用于傳感器系統(tǒng)的自動(dòng)手勢(shì)辨認(rèn)的制作方法
【專利說明】用于傳感器系統(tǒng)的自動(dòng)手勢(shì)辨認(rèn)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)案主張2012年8月16日申請(qǐng)的第61/684，039號(hào)美國臨時(shí)專利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)，所述臨時(shí)專利申請(qǐng)案的全文以引用的方式如同在本文中完全陳述般并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于傳感器系統(tǒng)的方法及系統(tǒng)，且特定來說，本發(fā)明涉及用于此類系統(tǒng)的自動(dòng)手勢(shì)辨認(rèn)。更特定來說，本發(fā)明涉及一種不因手勢(shì)的轉(zhuǎn)化及/或調(diào)整而變動(dòng)且用于手/手指與傳感器系統(tǒng)之間的相對(duì)較大距離的手勢(shì)辨認(rèn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]用于手勢(shì)的無觸式檢測及辨認(rèn)的系統(tǒng)是已知的。此類系統(tǒng)可基于電容式(例如表面電容式、投射電容式、互電容式或自電容式)、紅外線、光學(xué)成像、擴(kuò)散信號(hào)、超聲波或音波脈沖辨認(rèn)傳感器技術(shù)。
[0005]可(例如)通過產(chǎn)生交變電場且測量所述電場內(nèi)的傳感器電極處所獲得的電勢(shì)差(即，電壓)而實(shí)現(xiàn)電容式傳感器系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)施方案，可使用單一電極，或可使用發(fā)射電極及一或多個(gè)接收電極。(若干)傳感器電極處的電壓為傳感器電極與其電環(huán)境之間的電容的量度。即，所述電壓受如人的手指或手等物體(特定來說，其可在由電極布置提供的檢測空間內(nèi)執(zhí)行手勢(shì))影響。此外，可從此電壓推斷(例如)手指的距離或所述手勢(shì)。此信息可用于人機(jī)接口。
[0006]就三維定位系統(tǒng)來說，手勢(shì)檢測的易懂且最高水平的方法是采用x/y位置估計(jì)值作為到自動(dòng)手勢(shì)辨認(rèn)系統(tǒng)的輸入且將z軸距離用于開始/停止準(zhǔn)則。由于位置估計(jì)值為其中處理傳感器數(shù)據(jù)的一或多個(gè)階段的結(jié)果(校準(zhǔn)、經(jīng)校準(zhǔn)傳感器值與距離的非線性關(guān)系，位置為距離的三角函數(shù))且每一階段引入額外不確定性，所以使用x/y/z估計(jì)值會(huì)比使用來自較早處理階段的數(shù)據(jù)更易出錯(cuò)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]結(jié)合以下描述及附圖考慮時(shí)將更好地了解及理解本發(fā)明的這些及其它方面。然而，應(yīng)了解:盡管以下詳細(xì)描述指示本發(fā)明的各種實(shí)施例及其許多特定細(xì)節(jié)，但其僅具說明性而非限制性?？稍诓槐畴x本發(fā)明的精神的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行許多取代、修改、添加及/或重新布置，且本發(fā)明包含所有此類取代、修改、添加及/或重新布置。
[0008]根據(jù)實(shí)施例的一種用于手勢(shì)辨認(rèn)的方法包含:使用相關(guān)聯(lián)的多個(gè)檢測傳感器來檢測一或多個(gè)手勢(shì)相關(guān)信號(hào)；及使用自動(dòng)辨認(rèn)技術(shù)來評(píng)估從所述一或多個(gè)手勢(shì)相關(guān)信號(hào)檢測的手勢(shì)以確定所述手勢(shì)是否對(duì)應(yīng)于預(yù)定組的手勢(shì)中的一者。在一些實(shí)施例中，如果目標(biāo)物體與至少一個(gè)傳感器之間的距離減小及目標(biāo)物體與至少一個(gè)傳感器之間的距離增大，且預(yù)定多個(gè)信號(hào)樣本內(nèi)的短期變異數(shù)或等效量度小于閾值，那么確定所述手勢(shì)已開始。在一些實(shí)施例中，如果在給定時(shí)間處目標(biāo)物體與所有傳感器之間的距離減小，及/或預(yù)定多個(gè)信號(hào)樣本內(nèi)的短期變異數(shù)或等效量度小于閾值，及/或在所述給定時(shí)間之后信號(hào)變化量小于預(yù)定多個(gè)信號(hào)樣本的預(yù)定閾值，那么確定所述手勢(shì)已停止。
[0009]在一些實(shí)施例中，每一手勢(shì)由一或多個(gè)隱藏式馬爾可夫模型(HMM)表示。在一些實(shí)施例中，評(píng)估手勢(shì)包含:評(píng)估一或多個(gè)HMM的概率量度。在一些實(shí)施例中，與HMM的觀測矩陣相關(guān)聯(lián)的特征為非量化或量化傳感器信號(hào)電平、x/y/z位置、距離、方向、方位、角度及/或這些特征相對(duì)于時(shí)間的一階、二階或二階以上導(dǎo)數(shù)，或其任何組合。在一些實(shí)施例中，所述特征為量化為兩個(gè)量化電平的傳感器信號(hào)電平的一階導(dǎo)數(shù)。
[0010]根據(jù)實(shí)施例的一種用于手勢(shì)辨認(rèn)的系統(tǒng)包含:傳感器布置，其用于使用相關(guān)聯(lián)的多個(gè)檢測傳感器來檢測一或多個(gè)手勢(shì)相關(guān)信號(hào)；及模塊，其用于使用自動(dòng)辨認(rèn)技術(shù)來評(píng)估從所述一或多個(gè)手勢(shì)相關(guān)信號(hào)檢測的手勢(shì)以確定所述手勢(shì)是否對(duì)應(yīng)于預(yù)定組的手勢(shì)中的一者O
[0011]在一些實(shí)施例中，如果目標(biāo)物體與至少一個(gè)傳感器之間的距離減小及目標(biāo)物體與至少一個(gè)傳感器之間的距離增大，且預(yù)定多個(gè)信號(hào)樣本內(nèi)的短期變異數(shù)或等效量度小于閾值，那么確定手勢(shì)已開始。在一些實(shí)施例中，如果在給定時(shí)間處目標(biāo)物體與所有傳感器之間的距離減小，及/或預(yù)定多個(gè)信號(hào)樣本內(nèi)的短期變異數(shù)或等效量度小于閾值，及/或在所述給定時(shí)間之后信號(hào)變化量小于預(yù)定多個(gè)信號(hào)樣本的預(yù)定閾值，那么確定手勢(shì)已停止。
[0012]根據(jù)實(shí)施例的一種計(jì)算機(jī)可讀媒體包含一或多個(gè)非暫時(shí)性機(jī)器可讀程序指令以用于:使用多個(gè)檢測傳感器來接收一或多個(gè)手勢(shì)相關(guān)信號(hào)；及使用自動(dòng)辨認(rèn)技術(shù)來評(píng)估從所述一或多個(gè)手勢(shì)相關(guān)信號(hào)檢測的手勢(shì)以確定所述手勢(shì)是否對(duì)應(yīng)于預(yù)定組的手勢(shì)中的一者。
[0013]在一些實(shí)施例中，如果目標(biāo)物體與至少一個(gè)傳感器之間的距離減小及目標(biāo)物體與至少一個(gè)傳感器之間的距離增大，且預(yù)定多個(gè)信號(hào)樣本內(nèi)的短期變異數(shù)或等效量度小于閾值，那么確定手勢(shì)已開始。在一些實(shí)施例中，如果在給定時(shí)間處目標(biāo)物體與所有傳感器之間的距離減小，及/或預(yù)定多個(gè)信號(hào)樣本內(nèi)的短期變異數(shù)或等效量度小于閾值，及/或在所述給定時(shí)間之后信號(hào)變化量小于預(yù)定多個(gè)信號(hào)樣本的預(yù)定閾值，那么確定所述手勢(shì)已停止。
【附圖說明】
[0014]包含構(gòu)成本說明書的一部分的附圖以描繪本發(fā)明的某些方面。應(yīng)注意，圖式中所說明的特征未必按比例繪制?？赏ㄟ^參考結(jié)合附圖的以下描述而獲取對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)的更完全理解，附圖中相同參考數(shù)字指示相同特征，且其中:
[0015]圖1為示意性說明包含示范性電容式感測系統(tǒng)的鍵盤的圖式。
[0016]圖2為說明示范性電容式感測系統(tǒng)的電極布局的圖式。
[0017]圖3說明手指到電極的距離與電極信號(hào)的測量值之間的關(guān)系。
[0018]圖4說明示范性經(jīng)界定手勢(shì)。
[0019]圖5A說明檢查手勢(shì)的示范性隱藏式馬爾可夫模型觀測概率矩陣。
[0020]圖5B說明示范性檢查手勢(shì)。
[0021]圖6A說明開始事件的示范性確定。
[0022]圖6B說明示范性順時(shí)針圓形手勢(shì)。
[0023]圖7說明示范性停止準(zhǔn)則。
[0024]圖8說明示范性線性及圓形隱藏式馬爾可夫模型的狀態(tài)圖及狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣。
[0025]圖9說明示范性線性及圓形隱藏式馬爾可夫模型的初始狀態(tài)分布及轉(zhuǎn)移矩陣。
[0026]圖10為說明根據(jù)實(shí)施例的過程流程的流程圖。
[0027]圖11說明示范性圓形手勢(shì)及所得特征向量。
[0028]圖12說明根據(jù)實(shí)施例的手勢(shì)辨認(rèn)的示范性測試結(jié)果。
[0029]圖13說明根據(jù)實(shí)施例的示范性系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]參考附圖中所說明及以下描述中所詳述的示范性及因此非限制性實(shí)施例而更完全地解釋本發(fā)明及其各種特征及有利細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)了解:盡管詳細(xì)描述及特定實(shí)例指示優(yōu)選實(shí)施例，但其僅具說明性而非限制性?？墒÷砸阎幊碳夹g(shù)、計(jì)算機(jī)軟件、硬件、操作平臺(tái)及協(xié)議的描述以免不必要地使本發(fā)明的細(xì)節(jié)不清楚。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將從本發(fā)明明白基本發(fā)明概念的精神及/或范圍內(nèi)的各種取代、修改、添加及/或重新布置。
[0031]根據(jù)實(shí)施例，系統(tǒng)具有對(duì)在具有兩個(gè)或兩個(gè)以上傳感器電極的傳感器系統(tǒng)前方執(zhí)行的預(yù)定義手勢(shì)的可靠自動(dòng)辨認(rèn)以提供所述手勢(shì)的測量數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)施例，所述辨認(rèn)不因所述手勢(shì)的轉(zhuǎn)化及/或調(diào)整而變動(dòng)且用于手指/手與相應(yīng)傳感器系統(tǒng)之間的大范圍的z軸距離。根據(jù)各種實(shí)施例，可提供用于手勢(shì)辨認(rèn)的具有改進(jìn)的特征提取及手勢(shì)檢測的隱藏式馬爾可夫辨認(rèn)器。
[0032]盡管為方便起見，在電容式傳感器系統(tǒng)的上下文中描述實(shí)施例，但可采用可提供距離或深度信息的任何合適的傳感器系統(tǒng)。此外，盡管在三維(x/y/z)傳感器系統(tǒng)的上下文中描述實(shí)施例，但用于手勢(shì)辨認(rèn)的所提出的方法也適用于二維傳感器系統(tǒng)(z = O)。合適的傳感器系統(tǒng)的實(shí)例包含(但不限于)那些基于電阻式、電容式(例如表面電容式、投射電容式、互電容式或自電容式)、表面聲波、紅外線、光學(xué)或視頻成像、一或多個(gè)光二極管、擴(kuò)散信號(hào)、超聲波及音波脈沖辨認(rèn)傳感器技術(shù)的傳感器系統(tǒng)。因此，圖式僅具示范性。
[0033]現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖式且尤其關(guān)注圖1，由參考數(shù)字100展示及大體上識(shí)別傳感器配置。更特定來說，圖1說明具有內(nèi)建傳感器系統(tǒng)(例如電容式傳感器系統(tǒng))的PC鍵盤103上方的用戶輸入物體(例如人的手指102)。區(qū)域104a到104d識(shí)別鍵下方的傳感器電極的位置。手指102與矩形區(qū)域104a到104d之間的線106指示從指尖到傳感器電極的最短路徑。在x/y維度中由區(qū)域104a到104d限定的矩形區(qū)域107被標(biāo)示為“作用區(qū)域”，且作用區(qū)域108上方的立方形空間被標(biāo)示為“作用空間”。
[0034]應(yīng)注意:盡管實(shí)施例被說明為嵌入在獨(dú)立鍵盤中的傳感器系統(tǒng)，但可采用具有與電子裝置相關(guān)聯(lián)的傳感器系統(tǒng)的實(shí)施例，所述電子裝置本身為用戶接口或包括用戶接口，例如移動(dòng)電話、mp3播放器、PDA、平板計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程控制、無線電設(shè)備、計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、觸敏顯示器及電視機(jī)。用戶輸入物體可為如觸控筆(例如小的筆形儀器)或數(shù)字筆等任何事物。就此來說，用戶輸入物體也可為用戶的手或手指。
[0035]圖2說明更詳細(xì)地展示傳感器系統(tǒng)的其中已移除一些鍵的鍵盤103。特定來說，圖中展示承載具有底部電極(EB) 104a、左側(cè)電極(EL)104d、頂部電極(ET) 104c及右側(cè)電極(ER) 104b的傳感器系統(tǒng)的下伏印刷電路板。
[0036]圖3定性地展示作為傳感器電極與指尖之間的距離(水平軸)的函數(shù)的傳感器的測量值的量值(垂直軸)。距離越大，則測量值越小。對(duì)于本發(fā)明的等效實(shí)施