CN102163092B - 一种手指鼠标 - Google Patents

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Abstract

一种手指鼠标，包括摄像头，光线发射和接收装置，判断单元，图像识别单元，计算单元和通信控制单元。***判断手指的移动是否贴着键盘表面，如果判断是，且没有按键被按下的电信号，则光标随着手指的移动而移动。手指鼠标将鼠标和键盘完美地融合在一起，用户使用鼠标时，手指不需要佩戴任何附加设备，手也不必离开键盘，直接在键盘表面移动，控制屏幕上光标的移动，手指鼠标比使用常规鼠标更加方便，是现有鼠标的升级换代产品。

Description

一种手指鼠标
技术领域：
本发明涉及一种手指鼠标。 
背景技术：
自从操作***进入图形用户界面以来，由于需要对显示器上所显示的光标(cursor)进行控制，所以鼠标成为除了键盘以外，最重要的***输入装置之一。 
光电鼠标(optical mouse)与计算机间常是利用COM、PS/2或USB接口来相互连接，而显示器上所显示的光标会随着光电鼠标移动而移动。 
现有光电鼠标的结构包括壳体、发光二极管、光透镜、光接收处理装置、按键以及印刷电路板，发光二极管是设置在壳体内，并朝壳体底部的一开口发射光线，故当此光电鼠标放置在桌面或鼠标垫上后，光线照射到桌面或鼠标垫上即会反射光线，，光透镜用来聚集自发光二极管所发射并被桌面或鼠标垫反射的反射光线。光接收处理装置接收光透镜聚集后的反射光线，且光接收处理装置具有一光传感器单元以及图像处理单元；光传感器单元是由电荷耦合组件(CCD)所构成，因此能够获取经由光透镜聚集后的图像，典型的光处理装置芯片是美国AGILENT公司的HDNS-2000、HDNS-2051等光电鼠标专用光接收处理装置芯片，该类光接收处理装置芯片如HDNS-2000型芯片每秒可以从感光窗拾取1500帧图像。接着，由图像处理单元对于光传感器在不同时间所提取的图像加以比较其差异处，由此判断鼠标移动的位移量、速度等，并将其转换为计算机相对应坐标(ΔX，ΔY)的电信号后送至计算机上，以控制光标的移动。 
当鼠标的按键，被使用者按压时，按键即会联动微型开关，以控制光标进行点选(click)动作，由于光电鼠标是采用光学技术来进行移动位置的判定，因此具有不易沾染灰尘、分辨率高、移动顺滑等优点，故已逐渐取代传统式的滚轮鼠标。 
然而，光电鼠标的使用者需要一定的空间来握持鼠标沿一平面移动，才能有效控制光标移动，因此必定占去相当多空间，使用上并非十分方便，尤其对于常常随身携带的笔记本电脑，要求其尽量轻便、小巧，而鼠标则会占用一定的空间或重量，携带、使用时不够方便。 
如果既需要打字，又需要使用鼠标时，使用者的手不得不在键盘和鼠标之间来回移动，这会降低用户的工作效率。 
尤其重要者，长时间操作移动鼠标不但易使手腕部位的肌肉疲劳和手指关节酸痛，严重更可能因长期累积而造成运动伤害。 
发明内容：
本发明的目的在于公开一种手指鼠标；避免现有鼠标的不足之处，提供一种用手指的移动直接控制显示器屏幕上光标移动的新型的鼠标装置，使计算机控制更加方便，从而更加实用。 
本发明目的可以通过以下技术实现： 
一种鼠标装置，包括左键、右键，其特征是：包括： 
摄像头：对工作平面和工作平面上方的运动物体进行拍摄； 
发射和接受装置：发射装置发射出激光束，激光束在工作平面上方，与工作平面平行。接受装置探测反射回的激光束。 
判断单元：用于判断运动物体是否与工作平面接触；当运动物体与工作平面接触时，必然会与紧贴在平面上方的激光束接触，导致激光光线扰动，并反 射激光束，接收装置接收到激光束时，或者探测到激光束出现扰动，则运动物体与工作平面接触。 
图像识别单元：分析摄像头拍摄的图像，从工作平面背景图像中识别出运动物体的图像； 
计算单元：如果运动物体与工作平面接触，计算出物体的像的运动速度，或者物体沿工作平面运动的速度； 
控制通信单元：把接触部位沿工作平面运动的速度或者接触部位图像的运动的速度和左键、右键击键信息传送给主机***，控制屏幕上光标的移动或进行相关操作。 
所述的鼠标装置，其所述运动物体是用户的手指。 
所述的鼠标装置，其所述工作平面是键盘表面。 
所述的鼠标装置，其所述键盘表面是平滑的。 
所述的鼠标装置，其所述键盘上相邻的两排按键之间安装有起托放手指作用指托。 
所述的鼠标装置，其左键、右键位于指托上，或者位于标准键盘上空格键附近。 
发射装置发射出激光束，激光束位于工作平面上方，与工作平面平行，贴着工作平面。当运动物体与工作平面接触时，物体必然会遮挡或反射激光束，引起激光光束的扰动。当运动物体离开工作平面时，由于激光束紧贴着工作表面，所以运动物体也会同时与激光光速脱离接触，不会引起激光光束的扰动。接收装置判断激光束是否存在扰动。 
手指在键盘上的运动分成三类：1、击键动作：手指由上向下运动，方向和键盘表面大致垂直，同时，一般有按键被按下的电信号；2、有效动作： 手指贴着键盘表面移动，手指贴着键盘表面移动为光标动作，此时，手指的移动控制光标的移动；3、其他动作：除了垂直运动和贴着键盘表面运动之外的移动，这类动作常常是用户的习惯动作或无意的动作。 
鼠标装置正常工作时，判断单元需要区分出这三类手指动作，其方法是：只要检测到有按键被按下时，则判断为击键动作，判断单元发出停止指令，取一个延迟时间，从检测到按键被按下时，在延迟时间内，判断单元发出停止指令。例如，取延迟时间为0.5秒，在按键被按下0.5秒后，鼠标暂停响应；当接受装置没有探测到激光束扰动时，表明是其他动作或者用户没有动作。只有当接收装置探测到了激光束的扰动，并且按键没有被按下，时间已经过了延迟时间，这些条件同时满足时，运动为有效动作，判断单元发出工作指令，鼠标接收响应。 
图像识别单元分析摄像头拍摄的图像，从工作平面背景图像中识别出运动物体的图像，并进一步识别出运动物体和平面接触部位的图像，确定接触部位在图像中的位置。 
计算单元计算出运动物体图像的运动速度，或者根据图像位置和实际位置的对应关系，计算出运动物体的运动速度，并发送给控制通信单元。当判断单元判断出运动是有效运动时，图像识别单元从摄像头拍摄到的图像中识别出运动物体的图像，并确定运动物体图像的位置，计算单元根据连续拍摄的运动物体图像位置，计算出连续运动物体图像的运动速度，或者运动物体的运动速度。为了进一步避免误操作，设定一个速度阈值，当计算出的速度值超出了阈值范围时，运动是无效的。 
控制通信单元：把运动的速度信息和左键、右键击键信息传送给主机***，控制屏幕上光标的移动或进行相关操作。 
本发明与现有技术相比，避免了现有鼠标的不足之处，提供一种用手指的移动直接控制显示器屏幕上光标移动的新型的鼠标装置，使计算机控制更加方便，从而更加实用。 
附图说明
图1是使用与键盘结合的手指鼠标的笔记本电脑示意图。 
图中标号说明：1是摄像头；2是显示屏；3是接收装置；4是键盘；5是发射装置。 
具体实施方式
实施例与键盘结合的手指鼠标，如图1所示： 
包括下列单元： 
摄像头：对键盘表面和键盘上方手指的移动进行拍摄，摄像头位于显示屏的中间位置，对准键盘的中央，视野覆盖键盘中央区域。 
发射装置发射出红外线激光束，激光束位于键盘上方，与键盘平面平行，贴着键盘表面，呈面状分布。接收装置接收到反射的激光束，判断激光束是否存在扰动。 
手指在键盘上的运动分成三类：1、击键动作：手指由上向下运动，方向和键盘表面大致垂直，同时，一般有按键被按下的电信号；2、有效动作：手指贴着键盘表面移动，一根手指贴着键盘表面移动为光标动作，此时，手指的移动控制光标的移动；3、其他动作：除了垂直运动和贴着键盘表面运动之外的移动，这类动作常常是用户的习惯动作或无意的动作。 
鼠标装置正常工作时，判断单元需要区分出这三类手指动作，其方法是：只要检测到有按键被按下时，则判断为击键动作，判断单元发出停止指令， 取一个延迟时间，从检测到按键被按下时，在延迟时间内，判断单元发出停止指令。例如，取延迟时间为0.5秒，在按键被按下0.5秒后，鼠标暂停响应；当接受装置没有探测到激光束扰动时，表明是其他动作或者用户没有动作。只有当接收装置探测到了激光束的扰动，并且按键没有被按下，时间已经过了延迟时间，这些条件同时满足时，运动为有效动作，判断单元发出工作指令，鼠标开始响应。 
图像识别单元：从键盘背景图像中识别出手指的图像，用户手指的形状也大致相同，所以，从键盘背景图像中识别出手指的图像非常容易。通常，手指与键盘表面接触的部位是指尖，指尖具有明显的特征，如指甲、轮廓边缘等，根据这些特征，图像识别单元从手指图像中进一步识别出指尖的图像，图像识别技术目前相当成熟，在此不再赘述。识别出手指图像后，进一步确定指尖在图像中的位置。 
计算单元：计算出手指指尖沿键盘表面运动的速度，包括速率和方向，或者手指指尖图像的运动速度。当判断单元判断出运动时有效运动时，图像识别单元识别出指尖的图像，并确定指尖的位置。在摄像头连续拍摄的运动图像中，两幅图像中手指指尖的像(或者指尖对应点)的位移除以两个时刻的时间间隔，即为手指指尖的像的运动速度，或者根据像与实际位置的对应关系，计算出手指指尖的运动速度。为了进一步避免误操作，设定一个速度阈值，当计算出的速度值超出了阈值范围时，运动是无效的。速度阈值为0.5cm/s-5cm/s。 
控制通信单元：把手指指尖或者指尖的图像的运动速度信息和左右键的击键信息发送给主机***，执行相应的操作。 
和普通键盘上各个按键之间存在间隙不同，本发明中键盘的表面是平滑 的，以便于手指的移动。同时，在键盘中央的上下两排按键之间安装有起托放手指作用的固定支架，称为指托，当用户的手指在键盘表面移动时，其它手指可放在指托上，这既能避免其它手指错误地按下按键，也为手指的移动提供了支撑点和着力点。左右键可以安装在指托上，用食指、中指或无名指操作，也可安装在标准键盘的空格键附近，由大拇指操作。 
当用户使用键盘输入时，手指按正常的方式上下击键，和普通键盘的使用方式一样；当使用鼠标时，手不需要离开键盘，其它手指放在指托上保持静止，某一根手指贴着键盘表面移动，光标会随着手指而移动，左右键的操作方式和普通鼠标是一致的。 
目前，台式机的键盘和鼠标是分离的，操作时，用户的手需要在键盘和鼠标之间来回移动，很不方便。笔记本电脑上用的鼠标装置一般是触控杆或触摸板，触控杆占用的体积小，携带方便，但是使用方式和常规的鼠标差异太大，使用不习惯。触摸板占用的体积大，而且其和键盘实际上也是分离的。本发明公开的鼠标和键盘完美地融合起来，不占用键盘体积，携带非常方便，使用时手不需要离开键盘，同时，用手指直接控制光标的移动，比常规鼠标的使用方式更加方便。 

Claims (6)

1.一种鼠标装置，包括左键、右键，其特征是：包括：
摄像头：对工作平面和工作平面上方的运动物体进行拍摄；
发射和接受装置：发射装置发射出激光束，激光束在工作平面上方，与工作平面平行，接受装置探测激光束，工作平面指键盘表面；
判断单元：当接受装置探测到了激光束的扰动，并且按键没有按下，时间超过了延迟时间，判断是有效动作；
图像识别单元：分析摄像头拍摄的图像，从工作平面背景图像中识别出运动物体的图像，并确定运动物体图像在图像中的位置；
计算单元：如果运动类型是有效运动，计算出物体的像的运动速度，或者物体沿工作平面运动的速度；
控制通信单元：把接触部位沿工作平面运动的速度或者接触部位图像的运动的速度和左键、右键击键信息传送给主机***，控制屏幕上光标的移动或进行相关操作。
2.根据权利要求1所述的鼠标装置，其特征是：所述运动物体是用户的手指。
3.根据权利要求1所述的鼠标装置，其特征是：所述键盘表面是平滑的。
4.根据权利要求1所述的鼠标装置，其特征是：所述键盘上相邻的两排按键之间安装有起托放手指作用的指托。
5.根据权利要求1所述的鼠标装置，其特征是：左键、右键位于指托上，或者位于标准键盘上空格键附近。
6.根据权利要求1所述的鼠标装置，其特征是：设定运动速度的阈值。
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