空中鼠标多数据融合方法、空中鼠标及空中鼠标控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种空中鼠标多数据融合方法、空中鼠标及空中鼠标控制系统，其中多数据融合方法包括：通过空中鼠标中的加速度传感器实时获取手指的三维加速度数据，通过空中鼠标中的陀螺仪实时获取手指的三维角速度数据，采用联合式多数据融合算法处理所述三维加速度数据和角速度数据，生成精确的空中鼠标控制信息；所述联合式多数据融合算法包括一个主滤波器和多个子滤波器，多个子滤波器接收所述三维加速度数据和角速度数据，生成子估计信息，再发送至主滤波器融合成最终的估计信息，用于生成精确的空中鼠标控制信息。本发明专利技术可以提高鼠标的操纵精度，并给出了一种高精度空中指环鼠标的技术方案，具有操作精度高、体积小的优点。

Air mouse multi data fusion method, air mouse and air mouse control system

The invention relates to an air mouse multi data fusion method, the air mouse and the air mouse control system, the multi data fusion method includes: 3D acceleration data real-time acquisition of fingers through the air mouse acceleration sensor in the three-dimensional angular velocity data real-time acquisition of fingers through the air mouse in the gyroscope, combined with multi data fusion algorithm the 3D acceleration data and velocity data, generate accurate air mouse control information; the combination of multi data fusion algorithm including a main filter and multiple sub filter, multiple sub filter receives the 3D acceleration data and angular velocity data, generating estimated information, and then sent to the main filter fusion the final estimation information, used to generate accurate air mouse control information. The invention can improve the operation precision of the mouse, and provides a technical scheme of the high precision air ring mouse, which has the advantages of high operation precision and small volume.

【技术实现步骤摘要】
空中鼠标多数据融合方法、空中鼠标及空中鼠标控制系统
本专利技术属于计算机辅助设备领域，具体涉及一种空中鼠标多数据融合方法、空中鼠标及空中鼠标控制系统。
技术介绍
目前存在两种鼠标技术，一是传统的机械滚轮和光学二维鼠标，而是的激光空中三维鼠标。传统滚轮光学鼠标有如下缺点：(1)只能在二维平面操纵，且对平面光洁度有较高要求。(2)鼠标不能大范围移动导致肩膀长时间保持和一个姿势，造成肩膀酸痛，造成“鼠标手”问题。(3)鼠标左右按键，使用时会发出“卡擦”噪声。目前的空中三维鼠标有如下缺点：(1)传统位移传感器数据算法易造成数据失真，空中鼠标操纵精度低。(2)体积较大、较重，对使用者来说有较大负担。(3)功耗较大，受电池容量影响，续航能力不强。(4)成本高，价格昂贵。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种用于空中鼠标的多数据融合方法，可以提高鼠标的操纵精度，并给出了一种高精度空中指环鼠标的技术方案，具有操作精度高、体积小的优点。本专利技术采用下面的技术方案：一种用于空中鼠标的多数据融合方法，包括：通过空中鼠标中的加速度传感器实时获取手指的三维加速度数据，通过空中鼠标中的陀螺仪实时获取手指的三维角速度数据，采用联合式多数据融合算法处理所述三维加速度数据和角速度数据，生成精确的空中鼠标控制信息；所述联合式多数据融合算法包括一个主滤波器和多个子滤波器，多个子滤波器接收所述三维加速度数据和角速度数据，生成子估计信息，再发送至主滤波器融合成最终的估计信息，用于生成精确的空中鼠标控制信息。进一步的，实时获取手指的三维加速度数据和角速度数据之后，首先采用温度补偿算法对其进行预处理，用于提高空中鼠标的控制精度。进一步的，所述主滤波器和子滤波器采用卡尔曼滤波器。进一步的，所述联合式卡尔曼滤波算法采用下列公式：Xi(k)＝Ai(k)Xi(k-1)+Bi(k)wi(k)Yi(k)＝Ci(k)Xi(k)+Vi(k)上式及图2中，Xi(k)表示第i组状态变量的多维状态向量；Ai(k)、Bi(k)都是有系统的结构确定的与Xi(k)相对应的第i个矩阵；wi(k)是第i组激励信号；p(k)为误差协方差；Ci(K)是第i组观测矢量；vi(k)是测量噪声序列，且wi(k)和vi(k)是互不相关零均值高斯白噪声；Yi(k)是第i组中，一时刻到第k时刻，作k次观测得到的k个观测数据Y(1)，Y(2)，Y(3)，…，Y(n)；Q(k)为系统噪声方差阵，R(k)为测量噪声方差阵。本专利技术还提出了一项采用上述方法的高精度空中指环鼠标，包括指环和附着在指环上的多传感器融合模块；所述多传感器融合模块包括上盖和下盖，上盖和下盖之间设有依次连接的微处理器模块、位移传感模块、第一通信模块和电源；所述位移传感模块获取手指三维数据并发送至微处理器模块，微处理器模块内置有联合式多数据融合算法，用于对所述手指三维数据进行融合估计，生成精确的空中鼠标控制信息；所述第一通信模块接收所述精确的空中鼠标控制信息，并发送至通信终端。进一步的，所述多传感器融合模块替换为包括封闭壳体和固定在壳体内部的微处理器模块、位移传感模块、第一通信模块和电源。进一步的，所述第一通信模块采用蓝牙通信、WIFI通信或Zigbee通信模块。进一步的，所述指环采用橡胶材料制成。进一步的，所述多传感器融合模块的体积不大于10cm3。本专利技术还提出了一种采用上述高精度控制指环鼠标的空中鼠标控制系统，包括：空中指环鼠标，包括指环和附着在指环上的多传感器融合模块，用于获取用户手指的三维角速度数据和加速度数据；通信终端，通信终端，具有第二通信模块、解析模块和显示单元，第二通信模块用于接收空中指环鼠标传送的控制信息，解析模块用于解析手指的姿态，并转换为相应的操作。进一步的，本系统具有多个空中指环鼠标，分别用于获取不同手指的三维角速度数据和加速度数据，通过通信终端，解析不同手指的姿态，并转换为相应的操作。本专利技术的有益效果：1.操作精度高，较当前空中鼠标精度提高近74％，接近传统光学鼠标的操纵精度。2.体积较小，指环上壳体体积为9.5cm3；重量轻，总重量为21.5克。3.使用时无噪声。4.解决了传统鼠标带来的“鼠标手”的问题。附图说明图1为本专利技术空中鼠标使用方法的流程图；图2为本专利技术采用的联合式卡尔曼滤波算法原理图；图3为本专利技术的一种高精度空中指环鼠标产品总装图；图4为本专利技术的一种高精度空中指环鼠标产品结构图；图5为本专利技术的第一通信模块的电路图；图6为本专利技术的微处理器模块电路图；图7为本专利技术的陀螺仪模块电路图；图8为本专利技术的加速度传感器电路图；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明：应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本专利技术的一种典型实施例是一种用于空中鼠标的多数据融合方法：通过空中鼠标中的加速度传感器实时获取手指的三维加速度数据，通过空中鼠标中的陀螺仪实时获取手指的三维角速度数据，采用联合式多数据融合算法处理三维加速度数据和角速度数据，生成精确的空中鼠标控制信息；所述联合式多数据融合算法包括一个主滤波器和多个子滤波器，多个子滤波器接收所述三维加速度数据和角速度数据，生成子估计信息，再发送至主滤波器融合成最终的估计信息，用于生成精确的空中鼠标控制信息。本实施例中主、子滤波器采用卡尔曼滤波器，采用联合式卡尔曼滤波算法处理三维加速度数据和角速度数据，利用信息分享原理，实现子滤波器之间的信息分享。各个子滤波器要从主滤波器中分享信息。各个子滤波器并不相互独立，并且主滤波器完全利用子滤波器的估计信息融合成系统的估计信息，与平行滤波算法不一样，平行滤波算法需要子系统的状态预测信息和系统状态预测信息。图2本专利技术采用的联合式卡尔曼滤波算法原理图，本实施例的关键计算公式如下：Xi(k)＝Ai(k)Xi(k-1)+Bi(k)wi(k)Yi(k)＝Ci(k)Xi(k)+Vi(k)上式及图2中，Xi(k)表示第i组状态变量的多维状态向量；Ai(k)、Bi(k)都是有系统的结构确定的与Xi(k)相对应的第i个矩阵；wi(k)是第i组激励信号；p(k)为误差协方差；Ci(K)是第i组观测矢量；vi(k)是测量噪声序列，且wi(k)和vi(k)是互不相关零均值高斯白噪声；Yi(k)是第i组中，一时刻到第k时刻，作k次观测得到的k个观测数据Y(1)，Y(2)，Y(3)，…，Y(n)；Q(k)为系统噪声方差阵(非负定)，R(k)为测量噪声方差阵(正定阵)。作为对上述实施例的一种改进，在采用联合式卡尔曼滤波算法处理三维加速度数据和角速度数据之前，可采用温度补偿算法对各个传感器的数据进行初步处理，以提高鼠标精度。本专利技术再一实施例是一种高精度空中指环鼠标，包括指环和附着在指环上的多传感器融合模块；多传感器融合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于空中鼠标的多数据融合方法，其特征在于包括：通过空中鼠标中的加速度传感器实时获取手指的三维加速度数据，通过空中鼠标中的陀螺仪实时获取手指的三维角速度数据，采用联合式多数据融合算法处理所述三维加速度数据和角速度数据，生成精确的空中鼠标控制信息；所述联合式多数据融合算法包括一个主滤波器和多个子滤波器，多个子滤波器接收所述三维加速度数据和角速度数据，生成子估计信息，再发送至主滤波器融合成最终的估计信息，用于生成精确的空中鼠标控制信息。

【技术特征摘要】
1.一种用于空中鼠标的多数据融合方法，其特征在于包括：通过空中鼠标中的加速度传感器实时获取手指的三维加速度数据，通过空中鼠标中的陀螺仪实时获取手指的三维角速度数据，采用联合式多数据融合算法处理所述三维加速度数据和角速度数据，生成精确的空中鼠标控制信息；所述联合式多数据融合算法包括一个主滤波器和多个子滤波器，多个子滤波器接收所述三维加速度数据和角速度数据，生成子估计信息，再发送至主滤波器融合成最终的估计信息，用于生成精确的空中鼠标控制信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：实时获取手指的三维加速度数据和角速度数据之后，首先采用温度补偿算法对其进行预处理，用于提高空中鼠标的控制精度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述主滤波器和子滤波器采用卡尔曼滤波器。4.一种基于权利要求1-3中任一项的高精度空中指环鼠标，其特征在于：包括指环和附着在指环上的多传感器融合模块；所述多传感器融合模块包括上盖和下盖，上盖和下盖之间设有依次连接的微处理器模块、位移传感模块、第一通信模块和电源；所述位移传感模块获取手指三维数据并发送至微处理器模块，微处理器模块内置有联合式多数据融合算法，用于对所述手指三维数据进行融合估计，生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立志，曹利华，苏柳桢，周航，郝明晟，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37