一种基于智能指环的虚拟输入方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于智能指环的虚拟输入方法及系统，其中，所述方法包括：智能指环采集击键发生时刻的运动数据，其中，运动数据包括加速度数据、角速度数据和磁场数据；智能指环将运动数据通过无线传输方式发送到输入识别终端；输入识别终端采用角度互补滤波算法对运动数据进行姿态解算，得到姿态角数据，并通过角速度数据提取运动波形中的活动段；在活动段的中间时刻对姿态角数据进行特征提取，得到姿态角特征值；输入识别终端对加速度数据进行特征提取，得到加速度特征值；输入识别终端采用支持向量机对姿态角特征值和加速度特征值进行按键识别。与现有技术相比，本发明专利技术的操作灵活、便携性好、识别快速准确，且易于手指穿戴，智能指环线路简单、成本较低，应用场景广泛。

A Virtual Input Method and System Based on Intelligent Finger Ring

The invention discloses a virtual input method and system based on Intelligent finger ring, which includes: intelligent finger ring collects motion data at the time of keystroke occurrence, in which motion data includes acceleration data, angular velocity data and magnetic field data; intelligent finger ring transmits motion data to input identification terminal by wireless transmission; input identification terminal adopts angle. Complementary filtering algorithm calculates the attitude of the motion data and obtains the attitude angle data, and extracts the active part of the motion waveform through the angular velocity data; extracts the feature of the attitude angle data at the middle time of the active part, and obtains the characteristic value of the attitude angle; extracts the feature value of the acceleration data from the input recognition terminal, and obtains the characteristic value of the acceleration; and uses the support direction for the input recognition terminal. The attitude angle eigenvalue and acceleration eigenvalue are recognized by the measuring machine. Compared with the prior art, the invention has the advantages of flexible operation, good portability, fast and accurate identification, easy finger wearing, simple intelligent finger ring circuit, low cost and wide application scenarios.

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能指环的虚拟输入方法及系统
本专利技术涉及一种基于智能指环的虚拟输入方法及系统，属于人机交互虚拟输入

技术介绍
随着科学技术的快速发展和人们生活方式的转变，电子设备逐渐趋于小型化、便携化。然而作为常规的文本输入设备，实体物理键盘在使用上存在着一定的局限性，比如便携性差、打字噪音大、保密性差等。为了较好解决此类问题，市场上出现了多种改进技术方案，比如折叠键盘、触摸屏式软键盘、语音输入和虚拟键盘等。折叠键盘是一种较为直接的改进方案，展开后的折叠键盘尺寸与普通桌面式键盘大小近似，其优势主要体现在便携性上，但并未完全解决上述所有问题。触摸屏式软键盘主要用在智能手机、平板电脑上，它通过在屏幕上虚化一个键盘布局，来模拟实体键盘的打字方式。此类键盘依赖纯软件实现，受屏幕尺寸影响较大，因此其输入的正确率和速度都受到限制。语音输入简单、方便，但容易受到主体方言、口音和环境噪声等因素的影响，准确率也不高，且只能用于特定场合。虚拟键盘技术，尤其是可穿戴式虚拟键盘，则有望更好地解决上述问题，目前正处于研究测试阶段。常见的可穿戴式虚拟键盘，大多采用数据手套方式。用户往往需要穿戴一种类似手套的设备，当进行敲击动作时，手套内嵌的柔性传感器就会感测到手指的姿势，即弯曲程度的变化。由于按键位置不同，导致敲击每个按键而产生的手指手势是不同的，且具有特异性，因此可以通过识别不同手势而达到识别按键的目的。然而，这种数据手套往往线路复杂、成本较高，且不易穿戴，因而存在较大局限性。因此，亟待提出一种新的更灵活可靠的可穿戴传感解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于智能指环的虚拟输入方法及系统，可以至少解决上述技术问题之一。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于智能指环的虚拟输入方法，包括：智能指环采集击键发生时刻的运动数据，其中，所述运动数据包括加速度数据、角速度数据和磁场数据；所述智能指环将所述运动数据通过无线传输方式发送到输入识别终端；所述输入识别终端接收所述运动数据；所述输入识别终端采用角度互补滤波算法对所述运动数据进行姿态解算，得到姿态角数据；所述输入识别终端提取所述角速度数据的波形中的活动段，其中，所述活动段为表示击键动作的波段；所述输入识别终端在所述活动段的中间时刻对所述姿态角数据进行特征提取，得到姿态角特征值；所述输入识别终端对所述加速度数据进行特征提取，得到加速度特征值；所述输入识别终端采用支持向量机对所述姿态角特征值和所述加速度特征值进行按键识别。前述的基于智能指环的虚拟输入方法中，姿态角包括俯仰角、滚转角和偏航角；所述输入识别终端采用所述加速度数据对所述俯仰角和所述滚转角进行修正，并采用所述磁场数据对所述偏航角进行补偿矫正。前述的基于智能指环的虚拟输入方法中，所述输入识别终端提取所述角速度数据的波形中的活动段，具体包括：所述输入识别终端对x、y、z三轴的角速度数据分别进行前向差分；所述输入识别终端取差分后的x、y、z三轴的角速度数据的绝对值之和作为数据处理对象；所述输入识别终端根据设置的活动阈值来对表示击键动作的波段进行提取。前述的基于智能指环的虚拟输入方法中，在所述输入识别终端在所述活动段的中间时刻对所述姿态角数据进行特征提取之前，还包括：所述输入识别终端根据按键监听程序和对应击键过程的分析，确定击键动作发生在所述活动段的极值处，该极值处的时间点对应所述活动段的中间时刻。前述的基于智能指环的虚拟输入方法中，所述输入识别终端对所述加速度数据进行特征提取，具体包括：所述输入识别终端将所述加速度数据的测量值与初始值作差，再作模值运算，并将击键过程内的最大值作为所述加速度特征值。一种基于智能指环的虚拟输入系统，包括智能指环和输入识别终端；所述智能指环包括：传感器模块，用于智能指环采集击键发生时刻的运动数据，其中，所述运动数据包括加速度数据、角速度数据和磁场数据；无线发送模块，与所述传感器模块连接，用于所述智能指环将所述运动数据通过无线传输方式发送到输入识别终端；所述输入识别终端包括：无线接收模块，与所述无线发送模块连接，用于所述输入识别终端接收所述运动数据；姿态解算模块，与所述无线接收模块连接，用于所述输入识别终端采用角度互补滤波算法对所述运动数据进行姿态解算，得到姿态角数据；活动段提取模块，与所述无线接收模块连接，用于所述输入识别终端提取所述角速度数据的波形中的活动段，其中，所述活动段为表示击键动作的波段；姿态角特征提取模块，分别与所述活动段提取模块和所述姿态解算模块连接，用于所述输入识别终端在所述活动段的中间时刻对所述姿态角数据进行特征提取，得到姿态角特征值；加速度特征提取模块，与所述活动段提取模块连接，用于所述输入识别终端对所述加速度数据进行特征提取，得到加速度特征值；识别模块，分别与所述姿态角特征提取模块和所述加速度特征提取模块连接，用于所述输入识别终端采用支持向量机对所述姿态角特征值和所述加速度特征值进行按键识别。前述的基于智能指环的虚拟输入系统中，姿态角包括俯仰角、滚转角和偏航角；所述姿态解算模块，具体用于采用所述加速度数据对所述俯仰角和所述滚转角进行修正，并采用所述磁场数据对所述偏航角进行补偿矫正。前述的基于智能指环的虚拟输入系统中，所述活动段提取模块，具体用于所述输入识别终端对x、y、z三轴的角速度数据分别进行前向差分，取差分后的x、y、z三轴的角速度数据的绝对值之和作为数据处理对象，根据设置的活动阈值来对表示击键动作的波段进行提取。前述的基于智能指环的虚拟输入系统中，所述输入识别终端还包括：特征选择模块，用于在所述输入识别终端在所述活动段的中间时刻对所述姿态角数据进行特征提取之前，所述输入识别终端根据按键监听程序和对应击键过程的分析，确定击键动作发生在所述活动段的极值处，该极值处的时间点对应所述活动段的中间时刻；所述活动段提取模块通过所述特征选择模块与所述姿态角特征提取模块连接。前述的基于智能指环的虚拟输入系统中，所述加速度特征提取模块，具体用于所述输入识别终端将所述加速度数据的测量值与初始值作差，再作模值运算，并将击键过程内的最大值作为所述加速度特征值。与现有技术相比，本专利技术通过内置在智能指环的传感器采集用户完成击键动作所产生的运动数据，通过提取加速度数据特征和姿态角数据特征，构成特定按键的特征向量，基于姿态角差异识别出不同类别的按键，同时采用加速度数据进行辅助识别，利用支持向量机识别出按键，提高按键识别的正确率，该方法操作灵活、便携性好、识别快速准确，且易于手指穿戴，智能指环线路简单、体积小、成本较低，应用场景广泛，具有良好的应用前景和市场前景。附图说明图1和图4为本专利技术实施例一提供的方法流程图；图2为本专利技术实施例中智能指环的尺寸和三视图；图3为本专利技术实施例中虚拟键盘的按键分配和智能指环佩戴方式示意图；图5为本专利技术实施例的工作原理的流程框图；图6和图7为本专利技术实施例二提供的系统的结构示意图。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。具体实施方式本专利技术实施例一：本实施例提供一种基于智能指环的虚拟输入方法，如图1所示，主要包括：步骤S101，智能指环采集击键发生时刻的运动数据，其中，运动数据包括加速度数据、角速度数据和磁场数据；本实施例对用户的输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于智能指环的虚拟输入方法，其特征在于，包括：智能指环采集击键发生时刻的运动数据，其中，所述运动数据包括加速度数据、角速度数据和磁场数据；所述智能指环将所述运动数据通过无线传输方式发送到输入识别终端；所述输入识别终端接收所述运动数据；所述输入识别终端采用角度互补滤波算法对所述运动数据进行姿态解算，得到姿态角数据；所述输入识别终端提取所述角速度数据的波形中的活动段，其中，所述活动段为表示击键动作的波段；所述输入识别终端在所述活动段的中间时刻对所述姿态角数据进行特征提取，得到姿态角特征值；所述输入识别终端对所述加速度数据进行特征提取，得到加速度特征值；所述输入识别终端采用支持向量机对所述姿态角特征值和所述加速度特征值进行按键识别。

【技术特征摘要】
1.一种基于智能指环的虚拟输入方法，其特征在于，包括：智能指环采集击键发生时刻的运动数据，其中，所述运动数据包括加速度数据、角速度数据和磁场数据；所述智能指环将所述运动数据通过无线传输方式发送到输入识别终端；所述输入识别终端接收所述运动数据；所述输入识别终端采用角度互补滤波算法对所述运动数据进行姿态解算，得到姿态角数据；所述输入识别终端提取所述角速度数据的波形中的活动段，其中，所述活动段为表示击键动作的波段；所述输入识别终端在所述活动段的中间时刻对所述姿态角数据进行特征提取，得到姿态角特征值；所述输入识别终端对所述加速度数据进行特征提取，得到加速度特征值；所述输入识别终端采用支持向量机对所述姿态角特征值和所述加速度特征值进行按键识别。2.根据权利要求1所述的基于智能指环的虚拟输入方法，其特征在于，姿态角包括俯仰角、滚转角和偏航角；所述输入识别终端采用所述加速度数据对所述俯仰角和所述滚转角进行修正，并采用所述磁场数据对所述偏航角进行补偿矫正。3.根据权利要求1或2所述的基于智能指环的虚拟输入方法，其特征在于，所述输入识别终端提取所述角速度数据的波形中的活动段，具体包括：所述输入识别终端对x、y、z三轴的角速度数据分别进行前向差分；所述输入识别终端取差分后的x、y、z三轴的角速度数据的绝对值之和作为数据处理对象；所述输入识别终端根据设置的活动阈值来对表示击键动作的波段进行提取。4.根据权利要求1至3任一项所述的基于智能指环的虚拟输入方法，其特征在于，在所述输入识别终端在所述活动段的中间时刻对所述姿态角数据进行特征提取之前，还包括：所述输入识别终端根据按键监听程序和对应击键过程的分析，确定击键动作发生在所述活动段的极值处，该极值处的时间点对应所述活动段的中间时刻。5.根据权利要求1至4任一项所述的基于智能指环的虚拟输入方法，其特征在于，所述输入识别终端对所述加速度数据进行特征提取，具体包括：所述输入识别终端将所述加速度数据的测量值与初始值作差，再作模值运算，并将击键过程内的最大值作为所述加速度特征值。6.一种基于智能指环的虚拟输入系统，其特征在于，包括智能指环和输入识别终端；所述智能指环包括：传感器模块，用于智能指环采集击键发生时刻的运动数据，其中，所述运动数据包括加速度数据、角速度数据和磁场数据；无线发送模块，与所述传感器模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉良，廉超，沙晓鹏，詹志坤，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北,13