專利名稱：一種人機(jī)交互戒指的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種佩戴在手指上的人機(jī)交互戒指。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的新型人機(jī)交互有很多種形式，包括多點(diǎn)的觸摸屏，基于傳感器的體感設(shè)備，基于圖像識(shí)別的交互，基于肌肉計(jì)算的交互等。以上的各種交互方式能夠彌補(bǔ)很多以前存在的不足，但是這些交互方式也存在一些新問題和缺點(diǎn)。多點(diǎn)觸摸的交互方式，這種交互方式現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍的應(yīng)用在各種設(shè)備中了，該設(shè)備的原理是當(dāng)人的手指接觸觸摸屏元件時(shí)，該點(diǎn)的電容或者電阻會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過采集不同點(diǎn)的數(shù)值就可以判斷出觸摸的位置。但是這種設(shè)備的局限在于操作者必須 在設(shè)備前使用并與觸摸屏接觸，當(dāng)遠(yuǎn)離設(shè)備時(shí)是無法操作該設(shè)備的。體感型人機(jī)交互方式，其包括通過遙控器內(nèi)的加速度傳感器感知使用者手部的運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行交互，或是通過一種特殊的攝像頭，這種攝像頭可以采集景深信息，然后通過對(duì)圖像的處理重構(gòu)出使用者的骨架來進(jìn)行交互。體感交互方式的缺點(diǎn)在于使用者必須在設(shè)備前大幅度的動(dòng)作才能夠被準(zhǔn)確的判斷為交互動(dòng)作，微小的動(dòng)作是不被接受的。一種肌肉計(jì)算的交互設(shè)備，設(shè)備通過采集人體肌肉的肌電信號(hào)來判斷人體手部的動(dòng)作，從而進(jìn)行交互。這種設(shè)備目前還不成熟，設(shè)備笨重且不易攜帶。采集人手部動(dòng)作的數(shù)據(jù)手套，該手套的原理是每一個(gè)手指都附著一個(gè)彎曲傳感器，通過對(duì)彎曲傳感器的變化的采集來重現(xiàn)人體的手部的動(dòng)作最終完成交互。這種設(shè)備造價(jià)極為昂貴，且佩帶起來相對(duì)麻煩，尤其是在炎熱的夏季這種設(shè)備不適合普通用戶使用。一種人機(jī)交互設(shè)備支持一種全新人機(jī)交互方式可接任何固體表面作為觸摸平面，通過觸摸該表面完成各種手勢(shì)動(dòng)作，并以該動(dòng)作控制計(jì)算機(jī)或智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作。但是當(dāng)實(shí)施方式為手指時(shí)，手指在完成動(dòng)作中發(fā)送彎曲會(huì)導(dǎo)致繪制的手指運(yùn)動(dòng)軌跡不準(zhǔn)確，具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型人機(jī)交互戒指，該戒指支持一種全新人機(jī)交互方式可接任何固體表面作為觸摸平面，通過觸摸該表面完成各種手勢(shì)動(dòng)作，并以該動(dòng)作控制計(jì)算機(jī)或智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作，并在手指發(fā)生彎曲時(shí)保證交互信息準(zhǔn)確。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種人機(jī)交互戒指，包括加速度傳感器模塊，用于測(cè)量手指與作用平面的投影角度并用坐標(biāo)系變換；陀螺儀模塊，用于測(cè)量所述手指與作用平面的角速度變化，根據(jù)變換后的投影角度和所述角速度變化通過計(jì)算獲得手指運(yùn)動(dòng)軌跡；距離傳感器模塊，用于修正在手指發(fā)生彎曲時(shí)，所述陀螺儀模塊無法準(zhǔn)確測(cè)量帶來的誤差，從而得出正確的手指運(yùn)動(dòng)軌跡；
麥克風(fēng)傳感器模塊，用于獲得所述手指與其他表面的摩擦音頻；處理模塊，用于根據(jù)所述正確的運(yùn)動(dòng)軌跡和摩擦音頻，得到“拖拽”的人機(jī)交互命令；以及通過所述加速度傳感器模塊測(cè)量的數(shù)據(jù)和計(jì)算出所述摩擦音頻的瞬時(shí)功率對(duì)于敲擊動(dòng)作做出判斷，得到“敲擊”命令的人機(jī)交互命令；實(shí)現(xiàn)所述人機(jī)交互命令與相應(yīng)的設(shè)備或計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。所述人機(jī)交互戒指通過無線的方式和其他設(shè)備進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。所述陀螺儀模塊的手指運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種人機(jī)交互戒指，其特征在于，包括 加速度傳感器模塊，用于測(cè)量手指與作用平面的投影角度并用坐標(biāo)系變換； 陀螺儀模塊，用于測(cè)量所述手指與作用平面的角速度變化，根據(jù)變換后的投影角度和所述角速度變化通過計(jì)算獲得手指運(yùn)動(dòng)軌跡； 距離傳感器模塊，用于修正在手指發(fā)生彎曲時(shí)，所述陀螺儀模塊無法準(zhǔn)確測(cè)量帶來的誤差，從而得出正確的手指運(yùn)動(dòng)軌跡； 麥克風(fēng)傳感器模塊，用于獲得所述手指與其他表面的摩擦音頻； 處理模塊，用于根據(jù)所述正確的運(yùn)動(dòng)軌跡和摩擦音頻，得到“拖拽”的人機(jī)交互命令；以及通過所述加速度傳感器模塊測(cè)量的數(shù)據(jù)和計(jì)算出所述摩擦音頻的瞬時(shí)功率對(duì)于敲擊動(dòng)作做出判斷，得到“敲擊”命令的人機(jī)交互命令；實(shí)現(xiàn)所述人機(jī)交互命令與相應(yīng)的設(shè)備或計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人機(jī)交互戒指，其特征在于，所述人機(jī)交互戒指通過無線的方式和其他設(shè)備進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人機(jī)交互戒指，其特征在于，所述陀螺儀模塊的手指運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人機(jī)交互戒指，其特征在于，所述距離傳感器模塊包括 測(cè)量模塊，用于測(cè)量所述人機(jī)交互戒指與所述人機(jī)交互戒指所在手指關(guān)節(jié)的前一關(guān)節(jié)的距離； 修正模塊，用于通過手指建模和測(cè)量的所述距離，以修正公式計(jì)算出正確的軌跡移動(dòng)距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人機(jī)交互戒指，其特征在于，所述計(jì)算模塊的修正公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人機(jī)交互戒指，其特征在于，所述處理模塊，包括 拖拽命令模塊，用于根據(jù)采集的運(yùn)動(dòng)軌跡，判斷在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的所述人機(jī)交互戒指在運(yùn)動(dòng)過程中人的手勢(shì)，以及根據(jù)與其他表面的摩擦音頻，來確定摩擦發(fā)生的起點(diǎn)和終點(diǎn)時(shí)間，得到一個(gè)拖拽動(dòng)作； 點(diǎn)擊命令模塊，用于通過計(jì)算所述摩擦音頻的瞬時(shí)功率和所述加速度傳感器模塊的一個(gè)軸向線加速度，得到相應(yīng)的數(shù)值，利用算法對(duì)該數(shù)值進(jìn)行處理判斷是否是一個(gè)點(diǎn)擊動(dòng)作。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人機(jī)交互戒指，其特征在于，所述拖拽命令模塊，包括 音頻處理子模塊，用于當(dāng)與其他表面發(fā)生滑動(dòng)摩擦?xí)r，聲波傳導(dǎo)到設(shè)備的麥克風(fēng)中，通過算法來判斷是否是一個(gè)摩擦聲，從而得到摩擦的起始點(diǎn)和終點(diǎn)； 位移處理子模塊，用于通過對(duì)所述陀螺儀傳感器模塊進(jìn)行建模處理，計(jì)算所述人機(jī)交互戒指的位移軌跡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人機(jī)交互戒指，其特征在于，所述音頻處理子模塊，用于當(dāng)手指與其他表面發(fā)生滑動(dòng)摩擦?xí)r，聲波會(huì)通過手指骨傳導(dǎo)到設(shè)備的麥克風(fēng)中，通過算法來判斷是否是一個(gè)摩擦聲，從而得到摩擦的起始點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人機(jī)交互設(shè)備，其特征在于，所述音頻處理子模塊，通過計(jì)算聲音片段的美爾頻率倒譜系數(shù)、過零率和功率指標(biāo)作為特征，利用經(jīng)過訓(xùn)練的支持向量機(jī)分類器得到摩擦的起始點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的人機(jī)交互戒指，其特征在于，所述音頻處理子模塊，具體執(zhí)行下列操作 通過麥克風(fēng)傳感器模塊采集到音頻，將音頻變成數(shù)字化的信號(hào)也就是音頻流； 通過截?cái)嗟姆椒?，把音頻流切成片段； 對(duì)獲得的片段進(jìn)行處理，加海明窗，計(jì)算片段的美爾頻率倒譜系數(shù)，計(jì)算片段的功率，計(jì)算片段的過零率作為特征向量；該特征為一個(gè)多維的向量由美爾頻率倒譜系數(shù)和片段功率過零率拼接而成； 對(duì)獲得的片段的特征進(jìn)行標(biāo)注，并訓(xùn)練支持向量機(jī)模型； 通過支持向量機(jī)對(duì)計(jì)算出來片段的特征進(jìn)行分類，分為摩擦和非摩擦。顯然的從非摩擦到摩擦就是一個(gè)摩擦的起點(diǎn)，而由摩擦到非摩擦就是終點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人機(jī)交互戒指，包括加速度傳感器模塊，用于測(cè)量手指與作用平面的投影角度并用坐標(biāo)系變換；陀螺儀模塊，用于測(cè)量所述手指與作用平面的角速度變化，根據(jù)變換后的投影角度和所述角速度變化通過計(jì)算獲得手指運(yùn)動(dòng)軌跡；距離傳感器模塊，用于修正在手指發(fā)生彎曲時(shí)，所述陀螺儀模塊無法準(zhǔn)確測(cè)量帶來的誤差，從而得出正確的手指運(yùn)動(dòng)軌跡；麥克風(fēng)傳感器模塊，用于獲得所述手指與其他表面的摩擦音頻；處理模塊，用于人機(jī)交互命令，實(shí)現(xiàn)所述人機(jī)交互命令與相應(yīng)的設(shè)備或計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。
文檔編號(hào)G06F3/0346GK102866789SQ20121034794
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者張博寧, 錢躍良, 陳益強(qiáng), 王向東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所