專利名稱：用戶輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用戶輸入裝置，通過該裝置，用戶向計算機(jī)輸入命令和數(shù)據(jù)等，特別的，涉及一種用戶輸入裝置，通過該裝置，用戶利用人體的一部分執(zhí)行輸入操作。
更具體的說，本發(fā)明涉及一種用戶輸入裝置，將其附著在人體上而使用，并能夠根據(jù)用戶的意圖準(zhǔn)確地執(zhí)行輸入操作，特別的，涉及一種用戶輸入裝置，能夠識別用戶表達(dá)的手勢并捕獲作為用戶的輸入。
背景技術(shù)：
根據(jù)近來的技術(shù)創(chuàng)新，一種稱為一工作站(WS)和一個人計算機(jī)(PC)的通用計算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)并投入市場，這種系統(tǒng)體積相對較小，成本較低，具有較高的附加值和較強(qiáng)的功能。這種類型的計算機(jī)系統(tǒng)在大學(xué)、其它研究機(jī)構(gòu)、商業(yè)企業(yè)、及其它辦公室、甚至家庭的日常生活已經(jīng)得到深入的普及?，F(xiàn)在，大部分的日常工作都與計算機(jī)有關(guān)，很多人整天都在觸摸鍵盤和鼠標(biāo)。
計算機(jī)系統(tǒng)通常響應(yīng)于用戶輸入的命令而被驅(qū)動，并通過在顯示屏上顯示處理的結(jié)果從而提供一種“互動”，也即一種對話處理環(huán)境。近來，計算機(jī)系統(tǒng)已從一種表示為DOS(磁盤操作系統(tǒng))外殼屏幕的、經(jīng)由鍵盤輸入基于字符的傳統(tǒng)用戶輸入環(huán)境，也即一種“CUI(字符用戶接口)”轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N“GUI(圖形用戶接口)”，它實現(xiàn)了基于圖形的用戶輸入。在GUI環(huán)境下，計算機(jī)系統(tǒng)被模擬在其中的一個桌面和很多圖標(biāo)都被配置在顯示屏上。
在GUI內(nèi)提供的桌面上，所有的將在計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行處理如文件等的資源由一圖標(biāo)表示。用戶可以通過用戶輸入裝置(如鼠標(biāo)等)直接施加動作(如單擊、拖、放)于屏幕上的顯示對象如代表一個程序、數(shù)據(jù)、文件夾及一個裝置等的圖標(biāo)，以直觀、容易理解的方式操作計算機(jī)。而且，調(diào)用各種函數(shù)的按鈕，即某一時刻的計算機(jī)處理，菜單欄和工具箱等被準(zhǔn)備，因此計算機(jī)命令輸入的方式正變得越來越直觀和容易理解。
介紹完GUI環(huán)境之后，現(xiàn)在，用戶可以充分的操作計算機(jī)，即使用戶沒有掌握一個特定命令的名字和命令操作方法等，也不需要采用麻煩的鍵盤輸入。而且，計算機(jī)能夠根據(jù)用戶對系統(tǒng)的意圖準(zhǔn)確的捕獲用戶輸入。
另一方面，在日常生活中，人經(jīng)常會表達(dá)一種姿勢如“身體姿勢”和“手勢”，通過這種姿勢來反映他或她自己的感情和意圖。這樣的姿勢是從另一個人獲得信息的一種方式，然而，它也可以被理解為向外界表達(dá)的一種命令。
例如，如果提供一種輸入裝置如手表等，用戶可以沒有任何不舒服感的穿戴這種裝置，這種裝置也能夠識別用戶的手勢，如“握緊”、“松開”等，用戶只需在散步的時候帶著它，就可以向計算機(jī)自由地輸入各種命令。
傳統(tǒng)技術(shù)中有一種通過測量肌動電流圖(EMG)來識別肌肉位移的技術(shù)。而且，也有人建議利用肌動電流圖作為一種計算機(jī)輸入方法。
但是，如果人體的肌動電流圖被作為測量目標(biāo)，電極應(yīng)該直接與用戶的皮膚相接觸，這將使用戶感覺不舒服，產(chǎn)生身體和精神上的壓力。而且，根據(jù)其測量的原則，電極應(yīng)該被設(shè)置在肌肉上獨立的位置(如鄰近上臂的相對端)。但是，這種情況下，將這種輸入裝置附著在人體上很麻煩，也很難以諸如手表的自然方式構(gòu)成輸入裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種良好的用戶輸入裝置，用戶能夠利用他/她身體的一部分通過該裝置執(zhí)行輸入操作。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種良好的用戶輸入裝置，通過將其附著在人體上能夠根據(jù)用戶的意圖準(zhǔn)確地執(zhí)行輸入操作。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種良好的用戶輸入裝置，該裝置能夠識別用戶所表達(dá)的手勢并能夠?qū)⑵洳东@作為用戶的輸入。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種良好的用戶輸入裝置，該裝置復(fù)雜地附著在人體上，并以像諸如手表似的自然方式構(gòu)成。
本發(fā)明就是為了實現(xiàn)上述各目的而提出的，其第一方面是附著在人體上來使用的用戶輸入裝置，包括多個發(fā)射電極；多個接收電極；一個人體附著裝置，用于將上述的發(fā)射電極和接收電極輪流的附著在人體的表面；一個信號發(fā)生器，用于為上述的每一發(fā)射電極提供一預(yù)定頻率的波形信號；一個接收器，用于接收將在上述的每一接收電極處接收的波形信號。另外，在相鄰的發(fā)射電極、接收電極和人體表面之間形成有一個等價于一個電容器的電路。
在具有如此配置的用戶輸入裝置中，隨人體表面由于用戶所表達(dá)的手勢而發(fā)生的變形，形成在相鄰的發(fā)射電極、接收電極和人體表面之間的每一電容器的靜態(tài)電容發(fā)生改變。
因此，通過利用在相鄰的發(fā)射電極、接收電極和人體表面之間形成的電容器的靜態(tài)電容的改變，可以以每一發(fā)射電極、每一接收電極和人體之間測量的多維矢量值的形式，測量用戶所表達(dá)的手勢。
所述的用戶輸入裝置還可以進(jìn)一步包括手勢記錄裝置，用于將手勢記錄為在每一發(fā)射電極、每一接收電極和人體之間測量的多維矢量值；手勢識別裝置，用于根據(jù)所記錄的手勢識別用戶所表達(dá)的手勢。該手勢識別裝置可以通過將用戶作出手勢時檢測的多維矢量值和事先記錄在上述手勢記錄裝置中的多維矢量值進(jìn)行比較和檢測，來識別和標(biāo)識手勢。
此時，上述的人體附著裝置可配置成如一個能夠戴在用戶手腕上的手鐲。這時候，當(dāng)用戶作出手勢如“握緊”、“松開”等等時，可以根據(jù)手腕表面的變形量來識別和標(biāo)識手勢。
自然，用戶在離開計算機(jī)主體如鍵盤和散步時，只需戴著該裝置就可以自由的向計算機(jī)輸入各種命令。
而且，該用戶輸入裝置還可以包括安裝在其上的一個傳感器，該傳感器可以是如加速度傳感器或傾斜傳感器等，用于測量人體自身的移動特性。此時，可以同時測量用戶所表達(dá)的如“握緊”、“松開”等手勢以及胳膊本身的動作(扭曲，搖動)等。因此，該用戶輸入裝置可以由一個合成的手勢構(gòu)造一個更復(fù)雜的指令，其中，由該手勢所表達(dá)的姿勢和其運動特征融為一體。
或者，上述的人體附著裝置可以配置成如一個符合用戶的腳底形狀的可穿著的鞋底。此時，通過交替的安排發(fā)射電極和接收電極，以使得它們沿鞋底或用戶的腳所接觸的路面而排列，這樣就可能識別出走路和平衡轉(zhuǎn)化等。
或者，上述的人體附著裝置可以配置成能夠附著在用戶臉上的眼鏡框的形式。此時，通過交替的安排發(fā)射電極和接收電極，以使得它們沿眼鏡框排列，這樣就可以識別出臉部的變形(特別是，由眼瞼和眼周圍所表達(dá)出來的變化)。
另外，根據(jù)對本發(fā)明的實施例以及附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它目的、特性和優(yōu)點將是顯而易見的。


圖1是一個描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用戶輸入裝置附著于用戶身體上的方法的視圖。
圖2是一個描述了測量部分10和用于處理測量部分10中的檢測信號的處理部分的結(jié)構(gòu)的示意性視圖。
圖3是一個描述了人體(手腕)插入到一個發(fā)射電極12和一個接收電極13之間的方法的視圖。
圖4是一個顯示了用于將一個姿勢記錄為用戶輸入裝置1上的其它維矢量的處理過程的流程圖。
圖5是一個顯示了用于識別用戶輸入裝置1上輸入的姿勢的處理過程的流程圖。
圖6是一個顯示了本發(fā)明的一修改實施例的視圖，其中在用戶輸入裝置1上還安裝了一個用于測量手腕本身的運動的傳感器，如加速度傳感器或傾斜傳感器等。
具體實施例方式
下面將參考附圖，對根據(jù)本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用戶輸入裝置1附著于用戶身體上的方法。
如圖所示，根據(jù)本實施例的用戶輸入裝置1具有和手表一樣的結(jié)構(gòu)。用戶可以在沒有感覺戴上了用戶輸入裝置1的情況下(或戴上它后沒有感覺到身體和精神上的不適)，很自然地戴上這種用戶輸入裝置1。
根據(jù)圖中所示例子，用戶輸入裝置1被設(shè)置為一個包括手表體的組合部分，它包括一個手表部分5和一個測量部分10，測量部分10就像一個將手表部分5綁在用戶的手腕上并且測量手腕運動的帶子。
手表部分5包括一個其中以圓環(huán)型排列刻度指數(shù)的顯示部分，和根據(jù)時間推移以各自速度在顯示部分上轉(zhuǎn)動的一個時針、一個分針和一個秒針。但是，這里將不再描述手表本身的功能，因為它并不與本發(fā)明的主題相關(guān)。
另一方面，在測量部分10上沿手腕的圓周方向上，交替排列著用于發(fā)射信號的發(fā)射電極和用于接收信號的接收電極，并且根據(jù)每一個接收電極上的接收信號的強(qiáng)度，就可以識別出用戶是否作出了一個手勢，如“握緊”和“松開”等。
圖2示意性的描述了一個測量部分10和用于處理測量部分10中的檢測信號檢測的處理部分的結(jié)構(gòu)。
如該圖所示，測量部分10包括多個沿手腕的圓周方向排列的發(fā)射電極12-1、12-2......；信號發(fā)生器11，用于提供一個預(yù)定頻率(如100KHz)的交流電以發(fā)送給發(fā)射電極12-1......中的每一個；插在發(fā)射電極12-1......之間的，并通過電極間靜態(tài)電容的容性耦合而從每一個發(fā)射電極12-1......接收交流電流的多個接收電極13-1、13-2......；以及一接收器14，用于執(zhí)行信號處理(例如關(guān)于流過每一個接收電極13-1......的交流電流的AM調(diào)制和A/D變換)。
接收器14包括一AM調(diào)制器，由只允許預(yù)定頻帶的交流電流通過的帶通濾波器(BPF)14A組成；一放大器14B；一檢測器14C；和一A/D轉(zhuǎn)換器14D，用于將檢測輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式的信號。處理器15對數(shù)字化轉(zhuǎn)換后的檢測信號進(jìn)行信號處理，然后此信號被輸出到外部，也就是例如一個計算機(jī)(未顯示)或類似的，作為預(yù)定的用戶輸入信號。
如圖1和圖2所示，當(dāng)將用戶輸入裝置1戴到他/她的手腕上后，用戶就可以使用像一個手鐲并且其上交替排列有發(fā)射電極12和接收電極13的用戶輸入裝置1。
從信號發(fā)生器11，生成了具有特定頻率(例如100KHz)的波形信號。SW1包括多個模擬開關(guān)，如果一個模擬開關(guān)打開了，SW1將向手鐲上相應(yīng)的發(fā)射電極12提供波形信號。SW1的每一個模擬開關(guān)的開和關(guān)操作由處理器15在預(yù)定的時刻順序地控制。更具體地，開關(guān)被掃描，以使得在特定時間點上波形信號只流經(jīng)一個發(fā)射電極12。
另外，在手鐲上，多個發(fā)射電極12-1、12-2......按與每一個接收電極13-1、13-2......交替安排的形式排列。
現(xiàn)在，如果考慮一個發(fā)射電極12和一個接收電極13的組合，則在發(fā)射電極和接收電極之間形成了等價為一個電容器的電路。從而，通過從信號發(fā)生器11提供一個預(yù)定頻率的波形信號，由于根據(jù)靜態(tài)電容的容性耦合，由發(fā)射電極12所生成的電場被接收電極13端所接收。
另外，如圖3所示，人體(手腕)插入到發(fā)射電極12和接收電極13之間。因為人體可以看作是一個虛擬接地的地線，由發(fā)射電極所生成的電場產(chǎn)生的電荷移動將通過手腕流入大地。這個電荷移動依賴于電極和手腕之間的位置關(guān)系。例如，通過握緊或松開手等行為，手腕的形狀可以產(chǎn)生微妙的變化。根據(jù)手腕形狀的這種變化，在發(fā)射電極12和接收電極13之間產(chǎn)生的電容器的靜態(tài)電容將改變。
SW2包括多個模擬開關(guān)，各個模擬開關(guān)將對應(yīng)的接收電極13-1、13-2......與接收器14相連。處理器15通過被設(shè)置為與發(fā)射頻率具有相同的值的帶通濾波器(BPF)14A、放大器14B和檢測器14C讀取接收信號的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。
配置SW2的每個模擬開關(guān)的開和關(guān)操作在預(yù)定時刻被順序轉(zhuǎn)換控制。更具體地，對開關(guān)進(jìn)行掃描，以使得在特定時間點上，接收器14只讀取由一個接收電極13所產(chǎn)生的接收信號。
通過發(fā)射電極12-1......端的SW1和接收電極13-1......端的SW2的每一個中的開和關(guān)操作的組合，在特定情況下，只有一個發(fā)射電極和一個接收電極的組合被連接。通過在預(yù)定時刻順序地改變這些SW1和SW2，處理器15可以在預(yù)定周期獲得對發(fā)射和接收電極的所有組合(根據(jù)圖2所示的例子，共4×4＝16個組合)進(jìn)行A/D變換得到的一個值。這樣的結(jié)果，用戶輸入裝置1可以從用戶的手腕處實時地獲得一個16維的值。
為了用戶輸入裝置1可以識別實際中的手勢，首先，在用戶輸入裝置1附著在手腕上的情況下，用戶執(zhí)行幾次如“握緊”或“松開”等的手勢，然后，用戶記錄測量到的多維矢量的組合。換句話說，用戶執(zhí)行操作以記錄將來希望使用的手勢。然后，根據(jù)用戶的輸入，將從用戶輸入裝置1處獲得的矢量值與每一個記錄的矢量值進(jìn)行比較和檢查，根據(jù)它們之間的距離來識別手勢。
圖4以流程圖的形式，顯示了一個用于將一手勢記錄為用戶輸入裝置1上的其它維矢量的處理過程。
在此情況下，利用附著在用戶自己的手腕上的手表型用戶輸入裝置1，用戶執(zhí)行一個預(yù)期的手勢(步驟S1)。
然后，在用戶輸入裝置1端，對于發(fā)射和接收電極的所有組合，執(zhí)行一個讀取過程，以將檢測到的多維矢量值記錄到數(shù)據(jù)庫中(步驟S2)。在向數(shù)據(jù)庫中記錄的過程中，可以將一個分配給這個手勢的意圖(如，計算機(jī)的一個命令或一個特定的數(shù)據(jù)值)一起記錄。
另外，圖5以流程圖的形式，顯示了用于識別用戶輸入裝置1所輸入的手勢的處理過程。
開始，用戶利用附著在其手上的用戶輸入裝置1表達(dá)一個預(yù)期的手勢(步驟S11)。
在用戶輸入裝置1端，對于發(fā)射和接收電極的所有組合，執(zhí)行一個讀取過程(步驟S12)。
然后，用戶輸入裝置1計算檢測到的多維矢量值和已經(jīng)記錄在數(shù)據(jù)庫中的每一個矢量值之間的距離，然后用戶輸入裝置1選擇具有最小距離的多維矢量值(步驟S13)。
如果計算出的最小距離小于一個預(yù)定門限值，則識別出具有最小距離矢量值的手勢被輸入(步驟S14)。將以此方式獲得的識別結(jié)果輸出給外部或一個連接設(shè)備，如計算機(jī)等。
另外，在分配給手勢的意圖(一個特定的命令和一個特定的數(shù)據(jù)值)被記錄到數(shù)據(jù)庫中的情況下，這可以作為用戶的輸入結(jié)果輸出到外部。
還可以考慮將一個用于測量手腕本身的運動特性的傳感器，如一個加速度傳感器或一個傾斜傳感器等，安裝在圖2所示的用戶輸入裝置1的手鐲上的實施例，參考圖6。
根據(jù)裝置的這種結(jié)構(gòu)，可以同時測量用戶表達(dá)的手勢，如“握緊”或“松開”等，以及胳膊本身的運動(轉(zhuǎn)動、搖動)等。因此，用戶輸入裝置1可以通過復(fù)合手勢(由手勢和它的運動特性組成的姿勢)設(shè)置更加復(fù)雜的指令。
用戶輸入裝置1可以識別與簡單的“握緊”手勢有所區(qū)別的手勢，如“轉(zhuǎn)動胳膊同時握緊”。當(dāng)然，它還可以根據(jù)轉(zhuǎn)動胳膊的方式(轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向)來明顯地識別手勢。
前面，以被設(shè)置為與手表類似的手鐲形狀的用戶輸入裝置1為例，對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了描述。但是，本發(fā)明的主題并不僅限于此。
例如，通過將多個發(fā)射電極和多個接收電極沿鞋底或路面排列，可以根據(jù)如上所述的電容器的容性耦合來測量多維值。因此，可以構(gòu)造能夠識別步行運動和平衡轉(zhuǎn)化的用戶輸入裝置1。
另外，通過將多個發(fā)射電極和多個接收電極沿眼鏡框排列，可以根據(jù)如上所述的電容器的容性耦合來測量多維值，并且可以設(shè)置能夠識別臉部變形(特別是，由眼瞼和眼周圍所產(chǎn)生的面部表情變化)的用戶輸入裝置1。
補(bǔ)充盡管本發(fā)明是參照其特定的優(yōu)選實施例來描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的各種修改。換言之，本發(fā)明以示例的形式被公開，而本發(fā)明并不應(yīng)該被限定于此。為了確定本發(fā)明的主題，應(yīng)該考慮在所附權(quán)利要求書中的范圍。
工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種良好的用戶輸入裝置，用戶能夠利用他/她身體的一部分通過該裝置執(zhí)行輸入操作。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種良好的用戶輸入裝置，通過將其附著在人體上能夠根據(jù)用戶的意圖準(zhǔn)確地執(zhí)行輸入操作。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種良好的用戶輸入裝置，該裝置能夠識別用戶所表達(dá)的手勢并能夠?qū)⑵洳东@作為用戶的輸入。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種良好的用戶輸入裝置，該裝置復(fù)雜的附著在人體上，并以諸如手表的自然形式構(gòu)成。
因為根據(jù)本發(fā)明的用戶輸入裝置被構(gòu)造得例如像一個手表，所以系統(tǒng)可以識別如“握緊”和“松開”等的手勢，并且僅通過將用戶輸入裝置附著在用戶的手腕上，就可以將手勢作為一個命令輸入。并且，通過加入用于測量胳膊本身的運動的傳感器(例如，一個加速度傳感器)，用戶輸入裝置可以被設(shè)置以輸入復(fù)雜的指令和命令。
根據(jù)本發(fā)明的用戶輸入裝置，可以被用作一種用于可佩帶計算機(jī)的輸入裝置(或可佩帶計算機(jī))，或者一種用于向游戲機(jī)等輸入命令的控制器。
權(quán)利要求
1.一種通過附著在人體上而使用的用戶輸入裝置，其特征在于包括多個發(fā)射電極；多個接收電極；一人體附著裝置，用于將所述發(fā)射電極和所述接收電極交替地附著在人體的表面；一信號發(fā)生器，用于為每一個發(fā)射電極提供預(yù)定頻率的波形信號；一接收器，用于接收將被每一個接收電極所接收的波形信號，其中一個等價于一電容器的電路形成于所述發(fā)射電極和接收電極與人體表面之間。
2.如權(quán)利要求1所述的用戶輸入裝置，其特征在于形成于發(fā)射電極和接收電極與人體表面之間的電容器的靜態(tài)電容，隨由用戶表達(dá)的手勢所引起的人體表面的變形而變化。
3.如權(quán)利要求1所述的用戶輸入裝置，其特征在于還包括測量裝置，用于根據(jù)多維矢量值測量用戶所表達(dá)的手勢，其中的多維矢量值是通過利用在發(fā)射電極和接收電極與人體表面之間形成的電容器的靜態(tài)電容的變化，在每個發(fā)射電極、接收電極和人體之間進(jìn)行測量而得到的。
4.如權(quán)利要求1所述的用戶輸入裝置，其特征在于還包括手勢記錄裝置，用于根據(jù)多維矢量值記錄手勢，其中的多維矢量值是在發(fā)射電極、接收電極和人體之間進(jìn)行測量而得到的；手勢識別裝置，用于通過對用戶表達(dá)手勢時測量到的多維矢量值與先前在所述手勢記錄裝置中記錄的多維矢量值進(jìn)行比較和檢查，來識別一個手勢。
5.如權(quán)利要求1所述的用戶輸入裝置，其特征在于所述人體附著裝置被配置得像一個能夠附著在用戶的手腕上的手鐲。
6.如權(quán)利要求1所述的用戶輸入裝置，其特征在于在其上安裝了一個傳感器，所述傳感器例如是加速度傳感器、傾斜傳感器或類似的，用于測量人體本身的運動特性。
7.如權(quán)利要求1所述的用戶輸入裝置，其特征在于所述人體附著裝置被配置得像一個符合用戶腳底形狀的可穿著鞋底。
8.如權(quán)利要求1所述的用戶輸入裝置，其特征在于所述人體附著裝置被配置得像一個能夠附著在用戶臉上的眼鏡框。
全文摘要
一種用戶輸入裝置被設(shè)置得像一個手表。用戶將所述輸入裝置附著在他/她的手腕上，如“握緊”和“松開”的手勢可被一系統(tǒng)識別，并且被輸入作為一個命令。另外，通過在該裝置中加入一個用于測量用戶胳膊的運動的加速度傳感器，還可以輸入更復(fù)雜的指令/命令。該裝置可被用作一種用于可佩帶的計算機(jī)的輸入裝置，或者作為一種用于向游戲機(jī)等輸入命令的控制器。
文檔編號G06F3/01GK1531676SQ0281061
公開日2004年9月22日 申請日期2002年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者暦木純一, 木純一 申請人:索尼公司