基于移动感测的输入用户指令的方法和设备技术

本发明专利技术提供了一种运行在三维空间内的用户指令输入设备。该用户指令输入设备包括：第一传感器，感测设备围绕至少一个轴的角速率；第二传感器，感测设备在至少一个方向上的加速度；以及处理单元，根据第一传感器的输出计算与第一设备姿态无关的坐标系中的第一旋转角，根据第二传感器的输出值计算坐标系中的第二旋转角，并且，通过将第一旋转角和第二旋转角相结合，计算最终姿态角。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术描述的方法和装置涉及包含移动传感器的用户指令输入设备。更具体地来说，本专利技术涉及能够基于三维空间内的设备移动而自然地并且准确地输入用户指令的用户指令输入设备。
技术介绍
随着计算机科学的进步，产生出了多种允许用户将信息输入到计算机设备中的设备。这些设备中的其中一种称为用户指令输入设备。当用户操作这种设备组件时，产生出与用户指令输入设备相对应的位置数据。另外，这种位置数据转换为显示在显示器上的指针图像的动作。因此，用户可以通过移动用户指令输入设备，从而将指针图像与显示器上所显示出的对象相联系。在这里，对象指的是用户界面，当选择菜单、按键或者图像时，该用户界面允许实施某些动作。在这之后，用户可以通过选择动作，比如按下用户指令输入设备的某个按键，从而实施与对应的对象相关联的某些指令。通用个人计算机用户使用带有图形用户界面的操作系统(比如，Microsoft Windows和MAC OS X)来操作其计算机。这是为了实现便捷的鼠标功能和各种图形功能，而基于诸如DOS (磁盘操作系统)系统和一些UNIX版本的操作系统的控制台无法支持这些功能，用户通过拖动、滚转或者点击鼠标就可以输入命令，而无需利用键盘进行输入。另一方面，一些图像显示设备无法使用那些用在个人计算机中的键盘或者鼠标， 比如数字TV、机顶盒、游戏机，在这些图像显示设备中，可以使用在远程控制设备上预先准备的键盘(key pad)来输入各种指令。因为上述设备不同于个人计算机，在运行过程中并不在固定在某些位置上，所以主要利用了上述键盘输入方法，而这种运行方式对于诸如起居室的开放空间来说是必要的，从而难以使用固定在诸如键盘或者鼠标的平面上的输入方式。
技术实现思路
技术问题考虑到上述问题，目前产生出了带有诸如陀螺仪和加速计的移动传感器的三维用户指令输入设备。利用移动这种三维用户指令输入设备，用户可以在期望方向上，以期望速度移动对应显示器上的指针图像，并且，用户可以通过按下用户指令输入设备上的某个按键，从而选择和执行期望动作。然而，与通过诸如鼠标的在固定的二维平面上产生动作来输入用户命令的技术不同，通过三维空间中的任意动作，在移动指针或者某个对象(例如，游戏单元)的用户指令输入设备中传递自然而准确的移动并不容易。这是因为，根据持有设备的姿势、方向或者距离，可能会发送用户无意产生的动作。事实上，关于利用加速计和角速率传感器测量三维移动的专利技术早在20世纪80年代就已经出现了。本专利技术并非只想实现利用了加速计和角速率传感器的输入设备，而想要实现自然地符合用户期望的带有简洁系统的输入设备(即，使用少量操作的系统)。解决问题本专利技术的目的在于为更加自然和准确地在设备中输入用户指令，该设备通过三维空间内的任意移动来输入用户指令。本专利技术并不限制在上述技术目的。通过以下详细描述，本领域技术人员将更加明确地理解本文中没有描述的其他目的。根据本专利技术的示例性实施例，提供了一种运行在三维空间内的用户指令输入设备，该设备包括第一传感器，感测设备的围绕至少一个轴的角速率；第二传感器，感测设备的在至少一个方向上的加速度；以及处理单元，根据第一传感器的输出值计算与第一设备的姿态无关的坐标系中的第一旋转角，根据第二传感器的输出值计算坐标系中的第二旋转角，并且，通过将第一旋转角和第二旋转角相结合，计算最终姿态角。根据本专利技术的示例性实施例，提供了一种使用运行在三维空间内的用户指令输入设备输入用户指令的方法，该方法包括感测设备围绕至少一个轴的角速率；感测设备在至少一个方向上的加速度；使用第一传感器的输出值，计算坐标系中的第一旋转值，该坐标系与设备的姿态无关；使用第二传感器的输出值计算坐标系中的第二旋转角；通过将第一旋转角和第二旋转角相结合，计算最终姿态角；以及输出位置变化，位置变化对应于计算出的最终姿态角的变化。附图说明通过结合附图来描述本专利技术的详细的优选实施例，从而使得本专利技术的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见，其中图1示出了在某个坐标系内限定的三轴旋转角。图2是示出了根据本专利技术的示例性实施例的用户指令输入设备的框图。图3示出了根据本专利技术的示例性实施例的使用了加速计的测量滚转值的方法。图4示出了在根据本专利技术的示例性实施例的测量偏航角的方法中，利用俯仰值和滚转值来计算偏航值的方法。图5到图7示出了在等式5中，当使用了 ωχ时和当没有使用ωχ时的情况。图8是使用移动评估函数来评估设备移动的流程图。图9示出了移动评估函数的钟型曲线。图10示出了用作移动评估函数的指数函数。图11、图12和图13示出了根据本专利技术的示例性实施例的映射函数。图14至图16示出了应用关于俯仰方向旋转的映射比例尺的示例。图17和图18示出了应用关于偏航方向旋转的映射比例尺的示例。图19示出了主体坐标系的原点和导航坐标系的原点之间相一致。图20示出了王体坐标系的原点和导航坐标系的原点之间不一致。具体实施例方式将结合附图详细描述本专利技术的示例性实施例。通过参照示例性实施例的以下详细描述和附图，可以更容易理解本专利技术和完成本专利技术的方法的优点和特征。然而，可以以多种不同形式来实现本专利技术，并且不应该将本专利技术直接理解为限于本文所阐述的实施例。此外，提供了这些实施例从而使得本专利技术详尽完整并且将本专利技术的概念完整传达给本领域技术人员，并且仅通过所附权利要求来限定本专利技术。在本专利技术中，用户指令输入设备指的是界面设备，该界面设备通过接收用户移动的输入而直观地显示出各种内容。该设备产生的信息能够通过对应于信息的用户的移动而获得，该信息对于各种信息设备或者各种服务是必要的。这种设备的一些示例包括三维空间鼠标、IPTV(互联网协议TV)远程控制以及游戏输入设备。图1示出了在某个坐标系(坐标系统)内限定的三轴旋转方向。在某个包含χ轴、 y轴和ζ轴的坐标系中，俯仰(Θ)指的是围绕y轴方向的旋转，滚动(Φ)指的是围绕χ轴方向的旋转，偏航(Ψ)指的是围绕ζ轴方向的旋转。通过右手坐标系确定出旋转是正(+) 还是负(_)。本专利技术记载了两套坐标系导航坐标系和主体坐标系。导航坐标系固定在空间上，指的是包含了三个轴XN、YN* Zn的标准坐标系。也就是说，导航坐标系与设备的姿态 (attitude)无关。另外，主体坐标系指的是相对坐标系，存在于置于三维空间内的对象上， 并且包含三个轴Xb、Yb*Zb。在图1中，χ方向指的是标准方向，其中，用户指令输入设备朝向该方向。也就是说，如果基于朝向标准方向的轴进行旋转，则是滚转方向。图2是示出了根据本专利技术的示例性实施例的用户指令输入设备100的结构图。用户指令输入设备100可以控制至少一个显示设备(未示出)上的对象。该对象可以是显示器上的指针，或者可以是游戏中的对象。显示设备也可以安装在独立固定的位置上，但是也可以与用户指令输入设备100(例如，便携式游戏机)集成在一起。在更具体的示例中，用户指令输入设备100可以包括角速率传感器110、加速度传感器120、滤波单元130、处理单元190和输出单元180。而且，处理单元190可以包括第一操作单元140、第二操作单元150、姿态角测量单元160和变化映射单元170。角速率传感器110感测到设备100在主体坐标系上旋转的角速度，并且产生出采样输出值(数字值)。可以将陀螺仪用本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种运行在三维空间内的用户指令输入设备，所述设备包括：第一传感器，感测所述设备围绕至少一个轴的角速率；第二传感器，感测所述设备在至少一个方向上的加速度；以及处理单元，根据所述第一传感器的输出计算与第一设备姿态无关的坐标系中的第一旋转角，根据所述第二传感器的输出值计算所述坐标系中的第二旋转角，并且，通过将所述第一旋转角和所述第二旋转角相结合，计算最终姿态角。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴圭澈，
申请(专利权)人：迈克罗茵费尼蒂公司，
类型：发明
国别省市：KR