一种用于智能透明办公桌的键盘及其输入方法与流程

1.本发明涉及计算机及智能终端外围设备及输入方法，具体涉及一种用于智能透明办公桌的键盘及其输入方法。


背景技术：

2.本发明人发明了一种智能透明办公桌，所述智能透明办公桌具有全透明的桌面，由于透明材质的导光特性，采用增强光源照亮透明的桌面内部后，当手指接触桌面上表面时，接触部分的手指皮肤会被桌面内部透射出来的光照亮，形成一个明亮的亮斑，借助在桌面下方设置的仰拍图像采集模块，就可以记录这一亮斑出现的时间及位置信息，连续采样就可以准确且实时地获取手指在桌面发生的点击、触摸、移动等事件，将这些事件通过处理控制模块分析并映射为对智能终端的控制指令，就可以实现与智能终端的交互。基于该智能透明办公桌，当在所述桌面设置有键盘图案时，也可以实现类似于触摸屏上的虚拟键盘输入。
3.但是上述键盘输入方式由于是在桌面进行操作的，而桌面是一个平面，进行键盘输入操作时没有按键反馈，也没有实体键盘的手感，输入体验肯定无法与实体键盘相比，如果长时间输入的话手会比较累。因此发明人想到，可以在所述智能透明办公桌的基础上发明一种实体的键盘，该实体键盘不需要供电，内部也完全没有任何电子元器件和电路，甚至还可以采用透明设计，但是具有类似于传统实体键盘的形态和手感，而且配合所述智能透明办公桌也可以实现与传统实体键盘一样的按键输入功能。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于智能透明办公桌的键盘及其输入方法，所述键盘采用无电设计，不需要供电，内部也完全没有任何电子元器件和电路，甚至可以采用透明设计，但是具有类似于传统实体键盘的形态和手感，而且配合所述智能透明办公桌也可以实现与传统实体键盘一样的按键输入功能。
5.实现上述发明目的的技术方案如下：一种用于智能透明办公桌的键盘，所述键盘包括键盘壳体、按键，所述按键有若干个，其特征在于，所述键盘采用无电设计，不含电子元器件，所述按键包括键帽、按压回弹结构、软质触点，所述按压回弹结构安装在所述键盘壳体内，所述键帽安装在所述按压回弹结构的上端，所述软质触点设置在所述按压回弹结构的底部，所述键盘壳体的底部设置有若干个与所述按键一一对应的底孔，当某个按键的按压回弹结构被按下时，该按键的软质触点会跟随所述按压回弹结构往下运动并穿过所述底孔；所述键盘还包括软质底垫，所述软质底垫设置在所述键盘壳体的底部，当所述键盘水平放置在平面上时，所述软质底垫的底部与所述平面接触，用于支撑所述键盘；当所述按压回弹结构完全被按下时，所述软质触点的底端会与所述平面接触。
6.优选的，所述键盘壳体、键帽、按压回弹结构均采用透明材质制成，所述软质触点
采用半透明硅胶制成。
7.优选的，所述按压回弹结构为碗状弹性材质，包括碗沿、碗身、碗底，碗沿的一端朝下，碗底的一端朝上，所述软质触点包括自由端和固定端，采用弹性材质制成，所述自由端朝下并从所述碗沿围成的碗口伸出，所述固定端则固定在所述碗身内凹面上靠近碗底的部位。
8.优选的，所述软质底垫采用半透明硅胶制成。
9.优选的，所述软质底垫设置有多组，且正视所述键盘的底部时，由该多组软质底垫组成的图案为非中心对称图案。
10.一种用于智能透明办公桌的键盘的输入方法，基于上述键盘，用于配合一种智能透明办公桌对智能终端实现无电实体键盘输入，所述智能透明办公桌包括透明桌面、增强光源、图像采集模块、处理控制模块、存储模块、通讯模块，所述增强光源用于照亮所述透明桌面的内部，所述图像采集模块设置在所述透明桌面的下方，可从透明桌面下方仰拍采集所述透明桌面所在区域的图像，其采集到的图像可由所述处理控制模块分析处理，其特征在于，所述输入方法包括s1：将每一个按键和与其对应的按键指令存储在所述存储模块中；s2：将所述软质底垫的底部图案与所述键盘的每一个按键所对应的软质触点在水平方向上的相对位置关系信息存储在所述存储模块中；s3：将所述键盘放置在所述透明桌面上，开启所述增强光源，照亮所述透明桌面内部，由于所述软质底垫与透明桌面接触，软质底垫的底部图案会被透明桌面内透射出来的光照亮，从而在所述图像采集模块从透明桌面的下方采集到的图像中形成显著的由软质底垫底部图案组成的亮斑图案；s4：所述图像采集模块在透明桌面的下方持续采集所述透明桌面所在区域的图像，采集到的图像交由所述处理控制模块分析处理；s5：按下所述键盘上的某个按键，与该按键对应的软质触点随之向下移动穿过底孔并与透明桌面发生接触，接触区域被透明桌面内透射出来的光照亮，在所述图像中形成一个显著的触点亮斑；s6：所述处理控制模块分析确定亮斑图案的位置和方向后，通过分析触点亮斑与所述亮斑图案之间的相对位置关系，确定所述触点亮斑是由键盘上的哪个按键按下形成的，并将该按键对应的按键指令通过所述通讯模块传输给所述智能终端。
11.本发明中所述触点亮斑和亮斑图案形成的原理：这里利用了透明材质的光学特性，以透明玻璃为例，当光在一块透明玻璃的内部传播时，由于玻璃是光密介质，空气是光疏介质，如果光线从玻璃内部射向外部空气的入射角大于全反射临界角，就会发生全内反射，光会被束缚在玻璃内部无法逃逸出来，只能沿玻璃内部传播。但是发明人发现，此时如果有其他物体接触玻璃外表面，由于接触区域光的传播介质对发生改变，从“玻璃-空气”介质对，变成了“玻璃-接触物体”介质对，此时发生全内反射的条件将不再成立，光会从接触区域透射出来，把与玻璃接触的物体照亮。发明人对该发现进行了实验验证，用一束光从一块水平放置的扁平玻璃的侧面射入玻璃内部，光会沿玻璃内部传播而不会从玻璃的上下表面逃逸出来，但是用手指或其他软质且不完全透明的物体接触玻璃的上表面时，从玻璃下表面一侧观察，可以发现手指或所述软质物体与玻璃
接触的区域被玻璃内部透射出来的光照射得非常明亮，形成一个很显著的亮斑，这种显著的亮斑在图像处理时非常容易识别，且不容易产生识别误判。另外由于这种亮斑特征显著，在图像识别时不容易受环境光的干扰，所以具有非常高的识别可靠性和准确性。本发明中由软质触点接触透明桌面产生的触点亮斑和由软质底垫接触透明桌面产生的亮斑图案均是基于上述原理。
12.本发明的有益效果：（1）键盘整体采用无电设计，不需要供电，内部也完全没有任何电子元器件和电路；（2）由于键盘内部没有电子元器件，因此可以采用透明设计，外观很酷很漂亮，而且透明键盘在设计上可以说是独一无二的；（3）虽然采用无电设计，但是具有类似于传统实体键盘的形态和手感，而且配合所述智能透明办公桌也可以实现与传统实体键盘一样的按键输入功能；（4）该键盘脏了可以直接水洗，不用担心进水进液，不会因为进水进液而发生损坏。
附图说明
13.图1是本发明一种用于智能透明办公桌的键盘放置在一种智能透明办公桌上的三维示意图，图中右上角的方向标记指定了本发明中所提到的所有方向，另外本发明中如果出现“顶部”、“顶端”，其中的“顶”与该方向标记中的“上”是同一方向；如果出现“底部”、“底端”，其中的“底”与该方向标记中的“下”是同一方向。
14.图2是一种智能透明办公桌的桌面与支撑部分离的三维示意图。
15.图3是本发明一种用于智能透明办公桌的键盘的上方视角三维示意图，图中右上角的方向标记指定了本发明中所提到的所有方向，另外本发明中如果出现“顶部”、“顶端”，其中的“顶”与该方向标记中的“上”是同一方向；如果出现“底部”、“底端”，其中的“底”与该方向标记中的“下”是同一方向。
16.图4是本发明一种用于智能透明办公桌的键盘的底部视角三维示意图。
17.图5是本发明一种用于智能透明办公桌的键盘的上方视角爆炸示意图。
18.图6是本发明一种用于智能透明办公桌的键盘的底部视角爆炸示意图，其中该图右边的（a）是按压回弹结构细节放大的示意图，（b）是键帽细节放大的示意图。
19.图7是本发明一种用于智能透明办公桌的键盘的软质底垫及所有软质触点与桌面接触后全部接触区域的示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明的实施例、实施方式及附图，对本发明做进一步详细说明和描述，需要说明的是，所描述的实施例或实施方式仅仅是本发明的一部分实施例或实施方式，而不是全部的实施例或实施方式。基于本发明中的实施例或实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例或实施方式，都属于本发明保护的范围。
21.以下对本发明实施例或实施方式的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发
明及其应用或使用的任何限制。
22.〈键盘实施方式〉如图3-7所示，一种用于智能透明办公桌的键盘18，所述键盘18包括键盘壳体、按键，所述键盘壳体包括上壳体182、下壳体184，整个键盘18采用无电设计，不含电子元器件，所述按键包括键帽181、按压回弹结构183、软质触点1835a，所述按压回弹结构183安装在所述键盘壳体内，所述键帽181安装在所述按压回弹结构183的上端，所述软质触点1835a设置在所述按压回弹结构183的底部，所述键盘壳体的底部设置有若干个底孔1842，当所述按压回弹结构183被按下时，所述软质触点1835a会跟随所述按压回弹结构183往下运动并穿过所述底孔1842，当所述按压回弹结构183完全被按下时，所述软质触点1835a的底端会低于所述键盘壳体的底部；所述键盘18还包括软质底垫1844a，所述软质底垫1844a设置在所述键盘壳体的底部，当所述键盘18水平放置在平面上时，所述软质底垫1844a与所述平面接触，用于支撑所述键盘18。
23.优选的，所述键盘壳体、键帽181、按压回弹结构183均采用透明材质制成，所述软质触点1835a采用半透明硅胶制成。
24.优选的，所述软质底垫1844a采用半透明硅胶制成。
25.优选的，所述软质底垫1844a设置有多组，且正视所述键盘18的底部时，由该多组软质底垫1844a组成的图案为非中心对称图案。
26.优选的，所述软质底垫1844a设置在下壳体下表面1843上。
27.优选的，所述按压回弹结构183为碗状弹性材质，包括碗沿1834、碗身1832、碗底1831，碗沿1834的一端朝下，碗底1831的一端朝上，所述软质触点1835a包括自由端和固定端，采用弹性材质制成，所述自由端朝下并从所述碗沿1834围成的碗口伸出，所述固定端则固定在所述碗身1832内凹面上靠近碗底1831的部位。碗状回弹结构在传统的薄膜键盘中应用非常广泛，本发明中所述按压回弹结构183与传统薄膜键盘的碗状回弹结构的主要区别在于多了一个从碗沿1834围成的碗口伸出的软质触点1835a，该软质触点1835a也是实现本发明键盘输入功能的关键。传统薄膜键盘中，其若干个碗状回弹结构可以是相互独立的，也可以是所有碗状回弹结构都固定在同一张膜上，本发明中，若干个按压回弹结构183也可以采用相互独立或固定在同一张膜上的方式，不影响本发明的实施。
28.图5和图6中展示的是若干个按压回弹结构183采用了相互独立的方式，装配体状态下，每一个按压回弹结构的碗沿1834都与下壳体上表面1841接触，且每一个软质触点1835a都与相对应按键的底孔1842处于对准的状态。所述上壳体182还包括与每一个按键相对应的若干个按键通孔1822，所述按压回弹结构183还包括碗底凸起1833，装配体状态下，每一个碗底凸起1833均与相对应按键的按键通孔1822处于对准的状态。
29.所述上壳体182还包括按压回弹结构容纳槽1823和下壳体安装槽1824，装配体状态下，所有的按压回弹结构183均容纳在所述按压回弹结构容纳槽1823内，所述下壳体184安装在所述下壳体安装槽1824内，下壳体184与下壳体安装槽1824的连接方式可以是胶接或螺接或卡扣连接。
30.〈键帽与按压回弹结构的连接实施方式〉所述键帽181与所述按压回弹结构183之间的连接实施方式可以参照传统薄膜键盘，常见的薄膜键盘其键帽与碗状回弹结构之间的连接结构主要有三类：火山口结构、剪刀
脚结构以及宫柱结构，这三类结构都是薄膜键盘中非常成熟的技术，本发明在此不再赘述。在此发明的基础上简单改变键帽181与按压回弹结构183之间的连接方式，也应当落入本发明的保护范围。
31.图5、图6展示了本发明中采用的键帽181与按压回弹结构183之间的连接方式，类似于传统薄膜键盘的火山口结构和宫柱结构，键帽181的帽体1811下方固定有帽体延伸柱1813，装配体状态下，每一个帽体延伸柱1813穿过对应的按键通孔1822，两者之间形成滑动配合，每一个帽体延伸柱1813的下端面1812与对应的按压回弹结构183的碗底1831连接在一起。
32.需要说明的是，本发明的按压回弹结构183和键帽181是参照传统薄膜键盘设计的，实际实施时还可以参照传统机械键盘的结构来设计所述按压回弹结构和键帽。简单将所述按压回弹结构和键帽按照传统机械键盘的结构来设计，而不改变本发明中键帽181、按压回弹结构183、软质触点1835a、底孔1842的相对位置关系，也应当落入本发明保护的范围。
33.〈键盘输入方法实施方式〉如图1-7所示，一种用于智能透明办公桌的键盘的输入方法，基于上述键盘18，用于配合一种智能透明办公桌对智能终端实现无电实体键盘输入，所述智能终端既可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、智能电视、智能手表、智能投影仪、带显示功能的智能眼镜等独立的外部智能设备，也可以是集成在一种智能透明办公桌内部的有交互操作需求的智能设备。
34.所述智能透明办公桌包括透明桌面3、增强光源5、图像采集模块、处理控制模块、存储模块、通讯模块，所述增强光源5用于照亮所述透明桌面3的内部，所述图像采集模块设置在所述透明桌面3的下方，可从透明桌面3下方仰拍采集所述透明桌面3所在区域的图像，其采集到的图像可由所述处理控制模块分析处理。
35.所述输入方法包括s1：将每一个按键和与其对应的按键指令存储在所述存储模块中；s2：将所述软质底垫1844a的底部图案与所述键盘18的每一个按键所对应的软质触点在水平方向上的相对位置关系信息存储在所述存储模块中；s3：将所述键盘18放置在所述透明桌面3上，开启所述增强光源5，照亮所述透明桌面3内部，由于所述软质底垫1844a与透明桌面3接触，软质底垫1844a的底部图案会被透明桌面3内透射出来的光照亮，从而在所述图像采集模块从透明桌面3的下方采集到的图像中形成显著的由软质底垫1844a底部图案组成的亮斑图案1844b；如果由软质底垫1844a组成的图案为非中心对称图案，那么亮斑图案1844b也是非中心对称图案，由于非中心对称图案具有方向性，通过亮斑图案1844b可以判断所述键盘18放置的位置和方向，因此亮斑图案1844b实际上可以起到一个定位参照的作用。如图7所示，所述亮斑图案1844b是由两组软质底垫1844a形成的，每一组软质底垫1844a的底部图案由一个细长条和一个圆组成；s4：所述图像采集模块在透明桌面3的下方持续采集所述透明桌面3所在区域的图像，采集到的图像交由所述处理控制模块分析处理；s5：按下所述键盘18上的某个按键，与该按键对应的软质触点1835a随之向下移动穿过所述底孔1842并与透明桌面3发生接触，接触区域被透明桌面3内透射出来的光照亮，
在所述图像中形成一个显著的触点亮斑1835b；s6：所述处理控制模块分析确定亮斑图案1844b的位置和方向后，通过分析触点亮斑1835b与所述亮斑图案1844b之间的相对位置关系，确定所述触点亮斑1835b是由键盘18上的哪个按键按下形成的，并将该按键对应的按键指令通过所述通讯模块传输给所述智能终端。
36.〈触点亮斑的位置实施方式〉由于所述触点亮斑1835b在所述图像采集模块采集到的图像中是由许多像素点组成的图案，该图案既有尺寸也有形状，但在实际的算法开发中需要用一个坐标点来描述这个既有尺寸也有形状的亮斑图案所在的具体位置。在许多视觉识别算法中，常用的一个方法就是选择图案质心的坐标来指代该图案当前所处的位置，因为图案的质心通常被认为是该图案的中心位置。借鉴这一方法，本发明也采用了触点亮斑1835b质心的位置坐标来描述所述触点亮斑1835b的位置。关于图案或图像的质心的计算方法，因为有非常多成熟的算法，属于现有技术，因此本发明不再赘述。
37.〈有效亮斑判别准则实施方式〉因为实际的图像处理识别过程中可能会有干扰和噪声信号，所以需要确定图像采集模块采集到的亮斑是否是有效的触点亮斑。根据软质触点1835a与所述透明桌面3上表面接触产生亮斑的形状及尺寸的特点，本发明给出了一种判定所述亮斑是否为有效触点亮斑的实施方式，具体如下：给定两个半径r1和r2，当所述亮斑的尺寸无法被半径为r1的小圆完全包围，同时又能被半径为r2的大圆完全包围时，判定所述亮斑为有效触点亮斑。优选的，所述小圆的半径r1为3mm，所述大圆的半径r2为8mm。
38.〈智能透明办公桌实施方式〉如图1-2所示，所述智能透明办公桌包括支撑部、透明桌面3、增强光源5、图像采集模块、处理控制模块、存储模块、通讯模块、供电模块，所述支撑部包括底座1、支撑架7、桌面承力框架4，用于支撑所述透明桌面3，所述透明桌面3由透明材质制成，所述增强光源5用于照亮所述透明桌面3的内部，所述图像采集模块设置在所述透明桌面3的下方，可从透明桌面下方仰拍采集所述透明桌面3所在区域的图像，其采集到的图像可由所述处理控制模块分析处理，所述存储模块与所述处理控制模块连接，所述通讯模块与所述处理控制模块连接，所述供电模块用于提供电源。
39.〈透明桌面实施方式〉所述透明桌面3采用透明材质制成。需要说明的是，所述透明材质不需要严格意义上透明，也不限定其颜色，只要材质具备透光能力，都可以算作本发明中所述的透明材质。当然，透光率越高、越接近无色透明的材质，越适合用于制作所述透明桌面3。生活中常见的透明玻璃、透明树脂、透明塑料及其他常用的天然透明材料、人造透明材料都可以作为本发明所述的透明材质。
40.所述透明桌面3的材质优选为透明玻璃。常见的透明材料中，玻璃具有高硬度、高透光率的特点，使用过程中不容易产生划痕和损伤，因此采用透明玻璃可以增强透明桌面3使用的耐久性，还易于清洁。为了增强所述透明桌面3的机械性能，透明桌面还可以采用钢化透明玻璃，如果需要进一步增强韧性和强度，还可以采用夹胶透明钢化玻璃。如果对手指
在透明桌面3上进行滑动操作的顺滑程度、不易沾指纹、方便清洁等方面有需求，还可以在透明玻璃的表面涂覆疏油层、镀膜或进行其他表面处理。
41.如图1、图2所示，所述透明桌面3固定在所述桌面承力框架4的上表面，优选的，所述固定方式为胶接。当所述透明桌面3为透明玻璃、所述桌面承力框架4为金属时，优选的，所述胶接采用的胶水为uv无影胶，uv无影胶又称光敏胶、紫外光固化胶，是一种需要通过紫外线光照射才能固化的胶粘剂，特别适合用于玻璃与金属之间的粘接，粘接力大且牢固稳定。
42.〈透明桌面可操作区实施方式〉可操作区306是透明桌面3上设定的可以进行交互操作的有效区域，所述键盘18放置在此区域中时，发生的按键事件可以被响应，反之如果超出此区域则不会被响应。可操作区306的设定主要考虑的是所述图像采集模块的图像采集范围以及所述支撑部形成的障碍物对图像采集模块的遮挡，超出图像采集模块采集范围或者被障碍物遮挡无法采集图像的桌面区域，应当被排除在可操作区306之外。当所述图像采集模块的采集范围包含了整个透明桌面3且其视野不受障碍物遮挡时，整个透明桌面3都可以被设定为可操作区。
43.〈增强光源实施方式〉如图1、图2所示，所述增强光源5用于照亮所述透明桌面3的内部。优选的，如图2所示，所述增强光源5设置在所述透明桌面3的侧面，其发出的光从所述透明桌面3的侧面照射进入所述透明桌面3内部，并沿透明桌面3内部传播。进一步的，所述透明桌面3为薄板状，包括桌面上表面305、桌面下表面307、第一侧面302、第二侧面303、第三侧面301、第四侧面304，其水平横截面为圆角矩形，所述增强光源5为长条形光源，所述长条形增强光源5设置在所述透明桌面3的第一侧面302处，并紧贴透明桌面3的第一侧面302，且其长度方向平行于所述透明桌面3的第一侧面302，其发出的光线垂直于所述透明桌面3的第一侧面302进入所述透明桌面3内部。进一步的，所述透明桌面3的第二侧面303、第三侧面301、第四侧面304均做了不透光处理，所述透明桌面3内部的光无法通过所述第二侧面303、第三侧面301、第四侧面304照射出来，进一步降低对透明桌面3外部的环境产生光污染。
44.〈图像采集模块实施方式〉所述图像采集模块设置在所述透明桌面3的下方，可仰拍采集所述透明桌面3下表面所在区域的图像，其采集到的图像可交由所述处理控制模块分析处理；所述图像采集模块可以是普通的摄像头、也可以是专用的cmos感光模组，或者其他能够实现图像采集的感光元器件。需要说明的是，所述图像采集模块的感光类型应当与所述增强光源5的类型相匹配，例如，如果所述增强光源5发出的光为可见光，那么所述图像采集模块应至少能够对可见光进行感光和图像采集，如果所述增强光源5发出的光是红外光，那么所述图像采集模块应至少能够对红外光进行感光和图像采集。
45.所述图像采集模块既可以安装在所述支撑部上，也可以吊装在所述透明桌面3的下方，还可以以分体的方式放置在所述透明桌面3的下方。优选的，如图1、图2所示，所述图像采集模块可以是安装在所述支撑部的支撑架7下端的摄像头2，其拍摄方向朝向所述透明桌面3下表面所在的区域。所述图像采集模块的具体安装高度、安装位置需要依据实际的图像采样要求和所述图像采集模块的焦距、分辨率、光圈等参数来设置。需要保证图像采集模块安装调试好后能够采集到足够清晰且不过曝的透明桌面3所在区域的仰拍图像，并且透
明桌面3上设定的可操作区306应当全部出现在采集到的图像画幅中。
46.〈处理控制模块实施方式〉所述处理控制模块应当至少具有图像处理分析的能力，能够将图像采集模块采集到的图像进行分析处理并能够将相应的结果通过所述通讯模块传送给需要交互的智能终端。所述处理控制模块可以是通用芯片，例如中央处理器cpu、微处理器mcu等，也可以是专用的图像处理芯片。
47.〈存储模块实施方式〉所述存储模块可以是rom（只读存储器），也可以是ram（随机存取存储器），还可以是诸如硬盘的非易失性存储器等。所述存储模块可以是独立于所述处理控制模块之外的存储器，也可以和所述处理控制模块集成在同一芯片上。
48.〈通讯模块实施方式〉所述通讯模块与所述处理控制模块连接，用于使所述智能透明办公桌能够与智能终端进行交互通讯。所述通讯模块可以是无线通讯模块，例如蓝牙、wifi等模块，也可以是有线通讯模块。所述通讯模块可以是独立于所述处理控制模块之外的独立模块，也可以和所述处理控制模块集成在同一芯片上。
49.〈供电模块实施方式〉所述供电模块用于为所述智能透明办公桌提供电源。所述供电模块可以是具有储电能力的电池或电池模组，也可以是通过外部外接电源为所述智能透明办公桌供电。