專利名稱：定位指針位置的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子領(lǐng)域，特別是涉及ー種定位指針位置的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，市場上絕大部分鼠標(biāo)都依靠光學(xué)傳感器或激光傳感器實現(xiàn)光標(biāo)定位，這種鼠標(biāo)需要放置在桌面或其他平面上，再由操作者移動鼠標(biāo)，由此來操控指針。而隨著大屏幕顯示設(shè)備的普及，電視機、機頂盒等產(chǎn)品的三網(wǎng)融合，電視機和機頂盒等將搭載更多的互動內(nèi)容，此時用戶對操控指針的方式提出了更高的要求，希望操控方式能更便捷更自由，常要求不再借助桌面或其他平面，而是直接在三維空間中自由移動控制器來定位鼠標(biāo)光標(biāo)。如在三維空間中上下移動控制器實現(xiàn)光標(biāo)的上下移動、左右移動控制器實現(xiàn)光標(biāo)的左右移動，如此使得對鼠標(biāo)所控制的指針的定位也提出了更新的要求。為此，諸多研究人員開始研究出一些慣性傳感器光標(biāo)控制裝置，例如，專利號為5898421的美國專利文獻“Gyroscopic pointer and method”提出了用X、Y兩軸陀螺儀來構(gòu)建空間指示器，但該裝置僅采用陀螺儀，無法偵測用戶手持裝置時該裝置在用戶手中發(fā)生的偏轉(zhuǎn)，而且也容易產(chǎn)生累計誤差。又例如，專利號為2008291163A1的美國專利文獻“3D Pointing Devices with Orientation Compensation and Improved Usability”及專利號為 2009326857A1 的美國專利文獻“Hand Held Pointing Device With RollCompensation”都提出了用陀螺儀和加速度計的架構(gòu)來構(gòu)建空中指向定位器。其中X、Y、Z三軸加速度計用于測量定位器沿3個軸向的重力加速度值，并通過上述加速度值計算定位器的姿態(tài)。由陀螺儀測量到的角速度計算定位器在自身坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)動并根據(jù)姿態(tài)對定位器的轉(zhuǎn)動進行傾斜補償。然而，前述兩專利文獻對于傾斜校正單純采用加速度計，在定位器靜止或者小幅度運動時效果良好，但如果用戶手持定位器時發(fā)生較大幅度的運動，尤其當(dāng)用戶手持此裝置進行游戲互動過程中，此時，手部運動將產(chǎn)生運動加速度，使得由三軸加速度傳感器測量到的加速度值引入除重力加速度以外的運動加速度信號，且此加速度幅度比重力加速度幅度更大，采用前述兩種專利文獻所述的校正方式就會產(chǎn)生較大的偏差，從而造成光標(biāo)偏移不受控制。另ー方面，利用姿態(tài)傾斜角來補償定位器轉(zhuǎn)動的方式，也容易使得指針在移動定位的過程中造成一定的累積誤差，使得光標(biāo)與定位器的指向發(fā)生偏離。對于此類慣性傳感器光標(biāo)控制裝置來說，由于用戶在空中而非桌面上來移動控制裝置進行光標(biāo)定位，光標(biāo)控制裝置的自身坐標(biāo)系相對于顯示光標(biāo)的屏幕所在的坐標(biāo)系有偏差，因此，如何實時準(zhǔn)確地估計出光標(biāo)控制裝置在空間中的姿態(tài)，并將姿態(tài)變化準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換成光標(biāo)指針位置的移動信息，使用戶對該類慣性傳感器定位的輸入裝置有良好的體驗，是本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切需要解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供ー種定位指針位置的方法及系統(tǒng)，以實現(xiàn)對指針的精確定位。
為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供ー種定位指針位置的方法，其至少包括步驟:I)基于控制指針的手控裝置在第一坐標(biāo)系下的三軸加速度、三軸角速度和轉(zhuǎn)動半徑來估計所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)；2)基于所估計的姿態(tài)的變化來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)角度，并基于所述旋轉(zhuǎn)角度來確定所述指針的位置移動信息。本發(fā)明還提供ー種定位指針位置的定位系統(tǒng)，其至少包括:姿態(tài)確定模塊，用于基于控制指針的手控裝置在第一坐標(biāo)系下的三軸加速度、三軸角速度和轉(zhuǎn)動半徑來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)；指針位置計算模塊，用于基于所確定的姿態(tài)的變化來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)角度，并基于所述旋轉(zhuǎn)角度來確定所述指針的位置移動信息。如上所述，本發(fā)明的定位指針位置的方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果:可實現(xiàn)對由脫離桌面的手控裝置所控制的指針進行精確定位。


圖1顯示為本發(fā)明的定位指針位置的方法的一種優(yōu)選流程圖。

圖2顯示為手控裝置及第一坐標(biāo)系的示意圖。圖3顯示為第二坐標(biāo)系及姿態(tài)角0、爐、Y示意圖。圖4顯示為本發(fā)明的定位指針位置的方法的另ー種優(yōu)選流程圖。圖5顯示為本發(fā)明的定位指針位置的定位系統(tǒng)的ー種優(yōu)選示意圖。圖6顯示為本發(fā)明的定位指針位置的定位系統(tǒng)的另一種優(yōu)選示意圖。元件標(biāo)號說明I定位系統(tǒng)11姿態(tài)確定模塊111第一確定模塊112第二確定模塊113第三確定模塊114第四確定模塊12指針位置計算模塊S1、S2、S11_S14 步驟
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖1至圖6。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為ー種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。如圖1所示，本發(fā)明提供ー種定位指針位置的方法。其中，根據(jù)本發(fā)明的方法，主要通過定位系統(tǒng)來完成，該定位系統(tǒng)包括但不限于安裝在智能設(shè)備中、且能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明方案的諸如應(yīng)用模塊、操作系統(tǒng)、處理控制器等的系統(tǒng)。其中，該智能設(shè)備包括但不限干:定位指針的手控裝置或計算機設(shè)備等。所述手控裝置包括基于操作者的操控來控制所述指針的顯示位置的裝置，優(yōu)選地，包括但不限干:鼠標(biāo)、遙控器、游戲手柄等。該計算機設(shè)備包括但不限于:個人計算機、智能電視、機頂盒等。其中，所述指針包括顯示于諸如計算機的顯示屏或電視機等顯示設(shè)備上的指針或光標(biāo)等。在步驟SI中，所述定位系統(tǒng)基于控制指針的手控裝置在第一坐標(biāo)系下的三軸加速度、三軸角速度和轉(zhuǎn)動半徑來估計所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)。其中，所述第一坐標(biāo)系是根據(jù)手控裝置自身上下左右前后方向所建立的坐標(biāo)系。例如，如圖2所示，以圖示的手控裝置的操控面的左右方向為第一坐標(biāo)系的X軸、操控面的前后方向為第一坐標(biāo)系的Y軸、手控裝置的上下高度方向為Z軸,其中,右方向為X軸正方向、左方向為X軸負方向、前方向為Y軸正方向、后方向為Y軸負方向、上方向為Z軸正方向、下方向為Z軸負方向。其中，所述第二坐標(biāo)系是根據(jù)顯示設(shè)備所放置的地球系統(tǒng)建立的坐標(biāo)系，例如，如圖3所示，以顯示指針的顯示設(shè)備120的顯示屏122垂直于地球表面放置時，所述顯示設(shè)備的寬度方向為第二坐標(biāo)系的X軸、高度方向為Y軸。其中，所述手控裝置在第一坐標(biāo)系下的三軸加速度由設(shè)置在所述手控裝置內(nèi)的三軸加速度計感測自身所屬的第一坐標(biāo)系的X方向、Y方向、Z方向的加速度獲得，所述手控裝置在第一坐標(biāo)系下的角速度由設(shè)置在所述手控裝置內(nèi)的三軸陀螺儀感測自身所屬的第一坐標(biāo)系的X方向、Y方向、Z方向的角速度獲得。其中，基于手控裝置進行指向操作的運動特點，可以預(yù)先對所述手控裝置的轉(zhuǎn)動半徑r建立特定的操作模型。例如，ー種操作模型為:轉(zhuǎn)動半徑為感測三軸加速度的感測模塊至操作手控裝置的手腕之間的距離。所述定位系統(tǒng)確定所述轉(zhuǎn)動半徑r的確定方式基于預(yù)定操作模型來確定,例如，若預(yù)定操作模型為:轉(zhuǎn)動半徑為感測三軸加速的感測模塊至操作手控裝置的手腕之間的距離，則所述定位系統(tǒng)將用戶輸入或其他設(shè)備提供的感測三軸加速度的感測模塊至操作手控裝置的手腕之間的距離作為轉(zhuǎn)動半徑r ;又例如，若預(yù)定操作模型為轉(zhuǎn)動半徑r與相關(guān)參數(shù)的函數(shù)，則所述定位系統(tǒng)基于用戶輸入的相關(guān)參數(shù)值來計算轉(zhuǎn)動半徑r。其中，所述手控裝置的姿態(tài)通常以角度，例如，俯仰角0、滾動角爐及偏航角Y，來表示，如圖3所示。優(yōu)選地，所述定位系統(tǒng)直接基于控制指針的手控裝置當(dāng)前時刻在第一坐標(biāo)系下的三軸加速度、三軸角速度、以及轉(zhuǎn)動半徑來估計所述手控裝置當(dāng)前時刻在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)。接著，在步驟S12中，所述定位系統(tǒng)基于所估計的姿態(tài)的變化來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)角度，并基于所述旋轉(zhuǎn)角度來確定所述指針的位置移動信息。具體地，所述定位系統(tǒng)基于當(dāng)前時刻及當(dāng)前時刻之前的預(yù)定時間內(nèi)的姿態(tài)(0, fP,ダ)來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)角度，并基于所述旋轉(zhuǎn)角度來確定所述指針的位置移動信息。例如，所述定位系統(tǒng)基于當(dāng)前時刻所估計的姿態(tài)(外0，r(0)以及當(dāng)前時亥ij之前ー時刻所估計的姿態(tài)(叩-1)，的-1)，沖-1))，按照下述公式計算當(dāng)前時刻所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)角度(Rrai, Rey):Rex (t) = Y (t)-Y (t-1) ；Rey(t) = 0 (t)-0 (t-1)；隨后，再基于所述旋轉(zhuǎn)角度(R6X，Rey)按照以下公式來輸出所述指針的位置移動信息 Wx (t)、Wy (t):Wx(t) = Rex(t) Xm ；Wy(t) = Rey(t) Xm；其中，Rex(t)是當(dāng)前時刻所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下沿X軸的旋轉(zhuǎn)角度，Rey(t)是當(dāng)前時刻所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下沿Y軸的旋轉(zhuǎn)角度；Wx(t)表示所述指針當(dāng)前時刻在屏幕X軸方向的相對移動值；Wy(t)表示所述指針當(dāng)前時刻在屏幕y軸方向的相對移動值，m為預(yù)定比例因子，其基于將旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成屏幕移動的像素點的轉(zhuǎn)換關(guān)系來確定。圖4示出了本發(fā)明的定位指針位置的方法的另ー種優(yōu)選流程圖。在步驟Sll中，所述定位系統(tǒng)基于所述手控裝置當(dāng)前時刻的三軸加速度、三軸角速度及轉(zhuǎn)動半徑來估計所述手控裝置在所述第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)因子，并將所獲得姿態(tài)因子作為當(dāng)前時刻的觀測因子。其中，所述姿態(tài)因子包括任何能用來確定手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)(0，fp, f)的相關(guān)參數(shù)。優(yōu)選地，所述定位系統(tǒng)先基于所述手控裝置在當(dāng)前時刻及當(dāng)前時刻的之前的預(yù)定時間段內(nèi)的三軸角速度和轉(zhuǎn)動半徑，來計算手控裝置由于自身運動引入的運動加速度；隨后，再基于控制指針的手控裝置在第一坐標(biāo)系下的三軸加速度和所述運動加速度，來計算手控裝置的由于受到重力影響而獲得的重力加速度；接著，再基于控制指針的手控裝置的重力加速度來估計所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)因子，并將所獲得的姿態(tài)因子作為當(dāng)前時刻的觀測因子。 例如，所述定位系統(tǒng)基于所述手控裝置在當(dāng)前時刻的三軸角速度(Co x (t)，《 y⑴， z(t))、當(dāng)前時刻的前ー時刻的三軸角速度(cox(t-l)，COy (t-1), z(t-l))，手控裝置當(dāng)前時刻的轉(zhuǎn)動半徑r，按照以下公式來估計所述手控裝置當(dāng)前時刻的運動加速度:
權(quán)利要求
1.ー種定位指針位置的方法，其特征在于，所述定位指針位置的方法至少包括步驟: 1)基于控制指針的手控裝置在第一坐標(biāo)系下的三軸加速度、三軸角速度和轉(zhuǎn)動半徑來估計所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)； 2)基于所估計的姿態(tài)的變化來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)角度，并基于所述旋轉(zhuǎn)角度來確定所述指針的位置移動信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位指針位置的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動半徑基于預(yù)定的轉(zhuǎn)動半徑模型來確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定位指針位置的方法，其特征在于，所述步驟I)還包括: 1-1)基于所述手控裝置的三軸加速度、三軸角速度及轉(zhuǎn)動半徑來估計所述手控裝置在所述第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)因子，并將所獲得姿態(tài)因子作為當(dāng)前時刻的觀測因子； 1-2)基于當(dāng)前時刻的前一時刻所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的后驗估計因子、以及當(dāng)前時刻所述手控裝置的三軸角速度，來估計所述手控裝置當(dāng)前時刻的姿態(tài)因子，并將所獲得姿態(tài)因子作為當(dāng)前時刻的先驗估計因子； 1-3)基于所述手控裝置當(dāng)前時刻的觀測因子與先驗估計因子、以及相關(guān)信息，來估計所述手控裝置當(dāng)前時刻在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)因子，并將所獲得姿態(tài)因子作為當(dāng)前時刻的后驗估計因子； 1-4)基于當(dāng)前時刻在第二坐標(biāo)系下的后驗估計因子及三軸角速度來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定位指針位置的方法，其特征在于，所述步驟1-1)還包括: -基于所述手控裝置當(dāng)前時刻以及當(dāng)前時刻之前預(yù)定時刻內(nèi)的三軸角速度和轉(zhuǎn)動半徑來計算手控裝置的運動加速度； -基于所述手控裝置在第一坐標(biāo)系下三軸加速度和所述運動加速度，來確定所述手控裝置的重力加速度； -基于所述重力加速度來估計所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)因子，并將所獲得的姿態(tài)因子作為當(dāng)前時刻的觀測因子。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定位指針位置的方法，其特征在于，所述相關(guān)信息包括以下至少ー項: 當(dāng)前時刻及當(dāng)前時刻之前的預(yù)定時間內(nèi)的三軸加速度； 當(dāng)前時刻及當(dāng)前時刻之前的預(yù)定時間內(nèi)的三軸角速度； 當(dāng)前時刻之前的預(yù)定時間內(nèi)的觀測因子； 當(dāng)前時刻之前的預(yù)定時間內(nèi)的先驗估計因子。
6.ー種定位指針位置的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位指針位置的定位系統(tǒng)至少包括: 姿態(tài)確定模塊，用于基于控制指針的手控裝置在第一坐標(biāo)系下的三軸加速度、三軸角速度和轉(zhuǎn)動半徑來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)； 指針位置計算模塊，用于基于所確定的姿態(tài)的變化來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)角度，并基于所述旋轉(zhuǎn)角度來確定所述指針的位置移動信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定位指針位置的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動半徑基于預(yù)定的轉(zhuǎn)動半徑模型來確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或I所述的定位指針位置的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述姿態(tài)確定模塊還包括: 第一確定模塊，用于基于所述手控裝置當(dāng)前時刻的三軸加速度、三軸角速度及轉(zhuǎn)動半徑來估計所述手控裝置在所述第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)因子，并將所獲得的姿態(tài)因子作為當(dāng)前時刻的觀測因子； 第二確定模塊，用于基于當(dāng)前時刻的前一時刻所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的后驗估計因子、以及當(dāng)前時刻所述手控裝置的三軸角速度，來估計所述手控裝置當(dāng)前時刻的姿態(tài)因子，并將所獲得的姿態(tài)因子作為當(dāng)前時刻的先驗估計因子； 第三確定模塊，用于基于所述手控裝置當(dāng)前時刻的觀測因子與先驗估計因子、以及相關(guān)信息，來估計所述手控裝置當(dāng)前時刻在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)因子，并將所獲得的結(jié)果作為當(dāng)前時刻的后驗估計因子； 第四確定模塊，用于基于當(dāng)前時刻在第二坐標(biāo)系下的后驗估計因子及三軸角速度來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位指針位置的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第一確定模塊還包括: 第一計算單元，用于基于所述手控裝置當(dāng)前時刻的三軸角速度和轉(zhuǎn)動半徑，來計算手控裝置的運動加速度； 第二計算單元，用于基于所述手控裝置在第一坐標(biāo)系下三軸加速度和所述運動加速度，來計算手控裝置的重力加速度； 第三計算單元，用于基于所述重力加速度來估計所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)因子，并將所獲得的姿態(tài)因子作為當(dāng)前時刻的觀測因子。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位指針位置的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述相關(guān)信息包括以下至少ー項: 當(dāng)前時刻及當(dāng)前時刻之前的預(yù)定時間內(nèi)的三軸加速度； 當(dāng)前時刻及當(dāng)前時刻之前的預(yù)定時間內(nèi)的三軸角速度； 當(dāng)前時刻之前的預(yù)定時間內(nèi)的觀測因子； 當(dāng)前時刻之前的預(yù)定時間內(nèi)的先驗估計因子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種定位指針位置的方法及系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的方法，先基于控制指針的手控裝置在第一坐標(biāo)系下的三軸加速度、三軸角速度和轉(zhuǎn)動半徑來估計所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的姿態(tài)；隨后再基于所估計的姿態(tài)的變化來確定所述手控裝置在第二坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)角度，并基于所述旋轉(zhuǎn)角度來確定所述指針的位置移動信息，由此可實現(xiàn)對由脫離桌面的手控裝置所控制的指針進行精確定位。
文檔編號G06F3/0346GK103116411SQ201310045729
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者黃煒, 汪沁 申請人:上海飛智電子科技有限公司