Устройство управления компьютером

Изобретение относится к области информатики и может быть широко использовано, например, в компьютеризированных справочных системах коллективного пользования. Техническим результатом является обеспечение возможности управления компьютером без прямого контакта пользователя с материальными объектами, что исключает порчу оборудования. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит миниатюрную видеокамеру. Видеокамера шарнирно закреплена в одном из верхних углов дисплея и направлена в сторону пользователя таким образом, что оптическая ось видеокамеры пересекает зону среднего положения вертикально ориентированной ладони руки пользователя. Глубина резкости оптической системы видеокамеры не превосходит среднего расстояния между головой пользователя и дисплеем. Видеокамера снабжена дополнительным осветителем, при этом рабочая длина волны устройства находится за пределами видимого диапазона в ближней инфракрасной области. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники.

Изобретение относится к области информатики и может найти широкое применение, особенно в компьютеризованных справочных системах коллективного пользования.

Уровень техники.

Вся история развития информационно-вычислительных устройств в XX в. сводится к постепенному упрощению функций управления ими. Фактически единственным органом управления персональным компьютером сегодня стала «мышка», которая прошла свой собственный путь развития. При некотором навыке с помощью «мышки» можно выполнять довольно сложные манипуляции, например, рисовать или чертить на экране дисплея. Элементарно осуществляется ввод буквенно-цифровых комбинаций (личных кодов, телефонных номеров и т.п.)

Для любителей компьютерных игр выпускается особая модель Microsoft Laser Mouse 6000 1,0 (RTL) USB, подробная информация о которой имеется на сайте www.microsoft.com. Лазерная «мышка» надежно работает на любой поверхности, в т.ч. и на ладони пользователя, причем подобный эксперимент логично приводит к идее полного устранения «мышки» как отдельного объекта. Если управляющие импульсы формируются за счет взаимного перемещения оптического модуля и отражающей поверхности (например, ладони пользователя), неподвижным может быть сделан оптический модуль. В таком случае управление компьютером будет осуществляться за счет движений руки пользователя - без механических «посредников»!

ПРОТОТИП. Новый подход к поставленной задаче нашел отражение в пат. РФ №2166796 (МПК 7 G06K 9/00, 11/16, опублик. 05.10.2001). Авторы предложили заменить «мышку» на более сложное устройство, оформленное в виде «авторучки» (SHELPEN-III). Главным отличительным признаком здесь является наличие миниатюрной видеокамеры, подключенной к блоку распознавания графических образов. Авторы патента строят свою аргументацию на критике «мышки» как механического приспособления, хотя сегодня механические «мышки» уже сняты с производства и повсеместно заменяются новыми, оптическими (включая ранее упомянутую лазерную «мышку», позволяющую ловкому пользователю выделывать настоящие «вензеля» на любой подходящей поверхности).

Итак, оптический принцип управления победил окончательно, но между рукой пользователя и световым потоком по-прежнему остается предмет-посредник в виде «коробочки» или «палочки». Применительно к прототипу трудно понять, почему движущаяся видеокамера «обозревает» неподвижные знаки, нарисованные на бумаге. Гораздо проще сделать видеокамеру неподвижной, а «знаки» подавать посредством движений руки (ладони). Разумеется, оптическая ось видеокамеры при этом должна быть горизонтальной или слегка наклонной к горизонту, тогда как пользователь будет совершать «пасы» в вертикальной плоскости. Основная проблема - выделить «целевые», намеренные движения руки.

Вообще говоря, задача распознавания графических образов является чрезвычайно сложной и требует изощренных «многобайтных» программных средств. Однако среди всех возможных конфигураций кисти человеческой руки имеется один особый визуальный образ, известный с глубокой древности как «жест приветствия». У многих народов мужчины приветствовали друг друга, поднимая на уровень лица открытую ладонь со слегка раздвинутыми пальцами. «Жест приветствия» технически легко идентифицируется при наложении контура или теневой проекции ладони на растр из горизонтальных линий. По сути дела, задача распознавания сводится к «сортировке» последовательностей импульсов, формируемых на выходе видеокамеры при работе системы строчной развертки. Движение ладони по горизонтали и по вертикали столь же легко фиксируется путем сравнения последующего кадра с предыдущим, кратковременно сохраняемым в оперативной памяти. Таким образом, обращение к внутренним ресурсам компьютера вовсе не обязательно, а устройство может быть выполнено в виде отдельного модуля, который закрепляется на дисплее и подключается к разъему для стандартной «мышки».

Раскрытие изобретения.

Задачей настоящего изобретения является разработка устройства, реализующего основные функции «мышки» бесконтактным оптическим способом.

Поставленная задача решается с помощь признаков указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как устройство для управления компьютером на основе миниатюрной видеокамеры, и отличительных существенных признаков, таких как видеокамера шарнирно закреплена в одном из верхних углов дисплея и направлена в сторону пользователя таким образом, что оптическая ось видеокамеры пересекает зону среднего положения вертикально ориентированной ладони руки пользователя, при этом глубина резкости оптической системы видеокамеры не превосходит среднего расстояния между головой пользователя и дисплеем, видеокамера подключена к разъему для стандартной компьютерной мыши.

Особенность конструктивного выполнения видеокамеры отражена в пункте 2 формулы изобретения, а именно видеокамера дополнительно снабжена осветителем, рабочая длина волны которого находится за пределами видимого диапазона, например, в ближней инфракрасной области.

Технический результат от вышеуказанной совокупности признаков - управление компьютером без прямого контакта пользователей с материальными объектами, что исключает возможность порчи оборудования, а также исключает риск передачи инфекции в местах массового скопления людей.

Краткое описание чертежей.

Изобретение иллюстрируется чертежами, отражающими основную идею устройства. На фиг.1 показаны функциональные элементы устройства, а фиг.2 поясняет принцип распознавания «жеста приветствия».

Пример осуществления изобретения.

Устройство для управления компьютером содержит (фиг.1) миниатюрную видеокамеру 1, которая шарнирно закреплена с возможностью регулировки по двум угловым координатам в одном из верхних углов дисплея 2 и направлена в сторону пользователя 3 (рука пользователя в положении «жеста приветствия») таким образом, что оптическая ось видеокамеры 1 пересекает зону среднего положения вертикально ориентированной ладони руки пользователя (зона распознавания 4), при этом глубина резкости оптической системы видеокамеры 1 не превосходит среднего расстояния между головой пользователя и дисплеем 2. Видеокамера 1 подключена к разъему для стандартной компьютерной мыши. Видеокамера 1 дополнительно снабжена осветителем 5, рабочая длина волны которого находится за пределами видимого диапазона, например, в ближней инфракрасной области.

Устройство работает следующим образом.

Благодаря специальной оптике с ограниченной глубиной резкости все предметы за головой пользователя воспринимаются видеокамерой размыто, общим «фоном» и поэтому не могут быть идентифицированы. При освещении ладони инфракрасным источником с длиной волны примерно 0,9 микрон контрастность изображения дополнительно увеличивается, а вероятность ошибочной идентификации других предметов сводится к нулю. Признаком наличия «жеста приветствия» является появление в строчном сигнале видеокамеры как минимум трех характерных импульсов с заданной средней длительностью (см. фиг.2). Поскольку средняя дистанция между ладонью и видеокамерой составляет 400-500 мм, примерно такой же порядок величины будут иметь размеры «зоны опознавания», а погрешность позиционирования не превысит 10 мм. Впрочем, обычная «мышка» отнюдь не обеспечивает точного позиционирования, а решает более скромную задачу. Если одного хода «мышки» оказывается недостаточно для перемещения метки в желаемое «окно», пользователь переносит «мышку» на другой край специального коврика и повторяет движение в нужном направлении. Точно такая же методика рекомендуется и при работе с устройством бесконтактного управления. Достаточно пользователю согнуть пальцы в кулак - идентификация образа прекращается («мышка» поднята над ковриком). Затем пользователь переносит руку на край «зоны опознавания», разгибает пальцы и продолжает движение. Понятно, что для уверенных и быстрых манипуляций со сложной графикой на экране придется выработать определенный навык, но в справочных системах обычно фигурируют простые «окна» достаточно большой величины и никакого виртуозного «дирижирования» от рядового пользователя не потребуется.

Устройство бесконтактного управления реализует и вторую важную функцию «мышки» - ввод команды Enter. Для этого необходимо двукратно согнуть и разогнуть пальцы в течение контрольного времени (примерно 0,5 с) по аналогии с «кликом» - двукратным нажатием кнопки, используемым во многих программных продуктах.

Весьма удобен для пользователя режим инфракрасной подсветки ладони, позволяющий работать в темноте при минимальной яркости дисплея и тем самым экономить ресурс питания в переносных компьютерах.

Безусловно, предлагаемое устройство полностью не вытеснит «мышку», но обеспечит ей альтернативу для особых случаев. С другой стороны, предлагаемое устройство позволит перейти от настольных дисплеев к настенным, которые обязательно найдут своих поклонников.

1. Устройство для управления компьютером на основе миниатюрной видеокамеры, отличающееся тем, что видеокамера шарнирно закреплена в одном из верхних углов дисплея и направлена в сторону пользователя таким образом, что оптическая ось видеокамеры пересекает зону среднего положения вертикально ориентированной ладони руки пользователя, при этом глубина резкости оптической системы видеокамеры не превосходит среднего расстояния между головой пользователя и дисплеем, видеокамера подключена к разъему для стандартной компьютерной мыши.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что видеокамера дополнительно снабжена осветителем, рабочая длина волны которого находится за пределами видимого диапазона, например, в ближайшей инфракрасной области.