[發明專利]基于紅外光掃描的組合式簡化結構空中按鍵及其實現方法

在審

• 申請號: 202110353816.2
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113098475A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 吳建國;袁宏武;萬家華;楊滿;吳璠
• 申請（專利權）人: 安徽新華學院;吳建國
• 主分類號: H03K17/96
• 分類號: H03K17/96
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種基于紅外光掃描的組合式簡化結構空中按鍵，其特征是：所述組合式簡化結構空中按鍵的所有空中按鍵設置在一操作面板上，所述組合式簡化結構空中按鍵內設有一腔體，所述腔體的底面為紅外收發對管的安裝平面，且所述安裝平面平行于所述組合式簡化結構空中按鍵的操作面板；在每一個空中按鍵腔體內的中心位置，朝向操作面板的方向安裝一個紅外收發對管，從而形成一個紅外掃描陣列。

2.一種權利要求1所述的基于紅外光掃描的組合式簡化結構空中按鍵的實現方法，其特征是，按如下方法獲取紅外收發對管遮擋距離：

首先對每一個紅外收發對管進行標定處理，在操作面板表面進行遮擋標定，獲得紅外接收管的最大響應電壓Vmax0，其表示最小遮擋距離；在距離操作面板表面L處進行遮擋標定，獲得紅外接收管的最小響應電壓Vmin0，其表示最大遮擋距離，其中，L為最遠觸控距離；移走遮擋物，獲得紅外接收管的環境響應電壓V0；空中按鍵啟動時，獲得紅外接收管的工作環境響應電壓Vb，從而計算得到環境補償電壓，并用于對最大響應電壓Vmax0和最小響應電壓Vmin0進行補償后得到最大響應補償電壓Vmax和最小響應補償電壓Vmin；

空中按鍵工作時，實時獲取每一個紅外接收管電壓，并利用最大響應補償電壓Vmax和最小響應補償電壓Vmin進行歸一化處理，令最小值為0，最大值為100，從而得到歸一化的電壓V，利用電壓和遮擋距離的對應關系，實時得到遮擋距離d，無遮擋時的遮擋距離d為無窮大，并用L+1表示。

3.根據權利要求2所述的基于紅外光掃描的組合式簡化結構空中按鍵的實現方法，其特征是，按如下步驟判別空中按鍵有無手指遮擋：

步驟1：記所有按鍵的集合為Keyset＝{k1,k2,…,kn},記按鍵對應的紅外收發對管的集合為Tubeset＝{t1,t2,…,tn}，利用紅外收發對管遮擋距離的獲取方法，掃描得到每一個紅外收發對管的遮擋距離d[i],若d[i]L,標記為有遮擋,i＝1,2,…,n；

步驟2：利用區域連通掃描算法，將有遮擋的紅外收發對管劃分為若干個連通集合；若不存在連通集合，則判定操作面板無手指遮擋，將L+1作為每個空中按鍵的手指遮擋距離D，并結束；

步驟3：假設所述操作面板垂直安裝，則對于每一個連通集合，按下列方法計算連通集合中每一個空中按鍵的權重：

步驟A：令第i個空中按鍵ki的權重為Ri，且初始值為0：

步驟B：若第i個空中按鍵ki的水平方向左右兩邊相鄰位置無遮擋的紅外收發對管，Ri賦值Ri+2；

步驟C：若第i個空中按鍵ki的垂直方向上下兩邊相鄰位置無遮擋的紅外收發對管，Ri賦值Ri+2；

步驟D：若第i個空中按鍵ki的水平方向或垂直方向的兩邊相鄰的位置上無遮擋的紅外收發對管，而另一方向相鄰處有且只有一個無遮擋的紅外收發對管，則Ri加1；

步驟4：求權重最大的空中按鍵，將其作為候選遮擋按鍵；如果候選遮擋按鍵個數為1，則候選遮擋按鍵為連通集合的遮擋按鍵Kj,判定按鍵Kj有手指遮擋，并將遮擋按鍵Kj的遮擋距離d[Kj]作為按鍵Kj的手指遮擋距離D；

步驟5：若候選遮擋按鍵個數大于1，對于每一個候選遮擋按鍵，如果候選遮擋按鍵水平方向左右兩邊相鄰的紅外收發對管無遮擋，則計算候選遮擋按鍵在其垂直方向的相鄰連續按鍵的個數；所述相鄰連續按鍵為左右兩邊相鄰的紅外收發對管均無遮擋；如果候選遮擋按鍵垂直方向上下兩邊相鄰的紅外收發對管無遮擋，則計算候選遮擋按鍵在其水平方向的相鄰連續按鍵的個數；所述相鄰連續按鍵為上下兩邊相鄰的紅外收發對管均無遮擋；

對相鄰連續按鍵的個數最大值所對應的候選按鍵唯一的連通集合，將所有候選遮擋按鍵中相鄰連續按鍵的個數最大值所對應的候選遮擋按鍵Ka作為連通集合的遮擋按鍵，判定按鍵Ka有手指遮擋，并將按鍵遮擋距離d[Ka]作為按鍵Ka的手指遮擋距離D；

步驟6：若相鄰連續按鍵的個數最大值所對應的候選按鍵不唯一，則將按鍵遮擋距離最小者kb作為相應連通集合的遮擋按鍵；判定按鍵kb有手指遮擋，并將按鍵遮擋距離d[kb]作為按鍵Kb手指遮擋距離D。

4.根據權利要求3所述的基于紅外光掃描的組合式簡化結構空中按鍵的實現方法，其特征是，按如下步驟識別空中按鍵的空中按擊和空中點擊方法：

令掃描頻率為P，定義以T時間內快速進入距離Dq且以T時間內快速退出距離Dq操作為一個快速點擊操作，定義以T時間內進入和退出距離小于Ds，且空中按鍵有手指遮擋時間達到T時為空中按鍵按下，且Ds＜Dq，T遠大于掃描周期1/P；對每一個空中按鍵都定義一個整型數組、數組指針、狀態變量，其中，空中按鍵k的整型數組記為k.Dt[m]、數組指針記為k.Point和狀態變量記為k.State,數組長度m＝P×T+1；整型數組k.Dt[m]的元素初始值均為L+1,數組指針k.Point初值為0，狀態變量k.State初值為0，k＝1,2,…,n；每一個掃描周期執行下列方法：

Step 1：利用空中按鍵有無手指遮擋的判別方法，得到遮擋按鍵集合HindKeySet＝{(ks1,ks2,…,ksj}和距離集合DisSet＝{Ds1,Ds2,…,Dsj}；

Step 2：對于遮擋按鍵集合中每一個遮擋按鍵ksi，i＝1,2,…,j，ksi.Point賦值(ksi.Point+1)mod m，其中mod為取模運算，并將手指距離Dsi放入ksi.Dt[Point]中,求出該按鍵ksi.Dt中所有元素與ksi.DT[Point]的差值，記差值最大值為ksi.Max，最小值為ksi.Min；

Step 3：若ksi.Max≤Ds且|ksi.Min|≤Ds，且遮擋按鍵ksi有手指遮擋時間超過T，則遮擋按鍵ksi按下；

Step 4：當ksi.State為0時，若ksi.Max≥Dq，則ksi.State賦值1，返回；

Step 5：當ksi.State為1時，若|ksi.Min|≥Dq，則ksi.State賦值0，且執行一次遮擋按鍵ksi的按鍵點擊；

Step 6：記未遮擋按鍵的集合NoKeyset＝Keyset-HindKeyset＝{kp1,kp2,…,kpv},對NoKeyset集合中的每一個按鍵kpi,i＝1,2,…v，kpi.Point賦值(kpi.Point+1)mod m，其中mod為取模運算，將L+1賦值給kpi.Dt[Point]，并將按鍵kpi斷開。