使用电容感测的滑块和手势识别制造技术

公开了使用电容感测的滑块和手势识别。用于感测手势的常规用户接口通常需要物理接触传感器垫或填充有传感器垫的区域。这些传统的传感器垫在紧凑的移动设备上占据宝贵的空间，与移动设备的其他部件明显干扰，使设计复杂化，消耗功率，并且增加了最终产品的成本。通过将两个或更多个小的电容性感测电极放置在移动设备上(任意地或具有小得多的限制)，电容性感测可以提供虚拟传感器垫作为用户接口。通过实现检测三种不同条件的算法，虚拟传感器垫可以有效地用作用户界面模态以检测诸如滑动手势，绘图手势，字母，书写等的手势。所得到的虚拟传感器垫可以灵活地改变到不同的期望位置，并且不再受到常规传感器垫的限制。

Slider and gesture recognition using capacitive sensing

A slider and hand gesture recognition using capacitive sensing are disclosed. A conventional user interface for sensing gestures usually requires a physical contact, a sensor pad, or an area filled with a sensor pad. These traditional sensor pads occupy precious space on compact mobile devices, and interfere significantly with other components of the mobile device, complicate design, consume power, and increase the cost of the final product. By placing two or more small capacitive sensing electrodes on a mobile device (arbitrarily or with a much smaller amount of limitation), capacitive sensing can provide a virtual sensor pad as a user interface. By implementing algorithms for detecting three different conditions, the virtual sensor pads can be effectively used as user interface modes to detect gestures such as sliding gestures, drawing, hand gestures, letters, writing, etc.. The resulting virtual sensor pads can be flexibly changed to different desired positions and are no longer limited by conventional sensor pads.

【技术实现步骤摘要】
使用电容感测的滑块和手势识别
本专利技术涉及集成电路领域，尤其涉及使用低复杂度电容性感测电极设置来提供滑块和其它手势识别。
技术介绍
移动设备是普遍存在的。与它们交互的方式和移动设备行为的方式随着时间的推移而演变。移动设备的一个重要技术是它们的感测能力。感测可以经由许多模态发生，例如触觉/压力感测，音频感测，光/视觉感测，温度感测和电容感测。这些模态不仅允许我们以各种不同的方式与移动设备交互，这些模态允许移动设备变得“更智能”，使得移动设备可以更好地理解上下文以及用户与移动设备交互的方式。一种有趣的方式是电容感测。电容式感测已经与触摸屏一起使用了一段时间，以允许用户通过移动设备的屏幕提供用户输入，而不使用物理按钮。在一些应用中，大表面/皮肤上的电容感测甚至可以用于感测握力或手姿势。在一些其他应用中，可以提供两个电极，一个在移动设备的每一侧上，用于全手识别。在另一些其它应用中，可以邻近天线设置电极，以检测紧邻天线的手指或手的存在。
技术实现思路
用于感测这种手势的常规用户接口通常需要物理接触传感器垫或填充有传感器垫的区域。用于这些常规传感器垫的传感器垫在紧凑型移动设备上占据宝贵的空间，显着地与移动设备的其他部件干扰，使设计复杂化，消耗功率，并且增加了最终产品的成本。利用放置在移动设备上的两个或更多个小电容感测电极(任意或具有小得多的限制)，电容感测可以提供虚拟传感器垫作为用户接口。通过实现检测三种不同条件的算法，虚拟传感器垫可以有效地用作用户界面模态，以检测诸如滑动手势，绘画手势，字母，书写等的手势。所得到的虚拟传感器垫可以灵活地改变到不同的期望位置，并且不再经受传统传感器垫的缺陷。附图说明为了提供对本公开及其特征和优点的更完整的理解，参考结合附图进行的以下描述，其中相同的附图标记表示相同的部分，其中：图1示出根据本公开的一些实施例的具有单个电容感测电极的电容感测系统和当手指接近电极时由系统生成的示例性电容感测响应；图2示出了机械滑动器；图3-5示出了传统的传感器垫；图6示出根据本公开的一些实施例的用于手势识别的改进的电容感测方法；图7示出根据本公开的一些实施例的由改进的电容感测方法提供的各种使用情况和功能；图8是示出根据本公开的一些实施例的用于手势识别的示例性方法的流程图；图9是示出根据本公开的一些实施例的用于第一分类器的示例性方法的流程图；图10-13示出了根据本公开的一些实施例的第一分类器和第二分类器的操作；图14是示出根据本公开的一些实施例的用于第二分类器的示例性方法的流程图；图15是示出根据本公开的一些实施例的用于第三分类器的示例性方法的流程图；图16示出根据本公开的一些实施例的第三分类器的操作；图17A-B和18示出根据本公开的一些实施例的用于手势识别的电容感测方法和方法的可能应用；图19-27示出了根据本公开的一些实施例的示例性虚拟传感器垫；图28-29示出了根据本公开的一些实施例的示例性姿势；图30示出根据本公开的一些实施例的用于手势识别的电容感测方法和方法的示例性应用；和图31示出根据本公开的一些实施例的用于手势识别的示例性电容感测系统。具体实施方式电容感测及其在移动设备中的应用电容感测用于许多不同类型的传感器中，包括用于检测和测量接近，位置或位移，湿度，流体水平和加速度的传感器。作为人机接口装置(HID)技术(例如，提供触摸屏以替代计算机鼠标)的电容式感测已变得越来越流行。HID技术可以基于电容耦合，其采用人体电容作为输入。电容式触摸传感器用于诸如笔记本电脑触摸板，数字音频播放器，计算机显示器/触摸屏，移动电话，移动设备，平板电脑等许多设备中。设计工程师继续选择电容式传感器，用于其多功能性，可靠性和鲁棒性，唯一的人机接口，降低机械开关成本。电容传感器通常检测任何导电或具有与空气不同的电介质的东西，例如人手或手指的一部分。图1示出根据本公开的一些实施例的具有单个电容性感测电极的电容性感测系统和当手指接近电极时由系统产生的示例性电容性感测响应。当激励信号对电容传感器102(例如，电极)充电时，电容传感器102变为虚拟电容器的两个板中的一个。当物体靠近用作虚拟电容器的第二板的电容传感器时，可以例如通过电容感测控制器104测量基于存在于电容传感器上的电荷的虚拟电容。电容感测控制器404是可以包括模拟前端的电子设备，其被配置为测量虚拟电容并使用电容数字转换器(CDC)106将模拟测量转换为数字数据。一些电容感测控制器可以生成高分辨率电容测量数据，如每个电容传感器的高16位或更高。电容感测控制器104还可以提供用于向电容传感器102提供激励信号的激励源108。通常，电容感测控制器104可以具有可连接到多个电容传感器的多个输入引脚。当对象(例如，手指)朝向电容传感器102移动时，电容传感器102产生上升响应，如示出CDC106的输出的响应曲线图所示。当对象远离电容传感器102产生下降响应。在许多常规电容性感测应用中，跨越“传感器活动”阈值的CDC输出将触发“接通”状态，使得电容性传感器102能够提供“开或关”功能。移动设备的电容性感测对于感测移动设备周围的动态环境特别有用。因为电容传感器的电极可以是廉价的，并且这些电极可以是非常紧凑和薄的，这使得电容感测特别适合于其形状因素可以对其内部的电子器件施加约束的移动设备。例如，电容感测可以消除对通常难以在移动设备中提供的机械按钮的需要，其设计约束连续地驱动设备更小，更平滑和/或防水。在本公开的上下文中的移动设备包括可以由一个或多个用户的一只或多只手持握的电子设备(电子设备可以是完全移动的，并且电子设备可以被拴在其他电子设备上)。移动设备可以包括移动电话，平板电脑，膝上型计算机等。由于具有小形状因素，移动设备通常在使用期间由用户的手或手持握。对于移动设备，用户界面模态可以在其能力方面受到限制，因为物理用户界面通常局限于移动设备的小形状因数。此外，任何用户接口模态(例如，语音命令识别)可受到这些移动设备上的处理能力和功率预算的限制。尽管本公开集中于与具有可以由用户的手容易地握持的形状因素的这些类型的移动设备相关的示例，但是本文所描述的传感器布置也可应用于一般的电子设备。例如，示例性电子设备可以包括方向盘，游戏控制台控制器，家用电器，交互式显示器等。广义上讲，本领域技术人员应当理解，本文公开的传感器布置可以应用于用户预期使用他们的手和/或手指交互。机械滑块用户可以与设备交互的许多方式之一是通过机电继电器，其可以将机械部件的运动转换为电信号。机械继电器的示例包括机械按钮，机械开关，机械辊，机械滑动器，机械操纵杆等。图2示出了机械滑动器，正如示例性示例。机械滑动器包括可移动机械部分202，用户可以使用该机械部分向左和向右滑动。可移动机械部分202在轨道204中移动，并且机电电路将可移动机械部分202的移动和/或位置转换为电信号。与许多其它机械继电器一样，机械滑动件在使用期间容易断裂或磨损，并且停止工作。此外，机械滑动器很少防水。此外，机械滑块在电气设备中占据宝贵的空间。机械滑块是固定的，不能移动到不同的位置。传感器垫为了移除移动的机械部件，已经使用电容感测来代替机电继电器。通常，具有电容传感器布局的传感器垫用于感测手指在传感器垫上的位置。最普遍的是触摸敏感垫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用电容感测的手势识别的方法，所述方法包括：在一段时间内接收由两个或多个电容感测电极进行的电容传感器测量，所述电容传感器测量表示对由所述两个或更多个电容感测电极生成的相应电场的干扰；由第一分类器确定来自所述电容传感器测量的交叉信息和量值信息；由第二分类器确定来自所述电容传感器测量的导数信息；由第三分类器从所述电容传感器测量确定路径信息；和基于所述第一，第二和第三分类器的相应输出对姿势进行分类。

【技术特征摘要】
2015.11.09 US 14/936,3601.一种用于使用电容感测的手势识别的方法，所述方法包括：在一段时间内接收由两个或多个电容感测电极进行的电容传感器测量，所述电容传感器测量表示对由所述两个或更多个电容感测电极生成的相应电场的干扰；由第一分类器确定来自所述电容传感器测量的交叉信息和量值信息；由第二分类器确定来自所述电容传感器测量的导数信息；由第三分类器从所述电容传感器测量确定路径信息；和基于所述第一，第二和第三分类器的相应输出对姿势进行分类。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述手势包括形成从第一点到第二点的线的滑动运动。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：将坐标变换应用于所述电容传感器测量，其中所述坐标变换对应于所述姿势的特定参考系。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：改变或设置坐标变换以相对于两个或更多个电容感测电极的物理位置改变或设置姿势的参考系。5.根据权利要求1所述的方法，其中由所述第一分类器确定交叉信息和幅度信息包括：计算一系列时间点的比率，其中给定时间点的所述比率的值包括(1)在给定时间点由两个不同的电容性感测电极进行的两个电容式传感器测量之间的差异的比率和(2)相同的两个电容传感器测量的和；检测所述比率中的符号变化，其中所述符号变化指示交叉点。6.根据权利要求5所述的方法，其中由所述第一分类器确定交叉信息和幅度信息还包括：确定(1)在交叉点之前的周期和交叉点之前的周期之间由所述两个不同的电容感测电极中的第一个进行的电容传感器测量中的第一量值变化，以及(2)第二量值由所述两个不同的电容感测电极中的第二电容感测电极在相同周期内进行的电容传感器测量的变化；和确定所述第一量值变化量和/或所述第二量值变化量是否超过最小增量阈值以符合有效交叉点。7.根据权利要求1所述的方法，其中由所述第二分类器确定派生信息包括：从在所检测的交叉点之前和/或之后的时间段内测量的两个不同的电容性感测电极中的第一个确定第一电容性传感器测量；从在相同周期内测量的两个不同电容性感测电极中的第二个确定第二电容性传感器测量；确定所述第一电容传感器测量的导数和所述第二电容传感器测量的导数。8.根据权利要求7所述的方法，其中由所述第二分类器确定派生信息还包括：确定所述第一电容性传感器测量值的导数的第一平均值和/或所述第二电容性传感器测量值的导数的第二平均值是否超过最小量值阈值。9.根据权利要求7所述的方法，其中由所述第二分类器确定派生信息还包括：确定第一电容传感器测量的导数的符号和第二电容传感器测量的导数的符号是否彼此相反。10.根据权利要求1所述的方法，其中由第三分类器确定路径信息包括：基于来自所述两个或更多个电容感测电极的所述电容传感器测量来确定所述手势的初始点和结束点；基于所述初始点和结束点确定所行进的路径的估计长度；和将所估计的行进路径长度与对应于所述手势的行进路径的预期长度进行比较。11.根据权利要求1所述的方法，其中由第三分类器确定路径信息包括：基于来自所述两个或更多个电容感测电极的所述电容传感器测量来确定所述手势的初始点和结束点；确定沿着所述姿势的初始点和结束点之间的路径的中点信息；和将所述中点信息与对应于所述手势的预定中点的预期范围进行比...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·C·诺维特，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US