[發明專利]一種三維大空間多通道筆式交互系統

有效

• 申請號: 201611157044.0
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106598293B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 陳建;楊鵬;孫曉穎;燕學智;孫銘會;林琳;溫泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F3/0354
• 分類號: G06F3/0354;G06F3/0346;G06F3/038
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種三維大空間多通道筆式交互系統，其特征在于：包括主機和智能電子筆兩部分，其中：

(一)主機包括超聲三維定位模塊、深度攝像頭、主機電路、光電定位攝像頭、平板電視屏幕或白板；

(1)所述超聲三維定位模塊為三維大空間多通道筆式交互系統的核心，包括3個不在一條直線上的超聲傳感器構成三維超聲定位陣列和2個紅外傳感器，用于接收智能電子筆發射的紅外同步信號；

(2)所述深度攝像頭通過攝取的深度圖像，由處理器完成操作者三維姿態和手勢的提取；

(3)所述主機電路包括微處理器一、超聲波三維定位模塊、光電定位模塊、深度攝像模塊、音頻驅動電路、揚聲器、麥克風一、音頻放大電路、藍牙通信模塊以及接口模塊，其中：

微處理器一為DSP、ARM、FPGA，完成系統總體控制和交互通道信息的處理；

所述超聲波三維定位模塊電路包括3路超聲信號處理電路和1路紅外信號處理電路；

所述光電定位模塊采用兩個或多個光電定位攝像頭，根據各攝像頭攝取的有無觸摸點的圖像，獲得觸摸點的位置，根據觸摸點的個數及變化實現觸控操作或手勢識別；

所述深度攝像模塊根據深度攝像頭攝取圖像的深度信息，提取三維手勢；

所述音頻驅動電路和揚聲器構成音頻輸出電路，完成語音交互的語音輸出和揚聲器的語音的輸出；

所述麥克風一和音頻放大電路構成主機的音頻信號采集與處理電路，完成主機麥克風一的語音交互輸入信號的采集；

所述藍牙通信模塊負責接收電子筆發送的音頻信號、加速度角速度信號、筆尖壓力信號以及主機對電子筆的配置信息；

所述接口模塊包括USB、UART接口電路，用于實現與PC機以及其他主機的數據傳輸；

(4)主機采用兩個或多個光電定位攝像頭構成二維平面觸控定位和手勢識別輸入通道，通過各攝像頭攝取的有無觸摸點的圖像的差異，實現裸指及無源觸摸物的二維平面定位和手勢識別；

(二)智能電子筆包括微處理器二、超聲波驅動電路、紅外驅動電路、電源模塊、三軸加速度陀螺儀、壓力模塊、按鍵電路、藍牙通信芯片、語音信號采集電路、麥克風二；其中：

超聲發射采用脈沖激勵方式，微處理器二產生超聲波脈沖信號，由超聲波驅動電路放大后由PVDF超聲波壓電薄膜發射；

紅外發射采用脈沖方式，發送兩個紅外脈沖，根據紅外脈沖間隔對按鍵功能進行編碼，由微處理器二產生紅外發射脈沖，由紅外驅動電路進行放大后由紅外發射管發射出去；

電源模塊包括電池和升壓電路，電池采用AAA、AA或者紐扣電池，為了滿足微處理器二及其他電路對電源電壓的要求，需要通過升壓電路產生5V或3.3V的電源電壓；

六軸加速度陀螺儀傳感器直接與微處理器二連接，由微處理器二讀取加速度和角速度信號，用于電子筆姿態以及電子筆的輔助定位，六軸加速度陀螺儀傳感器采用MEMS六軸加速度陀螺儀傳感器；

壓力模塊用于檢測筆尖按鍵的壓力，采用MEMS壓力傳感器；

按鍵電路包括兩個按鍵，采用微動開關按鍵，模擬鼠標左右鍵以及其它按鍵操作；

藍牙通信芯片采用集成處理器的藍牙芯片；

麥克風二采用MEMS麥克風或小型駐極體電容麥克風，語音信號調理電路完成語音信號的放大和濾波，語音信號采集電路完成語音信號的A/D轉換。