PHOTON: 用于历史键盘乐器中关键杆运动的非侵入式光学跟踪

本文介绍PHOTON（PHysical Optical Tracking of Notes），一种用于测量历史键盘乐器关键杆运动的非侵入式光学感知系统。PHOTON跟踪关键杆本身的垂直位移，捕捉由演奏者输入和乐器机械施加的时变负载共同塑造的运动。安装在每个杆臂下端的反射式光学传感器提供连续的位移、时序和演奏数据，且不干扰乐器动作。与现有用于现代钢琴的光学系统不同，PHOTON适配大型键盘乐器（如哈普西琴、克拉维科尔斯和早期前福普iano）的多样化几何形状、受限空间和非标准布局。其模块化、低剖面结构支持多把乐谱板的高分辨率、低时延感知。除演奏捕捉外，PHOTON提供实时MIDI输出，支持表征手势、人机交互以及使用真实历史机制构建乐器特有的MIDI语料库的实证研究。完整系统以开源硬件和软件形式发布，包括采用KiCad开发的原理图和PCB布局、使用CircuitPython编写的固件，降低了采用、复制和扩展的门槛。