一种基于激光投影的按键交互方法及相关设备

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种基于激光投影的按键交互方法及相关设备。

背景技术

智能门锁是指区别于传统机械锁的基础上改进的，在用户安全性、识别、管理性方面更加智能化简便化的锁具。智能门锁是门禁系统中锁门的执行部件，日常生活中键盘密码锁占有很大的市场，传统的键盘密码锁具有操作简单，价格较低，可更换密码等特点，但是这些传统的键盘也存在一些安全上的欠缺。

针对上述技术问题，现有技术中设置一种带投影键盘的智能门锁，能够有效的避免上述传统键盘密码锁存在的安全隐患，但是，目前现有技术中带投影键盘的智能门锁常常会因为用户触发按键识别不准确，而导致按键误触发，影响了用户的使用体验。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于激光投影的按键交互方法、系统、智能锁及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中带投影键盘的智能门锁常常会因为用户触发按键识别不准确，从而导致按键误触发，影响了用户的使用体验的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于激光投影的按键交互方法，所述基于激光投影的按键交互方法包括如下步骤：

当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成虚拟键盘；

当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度；

根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据。

可选地，所述的基于激光投影的按键交互方法，其中，所述当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成虚拟键盘，具体包括：

当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成高亮度光源，并将所述高亮度光源转换为平行光束；

根据所述平行光束对图像产生组件进行照射，得到虚拟键盘，并将所述虚拟键盘投影至第一预设位置的影像载体上。

可选地，所述的基于激光投影的按键交互方法，其中，所述当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度，之前还包括：

当所述虚拟键盘生成并投影至所述第一预设位置的影像载体时，生成红外激光；

将所述红外激光设置在所述影像载体上方的第二预设位置处，并对所述虚拟键盘的预设范围内进行图像采集。

可选地，所述的基于激光投影的按键交互方法，其中，所述当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度，具体包括：

当所述遮挡物接触所述虚拟键盘上的键位时，接收所述红外激光被所述遮挡物反射的异常激光信号，并根据所述异常激光信号获取所述遮挡物的图像信号；

对所述图像信号进行图像信号预处理，得到信号强度图像；

获取所述信号强度图像中的特征值，并计算所述特征值对应的信号强度。

可选地，所述的基于激光投影的按键交互方法，其中，所述图像信号预处理包括：梯形校正、高斯平滑滤波、二阶差分以及局部极大值抑制。

可选地，所述的基于激光投影的按键交互方法，其中，所述根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据，具体包括：

根据所述信号强度获取与所述遮挡物之间的距离，并将所述距离与预设数据库中的键盘点位坐标信息进行比对，得到所述遮挡物的方位信息；

根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应的目标按键位置，并获取所述目标按键位置对应的密码数据。

可选地，所述的基于激光投影的按键交互方法，其中，所述根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据，之后还包括：

在预设时间范围内，持续检测所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应目标按键位置的密码数据；

当所述密码数据的输入值达到预设数量时，生成密码数据序列；

对所述密码数据序列进行验证，当验证通过时，控制自动锁体打开，完成开门。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种基于激光投影的按键交互系统，其中，所述基于激光投影的按键交互系统包括：

虚拟键盘投影模块，用于当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成虚拟键盘；

虚拟键盘触发模块，用于当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度；

按键位置获取模块，用于根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种智能锁，其中，所述智能锁包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于激光投影的按键交互程序，所述基于激光投影的按键交互程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于激光投影的按键交互方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有基于激光投影的按键交互程序，所述基于激光投影的按键交互程序被处理器执行时实现如上所述的基于激光投影的按键交互方法的步骤。

本发明中，当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成虚拟键盘；当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度；根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据。本发明通过投影组件将虚拟键盘投影至影像载体上显示，并采用激光检测和图像采集的方式识别用户接触虚拟键盘时的图像信号，并针对采集的图像信号进行处理，提取其中的特征值来获得智能锁与虚拟键盘中触发按键之间的距离，从而确定具体按键的方位，以此来完成密码输入，保证了用户触发虚拟键盘时的准确性，有效地避免了由于识别不准确而造成的按键误触发的问题，同时也提高了用户的操作体验。

附图说明

图1是本发明基于激光投影的按键交互方法的较佳实施例的流程图；

图2是本发明基于激光投影的按键交互系统的较佳实施例的结构图；

图3为本发明智能锁的较佳实施例的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，智能锁密码开锁的交互方式主要有以下两种方法：1、机械按键方式，一般由导电硅胶或者按键弹片与电路触点断开或结合实现识别用户的输入操作；2、电容式触摸按键方式，一般由电容式触摸传感器识别触摸PAD的信号差异实现识别用户触摸操作。

但以上两种交互方法分别存在以下几个问题：1、导电硅胶式机械按键的手感取决于硅胶的弹性特性，当使用频次达到一定程度或老化后，会出现手感变软，甚至于不回弹的情况，导致按键误触发；2、按键弹片式机械因弹片的形变过程会发出清脆按键声，无法实现静音操作，降低用户体验；3、机械按键电路触点一般使用PCB走线完成，会因为氧化、灰尘、污秽等导致按键不良的情况；4、机械按键因机械结合的过程，会触发机械抖动导致按键信号的误识别；5、电容式触摸按键的电容信号会因湿度和温度的变化而变化，在环境条件变化的过程中容易引起触摸按键的误触、响应不灵敏、串键等情况；6、电容式触摸按键的电容信号会受静电等情况影响，引起误触等。机械按键或触摸按键因用户体验、工作条件等原因，需要比较大的结构空间布局按键键位，所以智能锁的面板需要较大的空间用于设计按键，同时电路部分与需要使用较大面积用来布局触点或PAD，这些都对智能锁的ID设计、成本控制、用户体验等方面有些消极作用。

针对上述技术问题，现有技术中设置一种带投影键盘的智能门锁，能够有效的避免上述传统键盘密码锁存在的安全隐患，但是，目前现有技术中带投影键盘的智能门锁常常会因为用户触发按键识别不准确，而导致按键误触发，影响了用户的使用体验。

本发明是适用于智能锁的一种基于激光投影的按键交互方法，主要由投影组件、激光测距系统、信号处理单元几个部分组成。

其中，投影组件包括光源发生器、光学组件、液晶显示组件、影像载体等部分组成，用于投影虚拟键盘和其他交互影像。

激光测距系统包括一字激光发射器、广角摄像头、红外滤镜等部分组成，用于产生与接收激光点位信号，识别测量被测物体距离。

信号处理单元包括DSP图像处理器、CPU运算单元、控制单元等部分组成，用于处理激光测距系统接收的光电信号进行处理和解码，以识别按键动作。

本发明较佳实施例所述的基于激光投影的按键交互方法，如图1所示，所述基于激光投影的按键交互方法包括以下步骤：

步骤S10、当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成虚拟键盘。

具体地，当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成高亮度光源，并将所述高亮度光源转换为平行光束；根据所述平行光束对图像产生组件进行照射，得到虚拟键盘，并将所述虚拟键盘投影至第一预设位置的影像载体上。

当用户触碰安装于门上的智能锁时，唤醒智能锁，智能锁激活本发明中设置的投影组件、激光测距系统以及信号处理单元等组件，并控制单元控制各组件的电源使能，控制液晶显示组件产生欢迎LOGO影像，光源发生器产生高亮度光源，通过凸镜组成的光学组件产生平行光束，穿过产生图像的液晶显示组件，再经过棱镜反射，将影像投影在影像载体上。在短暂等待时间后，控制液晶显示组件产生键盘图像，用户可以在影像载体上看到投影的虚拟键盘。

步骤S20、当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度。

具体地，当所述虚拟键盘生成并投影至所述第一预设位置的影像载体时，生成红外激光；将所述红外激光设置在所述影像载体上方的第二预设位置处，并对所述虚拟键盘的预设范围内进行图像采集。

当所述遮挡物接触所述虚拟键盘上的键位时，接收所述红外激光被所述遮挡物反射的异常激光信号，并根据所述异常激光信号获取所述遮挡物的图像信号；对所述图像信号进行图像信号预处理，得到信号强度图像；其中，所述图像信号预处理包括：梯形校正、高斯平滑滤波、二阶差分以及局部极大值抑制。

获取所述信号强度图像中的特征值，并计算所述特征值对应的信号强度。

在虚拟键盘生成投影后，通过控制单元使能激光发生器和广角摄像头工作，激光发射器射出一字红外光线，光线位置位于投影载体的上方短距离的平行平面上，广角摄像头开始采集图像信号，信号处理单元同步开始处理。

当用户在虚拟键盘上点击键位时，手指接触键位，此时手指会遮挡住激光发射器的激光光线，并将激光光线反射回来，此时反射的激光信号经过红外滤镜，被摄像头捕捉到。

通过DSP图像处理器将采集的图像信号采用梯形校正、高斯平滑滤波、二阶差分、局部极大值抑制等图像处理算法，将图像信号调制处理成便于CPU运算单元运算的信号强度图像。

步骤S30、根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据。

具体地，根据所述信号强度获取与所述遮挡物之间的距离，并将所述距离与预设数据库中的键盘点位坐标信息进行比对，得到所述遮挡物的方位信息；根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应的目标按键位置，并获取所述目标按键位置对应的密码数据。

进一步的，在预设时间范围内，持续检测所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应目标按键位置的密码数据；当所述密码数据的输入值达到预设数量时，生成密码数据序列；对所述密码数据序列进行验证，当验证通过时，控制自动锁体打开，完成开门。

通过CPU运算单元从处理后的图像提取特征值，通过特征值的不同信号强度，计算键盘区域内遮挡物的距离，通过比对数据库内键盘点位坐标信息，计算得出遮挡物的方位信息，完成识别用户按下的键位处理，并将键位信息发送给智能锁，作为输入动作。

当用户继续按下开门密码时，则重复上面的处理步骤，智能锁验证用户输入的密码，验证成功后，智能锁控制自动锁体开启，完成开门动作。

另外，为了保护密码安全性防止他人窃取，首先本发明对密码输入次数进行了限制，若连续输入错误密码次数达到上限，系统将被锁定，同时发出警报信号，提醒用户密码安全出现隐患。

其次，使用了键盘自定义设定，密码值的识别实际上识别的是虚拟键盘键位在直角定位坐标系的位置，改变虚拟键盘键位在定位坐标系中的位置，可达到将密码键盘打乱的效果，这样可防止他人使用监控设备拍摄用户密码输入过程非法获取系统密码。

通过控制单元控制液晶显示组件产生验证成功图像，用户可以在影像载体上直观看到验证结果。

当用户完成入户操作时，通过控制单元控制各组件的电源关闭，智能锁进入休眠状态，完成本次流程。

本发明的有益效果：

1、本发明中设置的虚拟键盘，没有实际的物理按键，因此不存在按键磨损老化、灰尘积累或键位冲突等问题，同时还具有防水、易清洁等特点。

2、能有效减小智能锁面板的面积大小限制，有利于设计出更精致高级的外观设计语言，提升智能锁的设计感，有利于ID设计创新。

3、可根据不同交互场景变更键盘显示内容和键位，提升交互体验。

4、通过激光检测和图像采集，能够精准计算虚拟键盘上键位的触发，完成密码的准确输入。

进一步地，如图2所示，基于上述基于激光投影的按键交互方法，本发明还相应提供了一种基于激光投影的按键交互系统，其中，所述基于激光投影的按键交互系统包括：

虚拟键盘投影模块51，用于当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成虚拟键盘；

虚拟键盘触发模块52，用于当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度；

按键位置获取模块53，用于根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据。

进一步地，如图3所示，基于上述基于激光投影的按键交互方法和系统，本发明还相应提供了一种智能锁，所述智能锁包括处理器10、存储器20及显示器30。图3仅示出了智能锁的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

所述存储器20在一些实施例中可以是所述智能锁的内部存储单元，例如智能锁的硬盘或内存。所述存储器20在另一些实施例中也可以是所述智能锁的外部存储设备，例如所述智能锁上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器20还可以既包括所述智能锁的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器20用于存储安装于所述智能锁的应用软件及各类数据，例如所述安装智能锁的程序代码等。所述存储器20还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器20上存储有基于激光投影的按键交互程序40，该基于激光投影的按键交互程序40可被处理器10所执行，从而实现本申请中基于激光投影的按键交互方法。

所述处理器10在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行所述存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行所述基于激光投影的按键交互方法等。

所述显示器30在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。所述显示器30用于显示在所述智能锁的信息以及用于显示可视化的用户界面。所述智能锁的部件10-30通过系统总线相互通信。

在一实施例中，当处理器10执行所述存储器20中基于激光投影的按键交互程序40时实现以下步骤：

当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成虚拟键盘；

当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度；

根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据。

其中，所述当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成虚拟键盘，具体包括：

当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成高亮度光源，并将所述高亮度光源转换为平行光束；

根据所述平行光束对图像产生组件进行照射，得到虚拟键盘，并将所述虚拟键盘投影至第一预设位置的影像载体上。

其中，所述当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度，之前还包括：

当所述虚拟键盘生成并投影至所述第一预设位置的影像载体时，生成红外激光；

将所述红外激光设置在所述影像载体上方的第二预设位置处，并对所述虚拟键盘的预设范围内进行图像采集。

其中，所述当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度，具体包括：

当所述遮挡物接触所述虚拟键盘上的键位时，接收所述红外激光被所述遮挡物反射的异常激光信号，并根据所述异常激光信号获取所述遮挡物的图像信号；

对所述图像信号进行图像信号预处理，得到信号强度图像；

获取所述信号强度图像中的特征值，并计算所述特征值对应的信号强度。

其中，所述图像信号预处理包括：梯形校正、高斯平滑滤波、二阶差分以及局部极大值抑制。

其中，所述根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据，具体包括：

根据所述信号强度获取与所述遮挡物之间的距离，并将所述距离与预设数据库中的键盘点位坐标信息进行比对，得到所述遮挡物的方位信息；

根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应的目标按键位置，并获取所述目标按键位置对应的密码数据。

其中，所述根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据，之后还包括：

在预设时间范围内，持续检测所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应目标按键位置的密码数据；

当所述密码数据的输入值达到预设数量时，生成密码数据序列；

对所述密码数据序列进行验证，当验证通过时，控制自动锁体打开，完成开门。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有基于激光投影的按键交互程序，所述基于激光投影的按键交互程序被处理器执行时实现如上所述的基于激光投影的按键交互方法的步骤。

综上所述，本发明提供一种基于激光投影的按键交互方法及相关设备，所述方法包括：当接收到用户的触发指令时，根据所述触发指令生成虚拟键盘；当检测到遮挡物接触所述虚拟键盘时，获取所述遮挡物的图像信号，并计算所述图像信号对应的信号强度；根据所述信号强度获取所述遮挡物的方位信息，并根据所述方位信息确定所述遮挡物在所述虚拟键盘中对应按键位置的密码数据。本发明通过投影组件将虚拟键盘投影至影像载体上显示，并采用激光检测和图像采集的方式识别用户接触虚拟键盘时的图像信号，并针对采集的图像信号进行处理，提取其中的特征值来获得智能锁与虚拟键盘中触发按键之间的距离，从而确定具体按键的方位，以此来完成密码输入，保证了用户触发虚拟键盘时的准确性，有效地避免了由于识别不准确而造成的按键误触发，提高了用户的操作体验。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者智能锁不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者智能锁所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者智能锁中还存在另外的相同要素。

当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件(如处理器，控制器等)来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的计算机可读存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的计算机可读存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。