虚拟键盘工作原理

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2024年5月23日发(作者：)

在近来剖析Fly Pen笔触式电脑的热潮中，让我们也把目光瞄准另一种设计巧妙的产品——iTech虚拟键盘

(Virtual Keyboard)，这种产品旨在解决手持设备所面临的文本输入困难问题。它利用标准键盘(QWERTY)

布局的投影来代替实际键盘，用户在敲击这种虚拟键盘时，键盘会自动读取“键击”位置，并转换为真实的

输入。至少就技术层面而言，这是一种相当精巧灵活的东西。

这种虚拟键盘的重量只有3盎司(约合85克)多一点，宽度和长度都仅为1英寸多(1英寸相当于2.54厘米)，

高度稍超过3.5英寸(约合8.89厘米)。它直立发射激光光束，可在几乎任何平坦的表面上投影出一个梯形

的全尺寸键盘虚拟图像。制造商表示，这种虚拟键盘每分钟能够处理多达400次键击，电池充电每充满一

次后，连续键击时间可达2小时。这种键盘配有接口适配器线缆，适用于大多数流行PDA；其中一款键盘

还支持蓝牙无线连接，从而免除了配备线缆之虞。在我们进行的次数有限的测试中，该产品工作得出奇地

好，其设计似乎考虑得非常全面。

那么，它到底是如何工作的呢？尽管我们的分析常常包含推测成份，但其核心工作原理似乎简单明了——

将键盘布局进行投影，并捕获能够帮助确定“输入”内容的图像。

这种虚拟键盘的实现方案内包含一块电路板，电路板两端各配一个激光组件。其中一个激光二极管(或称半

导体激光器)插在电路板顶端，负责将键盘投影到一个平坦的表面上。而要将复杂得多的QWERTY键盘投

影，顶端的这个激光二极管的光束通过衍射光或全息光学原理进行投影，从而产生键盘图像。个中的光学

原理包括把激光二极管的点光源转换为精确的二维图像的显微模式。新颖的激光指示器就常常利用类似的

光学原理来投影一些更奇特的影像，比如心脏、文本消息和微笑的脸庞等，但原理是相同的。

对于设计来说，除了要考虑对图像进行投影，更重要的是要知道按键何时被“按下”。在设计中，第二个激

光器嵌入在到电路板的底端，也就是位于直立式设计方案的底部；它在投影表面上方几毫米处投影出一个

隐形的平面。当用户的手指经过较低的平面时，激光就被反射回监测器件。在这个过程中，每当激光平面

受到扰动(disruption)，就意味着是时候进行相应的图像传感了，这就相当于电影《碟中谍》(Mission:

Impossible)中先进的入侵传感器功能了。

iTech虚拟键盘采用了Atmel的MCU和OmniVision的传感器

用户手指触碰键盘传感平面所反射的激光会被图像传感器接收到，这里采用的是OmniVision公司具有CIF

分辨率的CMOS

图像传感器。一旦图像传感器检测到反射激光，传感器就要捕捉投影键盘的图像。虽然带

有一点猜想成分，但我们在这里还是这样假设，即捕捉到的图像被处理分析，以确定QWERTY键盘图案

中哪些部分被占据(blocked)或是仍然可见(visible)，从而推断出用户的手指位置，因此，也就可以确定实际

的键击动作，并输出到相应的设备。

这种虚拟键盘的全部处理与控制工作皆由Atmel的AT94S10AL微控制器(MCU)来完成，这款MCU集成了

FPGA逻辑和E2PROM。OmniVision图像传感器将数字图像数据输出到Atmel微控制器，由其进行分析。

该虚拟键盘还采用了1个串行8位A/D转换器(猜想是用于监控激光二极管驱动级)、1个温度传感器芯片、

2个LDO稳压器以及2个运算放大器，这些器件皆出自美国国家半导体公司，它们提供了提供了所有必需

的基本功能。此外，该键盘还采用了1个Sipex串行收发器，以此作为连接PDA主机的串行接口。系统中

的电子部件除了这些，剩下的就是电池与插在电路板顶端和底端的激光二极管了。虽然电路板上的两个激

光二极管看起来别无二致，但二者在功能上的差异表明它们各自的电子与光学原理完全不同。CMOS图像

传感器所捕获的图像的分辨率并不高(288×352像素)，可见其光学结构相当简单，只不过是在出厂时业已聚

焦的光学模块上集成了1个玻璃镜头和镀膜的红外(IR)滤光镜。

虽然iTech虚拟键盘能够完成复杂的功能，但却只含有11块芯片封装。估计其总制造成本为44美元，其

中包括随之交付的价格超过5美元的配件。该虚拟键盘的建议零售价为100美元，可见对制造商而言，具

有足够的利润空间，而该产品支持蓝牙无线连接的型号的利润则更加可观。

这种虚拟键盘的应用并不局限于PDA，还能够成为个人计算系统的更完整更精巧方案的一部分；在个人计

算机中，“轻负荷(light-duty)”键盘可以根据需要收放自如，完全不占用空间，也不会遭遇诸如不小心把咖啡

泼洒在上面的这类麻烦。

虚拟键盘可以用于笔记本和智能设备上，包括智能手机和PDA等。虚拟蓝牙键盘使用激光技术产生一条电

路，可以在任何表面投射出一幅虚拟的QWERT全尺寸键盘。虚拟键盘就和传统的键盘一样，实现技术基

于光学识别，用户敲击键位的图像区域完成键入。

智能手机提供强大的处理功能，但是在某些方面并不很易于使用，其中书写较长的电子邮件或文档并不能

有传统键盘的良好交互方式，甚至有人抱怨在智能手机上写文章简直是痛苦的体验，简直没法和传统的PC

键盘相提并论。尽管现在越来越多的新机型考虑到输入问题，加入小键盘设计和触控笔结合使用，这种设

计一方面解决了智能手机上部分输入问题（键盘和输入法相结合），但又破于智能手机的移动性质，还是

没能提供全尺寸键盘，智能手机已有集成键盘存在按键过小布局过于紧凑等问题。

虚拟键盘拥有范围广大的应用领域：个人数字助理（PDA），移动电话，小型电脑（为了解决占放空间），

笔记本，Tablet PC（可书写型笔记本），工业环境，医学环境（无菌室），测试设备，运输业等等。

这里有一个官方提供的兼容设备列表，你可以看到i-Tech虚拟键盘可以在Windows 2000和Windows XP

系统上使用，当然前提是电脑上必须有蓝牙适配器。还可以看到Pocket PC, Palm 和 大多数智能手机都是

可以使用的。经过在一些设备上测试虚拟键盘，其中有些设备并不在兼容列表中，例如Orange SPV C500 和

Fujitsu-Siemens Pocket Loox 720，虽然安装驱动和配置有些许问题，设置完毕后i-Tech虚拟键盘完全可以

正常工作，所以也不要因为你的智能手机不在兼容列表中而感到失望。

蓝牙虚拟键盘支持设备：

VBK兼容设备型号

操作系统

SmartPhones

Blackberry 7100g,7100t,7100i,7130e,7250,7250,7290,7290,7520,8700c,8700r

HP 6300 Series

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