CN106708333A - 一种基于空间识控技术的控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空间识控技术的控制模块，包括：激光投影单元、红外线发射单元、图像采集单元、处理器，激光投影单元包括激光发射器、第一汇聚透镜以及光栅膜，红外线发射单元包括红外线发射器、第二汇聚透镜以及波浪镜，图像采集单元包括摄像头模块、滤光片，处理器中的软件算法对摄像头采集的图像信号进行处理，识别用户操作手势，并向电器、电子设备相关单元发送控制信号，本发明用于嵌入各类电器、电子设备中，作为设备的控制部件，以代替传统的旋钮、按键以及电容触摸按键和电容触摸屏等操作部件。

Description

一种基于空间识控技术的控制模块

技术领域

本发明属于空间识控技术领域，具体涉及一种基于空间识控技术的控制模块。

背景技术

随着科学技术的发展，各种电器、电子设备已经应用在了人们工作、生活中的各个领域。而当前各种电器电子设备的控制器或控制部件种类繁多。最为传统的控制部件为旋钮，通过旋钮来调节电路中滑动变阻器阻值的大小，进而调节电流的大小来控制电器设备。进而出现的，在电器电子设备中放置对应相关功能的按键，通过按动按键来实现相关功能。随着电容触摸技术的发展，开始出现了电容触摸类控制部件，其能够穿透绝缘材料外壳20mm以上，准确感应到手指的有效触摸。电容触摸类控制部件有单独模拟按键以及电容触摸屏两种类型，单独模拟按键类部件功能与传统按键功能相似，用户通过触摸相应模拟按键来实现相关功能，而电容触摸屏类部件则允许用户在电器、电子设备的控制屏幕上实现点击、划动等相关操作，使设备的操作过程更为简单，操作功能更为全面。

然而，旋钮控制部件与按键控制部件，由于使用时存在物理上的摩擦，导致其使用寿命大大降低，且具有的操作功能相对简单。而电容触摸类控制部件中，模拟按键类也存在着操作功能相对简单的问题，电容触摸屏类则由于电器、电子设备内部结构的影响而不能占用过于庞大的空间、进而屏幕尺寸受到限制，且放置位置也受到设备内部结构的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于空间识控技术的控制模块。

一种基于空间识控技术的控制模块，包括：

激光投影单元，所述激光投影单元包括激光发射器、第一汇聚透镜以及光栅膜，所述激光发射器发出可见光激光，所述第一汇聚透镜将激光发射器所发可见光激光汇聚并照射到光栅膜上，所述光栅膜上刻有设备操作界面图案，用户操作区为激光透过光栅膜投影在电器、电子设备表面或以外的投影区域；

红外线发射单元，所述红外线发射单元包括红外线发射器、第二汇聚透镜以及波浪镜，所述红外线发射器发出人眼不可见的红外线光，所述第二汇聚透镜将红外线发射器所发红外线光汇聚，并照射到波浪镜上，所述波浪镜将红外线光分散为一字红外线光覆盖在用户操作区；

图像采集单元，所述图像采集单元包括摄像头模块、滤光片，所述滤光片仅能使与红外线发射单元所发的红外线波长相同的光线通过，所述摄像头用于采集透过滤光片的图像信号；

处理器，所述处理器中的软件算法对摄像头采集的图像信号进行处理，识别用户操作手势，并向电器、电子设备相关单元发送控制信号。

优选地，所述用户操作区包括虚拟按键和操作手势识别区。

一种基于空间识控技术的控制模块的控制方法，其特征在于：包括一下步骤：

1）设备上电，由激光投影单元向电器、电子设备上的指定表面或设备以外投影用户操作区；

2）由红外线发射单元向用户操作区发射一字型红外线，使用户操作区覆盖一层红外线光膜；

3）当用户在用户操作区点击、划动或有其他手势动作时，用户操作区上所覆盖的红外线光膜将照射在用户手指之上，并将红外线反射到图像采集单元；

4）图像采集单元将图像信号发送给处理器，由处理器中的软件算法对图像信号进行处理，对用户操作手势进行识别；

5）处理器识别出用户操作手势之后，向电器、电子设备相关单元发送控制信号。

优选地，所述用户在用户操作区点击操作时，处理器根据图像采集单元所采集的图像信号识别出用户点击位置的坐标；进而，优选地可将特定坐标上投影虚拟按键来对应用户的点击操作。

优选地，所述用户其他手势动作为单指操作、或多指操作，所述多指操作包括多指点击、多指划动、多指分离、多指靠近、多指旋转操作。

优选地，所述处理器通过如下处理对图像信号进行处理和对用户操作手势进行识别：

将原始图像通过阈值处理得到二值图像；运用形态学边缘提取法提取手指所反射的红外线图像轮廓；通过质心提取法提取质心，质心坐标即对应手指所点击的用户操作区位置；通过统计学方法进行手指动作的动态特征值训练，得到操作手势样本；提取质心移动的动态特征值，与样本特征值比较，从而识别出用户操作手势。

本发明的工作原理是：

本发明通过图像采集单元，采集用户在投影出的用户操作区操作时手指反射的红外线发射单元所发一字型红外线形成的图像信息，通过处理器对图像信息进行图像处理、用户操作动作识别，进而向设备的相关部件发送控制命令，实现对设备的控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、用户在投影操作区进行操作，不会产生机械摩擦，从而使设备使用寿命大大延长；

2、由于可识别用户在操作区任意位置的点击、划动和其他更为复杂的手势动作，因此这种操作模块的操作功能更为丰富，使用更为便捷；

3、这种控制模块可在无需大量改动和重新设计的情况下良好的嵌入到各种电器、电子设备中，适应性更强；

4、由于用户操作区为投影操作区域，因而这种控制模块的安装位置限制更小，不必过多考虑对设备本身结构的影响；同时投影操作区可在设备表面，也可在设备之外；

5、由于用户操作区为投影操作区域，因而操作界面的设定更为自由，且不会受到空间的限制，在空间允许且适宜操作的情况下设定为任意大小、任意颜色、任意形状、任意亮度。

附图说明

图1为本发明一种基于空间识控技术的控制模块的示意图。

图2为本发明一种基于空间识控技术的控制模块的信号处理示意图。

图中，1、激光投影单元，2、图像采集单元，3、红外线发射单元，4、电器设备表面，5、用户操作区，6、虚拟按键，7、操作手势识别区，8、处理器。

具体实施方式

根据本发明的一方面，参见图1、图2，一种基于空间识控技术的控制模块，包括：

激光投影单元1，所述激光投影单元1包括激光发射器、第一汇聚透镜以及光栅膜，所述激光发射器发出可见光激光，所述第一汇聚透镜将激光发射器所发可见光激光汇聚并照射到光栅膜上，所述光栅膜上刻有设备操作界面图案，用户操作区5为激光透过光栅膜投影在电器、电子设备表面或以外的投影区域；

红外线发射单元3，所述红外线发射单元3包括红外线发射器、第二汇聚透镜以及波浪镜，所述红外线发射器发出人眼不可见的红外线光，所述第二汇聚透镜将红外线发射器所发红外线光汇聚，并照射到波浪镜上，所述波浪镜将红外线光分散为一字红外线光覆盖在用户操作区5；

图像采集单元2，所述图像采集单元2包括摄像头模块、滤光片，所述滤光片仅能使与红外线发射单元3所发的红外线波长相同的光线通过，所述摄像头用于采集透过滤光片的图像信号；

处理器8，所述处理器8中的软件算法对摄像头采集的图像信号进行处理，识别用户操作手势，并向电器、电子设备相关单元发送控制信号。

在一个实施例中，所述用户操作区5包括虚拟按键6和操作手势识别区7。

根据本发明的另一方面，一种基于空间识控技术的控制模块的控制方法，其特征在于：包括一下步骤：

1）设备上电，由激光投影单元1向电器、电子设备上的指定表面或设备以外投影用户操作区5；

2）由红外线发射单元3向用户操作区5发射一字型红外线，使用户操作区5覆盖一层红外线光膜；

3）当用户在用户操作区5点击、划动或有其他手势动作时，用户操作区5上所覆盖的红外线光膜将照射在用户手指之上，并将红外线反射到图像采集单元2；

4）图像采集单元2将图像信号发送给处理器8，由处理器8中的软件算法对图像信号进行处理，对用户操作手势进行识别；

5）处理器8识别出用户操作手势之后，向电器、电子设备相关单元发送控制信号。

在一个实施例中，所述用户在用户操作区5点击操作时，处理器8根据图像采集单元2所采集的图像信号识别出用户点击位置的坐标；进而，优选地可将特定坐标上投影虚拟按键6来对应用户的点击操作。

在一个实施例中，所述用户其他手势动作为单指操作、或多指操作，所述多指操作包括多指点击、多指划动、多指分离、多指靠近、多指旋转操作。

在一个实施例中，所述处理器8通过如下处理对图像信号进行处理和对用户操作手势进行识别：

将原始图像通过阈值处理得到二值图像；运用形态学边缘提取法提取手指所反射的红外线图像轮廓；通过质心提取法提取质心，质心坐标即对应手指所点击的用户操作区位置；通过统计学方法进行手指动作的动态特征值训练，得到操作手势样本；提取质心移动的动态特征值，与样本特征值比较，从而识别出用户操作手势。

本发明技术方案在上面结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于空间识控技术的控制模块，包括：

激光投影单元，所述激光投影单元包括激光发射器、第一汇聚透镜以及光栅膜，所述激光发射器发出可见光激光，所述第一汇聚透镜将激光发射器所发可见光激光汇聚并照射到光栅膜上，所述光栅膜上刻有设备操作界面图案，用户操作区为激光透过光栅膜投影在电器、电子设备表面或以外的投影区域；

红外线发射单元，所述红外线发射单元包括红外线发射器、第二汇聚透镜以及波浪镜，所述红外线发射器发出人眼不可见的红外线光，所述第二汇聚透镜将红外线发射器所发红外线光汇聚，并照射到波浪镜上，所述波浪镜将红外线光分散为一字红外线光覆盖在用户操作区；

图像采集单元，所述图像采集单元包括摄像头模块、滤光片，所述滤光片仅能使与红外线发射单元所发的红外线波长相同的光线通过，所述摄像头用于采集透过滤光片的图像信号；

处理器，所述处理器中的软件算法对摄像头采集的图像信号进行处理，识别用户操作手势，并向电器、电子设备相关单元发送控制信号。

2.如权利要求1所述的一种基于空间识控技术的控制模块，其特征在于：所述用户操作区包括虚拟按键和操作手势识别区。

3.如权利要求1所述的一种基于空间识控技术的控制模块的控制方法，其特征在于：包括一下步骤：

1）设备上电，由激光投影单元向电器、电子设备上的指定表面或设备以外投影用户操作区；

2）由红外线发射单元向用户操作区发射一字型红外线，使用户操作区覆盖一层红外线光膜；

3）当用户在用户操作区点击、划动或有其他手势动作时，用户操作区上所覆盖的红外线光膜将照射在用户手指之上，并将红外线反射到图像采集单元；

4）图像采集单元将图像信号发送给处理器，由处理器中的软件算法对图像信号进行处理，对用户操作手势进行识别；

5）处理器识别出用户操作手势之后，向电器、电子设备相关单元发送控制信号。

4.如权利要求3所述的一种基于空间识控技术的控制模块的控制方法，其特征在于：所述用户在用户操作区点击操作时，处理器根据图像采集单元所采集的图像信号识别出用户点击位置的坐标；进而，优选地可将特定坐标上投影虚拟按键来对应用户的点击操作。

5.如权利要求3所述的一种基于空间识控技术的控制模块的控制方法，其特征在于：所述用户其他手势动作为单指操作、或多指操作，所述多指操作包括多指点击、多指划动、多指分离、多指靠近、多指旋转操作。

6.如权利要求3所述的一种基于空间识控技术的控制模块的控制方法，其特征在于：所述处理器通过如下处理对图像信号进行处理和对用户操作手势进行识别：

将原始图像通过阈值处理得到二值图像；运用形态学边缘提取法提取手指所反射的红外线图像轮廓；通过质心提取法提取质心，质心坐标即对应手指所点击的用户操作区位置；通过统计学方法进行手指动作的动态特征值训练，得到操作手势样本；提取质心移动的动态特征值，与样本特征值比较，从而识别出用户操作手势。