基于图像处理技术的虚拟键盘设计与实现

开发研究

基于图像处理技术的虚拟键盘设计与实现

李中宇钟如意彭煜陈敏”

（江西理工大学，江西赣州330013）

摘要：基于图像处理技术的虚拟键盘设计由激光

投影、图像采集器单元组成。采集器对用户在虚拟键

盘上的按键过程进行图像采集,先通过过滤隔离排除

外部环境的影响，再通过角点识别和图像分割对用户

点击的目标按键进行精确定位。做到识别设备与键盘

一体，解决传统键盘设备移动不便、体验性差、携带

不方便等问题，实现人机更加灵活交互。

关键词：角点识别；图像分割；图像定位

0引言

输入设备分为2种:一种是实体输入设备；另一种是虚拟输入设备。本项目研究的输入方式以图像识别技术

为核心，用其实现指尖定位来完成虚拟式输入,此过程中,

仅仅需要一个键盘的投影图像作为参考输入。

1技术路线与原理

虚拟键盘对传感器位置有一定的要求，所以在结构

上会进行简单的设计。在供电、通信接口上需进行整合,

对硬件进行设计，在虚拟键盘的硬件系统设计完进行测

距算法的代码实现，则需要使用到图像识别技术,图像的

获取来自摄像头。

在激光测距领域,常用的测距有脉冲法、相位法和三

角法。脉冲法、相位法测距的成本相对来说都较高，且在测距精度有溢出,不利于研究,而在第3种测距中,测距

虽然精度相比之上2种相差甚远，但该方法成本低廉，且在实际使用在虚拟键盘中,精度合适,不会造成溢出,所

以三角测距法最适合使用在该研究中。

三角测距的方法硬件准备相对简单，仅仅需要激光

发射器、摄像头。

2按键识别算法实现

因为使用的摄像头为广角摄像头，拍摄出的图像是

扭曲的，造成图像有一定的失真，变形的图像在实际计算

结果时会使得指尖定位越偏离中心，误差越大。在这里使用视变换来将原始图像进行矫正，使用perspecti-基金项目：江西省及江西理工大学大学生创新创业项目T■于图像处理技术的虚拟键盘的设计与实现（XZG-16-08-39）。

作者简介：李中宇（1999-）,女，本科在读，研究方向：软件工程专业机械电子。钟如意（1997-）,女,本科在读，研究方向：软件工程专业机械设计制造及自动化。

通讯作者：陈敏（1972-）,男，硕士，江西理工大学，副教授，主要研究方向：移动机器人及机电一体化系统。veTransform（）函数来实现变换。

在图像被采集过来时，图像数据一般是无法直接使用的，在实际环境中有许多外界因素影响,采集时并不能保证采集到的数据适合直接计算，在此之前需要进行中

值滤波、RGB灰度图转化、二值化、腐蚀操作、图像轮廓分割等一系列的预处理，使得数据适合于按键识别的基本要求。

为了表示指尖的位置，本项目中选择了中心矩作为其位置表示。它是一个计算重心坐标的算法，中心矩是根据x、y与重心的相对位置求去取得矩。公式如下：

%=乞&（1）x y

在获取了位置P（X,y）之后，就需要将指尖的实际位置与键盘按键位置进行匹配,在匹配之前,需要进行映射。这样键盘在实际空间位置就确定了，当手指触摸时,摄像头将信息采集到,把图像信息传入，进行矫正、预处理、边缘检测、定位等操作,最后将获取到的键盘位置信息与上面的键盘映射表进行匹配,匹配完后便产生一个键盘敲击事件。

3结束语

整个系统的识别率相对较高，在便携性上比起传统键盘来说具有很大的优势，在使用上没有反馈而使得按键时没有触感。对以上的不足需投入更多的精力去解决,以求完善虚拟键盘设备。

参考文献：

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（收稿日期=2019-05-20）

《湖北农机化》2019年第14期