[發(fā)明專利]一種基于聲定位技術(shù)的虛擬鍵盤

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310373467.6
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103440042A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李一博;羅靈;孫曉菡;趙穎;唐建功;霍紅偉
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F3/02
• 分類號: G06F3/02;G06F3/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 溫國林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及虛擬鍵盤領(lǐng)域，特別涉及一種基于聲定位技術(shù)的虛擬鍵盤。

背景技術(shù)

虛擬鍵盤能夠解決手機(jī)或平板電腦等便攜設(shè)備因鍵盤過小而導(dǎo)致操作不便的問題，并能達(dá)到縮小便攜設(shè)備體積的目的。

已有的虛擬鍵盤為通常為激光虛擬鍵盤和觸摸虛擬鍵盤，其中激光虛擬鍵盤采用光投照技術(shù)，幾乎能在任意平面上投影出全尺寸的電腦鍵盤。通過虛擬鍵盤的適用性技術(shù)對用戶手指運動進(jìn)行研究，實現(xiàn)對鍵盤擊打動作的解碼和記錄。

但是，由于投影顯示技術(shù)所限，容易受到外界環(huán)境光的干擾，在過于明亮的環(huán)境下，無法正常工作。使用激光虛擬鍵盤時，需要底部不透明、不強反光。其底部接收器的工作范圍是固定的，無論是墊高激光虛擬鍵盤的底部，還是改變激光虛擬鍵盤的仰角，都會導(dǎo)致虛擬鍵盤無法正常工作。且該技術(shù)能耗大，成本高，不利于普及。

觸摸虛擬鍵盤通常包括：手機(jī)虛擬鍵盤和平板電腦虛擬鍵盤等，將觸摸屏上的虛擬鍵盤作為真實鍵盤使用，從而降低了產(chǎn)品的體積和成本。

但是，實際應(yīng)用中觸摸虛擬鍵盤受屏幕大小的限制，按鍵面積較小，經(jīng)常出現(xiàn)輸入錯誤的問題，不便于實際操作；并且虛擬鍵盤占據(jù)較多的觸摸屏，當(dāng)文本信息或圖片信息中的內(nèi)容較多時，會出現(xiàn)信息內(nèi)容不能較完整的顯示。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于聲定位技術(shù)的虛擬鍵盤，本發(fā)明降低了虛擬鍵盤的功耗和成本，增大了屏幕的顯示面積，提高用戶的體驗，詳見下文描述：

一種基于聲定位技術(shù)的虛擬鍵盤，包括：核心設(shè)備，所述核心設(shè)備內(nèi)設(shè)置有至少三個聲傳感器，

所述核心設(shè)備放置在預(yù)設(shè)平面內(nèi)，且與預(yù)設(shè)平面相接觸；所述聲傳感器在同一個平面內(nèi)，且所有所述聲傳感器不在同一直線上，相互之間存在一定間距；所述聲傳感器所感應(yīng)到的區(qū)域為鍵盤區(qū)域；

所述核心設(shè)備通過多路數(shù)字信號對敲擊點進(jìn)行定位，獲取敲擊點位置；所述核心設(shè)備選取至少2個位置點進(jìn)行連續(xù)敲擊，將2個位置點作為鍵盤頂角的鍵，并對按鍵進(jìn)行擴(kuò)展確定整個鍵盤模型，實現(xiàn)對所述鍵盤模型的標(biāo)定，在所述預(yù)設(shè)平面上形成利用聲音控制的虛擬鍵盤，所述核心設(shè)備將敲擊點對應(yīng)的按鍵值傳入鍵盤緩沖區(qū)，實現(xiàn)鍵盤功能。

所述核心設(shè)備包括：依次電連接的信號采集單元、信號調(diào)理單元、A/D轉(zhuǎn)換器和中央處理單元，所有聲傳感器同步采集在所述鍵盤區(qū)域敲擊所產(chǎn)生的聲音信號，所述信號采集單元在預(yù)設(shè)采樣頻率范圍內(nèi)采集各路聲音信號的波形，并傳入所述信號調(diào)理單元；所述信號調(diào)理單元對各路聲音信號的波形進(jìn)行平移和放大，并根據(jù)噪聲頻段對平移放大后的信號進(jìn)行濾波，獲取多路模擬信號，并通過所述A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成所述多路數(shù)字信號，并傳輸至所述中央處理單元。

所述預(yù)設(shè)平面為建立虛擬鍵盤的平面。所述預(yù)設(shè)平面為任意材料的平面。

所述核心設(shè)備為便攜設(shè)備、小型設(shè)備、適用于特殊環(huán)境的設(shè)備、以及不便于實現(xiàn)全尺寸鍵盤操作的儀器和設(shè)備。

當(dāng)手位偏離鍵盤模型的基準(zhǔn)按鍵時，所述核心設(shè)備對所述鍵盤模型進(jìn)行重新標(biāo)定。

所述鍵盤模型不顯示按鍵。

所述核心設(shè)備通過多路數(shù)字信號對敲擊點進(jìn)行定位，獲取敲擊點位置具體為：以每兩個聲傳感器為焦點確定一個雙曲線，焦點F1、F2分別表示兩聲傳感器，雙曲線兩頂點之間的距離2a表示聲源分別到兩聲傳感器的距離差，兩聲傳感器間距為2c，通過聯(lián)立雙曲線方程獲取敲擊點的位置。

所述核心設(shè)備通過多路數(shù)字信號對敲擊點進(jìn)行定位，獲取敲擊點位置具體為：聲傳感器所圍區(qū)域的中心O（0,0）為基準(zhǔn)點，將基準(zhǔn)點與任一聲傳感器連線所在的直線定義為基準(zhǔn)線，取基準(zhǔn)線上的一個聲傳感器定義為基準(zhǔn)聲傳感器，基準(zhǔn)聲傳感器對應(yīng)的那路數(shù)字信號為基準(zhǔn)數(shù)字信號，其他聲傳感器與基準(zhǔn)傳感器的夾角為γ_i，聲傳感器所圍區(qū)域的孔徑為a/2，聲速為c，敲擊點與基準(zhǔn)點的連線與基準(zhǔn)線的夾角為Δθ，通過聯(lián)立直線方程獲取敲擊點的位置。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明在實現(xiàn)傳統(tǒng)鍵盤功能的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大了按鍵面積，縮小了便攜設(shè)備體積，且耗能小，成本低。可廣泛應(yīng)用于平板式PC機(jī)、筆記本電腦、殘障人士鍵盤；或應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境，潔凈室，無菌和醫(yī)療環(huán)境；以及應(yīng)用在測試設(shè)備、航空鐵路等運輸設(shè)備上。

附圖說明

圖1為一種基于聲定位技術(shù)的虛擬鍵盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為虛擬鍵盤的工作示意圖；

圖3為本發(fā)明所用聲達(dá)時間差法原理的示意圖；

圖4為本發(fā)明所用波束形成原理的示意圖；

圖5能量與夾角的關(guān)系示意圖；