專利名稱：光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)信息輸入與識別技術(shù)，尤其涉及一種通過對輸入的光信息進(jìn)行智能識 別來實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
人們接觸最多的人機(jī)互動(dòng)的信息輸入設(shè)備就是鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏和電子白板等。其 中，觸摸屏已廣泛用于包括PDA、電腦信息查詢終端、提款機(jī)、桌上型電腦等設(shè)備中，其 是通過觸摸屏上的壓力感應(yīng)反饋給電腦系統(tǒng)從而達(dá)到定位的效果；優(yōu)點(diǎn)是以人手取代現(xiàn)有 的鼠標(biāo)，且容易控制；缺點(diǎn)是價(jià)格高且更換硬件復(fù)雜。而電子白板是將手寫在固定白板面 上的物體數(shù)字化再傳送至接收系統(tǒng)(電腦，打印機(jī))；缺點(diǎn)是價(jià)格高昂，且只能單方面?zhèn)?送數(shù)據(jù)而不能與電腦進(jìn)行信息互動(dòng)，且需要高額的開發(fā)費(fèi)用才能投入其他應(yīng)用。
由此，如何開發(fā)一種方便實(shí)用且成本較低，能實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的信息設(shè)備，是目前急需 解決的技術(shù)難題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提出 一種光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)及方法，以通過對輸 入的光信息進(jìn)行智能識別來實(shí)現(xiàn)人^幾互動(dòng)。
為解決上述問題，本發(fā)明公開一種光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)，包括 光源，用于向一個(gè)參照面上輸出軌跡變化的光點(diǎn)；
光感應(yīng)器，用于按預(yù)定周期向參照面上采樣光點(diǎn)的軌跡信號，獲取光點(diǎn)軌跡在周期內(nèi) 位置的移動(dòng)距離、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息；
光感應(yīng)控制器，用于控制光感應(yīng)器獲取光點(diǎn)軌跡信息，并控制將光點(diǎn)軌跡信息傳輸給 信息處理服務(wù)器；.
信息處理服務(wù)器，用于根據(jù)光點(diǎn)軌跡的移動(dòng)距離、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息對接收 的光點(diǎn)軌跡作智能解析處理，獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。 較優(yōu)的，所述信息處理力良務(wù)器包括
信息接收單元，用于接收由光感應(yīng)控制器控制輸出的光點(diǎn)軌跡的移動(dòng)距離、移動(dòng)速度 和移動(dòng)方向的^f言息； 應(yīng)用接口單元；
光點(diǎn)軌跡定位單元，用于通過應(yīng)用接口單元提供相關(guān)的應(yīng)用程序接口對光點(diǎn)軌跡信息 作定位處理，并模擬出光點(diǎn)在參照面上的軌跡；
光點(diǎn)軌跡解析單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)方式對模擬出的光點(diǎn)軌跡做修正處理，并解析出每 段光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的機(jī)器編碼，通過查詢機(jī)器編碼庫獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。
較優(yōu)的，所述信息處理服務(wù)器還包括用于將光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息記錄成文檔并 保存的信息記錄單元。
較優(yōu)的，所述信息處理服務(wù)器還包括用于顯示光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息的顯示單元。 較優(yōu)的，所述光感應(yīng)控制器與信息處理服務(wù)器之間采用串行接口、并行接口、 SD接口、 USB接口、有線網(wǎng)絡(luò)接口或/和無線網(wǎng)絡(luò)接口連接。 較優(yōu)的，所述光感應(yīng)器為CMOS或CCD光學(xué)器件。
較優(yōu)的，所述光源為一個(gè)或多個(gè)，或通過一個(gè)或多個(gè)反射鏡將光源分成多個(gè)光點(diǎn)分別 輸出至參照面上；所述光源包括為發(fā)光二極管、發(fā)光三極管、鎢絲燈泡或卣素?zé)襞莸墓廨敵鲈?br> 另外，本發(fā)明還公開一種光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別方法，包括步驟 向一個(gè)參照面上輸出軌跡變化的光點(diǎn)；
按預(yù)定周期向參照面上采樣光點(diǎn)的軌跡信號，獲取光點(diǎn)軌跡在周期內(nèi)位置的移動(dòng)距離、
移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息；
對光點(diǎn)軌跡信息作智能解析處理，獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。
較優(yōu)的，所述對光點(diǎn)軌跡信息智能解析處理的步驟包括 對光點(diǎn)軌跡信息作定位處理，并模擬出光點(diǎn)在參照面上的軌跡；
根據(jù)預(yù)設(shè)方式對模擬出的光點(diǎn)軌跡做修正處理，并解析出每段光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的機(jī)器編 碼，通過查詢機(jī)器編碼庫獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。 較優(yōu)的，本發(fā)明的光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別方法還包括步驟 顯示光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息； 將光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息記錄成文檔并保存。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明是將一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)出的一個(gè)或多個(gè)亮點(diǎn)投在幾乎任何表面上，有光感應(yīng)器 按一定周期捕捉光點(diǎn)軌跡信息，并對獲取的光點(diǎn)軌跡信息作智能解析處理，從而解析獲得 對應(yīng)光點(diǎn)軌跡的輸入信息。因此，本發(fā)明通過跟蹤參照面上的一個(gè)光點(diǎn)軌跡即可以代替鍵 盤或鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，故本發(fā)明可以把幾乎任何表面都變成類似于觸摸屏或?qū)懽职澹梢?方便的輸入信息和實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的操作；另外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易。


圖l是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
請參考圖1,本實(shí)施例包括光源110、參照面120、光感應(yīng)器130、光感應(yīng)控制器140 以及信息處理服務(wù)器150。
其中，光源IIO用于向參照面120上輸出軌跡變化的一個(gè)或多個(gè)光點(diǎn)；當(dāng)然，光源IIO 為一個(gè)或多個(gè)，也通過一個(gè)或多個(gè)反射鏡將一個(gè)光源110發(fā)出的光分成多個(gè)光點(diǎn)分別輸出 至參照面120上，每個(gè)亮點(diǎn)均可以有各自不同的運(yùn)動(dòng)軌跡；光源IIO是通過發(fā)光二極管、 發(fā)光三極管、鵠絲燈泡或卣素?zé)襞輥戆l(fā)光的。
光感應(yīng)器130設(shè)置于參照面120附近，可采用CMOS或CCD的光信號轉(zhuǎn)化器件，用于 按預(yù)定周期向參照面120上采樣光點(diǎn)的軌跡信號，獲取光點(diǎn)軌跡在周期內(nèi)位置的移動(dòng)距離、 移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息。而光感應(yīng)控制器140用于控制光感應(yīng)器130獲取光點(diǎn)軌跡信 息，并控制將光點(diǎn)軌跡信息傳輸給信息處理服務(wù)器150。另外，光感應(yīng)器130和光感應(yīng)控制 器140可一體設(shè)置在一個(gè)集成電路芯片中，也可以由2個(gè)獨(dú)立的>5更件元件分別實(shí)現(xiàn)。
信息處理服務(wù)器150用于才艮據(jù)光點(diǎn)軌跡的移動(dòng)距離、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息對接 收的光點(diǎn)軌跡作智能解析處理，獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。該信息處理服務(wù)器150包 括信息接收單元151、光點(diǎn)軌跡定位單元152、光點(diǎn)軌跡解析單元153、信息記錄單元154、 顯示單元155和用于為其他應(yīng)用提供應(yīng)用程序接口( Application Programming Interface, API) 的應(yīng)用接口單元156。
信息接收單元151用于接收由光感應(yīng)控制器140控制輸出的光點(diǎn)軌跡的移動(dòng)距離、移 動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息；光點(diǎn)軌跡定位單元152通過應(yīng)用接口單元156調(diào)用顯示接口和 控制接口，形成一個(gè)電子書寫板，并對光點(diǎn)軌跡信息作定位處理，在電子書寫板上模擬出 光點(diǎn)在參照面上的軌跡；光點(diǎn)軌跡解析單元153用于根據(jù)預(yù)設(shè)方式對模擬出的光點(diǎn)軌跡做 修正處理，并解析出每段光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的機(jī)器編碼，通過查詢機(jī)器編碼庫獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息；信息記錄單元154用于將光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸人信息記錄成文檔并保存，以 便于后續(xù)使用；顯示單元155用于顯示光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。
其中，光感應(yīng)控制器140與信息處理服務(wù)器150之間釆用串行接口、并行接口、 SD接 口、 USB接口、有線網(wǎng)絡(luò)接口或/和無線網(wǎng)絡(luò)接口連接，故光感應(yīng)控制器140控制輸出的光 點(diǎn)軌跡信息可以通過串行接口、并行接口、 SD接口、 USB接口、有線網(wǎng)絡(luò)接口或/和無線 網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送至信息處理服務(wù)器150的信息接收單元151。
本發(fā)明應(yīng)用廣泛，可用于信息輸入、人機(jī)互動(dòng)等，下面給出本發(fā)明的幾種具體應(yīng)用實(shí) 例。下面的應(yīng)用實(shí)施例中，光源110由光筆產(chǎn)生；幕墻即為參照面120;信息處理服務(wù)器 150可以為一臺本地的電腦。
應(yīng)用實(shí)例一、投影幕墻互動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)
光感應(yīng)器130對著幕墻，電腦連接投影儀，并將影像投射至幕墻。演講者手持一只光 筆，在幕墻上寫字畫圖，電腦接收到光感應(yīng)器130采集到光筆發(fā)出的光點(diǎn)軌跡信號，解析 出相應(yīng)的圖像或文字并可通過投影儀投影出來。并且，圖像或文字在電腦中還可以以文件 存檔，以便日后調(diào)用。
應(yīng)用實(shí)例二、觸摸屏、鼠標(biāo)替代的實(shí)現(xiàn)
光感應(yīng)器130連接至電腦并對著電腦顯示器。用戶手持一只或多只光筆在顯示器上寫 字畫圖，光感應(yīng)器130捕捉到顯示器上光點(diǎn)軌跡信息，輸入至電腦，由電腦解析后獲擬目 應(yīng)的圖像或文字等輸入信息，并可將解析獲取的輸入信息通過顯示器顯示出來。另外，用 戶點(diǎn)擊電腦的^f見窗與鼠標(biāo)點(diǎn)擊效果一樣。
應(yīng)用實(shí)例三、多點(diǎn)互動(dòng)的實(shí)現(xiàn)
光感應(yīng)器130放于光源(為光源1)旁，且一同置于顯示器頂部面對用戶。人體皮膚能 夠反射紅外線(光源2)，光感應(yīng)器130能感應(yīng)到人體反射的紅外線(光源2)并進(jìn)行定位， 將數(shù)據(jù)傳送給電腦。在紅外強(qiáng)度不夠的情況下，人體可能需要光反射器(鏡面)能夠?qū)⒐?源更好的反射給感應(yīng)器。因此，光感應(yīng)器130不僅可以跟蹤光源1發(fā)出亮點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡所 產(chǎn)生的輸入信息，還可跟蹤由人體皮膚反射的紅外線(光源2)運(yùn)動(dòng)軌跡所產(chǎn)生的輸入信息。
應(yīng)用實(shí)例四、頭部跟蹤的實(shí)現(xiàn)
光感應(yīng)器130置于顯示器前。用戶在頭部佩戴光源。用戶左右移動(dòng)頭部，光感應(yīng)器130 將采集的光點(diǎn)估計(jì)信息的對應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至電腦，由電腦解析后并在顯示器上顯示頭部位置。 另外，請參考圖2所示，該實(shí)施例包括步驟 步驟S210、向一個(gè)參照面上輸出軌跡變化的光點(diǎn)；
步驟S220、按預(yù)定周期向參照面上采樣光點(diǎn)的軌跡信號，獲取光點(diǎn)軌跡在周期內(nèi)位置 的移動(dòng)距離、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息；
步驟S230、形成一個(gè)電子書寫板，并對光點(diǎn)軌跡信息作定位處理，在電子書寫板上模 擬出光點(diǎn)在參照面上的軌跡；
步驟S240、根據(jù)預(yù)設(shè)方式對模擬出的光點(diǎn)軌跡做修正處理，并解析出每段光點(diǎn)軌跡對 應(yīng)的機(jī)器編碼，通過查詢機(jī)器編碼庫獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息；
步驟S250、將光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息記錄成文檔并保存；
步驟S260、顯示光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。
綜上，本發(fā)明是將一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)出的一個(gè)或多個(gè)亮點(diǎn)投在幾乎任何表面上，有光 感應(yīng)器按一定周期捕捉光點(diǎn)軌跡信息，并對獲取的光點(diǎn)軌跡信息作智能解析處理，從而解 析獲得對應(yīng)光點(diǎn)軌跡的輸入信息。因此，本發(fā)明通過跟蹤參照面上的一個(gè)光點(diǎn)軌跡即可以 代替鍵盤或鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，故本發(fā)明可以把幾乎任何表面都變成類似于觸摸屏或?qū)懽职澹?可以方便的輸入信息和實(shí)現(xiàn)A^L互動(dòng)的操作；另夕卜，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易。
權(quán)利要求
1、一種光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)，其特征在于，包括光源，用于向一個(gè)參照面上輸出軌跡變化的光點(diǎn)；光感應(yīng)器，用于按預(yù)定周期向參照面上采樣光點(diǎn)的軌跡信號，獲取光點(diǎn)軌跡在周期內(nèi)位置的移動(dòng)距離、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息；光感應(yīng)控制器，用于控制光感應(yīng)器獲取光點(diǎn)軌跡信息，并控制將光點(diǎn)軌跡信息傳輸給信息處理服務(wù)器；信息處理服務(wù)器，用于根據(jù)光點(diǎn)軌跡的移動(dòng)距離、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息對接收的光點(diǎn)軌跡作智能解析處理，獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)，其特征在于，所述信息處理服務(wù)器 包括信息接收單元，用于接收由光感應(yīng)控制器控制輸出的光點(diǎn)軌跡的移動(dòng)距離、移動(dòng)速度和 移動(dòng)方向的信息； 應(yīng)用接口單元；光點(diǎn)軌跡定位單元，用于通過應(yīng)用接口單元提供相關(guān)的應(yīng)用程序接口對光點(diǎn)軌跡信息作 定位處理，并模擬出光點(diǎn)在參照面上的軌跡；光點(diǎn)軌跡解析單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)方式對模擬出的光點(diǎn)軌跡做修正處理，并解析出每段 光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的機(jī)器編碼，通過查詢機(jī)器編碼庫獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)，其特征在于，所述信息處理服務(wù)器 還包括用于將光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息記錄成文檔并保存的信息記錄單元。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)，其特征在于，所述信息處理服務(wù)器 還包括用于顯示光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息的顯示單元。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)，其特征在于，所述光感應(yīng)控制器與 信息處理服務(wù)器之間采用串行接口、并行接口、 SD接口、 USB接口、有線網(wǎng)絡(luò)接口或/和無 線網(wǎng)絡(luò)接口連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)，其特征在于，所述光感應(yīng)器為CMOS 或CCD光學(xué)器件。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為一個(gè)或多 個(gè)，或通過一個(gè)或多個(gè)反射鏡將光源分成多個(gè)光點(diǎn)分別輸出至參照面上；所述光源包括為發(fā) 光二極管、發(fā)光三極管、鵠絲燈泡或卣素?zé)襞莸墓廨敵鲈?br> 8、 一種光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別方法，其特征在于，包括 向一個(gè)參照面上輸出軌跡變化的光點(diǎn)；按預(yù)定周期向參照面上采樣光點(diǎn)的軌跡信號，獲取光點(diǎn)軌跡在周期內(nèi)位置的移動(dòng)距離、 移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息；對光點(diǎn)軌跡信息作智能解析處理，獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別方法，其特征在于，所述對光點(diǎn)軌跡信息 智能解析處理的步驟包括對光點(diǎn)軌跡信息作定位處理，并模擬出光點(diǎn)在參照面上的軌跡； 根據(jù)預(yù)設(shè)方式對模擬出的光點(diǎn)軌跡做修正處理，并解析出每IS:光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的機(jī)器編 碼，通過查詢機(jī)器編碼庫獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別方法，其特征在于，還包括步驟 顯示光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息；將光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息記錄成文檔并保存。
全文摘要
一種光學(xué)人機(jī)互動(dòng)識別系統(tǒng)及方法，其中，該系統(tǒng)包括光源，用于向一個(gè)參照面上輸出軌跡變化的光點(diǎn)；光感應(yīng)器，用于按預(yù)定周期向參照面上采樣光點(diǎn)的軌跡信號，獲取光點(diǎn)軌跡在周期內(nèi)位置的移動(dòng)距離、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息；光感應(yīng)控制器，用于控制光感應(yīng)器獲取光點(diǎn)軌跡信息，并控制將光點(diǎn)軌跡信息傳輸給信息處理服務(wù)器；信息處理服務(wù)器，用于根據(jù)光點(diǎn)軌跡的移動(dòng)距離、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的信息對接收的光點(diǎn)軌跡作智能解析處理，獲取光點(diǎn)軌跡對應(yīng)的輸入信息。本發(fā)明可以方便的輸入信息和實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的操作；具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)容易的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G06F3/033GK101308411SQ20071012558
公開日2008年11月19日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者李天賀 申請人:李天賀