激光投影鍵盤拆機(jī)：炫酷有余，定義存缺陷

2018年，被稱為中國“第五大發(fā)明”的激光投影鍵盤橫空出世，有人說它是一款來自未來世界的電路方案。幾年過去了，像好萊塢大片中的酷炫投影鍵盤確已來到了現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，但是幾乎沒有看到有人在用，也就是說，它沒有像當(dāng)年Avago Technologies（安華高科技）推出的光電鼠標(biāo)那樣人手一個(gè)。

為什么？從原理上講，其幾種傳感器的使用沒有毛病，只是用錯(cuò)了地方，用的方式也有問題。說它是黑科技沒有錯(cuò)，但卻雞肋不如！

下面通過對激光投影鍵盤的拆解來解釋一二。

原理不錯(cuò) 但忽略了一個(gè)細(xì)節(jié)

記得一個(gè)搞發(fā)明的人說過，以前沒有的東西你就可以發(fā)明，也可以申請專利，也能被批準(zhǔn)。就像把一個(gè)燃?xì)夤藿釉诖蚧饳C(jī)上，原理上沒有問題，也能用，但是不實(shí)用。這就是產(chǎn)品定義要解決的問題。

激光投影鍵盤的原理主要是采用光學(xué)測距技術(shù)，通過激光發(fā)射器（二極管）將計(jì)算機(jī)鍵盤圖案影像投射在平面上，讓使用者看到；再利用采用一個(gè)由攝像頭和激光器組成的測距系統(tǒng)進(jìn)行檢測，用計(jì)算機(jī)視覺來處理按鍵事件。

底部紅外激光照射每個(gè)按鍵，當(dāng)手指遮住光線（按下一個(gè)虛擬鍵）時(shí)，手指反射的激光信號(hào)會(huì)被攝像頭捕捉到。隨后，利用信號(hào)處理軟件計(jì)算出激光光斑定位（距離指尖位置），并求出二位坐標(biāo)中對應(yīng)的按鍵，通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳輸給電子設(shè)備顯示出相應(yīng)的字符。

實(shí)際操作時(shí)誤差很大，特別是手指還沒有觸及鍵盤（桌面），測距已提前發(fā)生，導(dǎo)致誤操作。原因在于底部發(fā)射的激光與鍵盤表明有一定距離，會(huì)提前檢測到手指的存在，所以，按鍵時(shí)必須迅速；如果幾個(gè)手指都在這個(gè)范圍內(nèi)，就無法分辨是哪一個(gè)手指要按在鍵盤上，所以兩次點(diǎn)擊之間要有一些停頓才行，否則就會(huì)不停地“嗶嗶”亂響，電腦或手機(jī)屏幕上出現(xiàn)的字符就莫名其妙了。不要說玩游戲，就是雙手正常打字也難以實(shí)現(xiàn)。至于鼠標(biāo)模式、手勢識(shí)別更是難以搞定。

激光投影鍵盤的實(shí)際打字的速度連一個(gè)初學(xué)打字的人都不如。

這個(gè)圖才是實(shí)際使用情況——只能單指操作

拆解全程 圖文呈現(xiàn)

激光投影鍵盤是一個(gè)長方形的小盒子，造型簡捷，結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)外工藝都不錯(cuò)。除了鍵盤相關(guān)功能，還在上部加入了機(jī)械式結(jié)構(gòu)的手機(jī)支架，按下頂部即可彈出。另外，這款產(chǎn)品還搭載了2600Ah鋰電池，可以當(dāng)充電寶使用。

產(chǎn)品外觀結(jié)構(gòu)，傳感器即攝像頭；紅外燈即激光器

取下手機(jī)支架下面的2顆螺絲后，從側(cè)面用刀片即可撬開。

拆開外殼

打開外殼后，取下用雙面膠粘住的鋰電池；拆下電池架固定螺絲即可看到電路板。2600Ah鋰電池實(shí)際上作為移動(dòng)電源還是容量不夠。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

拆下電路板固定螺絲，拔下與之連接的幾個(gè)插頭，即可取出電路板。

取出電路板

電路板正面有2顆比較大的芯片，一顆是主控芯片跑信號(hào)處理算法軟件，下面是藍(lán)牙芯片；電路板背面的一顆芯片是移動(dòng)電源管理SoC，實(shí)現(xiàn)鋰電池充電、放電管理、電量指示。芯片沒有更多可以講的，主要功能集中于光學(xué)部分。

光學(xué)設(shè)計(jì)存在安全缺陷

光學(xué)部分都是用螺絲固定的，只是底部紅外激光器的4個(gè)固定螺絲要撕掉外殼底部產(chǎn)品標(biāo)貼才能看到。

激光投影鍵盤是虛擬的，基于跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)軟件庫OpenCV，結(jié)合廣角攝像頭、980nm一字紅外激光器、紅外濾光片及鍵盤投影激光器。利用加裝了紅外濾光片的攝像頭檢測由手指遮擋引起的一字紅外激光漫反射生成的光點(diǎn)，以定位這個(gè)光點(diǎn)（虛擬鍵盤某一點(diǎn)）的中心位置。

廣角攝像頭

激光發(fā)射原理及產(chǎn)生過程的特殊性決定了激光具有普通光所不具備的特點(diǎn)：單色性好、相干性好、方向性好和亮度高。

之所以選擇980nm紅外激光是因?yàn)槠渚哂?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E4%BD%8E%E5%8A%9F%E8%80%97/">低功耗和聚焦效果好，且光的頻率人眼覺察不到，考慮到人眼安全，所以是30mW功率。由于鍵盤是一個(gè)平面，所以不能使用傳統(tǒng)的單束激光作為光源，所以只能選擇一字形激光，線角度為120°。

980nm紅外激光覆蓋范圍

按照設(shè)計(jì)要求，線性激光器發(fā)出的激光線產(chǎn)生的平面需要緊貼桌面等表面，并保持與桌面表面平行，這樣才可以使激光鍵盤有效工作。事實(shí)上這是做不到的，因?yàn)榧す馄鞅旧硎怯泻穸鹊?，光孔不可能完全與虛擬鍵盤表面在同一平面上。

線性激光器光孔與桌面的距離

然而，980nm紅外激光發(fā)射出的不可見光束也可能造成人眼潛在危害，也容易被忽視。

再看鍵盤投影模組，激光發(fā)射器的銅殼外面加了散熱器，光孔表面覆蓋的是鍵盤的縮影薄膜，可以投射出鍵盤圖形。它選擇650nm可見光激光，可以在平面上投射出鍵盤圖形，而且不會(huì)對攝像頭檢測980nm信號(hào)產(chǎn)生干擾。

不過，從實(shí)際使用看，雖然使用說明書中提示：“特別注意，使用時(shí)不要對著人的眼睛。”但鍵盤投影激光器發(fā)出的光一直對著使用者的面部，因?yàn)橐皖^看鍵盤，正好對著激光。

實(shí)拍使用者人眼角度激光亮度

一般來說650nm激光對人體沒有害，但它處于血紅蛋白光譜吸收峰值，能被血紅蛋白強(qiáng)烈吸收，所以被用來治療鼻炎。早在2003年，眼科專家邵立功博士首先在中國申請了半導(dǎo)體激光近視弱視治療儀國家發(fā)明專利，后來他查閱了大量北美西歐和日本以及國際激光醫(yī)學(xué)防護(hù)手冊等資料，證實(shí)存在嚴(yán)重安全隱患，遂決定放棄。

寫在最后

你可能會(huì)說，光電鼠標(biāo)不是也有紅光嗎？但它是紅光LED；當(dāng)然，近年來出現(xiàn)的激光鼠標(biāo)也采用了不可見光束，更加靈敏、可靠，可在更多表面上享有更精準(zhǔn)的操控感，但是，不管是LED鼠標(biāo)，還是激光鼠標(biāo)，使用時(shí)都不必用眼睛盯著，而且其光線是向下的，你根本就看不到！