Erweiterung meines früheren Kommentars zu einer Antwort ...

Eine mechanisch zuverlässige Technik zum Erfassen der Position eines undurchsichtigen Objekts innerhalb einer 2D-Ebene besteht darin, Lichtquellen mit Detektoren so zu paaren, dass durch das undurchsichtige Objekt geworfene Schatten identifiziert und gemessen werden können. Diese Technik wurde in den 70er und 80er Jahren verwendet, um eine Berührungsaktivierung zusätzlich zu klassischen dummen Terminals bereitzustellen. Ich kann mich nicht an den Hersteller erinnern, aber ich erinnere mich an eine Ersatzblende eines Drittanbieters, die für den ADM-3A verkauft wurde und zum Beispiel die erforderlichen Teile enthielt. Ein schnelles Googlen nach „Fotodioden-Touchscreen“ ergab eine überraschende Menge an Fotos, Designs und sogar Produkten.

Klassische IR-LED-Strahlen

Ein einfacher Weg, dies zu erreichen, ist ein Gitter aus Lichtstrahlen. Entlang jedes Kantenpaares setzen Sie LEDs auf die eine und Fototransistoren auf die andere. Die LED/Empfänger-Paare sind ausgerichtet und die Optik so angeordnet, dass jeder Empfänger hauptsächlich eine einzelne LED sieht. So etwas wie diese grobe ASCII-Kunstskizze:

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>-++++-++++++++++-> 1
>-++++-++++++++++-> 1
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Um die physikalische Auflösung zu verbessern, können die LEDs der Reihe nach aufleuchten und Informationen von mehr als einem Empfänger kombiniert werden, um Positionen zwischen den Strahlen abzuschätzen.

Mit zwei Kantensätzen, die eine Ebene abdecken, können Sie die Position einer einzelnen Penetration mit 100 %iger Sicherheit identifizieren. Eine zweite Penetration kann identifiziert werden, wird aber auch Phantompositionen haben, sodass wahrscheinlich einige zusätzliche Tracking-Heuristiken erforderlich wären, um zu überprüfen, welche der beiden möglichen Lösungen der Realität entspricht:

  vvvvvvvvvvvvvvv
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>-+++++++++++++++-> 1
>-++++X|||||O|||| > 0
>-++++-++++++++++-> 1
>-++++O|||||X|||| > 0
>-++++-+++++-++++-> 1
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Allein anhand der Schatten in einem einzigen Schnappschuss lässt sich nicht erkennen, ob sich die Fingerkuppen an den zwei Xoder zwei OStellen befinden. Wenn jedoch Xzuerst oben links zu sehen wäre, würde das Hinzufügen des zweiten Kontakts darauf hindeuten, dass sich die UL höchstwahrscheinlich nicht bewegt hat und dass sich die Finger auf den XMarkierungen befinden.

Durch Scannen und breitere Sichtwinkel sowohl für die LEDs als auch für die Empfänger können Sie wahrscheinlich die weit entfernten normalen LEDs verwenden, um die Schatten zu sehen, die von den echten Fingern geworfen werden, und die virtuellen Finger ausschließen. Ins logische Extrem getrieben, erfinden Sie das CT-Scannen neu, und die dort verwendete Mathematik könnte tatsächlich eine Untersuchung wert sein. Sie könnten einen Reifen mit geeignetem Durchmesser mit abwechselnden Empfängern und LEDs abdecken und die Algorithmen des CT-Scanners wirklich bei niedriger Auflösung anwenden.

Um die Eindringtiefe zu erhalten, würden Sie mehr als ein 2D-Array verwenden.

Die größten Nachteile dieses Ansatzes, die mir beim Schreiben in den Sinn kommen, sind die logistischen Auswirkungen der großen Anzahl von diskreten Komponenten, die präzise montiert werden, einschließlich der Optik. Sogar Optiken, die so einfach wie ein Rohr sind, um das Sichtfeld auf jedem Sensor zu reduzieren, müssen noch hergestellt und installiert werden. Und dann gibt es noch all die analogen Signale, die aufbereitet, erfasst und an eine CPU weitergeleitet werden müssen. Aber wenn Sie diese mechanischen und logistischen Probleme lösen, haben Sie einen zu berücksichtigenden Ansatz.

Retroreflektoren?

Mir kommt in den Sinn, dass eine Möglichkeit, dies zu verbessern, um das Bauen und Aussteigen zu erleichtern, darin besteht, die LEDs und Fototransistoren paarweise in unmittelbarer Nähe an einer Wand und einem Retroreflektor an der gegenüberliegenden Wand zu platzieren. Jeder Strahl wäre im ununterbrochenen Zustand doppelt so lang, aber die optische Ausrichtung wäre viel weniger kritisch, da der Sender und der Empfänger zusammen mit einem Retroreflektor auf derselben Platine montiert werden, um das Licht von einem Sender hauptsächlich nur zu seinem passenden Empfänger zurückzuleiten.

Sie könnten eine kleine Leiterplatte für jedes Paar zusammen mit einer kleinen CPU herstellen und alle Daten mit einem I2C- oder ähnlichen Bus entlang jeder Kante sammeln (und die Strahlprüfung im gesamten Array zeitlich festlegen). Dies würde alle interessanten analogen Bits ordentlich enthalten und die Schnittstellenanforderungen an die zentrale Steuerung stark reduzieren. Es würde das Design auch so modular machen, dass der grundlegende Strahlsensor in kleinen Mengen gebaut und vollständig getestet werden kann, bevor Sie sich zum Aufbau des gesamten Arrays verpflichtet haben.

Im Geiste der früheren ASCII-Kunst ist hier eine Skizze, die eine Einzelpunkterkennung zeigt:

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1 <-++--++++++++++-/ 
  >-++--++++++++++-\ 
1 <-++--++++++++++-/ 
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Es sieht im Prinzip so aus, als würde ein Paar ziemlich billiger Videokameras die Arbeit erledigen. Mit ziemlich weitwinkligen Objektiven, die Ihnen ein Sichtfeld von 90 Grad bieten, erhalten Sie auch eine Fokussierung, die nahe genug an den Kameras liegt, um Ihre 1-Fuß-Anforderung zu erfüllen. Natürlich können Sie USB-Videokameras dazu bringen, die Daten an Ihren PC zu senden. Die Analyse der resultierenden Bilder liegt außerhalb meiner Kompetenz. Sicherlich sollten Sie eine ausreichend gute Auflösung erhalten, um mehrere handgroße Objekte zu identifizieren.

Es gibt Zeilenkameras, die Ihnen eine bessere Auflösung in einer einzigen Ebene bieten, aber diese sind in der Regel teurer, als Sie bereit sind auszugeben.