范围内，则确定按键在该列上； 根据按键所在行、列确定按键。
全文摘要
本发明公开了一种基于图像识别技术的电梯按键及方法，包括键盘图案、线形红外激光器、摄像头、处理器、投影模块，所述线形红外激光器发射出的红外光平行覆盖在键盘图案正面上、键盘图案的背面处于摄像头的取景范围内，摄像头、投影模块分别与处理器相连接，当手指触碰到键盘图案时会挡住红外光形成一个光斑，由于键盘图案为半透明，此时摄像头采集到的图像中会有一个红外光斑，通过图像处理技术确定红外光斑的具体位置，进而确定是键盘图案的哪个按键被触发，处理器识别并将其转化为相应的指令加以执行，同时通过投影模块将光线投射在键盘图案上的对应位置以显示按键状态，从而完成电梯上的人机交互操作。
文档编号B66B1/46GK102701033SQ20121013898
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者李振伟, 谢巍, 陈暑生, 黄旭东 申请人:华南理工大学