Ampliando mi comentario anterior en una respuesta ...

Una técnica mecánicamente confiable para detectar la posición dentro de un plano 2D de un objeto opaco es emparejar fuentes de luz con detectores de modo que las sombras proyectadas por el objeto opaco puedan identificarse y medirse. Esta técnica se utilizó en los años 70 y 80 para permitir la activación táctil además de los terminales tontos clásicos. No recuerdo el fabricante, pero sí recuerdo un bisel de reemplazo de un tercero vendido para el ADM-3A que contenía las piezas necesarias, por ejemplo. Un rápido Google para "pantalla táctil de fotodiodo" arrojó una sorprendente cantidad de fotos, diseños e incluso productos.

Haces LED IR clásicos

Una forma sencilla de lograr esto es con una rejilla de haces de luz. A lo largo de cada par de bordes, coloca LED en uno y fototransistores en el otro. Los pares LED/receptor están alineados y las ópticas dispuestas de manera que cada receptor vea principalmente un solo LED. Algo así como este crudo bosquejo de arte ASCII:

  vvvvvvvvvvvvvvv
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>-+++++++++++++++-> 1
>-++++X|||||||||| > 0
>-++++-++++++++++-> 1
>-++++-++++++++++-> 1
>-++++-++++++++++-> 1
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  vvvvvvvvvvvvvvv    
  111101111111111   

Para mejorar la resolución física, los LED se pueden encender por turnos y la información de más de un receptor se puede combinar para estimar las ubicaciones entre los haces.

Con dos conjuntos de bordes que cubren un plano, puede identificar la ubicación de una única penetración con un 100 % de confianza. Se puede identificar una segunda penetración, pero también tendrá ubicaciones fantasma, por lo que es probable que se requieran algunas heurísticas de seguimiento adicionales para verificar cuál de las dos soluciones posibles coincide con la realidad:

  vvvvvvvvvvvvvvv
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>-+++++++++++++++-> 1
>-++++X|||||O|||| > 0
>-++++-++++++++++-> 1
>-++++O|||||X|||| > 0
>-++++-+++++-++++-> 1
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  vvvvvvvvvvvvvvv       
  111101111101111   

Solo a partir de las sombras en una sola instantánea, no es posible saber si las puntas de los dedos están en las dos Xo dos Oubicaciones. Sin embargo, si Xse vieron primero los de la parte superior izquierda, agregar el segundo contacto sugeriría que lo más probable es que el UL no se haya movido y que los dedos estén en las Xmarcas.

Con el escaneo y los ángulos de visión más amplios tanto para los LED como para los receptores, es probable que pueda usar los LED lejanos normales para ver alrededor de las sombras proyectadas por los dedos reales y descartar los dedos virtuales. Llevado a un extremo lógico, está reinventando la tomografía computarizada y las matemáticas que se utilizan allí podrían valer la pena examinarlas. Podría cubrir un aro de diámetro adecuado con receptores y LED alternos, y luego aplicar realmente los algoritmos del escáner CT a baja resolución.

Para obtener la profundidad de la penetración, usaría más de una matriz 2D.

Las mayores desventajas de este enfoque que me vienen a la mente mientras escribo son las implicaciones logísticas de la gran cantidad de componentes discretos montados con precisión, incluida la óptica. Incluso la óptica tan simple como un tubo para reducir el campo de visión en cada sensor aún debe fabricarse e instalarse. Y luego están todas las señales analógicas para acondicionar, detectar y retransmitir a una CPU. Pero resuelva estos problemas mecánicos y logísticos y tendrá un enfoque a considerar.

¿Retrorreflectores?

Se me ocurre que una forma de mejorar esto para que sea más fácil de construir y encender sería colocar los LED y los fototransistores en pares muy cerca en una pared y un retrorreflector en la pared del fondo. Cada haz sería el doble de largo cuando no se interrumpiera, pero la alineación óptica sería mucho menos crítica debido al montaje del emisor y el receptor en la misma placa junto con un retrorreflector para devolver la luz de un emisor principalmente a su receptor correspondiente.

Puede hacer una placa de circuito pequeña para cada par junto con una CPU pequeña y recopilar todos los datos (y cronometrar el sondeo del haz en la matriz como un todo) con un bus I2C o similar a lo largo de cada borde. Esto contendría todos los bits analógicos interesantes de manera ordenada y reduciría en gran medida el requisito de interfaz con el controlador central. También haría que el diseño fuera modular hasta el punto en que el sensor de haz básico se pueda construir y probar completamente en pequeñas cantidades antes de comprometerse a construir todo el conjunto.

En el espíritu del arte ASCII anterior, aquí hay un boceto que muestra la detección de un solo punto:

     1 0 1 1 1 1 1   
    v^v^v^v^v^v^v^   
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1 <-+++-++++++++++-/ 
  >-++X |||||||||| \
0 >-||  |||||||||| /
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1 <-++--++++++++++-/ 
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1 <-++--++++++++++-/ 
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Parece, en principio, que un par de cámaras de video bastante baratas harán el trabajo. Con lentes de gran angular que le brindan un campo de visión de 90 grados, también obtendrá un enfoque lo suficientemente cercano como para cubrir lo suficientemente cerca de las cámaras para cumplir con su requisito de 1 pie. Obviamente, puede obtener cámaras de video USB para enviar los datos a su PC. Analizar las imágenes resultantes está más allá de mi competencia. Ciertamente, debe obtener una resolución lo suficientemente buena para identificar múltiples objetos del tamaño de una mano.

Existen cámaras de línea que le darán una mejor resolución en un solo plano, pero tienden a ser más caras de lo que está dispuesto a gastar.