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CN1531676A - 用户输入装置 - Google Patents

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Abstract

一种用户输入装置被设置得像一个手表。用户将所述输入装置附着在他/她的手腕上,如“握紧”和“松开”的手势可被一系统识别,并且被输入作为一个命令。另外,通过在该装置中加入一个用于测量用户胳膊的运动的加速度传感器,还可以输入更复杂的指令/命令。该装置可被用作一种用于可佩带的计算机的输入装置,或者作为一种用于向游戏机等输入命令的控制器。

Description

用户输入装置
技术领域
本发明涉及一种用户输入装置,通过该装置,用户向计算机输入命令和数据等,特别的,涉及一种用户输入装置,通过该装置,用户利用人体的一部分执行输入操作。
更具体的说,本发明涉及一种用户输入装置,将其附着在人体上而使用,并能够根据用户的意图准确地执行输入操作,特别的,涉及一种用户输入装置,能够识别用户表达的手势并捕获作为用户的输入。
背景技术
根据近来的技术创新,一种称为一工作站(WS)和一个人计算机(PC)的通用计算机系统已经被开发并投入市场,这种系统体积相对较小,成本较低,具有较高的附加值和较强的功能。这种类型的计算机系统在大学、其它研究机构、商业企业、及其它办公室、甚至家庭的日常生活已经得到深入的普及。现在,大部分的日常工作都与计算机有关,很多人整天都在触摸键盘和鼠标。
计算机系统通常响应于用户输入的命令而被驱动,并通过在显示屏上显示处理的结果从而提供一种“互动”,也即一种对话处理环境。近来,计算机系统已从一种表示为DOS(磁盘操作系统)外壳屏幕的、经由键盘输入基于字符的传统用户输入环境,也即一种“CUI(字符用户接口)”转变为一种“GUI(图形用户接口)”,它实现了基于图形的用户输入。在GUI环境下,计算机系统被模拟在其中的一个桌面和很多图标都被配置在显示屏上。
在GUI内提供的桌面上,所有的将在计算机系统内进行处理如文件等的资源由一图标表示。用户可以通过用户输入装置(如鼠标等)直接施加动作(如单击、拖、放)于屏幕上的显示对象如代表一个程序、数据、文件夹及一个装置等的图标,以直观、容易理解的方式操作计算机。而且,调用各种函数的按钮,即某一时刻的计算机处理,菜单栏和工具箱等被准备,因此计算机命令输入的方式正变得越来越直观和容易理解。
介绍完GUI环境之后,现在,用户可以充分的操作计算机,即使用户没有掌握一个特定命令的名字和命令操作方法等,也不需要采用麻烦的键盘输入。而且,计算机能够根据用户对系统的意图准确的捕获用户输入。
另一方面,在日常生活中,人经常会表达一种姿势如“身体姿势”和“手势”,通过这种姿势来反映他或她自己的感情和意图。这样的姿势是从另一个人获得信息的一种方式,然而,它也可以被理解为向外界表达的一种命令。
例如,如果提供一种输入装置如手表等,用户可以没有任何不舒服感的穿戴这种装置,这种装置也能够识别用户的手势,如“握紧”、“松开”等,用户只需在散步的时候带着它,就可以向计算机自由地输入各种命令。
传统技术中有一种通过测量肌动电流图(EMG)来识别肌肉位移的技术。而且,也有人建议利用肌动电流图作为一种计算机输入方法。
但是,如果人体的肌动电流图被作为测量目标,电极应该直接与用户的皮肤相接触,这将使用户感觉不舒服,产生身体和精神上的压力。而且,根据其测量的原则,电极应该被设置在肌肉上独立的位置(如邻近上臂的相对端)。但是,这种情况下,将这种输入装置附着在人体上很麻烦,也很难以诸如手表的自然方式构成输入装置。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种良好的用户输入装置,用户能够利用他/她身体的一部分通过该装置执行输入操作。
本发明的另一个目的是提供一种良好的用户输入装置,通过将其附着在人体上能够根据用户的意图准确地执行输入操作。
本发明的另一个目的是提供一种良好的用户输入装置,该装置能够识别用户所表达的手势并能够将其捕获作为用户的输入。
本发明的另一个目的是提供一种良好的用户输入装置,该装置复杂地附着在人体上,并以像诸如手表似的自然方式构成。
本发明就是为了实现上述各目的而提出的,其第一方面是附着在人体上来使用的用户输入装置,包括:多个发射电极;多个接收电极;一个人体附着装置,用于将上述的发射电极和接收电极轮流的附着在人体的表面;一个信号发生器,用于为上述的每一发射电极提供一预定频率的波形信号;一个接收器,用于接收将在上述的每一接收电极处接收的波形信号。另外,在相邻的发射电极、接收电极和人体表面之间形成有一个等价于一个电容器的电路。
在具有如此配置的用户输入装置中,随人体表面由于用户所表达的手势而发生的变形,形成在相邻的发射电极、接收电极和人体表面之间的每一电容器的静态电容发生改变。
因此,通过利用在相邻的发射电极、接收电极和人体表面之间形成的电容器的静态电容的改变,可以以每一发射电极、每一接收电极和人体之间测量的多维矢量值的形式,测量用户所表达的手势。
所述的用户输入装置还可以进一步包括:手势记录装置,用于将手势记录为在每一发射电极、每一接收电极和人体之间测量的多维矢量值;手势识别装置,用于根据所记录的手势识别用户所表达的手势。该手势识别装置可以通过将用户作出手势时检测的多维矢量值和事先记录在上述手势记录装置中的多维矢量值进行比较和检测,来识别和标识手势。
此时,上述的人体附着装置可配置成如一个能够戴在用户手腕上的手镯。这时候,当用户作出手势如“握紧”、“松开”等等时,可以根据手腕表面的变形量来识别和标识手势。
自然,用户在离开计算机主体如键盘和散步时,只需戴着该装置就可以自由的向计算机输入各种命令。
而且,该用户输入装置还可以包括安装在其上的一个传感器,该传感器可以是如加速度传感器或倾斜传感器等,用于测量人体自身的移动特性。此时,可以同时测量用户所表达的如“握紧”、“松开”等手势以及胳膊本身的动作(扭曲,摇动)等。因此,该用户输入装置可以由一个合成的手势构造一个更复杂的指令,其中,由该手势所表达的姿势和其运动特征融为一体。
或者,上述的人体附着装置可以配置成如一个符合用户的脚底形状的可穿着的鞋底。此时,通过交替的安排发射电极和接收电极,以使得它们沿鞋底或用户的脚所接触的路面而排列,这样就可能识别出走路和平衡转化等。
或者,上述的人体附着装置可以配置成能够附着在用户脸上的眼镜框的形式。此时,通过交替的安排发射电极和接收电极,以使得它们沿眼镜框排列,这样就可以识别出脸部的变形(特别是,由眼睑和眼周围所表达出来的变化)。
另外,根据对本发明的实施例以及附图的详细说明,本发明的其它目的、特性和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是一个描述了根据本发明的一个实施例的用户输入装置附着于用户身体上的方法的视图。
图2是一个描述了测量部分10和用于处理测量部分10中的检测信号的处理部分的结构的示意性视图。
图3是一个描述了人体(手腕)插入到一个发射电极12和一个接收电极13之间的方法的视图。
图4是一个显示了用于将一个姿势记录为用户输入装置1上的其它维矢量的处理过程的流程图。
图5是一个显示了用于识别用户输入装置1上输入的姿势的处理过程的流程图。
图6是一个显示了本发明的一修改实施例的视图,其中在用户输入装置1上还安装了一个用于测量手腕本身的运动的传感器,如加速度传感器或倾斜传感器等。
具体实施方式
下面将参考附图,对根据本发明的实施例进行详细描述。
图1描述了根据本发明的一个实施例的用户输入装置1附着于用户身体上的方法。
如图所示,根据本实施例的用户输入装置1具有和手表一样的结构。用户可以在没有感觉戴上了用户输入装置1的情况下(或戴上它后没有感觉到身体和精神上的不适),很自然地戴上这种用户输入装置1。
根据图中所示例子,用户输入装置1被设置为一个包括手表体的组合部分,它包括一个手表部分5和一个测量部分10,测量部分10就像一个将手表部分5绑在用户的手腕上并且测量手腕运动的带子。
手表部分5包括一个其中以圆环型排列刻度指数的显示部分,和根据时间推移以各自速度在显示部分上转动的一个时针、一个分针和一个秒针。但是,这里将不再描述手表本身的功能,因为它并不与本发明的主题相关。
另一方面,在测量部分10上沿手腕的圆周方向上,交替排列着用于发射信号的发射电极和用于接收信号的接收电极,并且根据每一个接收电极上的接收信号的强度,就可以识别出用户是否作出了一个手势,如“握紧”和“松开”等。
图2示意性的描述了一个测量部分10和用于处理测量部分10中的检测信号检测的处理部分的结构。
如该图所示,测量部分10包括:多个沿手腕的圆周方向排列的发射电极12-1、12-2......;信号发生器11,用于提供一个预定频率(如100KHz)的交流电以发送给发射电极12-1......中的每一个;插在发射电极12-1......之间的,并通过电极间静态电容的容性耦合而从每一个发射电极12-1......接收交流电流的多个接收电极13-1、13-2......;以及一接收器14,用于执行信号处理(例如关于流过每一个接收电极13-1......的交流电流的AM调制和A/D变换)。
接收器14包括:一AM调制器,由只允许预定频带的交流电流通过的带通滤波器(BPF)14A组成;一放大器14B;一检测器14C;和一A/D转换器14D,用于将检测输出转换成数字格式的信号。处理器15对数字化转换后的检测信号进行信号处理,然后此信号被输出到外部,也就是例如一个计算机(未显示)或类似的,作为预定的用户输入信号。
如图1和图2所示,当将用户输入装置1戴到他/她的手腕上后,用户就可以使用像一个手镯并且其上交替排列有发射电极12和接收电极13的用户输入装置1。
从信号发生器11,生成了具有特定频率(例如100KHz)的波形信号。SW1包括多个模拟开关,如果一个模拟开关打开了,SW1将向手镯上相应的发射电极12提供波形信号。SW1的每一个模拟开关的开和关操作由处理器15在预定的时刻顺序地控制。更具体地,开关被扫描,以使得在特定时间点上波形信号只流经一个发射电极12。
另外,在手镯上,多个发射电极12-1、12-2......按与每一个接收电极13-1、13-2......交替安排的形式排列。
现在,如果考虑一个发射电极12和一个接收电极13的组合,则在发射电极和接收电极之间形成了等价为一个电容器的电路。从而,通过从信号发生器11提供一个预定频率的波形信号,由于根据静态电容的容性耦合,由发射电极12所生成的电场被接收电极13端所接收。
另外,如图3所示,人体(手腕)插入到发射电极12和接收电极13之间。因为人体可以看作是一个虚拟接地的地线,由发射电极所生成的电场产生的电荷移动将通过手腕流入大地。这个电荷移动依赖于电极和手腕之间的位置关系。例如,通过握紧或松开手等行为,手腕的形状可以产生微妙的变化。根据手腕形状的这种变化,在发射电极12和接收电极13之间产生的电容器的静态电容将改变。
SW2包括多个模拟开关,各个模拟开关将对应的接收电极13-1、13-2......与接收器14相连。处理器15通过被设置为与发射频率具有相同的值的带通滤波器(BPF)14A、放大器14B和检测器14C读取接收信号的A/D转换结果。
配置SW2的每个模拟开关的开和关操作在预定时刻被顺序转换控制。更具体地,对开关进行扫描,以使得在特定时间点上,接收器14只读取由一个接收电极13所产生的接收信号。
通过发射电极12-1......端的SW1和接收电极13-1......端的SW2的每一个中的开和关操作的组合,在特定情况下,只有一个发射电极和一个接收电极的组合被连接。通过在预定时刻顺序地改变这些SW1和SW2,处理器15可以在预定周期获得对发射和接收电极的所有组合(根据图2所示的例子,共4×4=16个组合)进行A/D变换得到的一个值。这样的结果,用户输入装置1可以从用户的手腕处实时地获得一个16维的值。
为了用户输入装置1可以识别实际中的手势,首先,在用户输入装置1附着在手腕上的情况下,用户执行几次如“握紧”或“松开”等的手势,然后,用户记录测量到的多维矢量的组合。换句话说,用户执行操作以记录将来希望使用的手势。然后,根据用户的输入,将从用户输入装置1处获得的矢量值与每一个记录的矢量值进行比较和检查,根据它们之间的距离来识别手势。
图4以流程图的形式,显示了一个用于将一手势记录为用户输入装置1上的其它维矢量的处理过程。
在此情况下,利用附着在用户自己的手腕上的手表型用户输入装置1,用户执行一个预期的手势(步骤S1)。
然后,在用户输入装置1端,对于发射和接收电极的所有组合,执行一个读取过程,以将检测到的多维矢量值记录到数据库中(步骤S2)。在向数据库中记录的过程中,可以将一个分配给这个手势的意图(如,计算机的一个命令或一个特定的数据值)一起记录。
另外,图5以流程图的形式,显示了用于识别用户输入装置1所输入的手势的处理过程。
开始,用户利用附着在其手上的用户输入装置1表达一个预期的手势(步骤S11)。
在用户输入装置1端,对于发射和接收电极的所有组合,执行一个读取过程(步骤S12)。
然后,用户输入装置1计算检测到的多维矢量值和已经记录在数据库中的每一个矢量值之间的距离,然后用户输入装置1选择具有最小距离的多维矢量值(步骤S13)。
如果计算出的最小距离小于一个预定门限值,则识别出具有最小距离矢量值的手势被输入(步骤S14)。将以此方式获得的识别结果输出给外部或一个连接设备,如计算机等。
另外,在分配给手势的意图(一个特定的命令和一个特定的数据值)被记录到数据库中的情况下,这可以作为用户的输入结果输出到外部。
还可以考虑将一个用于测量手腕本身的运动特性的传感器,如一个加速度传感器或一个倾斜传感器等,安装在图2所示的用户输入装置1的手镯上的实施例,参考图6。
根据装置的这种结构,可以同时测量用户表达的手势,如“握紧”或“松开”等,以及胳膊本身的运动(转动、摇动)等。因此,用户输入装置1可以通过复合手势(由手势和它的运动特性组成的姿势)设置更加复杂的指令。
用户输入装置1可以识别与简单的“握紧”手势有所区别的手势,如“转动胳膊同时握紧”。当然,它还可以根据转动胳膊的方式(转动速度和转动方向)来明显地识别手势。
前面,以被设置为与手表类似的手镯形状的用户输入装置1为例,对本发明的实施例进行了描述。但是,本发明的主题并不仅限于此。
例如,通过将多个发射电极和多个接收电极沿鞋底或路面排列,可以根据如上所述的电容器的容性耦合来测量多维值。因此,可以构造能够识别步行运动和平衡转化的用户输入装置1。
另外,通过将多个发射电极和多个接收电极沿眼镜框排列,可以根据如上所述的电容器的容性耦合来测量多维值,并且可以设置能够识别脸部变形(特别是,由眼睑和眼周围所产生的面部表情变化)的用户输入装置1。
补充
尽管本发明是参照其特定的优选实施例来描述的,但本领域的技术人员应该理解,在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下,可以对其进行形式和细节的各种修改。换言之,本发明以示例的形式被公开,而本发明并不应该被限定于此。为了确定本发明的主题,应该考虑在所附权利要求书中的范围。
工业适用性
根据本发明,可以提供一种良好的用户输入装置,用户能够利用他/她身体的一部分通过该装置执行输入操作。
另外,根据本发明,可以提供一种良好的用户输入装置,通过将其附着在人体上能够根据用户的意图准确地执行输入操作。
另外,根据本发明,可以提供一种良好的用户输入装置,该装置能够识别用户所表达的手势并能够将其捕获作为用户的输入。
另外,根据本发明,可以提供一种良好的用户输入装置,该装置复杂的附着在人体上,并以诸如手表的自然形式构成。
因为根据本发明的用户输入装置被构造得例如像一个手表,所以系统可以识别如“握紧”和“松开”等的手势,并且仅通过将用户输入装置附着在用户的手腕上,就可以将手势作为一个命令输入。并且,通过加入用于测量胳膊本身的运动的传感器(例如,一个加速度传感器),用户输入装置可以被设置以输入复杂的指令和命令。
根据本发明的用户输入装置,可以被用作一种用于可佩带计算机的输入装置(或可佩带计算机),或者一种用于向游戏机等输入命令的控制器。

Claims (8)

1.一种通过附着在人体上而使用的用户输入装置,其特征在于包括:
多个发射电极;
多个接收电极;
一人体附着装置,用于将所述发射电极和所述接收电极交替地附着在人体的表面;
一信号发生器,用于为每一个发射电极提供预定频率的波形信号;
一接收器,用于接收将被每一个接收电极所接收的波形信号,
其中一个等价于一电容器的电路形成于所述发射电极和接收电极与人体表面之间。
2.如权利要求1所述的用户输入装置,其特征在于:
形成于发射电极和接收电极与人体表面之间的电容器的静态电容,随由用户表达的手势所引起的人体表面的变形而变化。
3.如权利要求1所述的用户输入装置,其特征在于还包括:
测量装置,用于根据多维矢量值测量用户所表达的手势,其中的多维矢量值是通过利用在发射电极和接收电极与人体表面之间形成的电容器的静态电容的变化,在每个发射电极、接收电极和人体之间进行测量而得到的。
4.如权利要求1所述的用户输入装置,其特征在于还包括:
手势记录装置,用于根据多维矢量值记录手势,其中的多维矢量值是在发射电极、接收电极和人体之间进行测量而得到的;
手势识别装置,用于通过对用户表达手势时测量到的多维矢量值与先前在所述手势记录装置中记录的多维矢量值进行比较和检查,来识别一个手势。
5.如权利要求1所述的用户输入装置,其特征在于:
所述人体附着装置被配置得像一个能够附着在用户的手腕上的手镯。
6.如权利要求1所述的用户输入装置,其特征在于在其上安装了一个传感器,所述传感器例如是加速度传感器、倾斜传感器或类似的,用于测量人体本身的运动特性。
7.如权利要求1所述的用户输入装置,其特征在于:
所述人体附着装置被配置得像一个符合用户脚底形状的可穿着鞋底。
8.如权利要求1所述的用户输入装置,其特征在于:
所述人体附着装置被配置得像一个能够附着在用户脸上的眼镜框。
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