RU2577467C1 - Мобильное устройство для организации сенсорной плоскости - Google Patents
Мобильное устройство для организации сенсорной плоскости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577467C1 RU2577467C1 RU2014137369/08A RU2014137369A RU2577467C1 RU 2577467 C1 RU2577467 C1 RU 2577467C1 RU 2014137369/08 A RU2014137369/08 A RU 2014137369/08A RU 2014137369 A RU2014137369 A RU 2014137369A RU 2577467 C1 RU2577467 C1 RU 2577467C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bracelet
- plane
- user
- intersection
- television
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Input By Displaying (AREA)
- User Interface Of Digital Computer (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Устройство относится к технике интерактивных дисплеев, пользовательских интерфейсов и систем распознавания жестов. Технический результат заключается в обеспечении возможности взаимодействия с персональными вычислительными устройствами дистанционно, не используя встроенные в них сенсорные поверхности. Устройство содержит источник подсветки и оптически сопряженные с ним первую и вторую телевизионные камеры, направленные в сторону пальцев пользователя и подключенные к первому и второму входам специализированного вычислителя. Кроме того, предлагаемое устройство содержит браслет и фиксатор, механически связанный с браслетом, причем браслет размещается на запястье, а первая и вторая телевизионные камеры и источник подсветки размещены в фиксаторе. Входящие в состав устройства телевизионные камеры формируют плоскости обзора, проходящие через заданную заранее строку изображения на фотоприемной матрице и оптический центр объектива, каждой телевизионной камеры, создавая сенсорную плоскость. При этом вычислителем фиксируется пересечение пальцем этой плоскости и определяется пространственное положение этого пересечения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Предлагаемое устройство относится к технике интерактивных дисплеев, пользовательских интерфейсов и систем распознавания жестов, применение которых постоянно растет.
Известен ряд устройств подобного назначения. Так, в [1] описывается система, осуществляющая проекцию изображения виртуальной клавиатуры на ладонь пользователя. Она включает в себя оптический проектор и телевизионную камеру, расположенные на дужках очков, и связанное с ними вычислительное устройство. Касание пальцем свободной руки изображения виртуальной клавиатуры в определенных точках фиксируется телевизионной камерой и передается в вычислительное устройство, которое определяет, с каким элементом виртуальной клавиатуры произошло касание пальца пользователя.
В [2] рассматривается мобильная носимая система, закрепляемая на предплечье, воспринимающая биопотенциалы соответствующих мышц, участвующих в выработке жестов, совершаемых пальцами кисти. Недостатком данной системы является сложная техническая реализация и низкая помехоустойчивость, необходимость ее индивидуальной калибровки.
В [3] предлагается устройство оцифровки движений конечностей на основе источника структурированной подсветки аналогично используемой в системе Kinect [4]. Однако устройства данного класса не предназначены для работы с малоразмерными объектами типа пальцев руки.
В [5] предложена интерактивная измерительная система, определяющая положения пальцев пользователя в области, ограниченной зонами обзора от двух до четырех и более телевизионных камер, отличающаяся возможностью 3D измерений, однако весьма громоздкая для мобильных приложений.
Известно устройство фирмы Canesta, Inc. [6], функциональная схема которого наиболее близка к предлагаемому изобретению и которое является его прототипом. Это устройство содержит инфракрасный (ИК) излучатель, создающий плоское поле излучения над контролируемой поверхностью, и матричный фотоприемник с объективом, расположенный консольно над поверхностью «виртуальной клавиатуры», поле зрения которого охватывает контролируемую поверхность. Приемная оптическая система связана с вычислительным устройством, в которое вводится оцифрованное изображение контролируемой поверхности. Касание пальцем либо каким-то указателем (стилусом), поверхности «виртуальной клавиатуры» вызывает отражение от пальца (стилуса) части ИК-излучения, формируемого излучателем, и его регистрацию приемной оптической системой. Определение координаты касания основано на решении системы уравнений, описывающей пространственное положение изображения подсвечиваемой части пальца на поверхности фотоприемника, входящего в состав приемной оптической системы, и поверхности, образуемой излучением, формируемым излучателем (триангуляционное уравнение). В результате определяются плоские координаты пальца (стилуса) на поверхности «виртуальной клавиатуры», и принимается решение о том, какая клавиша была «нажата».
Мобильное устройство для организации сенсорной плоскости, предлагаемое в данной заявке, отличается от известных расширенными функциональными возможностями, а именно тем, что оно позволяет организовать взаимодействие с персональным или планшетным компьютером, смартфоном и т.п. дистанционно, не пользуясь встроенными в них сенсорными поверхностями. Для этого оно выполнено в виде браслета, располагаемого на запястье, и позволяет пользователю в любой момент начать набор текста, рисование, редактирование, телефонные вызовы и пр. Кроме того, найдя в окружающей обстановке участок плоской поверхности (стол, окно, подоконник и т.п.), можно «превратить» эту поверхность в сенсорную. Оно содержит источник подсветки и оптически сопряженные с ним первую и вторую телевизионные камеры, направленные в сторону пальцев пользователя, подключенные к первому и второму входам специализированного вычислителя и размещаемые в фиксаторе. При этом телевизионные камеры формируют плоскости обзора, проходящие через определенную заранее строку изображения на фотоприемной матрице и оптический центр объектива каждой телевизионной камеры. Сенсорная плоскость создается пересечением плоскостей обзора первой и второй телевизионных камер и пересекает возможные положения пальцев кисти пользователя. Далее специализированным вычислителем фиксируется пересечение пальцем пользователя сенсорной плоскости и определяется пространственное положение этого пересечения. Кроме того, сторона фиксатора, противоположная той, которой он крепится к браслету, может иметь плоскую поверхность, параллельную сенсорной плоскости. Это позволяет, зафиксировав плоскую поверхность фиксатора с какой-либо плоскостью, получить тактильную обратную связь, возникающую при касании пальцем твердой поверхности, как и при работе с обычным сенсорным экраном или тачпэдом.
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где:
1, 2 - первая и вторая телевизионные камеры,
3 - инфракрасный излучатель,
4 - кисть пользователя,
5 - палец,
6 - браслет,
7 - фиксатор,
8 - специализированный вычислитель,
Ψ1, Ψ2 - телесные углы обзора первой (1) и второй (2) телевизионных камер,
Ω - поток, формируемый инфракрасным излучателем 3,
Φ1 - плоскость обзора первой телевизионной камеры 1,
Φ2 - плоскость обзора второй телевизионной камеры 2,
Θ - сенсорная плоскость.
На фиг. 2 иллюстрируется формирование сенсорной плоскости Θ, где:
M1 - фотоприемная матрица первой телевизионной камеры 1,
М2 - фотоприемная матрица второй телевизионной камеры 2,
O1 - оптический центр объектива первой телевизионной камеры 1,
O2 - оптический центр объектива второй телевизионной камеры 2,
C1 - центр фотоприемной матрицы M1,
C2 - центр фотоприемной матрицы М2,
П - точка, принадлежащая пальцу оператора,
O1 C1 - центральная оптическая ось первой телевизионной камеры 1,
O2 C2 - центральная оптическая ось второй телевизионной камеры 2,
f - фокусное расстояние объективов первой и второй телевизионных камер 1 и 2,
l - расстояние между оптическими центрами объективов O1 и O2,
SM1(1) - 1-я строка фотоприемной матрицы M1,
SM2(1) - 1-я строка фотоприемной матрицы М2.
SM1(n) - n-я строка фотоприемной матрицы М1,
SM2(n) - n-я строка фотоприемной матрицы М2,
SM1(i) - i-я строка фотоприемной матрицы M1,
SM2(i) - i-я строка фотоприемной матрицы М2,
На фиг. 3 приведен пример формирования изображений пальца 5, где:
5(t1) - положение пальца 5 в момент времени t1,
5(t2) - положение пальца 5 в момент времени t2,
IM1(t1) - изображение пальца 5 на фотоприемной матрице M1 в момент времени t1,
IM1(t2) - изображение пальца 5 на фотоприемной матрице M1 в момент времени t2,
IM2(t1) - изображение пальца 5 на фотоприемной матрице М2 в момент времени t1,
IM2(t2) - изображение пальца 5 на фотоприемной матрице М2 в момент времени t2.
На фиг. 4 приведена функциональная схема устройства, выполненного по второму пункту формулы изобретения, где:
9 - плоская поверхность фиксатора 7,
10 - рабочая поверхность.
На фиг. 5 приведен пример конструктивного исполнения устройства, где:
РСВ - печатная плата.
ξ - расстояние между сенсорной плоскостью и рабочей поверхностью.
Функционирование данного устройства иллюстрируется фиг. 1 и происходит следующим образом. Устройство охватывает запястье вблизи кисти пользователя 4 с помощью браслета 6. В фиксаторе 7, жестко связанном с браслетом 6, размещаются инфракрасный излучатель 3 и оптически сопряженные с ним две телевизионные камеры 1 и 2. Инфракрасный излучатель 3 создает подсветку, поток которой Ω, пересекает пальцы кисти 4, в том числе и палец 5.
На фиг. 2 показано, как на строке SM1(n) формируется изображение окружающей сцены, находящейся в плоскости Φ1, называемой далее плоскостью обзора первой телевизионной камеры 1.
Аналогично, на строке SM2(n), формируется изображение окружающей сцены, находящейся в плоскости Φ2, называемой далее плоскостью обзора второй телевизионной камеры 2.
Определим сенсорную плоскость
как пересечение плоскостей Φ1 и Φ2. Эта плоскость фактически является зоной стереообзора [7] телевизионных камер 1 и 2. При пересечении пальцем 5 сенсорной плоскости Θ в момент времени t2 изображения IM1(t2) и IM2(t2) будут пересекать строки SM1(n) и SM2(n) соответственно. В случае если оптические оси O1C1 и O2C2 параллельны, изменение номера n в направлении, указанном стрелкой α, вызывает перемещение плоскости Θ в направлении, указанном стрелкой β. Это позволяет пользователю при необходимости отрегулировать положение сенсорной плоскости Θ относительно кисти 4.
Выражение для вычисления координат точки П, соответствующей положению пальца 9, находящегося на пересечении с сенсорной плоскостью Θ, получено из фиг. 2 и имеет вид:
Мощность инфракрасного потока Ω, формируемая излучателем 3, должна быть достаточной, чтобы превысить уровень паразитных составляющих в изображениях окружающей сцены в видеосигналах первой и второй телевизионных камер 1 и 2. Таким образом, специализированный вычислитель 8, обнаружив в видеосигналах i-й строки обеих телевизионных камер 1 и 2 уровни, превышающие пороговые значения (например Uref1 и Uref2), принимает решение о наличии IM1(t2) и IM2(t2). Далее, фиксируя координаты
и
пересечения IM1(t2) и IM2(t2) с SM1(n) и SM2(n) соответственно, специализированный вычислитель 8 рассчитывает координаты точки пересечения пальцем 5 сенсорной плоскости Θ по формуле 1. Координаты XП и YП поступают далее в персональный компьютер, смартфон и т.п. для организации интерактивного взаимодействия с его программным обеспечением.
На фиг. 4 представлена модификация предлагаемого устройства, а именно фиксатор 7 на стороне, противоположной той, которой он скреплен с браслетом 6, дополнен плоскостью 9, оптически сопряженной с первой и второй телевизионными камерами, параллельной сенсорной плоскости Θ. Если в распоряжении пользователя есть участок плоской поверхности, например стола, работа с устройством может быть организованна следующим образом. Пользователь прижимает фиксатор 7 плоскостью 9 к рабочей поверхности 10. Далее он может прикоснуться к рабочей поверхности 10 и перемещать по ней палец 5, производя интерактивное взаимодействие с программным обеспечением. Для того чтобы это прикосновение происходило практически одновременно с пересечением сенсорной плоскости Θ, расстояние ξ между сенсорной плоскостью 0 и рабочей поверхностью 10 должно быть не больше нескольких миллиметров, благодаря чему кончик пальца проходит это расстояние практически мгновенно для пользователя.
На фиг. 5 иллюстрируется использование телевизионных камер типа OVM7675 фирмы Omni Vision [8], имеющих габариты 2.9×2.9×2.3 мм, что позволяет получить сенсорную плоскость Θ, находящуюся на расстоянии ξ от поверхности 10 не больше 1.5 мм. Конструктивно, телевизионные камеры и излучатель могут быть расположены на единой многослойной печатной плате 11, с обратной стороны которой размещается специализированный вычислитель 8.
Для передачи вычисленных значений координат в персональный компьютер, смартфон и т.п. устройство может быть снабжено средством беспроводной передачи данных, например Wi-Fi или Bluetooth.
Источники информации
1. Патент США №8228315 В1 от 24.01.2012 г.
2. Патент США №7333090 В2 от 19.02.2008 г.
3. Патент США №7259747 от 21.08.2007 г.
4. Патент США №7170492 В2 от 30.01.2007 г.
5. Публикация № US 2010/0199228 А1 от 05.08.2010 г.
6. Патент США №7006236 В2 от 28.02.2006 г.
7. В.В. Коротаев, А.В. Краснящих. Телевизионные измерительные системы. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2008 г., стр. 43.
8. Материал фирмы Omni Vision. OV7695. VGA product brief. Verison 1.0, August 2012.
http://www.ovt.com/download_document.php?type=sensor&sensorid=124.
Claims (2)
1. Мобильное устройство для организации сенсорной плоскости, содержащее источник подсветки и оптически сопряженную с ним телевизионную камеру, направленные в сторону пальцев пользователя, причем телевизионная камера подключена к входу вычислителя, отличающееся тем, что дополнительно содержит вторую телевизионную камеру, оптически сопряженную с первой и подключенную ко второму входу вычислителя, браслет и фиксатор, механически связанный с браслетом, причем браслет размещен на запястье, а первая и вторая телевизионные камеры и источник подсветки размещены в фиксаторе, причем сенсорная плоскость создается пересечением плоскостей обзора первой и второй телевизионных камер, в свою очередь, эти плоскости проходят через заданную строку изображения каждой телевизионной камеры и оптический центр ее объектива, в результате сенсорная плоскость пересекает возможное положение пальцев пользователя, а вычислитель фиксирует пересечение пальцами пользователя сенсорной плоскости и определяет пространственное положение этого пересечения.
2. Мобильное устройство для организации сенсорной плоскости по п. 1, отличающееся тем, что сторона фиксатора, противоположная той, которой он крепится к браслету, имеет плоскую поверхность, параллельную сенсорной плоскости.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014137369/08A RU2577467C1 (ru) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | Мобильное устройство для организации сенсорной плоскости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014137369/08A RU2577467C1 (ru) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | Мобильное устройство для организации сенсорной плоскости |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2577467C1 true RU2577467C1 (ru) | 2016-03-20 |
Family
ID=55647847
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014137369/08A RU2577467C1 (ru) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | Мобильное устройство для организации сенсорной плоскости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2577467C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2818515C1 (ru) * | 2024-01-29 | 2024-05-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук" | Носимое сенсорное устройство для распознавания двигательной активности руки и жестов кисти |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2339087C2 (ru) * | 2001-09-07 | 2008-11-20 | Хармоник Рисерч, Инк. | Улучшенное беспроводное устройство управления |
EP2041640B1 (en) * | 2006-07-16 | 2012-01-25 | I. Cherradi | Free fingers typing technology |
-
2014
- 2014-09-15 RU RU2014137369/08A patent/RU2577467C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2339087C2 (ru) * | 2001-09-07 | 2008-11-20 | Хармоник Рисерч, Инк. | Улучшенное беспроводное устройство управления |
EP2041640B1 (en) * | 2006-07-16 | 2012-01-25 | I. Cherradi | Free fingers typing technology |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2818515C1 (ru) * | 2024-01-29 | 2024-05-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук" | Носимое сенсорное устройство для распознавания двигательной активности руки и жестов кисти |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101284797B1 (ko) | 착용형 컴퓨팅 환경 기반의 사용자 인터페이스 장치 및 그 방법 | |
US10444908B2 (en) | Virtual touchpads for wearable and portable devices | |
US20130257736A1 (en) | Gesture sensing apparatus, electronic system having gesture input function, and gesture determining method | |
US20150220158A1 (en) | Methods and Apparatus for Mapping of Arbitrary Human Motion Within an Arbitrary Space Bounded by a User's Range of Motion | |
KR101524575B1 (ko) | 웨어러블 디바이스 | |
US8432372B2 (en) | User input using proximity sensing | |
CN105324741B (zh) | 光学接近传感器 | |
Babic et al. | Pocket6: A 6dof controller based on a simple smartphone application | |
US10168789B1 (en) | Systems and methods to facilitate user interactions with virtual content having two-dimensional representations and/or three-dimensional representations | |
KR101343748B1 (ko) | 포인터를 표시하지 않는 투명 디스플레이 가상 터치 장치 | |
KR102147430B1 (ko) | 가상 공간 멀티 터치 인터랙션 장치 및 방법 | |
US20170090555A1 (en) | Wearable device | |
WO2012154001A2 (ko) | 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 터치 인식 방법 | |
Matulic et al. | Pensight: Enhanced interaction with a pen-top camera | |
Tsai et al. | ThumbRing: private interactions using one-handed thumb motion input on finger segments | |
KR101103058B1 (ko) | 컴퓨터 시스템 및 이의 구동방법 | |
US20170293369A1 (en) | Hand-Controllable Signal-Generating Devices and Systems | |
TW201439813A (zh) | 顯示設備及其控制系統和方法 | |
TWM485448U (zh) | 影像式虛擬互動裝置 | |
Colaço | Sensor design and interaction techniques for gestural input to smart glasses and mobile devices | |
RU2577467C1 (ru) | Мобильное устройство для организации сенсорной плоскости | |
JP6837496B2 (ja) | タッチパネル | |
KR20160055407A (ko) | 홀로그래피 터치 방법 및 프로젝터 터치 방법 | |
KR101588021B1 (ko) | 헤드 마우스 | |
WO2013076824A1 (ja) | タッチパネル装置における情報処理方法、および、タッチパネル装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180916 |