一種用於便攜電子設備的遠紅外手勢識別裝置的製作方法
2023-04-30 22:04:21 1
專利名稱：一種用於便攜電子設備的遠紅外手勢識別裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及智慧型手機等便攜電子設備領域，尤其涉及一種適用於便攜電子設備的遠紅外手勢識別裝置。
背景技術：
手勢是人類溝通交流不可分割的一部分:人們在相互交流時總會指手劃腳。而手勢識別技術又開闢了我們與機器、設備或電腦互動的新局面。市場研究機構預測，到2017年，具有視覺手勢識別功能的智慧型手機出貨量將達6億部。智慧型手機採用前置攝像頭跟蹤進行手勢識別的技術實際上已經使用了一段時間，比如三星公司最新發布的Galax S4，帶有手勢翻頁功能。此外，這種非觸摸式的手勢識別還可用於平板電腦、筆記本電腦，可攜式媒體播放器和可攜式遊戲機。不過，便攜電子設備目前的手勢識別技術仍面臨以下幾個重要問題:在黑暗條件下前置攝像頭無法拍攝；背景的變化有可能導致手勢誤判；手勢過快導致影像的分析處理速度跟不上，無法相應；不間斷的影像分析和處理導致高功耗。
發明內容
為了克服現有便攜電子設備手勢識別技術的不足，本發明的目的是提供一種小型遠紅外手勢識別裝置，它能夠快速捕捉和識別手勢動作，並向智慧型手機或其他電子設備發出相應指令，實現網頁瀏覽和翻頁功能。本發明提供的手勢識別裝置由遠紅外鏡頭，非製冷紅外焦平面陣列探測器(IRFPA)以及相應的信號處理電路組成。人體自身輻射所發出紅外線中心波長為iTlOum，屬於遠紅外波段。人手的熱影像透過遠紅外鏡頭，在IRFPA表面成像。本發明的手勢識別裝置只需要探測和判定在近距離條件下手勢的移動方位，無需像普通攝像頭那樣從背景影像中分析提取手的輪廓，所以可以採用低解析度的IRFPA，以減小整個裝置的體積和成本。由於遠紅外圖像的解析度較低，所以減少了複雜的實時圖像處理，使得本發明的遠紅外手勢識別裝置對手勢的反應靈敏，對於非常快速的手勢也可響應。另外採用遠紅外手勢識別，可以不受背景環境的幹擾，在黑暗的情況下也可使用。
圖1是帶遠紅外手勢識別裝置的智慧型手機示意 圖2是遠紅外手勢識別裝置外觀示意 圖3是遠紅外手勢識別裝置剖面結構示意 圖4是遠紅外鏡頭的光學設計示意 圖5和圖6是手勢控制翻頁功能示意圖。其中附圖標記 I為智慧型手機； 2為遠紅外手勢識別裝置；
3為前置攝像頭；
4為遠紅外鏡頭套筒；
5為遠紅外窗口片；
6為固定卡環；
7為電路基板；
8為硫系玻璃透鏡；
9為紅外焦平面陣列探測器(IRFPA)；
10為IRFPA探測到的遠紅外影像。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖，對發明作詳細說明。附圖中相同標記表示相同部件。為了更好的理解，附圖中所示的部件是示意性表示，它們是按比例繪製的，即該附圖的部件不表示真實尺寸，這些真實尺寸對本領域普通技術人員來說是公知的，因此這裡不做詳細描述。本實施例為智慧型手機的遠紅外手勢識別。但本發明的實施方式不限於此，類似的遠紅外手勢識別裝置也可用於平板電腦、筆記本電腦、可攜式媒體播放器和可攜式遊戲機，這些在不同可攜式消費性電子設備的應用都應屬於本發明的保護範圍。圖1為帶遠紅外手勢識別裝置的智慧型手機示意圖。遠紅外手勢探測裝置2安置在智慧型手機I的正面，在前置攝像頭3的附近。遠紅外手勢探測裝置2的探測範圍在手機屏幕的正前方。圖2為遠紅外手勢識別裝置外觀示意圖。遠紅外鏡頭套筒4為金屬或塑料材質製成，外徑為7_，其作用是固定遠紅外窗口片5和內部的硫系玻璃透鏡8以構成遠紅外光學機構。鏡頭套筒4通過卡環7與電路板6固定連接。紅外窗口片5為雙面拋光的圓形平片，其材料由選自單晶鍺、多晶鍺、硫系玻璃、矽、硫化鋅和硒化鋅構成的組中至少一種紅外材料形成。窗口片5的兩側鍍有遠紅外減反膜，其暴露在手機表面的一面在減反膜外還鍍有保護性硬膜。圖3為遠紅外手勢識別裝置剖面結構示意圖。圖中可見窗口片5和硫系玻璃透鏡8都由透鏡套筒4卡緊固定。在窗口片5的下表面，透鏡套筒的結構向內收縮形成光闌。硫系玻璃透鏡8的兩面都為非球面，表面鍍有遠紅外減反膜，其透鏡的加工方法為由硫系玻璃球形預製體直接精密模壓而成。硫系玻璃透鏡8的材料由選自Ge-As-Se、Ge-As-Se-Te,Ge-Sb-Se> As_Se、As_S和As_Se_Te構成的組中至少一種硫系玻璃組份體系形成。紅外焦平面陣列探測器(IRFPA)9為非製冷式，其感光面尺寸為4x3mm，像元陣列為80x60，像元間距為50um。IRFPA與電路板6固定並連接。電路板6包括IRFPA的控制電路和信號處理電路。圖4為遠紅外鏡頭的光學設計示意圖。從圖中可以看出，遠紅外光線穿過窗口片5，經過硫系玻璃透鏡8聚焦到紅外焦平面陣列探測器(IRFPA)9的表面。本發明提供的遠紅外光學鏡頭的視場角為+/-40度，從窗口片外表面到IRFPA像面的光程距離為4.5mm,入瞳孔徑為1.4mm。對智慧型手機或其他便攜電子設備的手勢操作距離範圍一般為:T50cm，所以需要遠紅外手勢識別系統擁有等於或大於+/-40度的視場角，這一視場角也遠大於常用的手機前置攝像頭。下面參考圖5和圖6，為了給智慧型手機實現手勢控制翻頁和瀏覽功能，本發明給出了一下具體實施例子:
圖5中，當手掌從左到右平移經過手機正面時，IRFPA探測到的影像10為相反的圖像，及手掌的影像移動方向為從右到左，這時手勢識別裝置給智慧型手機一個向右翻頁的指令。同樣，當手掌向左平移時，智慧型手機得到一個向左翻頁的指令。圖6中，當手掌從上向下平移經過手機正面時，IRFPA探測到的影像10為相反的圖像，及手掌的影像移動方向為從下向上，這時手勢識別裝置給智慧型手機一個向下瀏覽的指令。同樣，當手掌向上平移時，智慧型手機得到一個向上瀏覽的指令。上述實施例為本發明的較佳實施方式，但本發明的實施方式不受所述實施例的限制，任何其他未背離本發明的精神實質與原理下所做的改變，修飾，替代，組合，簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種用於便攜電子設備的遠紅外手勢識別裝置，包括:遠紅外窗口片，硫系玻璃透鏡，透鏡套筒，非製冷式紅外焦平面陣列探測器(IRFPA)，以及IRFPA的控制電路和信號處理電路。
2.根據權利要求1所述的遠紅外手勢識別裝置，其特徵在於，手勢識別裝置的探測距離為 3飛Ocm，人手所發出的遠紅外光線穿過紅外窗口片，經過硫系玻璃透鏡聚焦並成像在IRFPA表面，手勢識別裝置通過判定人手遠紅外影像的移動給智慧型手機或其他便攜電子設備發出翻頁、瀏覽等指令。
3.根據權利要求1和權利要求2所述的遠紅外手勢識別裝置，其特徵在於，遠紅外手勢探測裝置安裝在智慧型手機的正面，前置攝像頭的附近，其探測範圍在手機屏幕的正前方。
4.根據上述權利要求中任意一項所述的紅外窗口片，其特徵在於，紅外窗口片5為雙面拋光的平片，其材料由選自單晶鍺、多晶鍺、硫系玻璃、矽、硫化鋅和硒化鋅構成的組中至少一種紅外材料形成，窗口片的兩面鍍有遠紅外減反膜，其暴露在手機表面的一面在減反膜外還鍍有保護性硬膜。
5.根據上述權利要求中任意一項所述的的硫系玻璃透鏡，其特徵在於，硫系玻璃透鏡的兩面都為非球面，表面鍍有遠紅外減反膜，其透鏡的加工方法為由硫系玻璃球形預製體直接精密模壓而成，硫系玻璃透鏡的材料由選自Ge-As-Se、Ge-As-Se-Te, Ge-Sb-Se,As-Se、As-S和As-Se-Te構成的組中至少一種硫系玻璃組份體系形成。
6.根據上述權利要求中任意一項所述的手勢探測裝置，其特徵在於，手勢的運動可以向便攜電子設備發出翻頁和瀏覽的指令，具體控制方式如下:當手掌從左到右平移經過設備正面時，IRFPA探測到的影像移動方向為從右到左，這時手勢識別裝置給設備一個向右翻頁的指令，同理，當手掌從右到左平移時，設備得到一個向左翻頁的指令；當手掌從上向下平移經過設備正面時，IRFPA探測到的影像移動方向為從下向上，這時手勢識別裝置給設備一個向下瀏覽的指令，同樣，當手掌向上平移時，設備得到一個向上瀏覽的指令。
7.根據上述權利要求中任意一項所述的的遠紅外手勢識別裝置可用於很多便攜電子設備，包括智慧型手機、平板電腦、筆記本電腦、可攜式媒體播放器和可攜式遊戲機，在這些不同可攜式消費性電子設備的應用都應屬於本發明的保護範圍。
全文摘要
一種用於便攜電子設備的遠紅外手勢識別裝置，包括遠紅外窗口片，硫系玻璃透鏡，透鏡套筒，非製冷式紅外焦平面陣列探測器(IRFPA)，以及IRFPA的控制電路和信號處理電路。手勢識別裝置的探測距離為3~50cm,人手所發出的遠紅外光線穿過紅外窗口片，經過硫系玻璃透鏡聚焦並成像在IRFPA表面，手勢識別裝置通過判定人手遠紅外影像的移動給智慧型手機或其他便攜電子設備發出翻頁、瀏覽等指令。這種遠紅外手勢識別裝置對於非常快速的手勢也可響應，它也不受背景環境的幹擾，在黑暗的情況下也可使用。
文檔編號G06F3/01GK103218042SQ20131010008
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者張倩 申請人:蘇州百納思光學科技有限公司