專利名稱：物體形狀確定方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于根據(jù)靜電感測來確定物體形狀的方法，用于根據(jù)所確定的形狀來控制裝置或設(shè)備的方法，以及包括處理裝置和靜電感測元件，用于執(zhí)行所述方法的設(shè)備。本發(fā)明特別而并非僅僅應(yīng)用于計算機(jī)系統(tǒng)、顯示器、消費(fèi)者電子裝置及其它交互式裝置，其中物體形狀確定例如可以用于姿勢識別，借此提供無接觸的控制和交互。
已知許多與諸如計算機(jī)、自動售貨機(jī)或電話亭、顯示器、移動電話和個人數(shù)字助理或便攜計算機(jī)之類的裝置相交互的技術(shù)。例如，經(jīng)由鍵盤/小鍵盤和“鼠標(biāo)”的直接輸入為大部分計算機(jī)用戶所熟知。特別地是，圖形用戶接口在指示裝置(鼠標(biāo))的控制下利用指針使用“指向和點(diǎn)擊”意象(metaphor)，所述指示裝置圖形表示在顯示器上的位置和動作。隨著塑料“筆”被用于便攜計算機(jī)來提供直觀的交互作用，基于壓力或電容感測技術(shù)的觸摸屏技術(shù)逐漸變得通用。
可以向用戶交互作用提供裝置的另一技術(shù)是電場感測，有時被稱為準(zhǔn)靜電感測。通常，通過施加交流電壓來激勵第一發(fā)送電極，所述交流電壓由于電容耦合利用第二接收電極設(shè)立電場線并且由此在第二電極中感應(yīng)位移電流。當(dāng)物體被放置在電極附近并且進(jìn)而位于擴(kuò)展的場線中時，物體截止了一些場線，這導(dǎo)致電容性電流減小。從而，如果監(jiān)視電流的話，那么可以感測到非常接近于電極的物體的存在。
專利US6,025,726公開了一種意在用于計算機(jī)及其它應(yīng)用的電場感測器設(shè)備。取決于所打算的應(yīng)用，可以感測用戶手指或手或全身的位置。如US6,025,726所述的電路和設(shè)備有些龐大且復(fù)雜，這使它不能很好地集成到膝上計算機(jī)或具有顯示器的小型手持裝置中。此外，例如，用于確定物體近似位置的，所公開的方法是基于由偶極子場來描述在發(fā)送和接收電極之間電場的不正確物理假定，以及基于此場不會被物體的存在而干擾的不正確假定的。對這種系統(tǒng)和方法來說，分析物體的3D形狀或輪廓是成問題的。
因此，需要一種電場感測方法和設(shè)備，能夠確定物體的三維形狀以便能夠例如經(jīng)由姿勢識別來進(jìn)行控制。
依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于確定在從感測器設(shè)備延伸的靜電感測區(qū)域中所放置的未知物體形狀的方法，所述感測器設(shè)備包括多個靜電接收裝置和至少一個靜電發(fā)送裝置，所述方法包括測量由所述未知物體在每個接收裝置上所感應(yīng)的電荷變化并且把所述電荷測量作為第一電荷圖像數(shù)據(jù)集Cf存儲，獲取用于表示點(diǎn)坐標(biāo)的預(yù)定形狀數(shù)據(jù)集(PSD)，所述點(diǎn)坐標(biāo)定義了所述預(yù)定形狀，對于第一電荷圖像數(shù)據(jù)集Cf確定電荷分布數(shù)據(jù)集q′，以便基本上產(chǎn)生所測量的電荷圖像Cf，所述電荷分布數(shù)據(jù)集q′用于表示在預(yù)定形狀上所要求的電荷分布，計算在對應(yīng)于所述電荷分布數(shù)據(jù)集q′的感測區(qū)域中的靜電勢分布，產(chǎn)生具有對應(yīng)于感測區(qū)域中點(diǎn)的坐標(biāo)的新的形狀數(shù)據(jù)集，在所述感測區(qū)域中靜電勢分布接近于零，并且通過把新的形狀數(shù)據(jù)集和預(yù)定形狀數(shù)據(jù)集之間的差異與預(yù)定閾值相比較，來把新的形狀數(shù)據(jù)集確定為用于表示在感測區(qū)域中未知物體的形狀。
依照本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于控制裝置的方法，包括依照如上所述的第一方面來確定物體形狀，從與預(yù)定義形狀相關(guān)聯(lián)的控制動作列表中選擇與所確定的物體形狀相關(guān)聯(lián)的控制動作，并且執(zhí)行所選擇的控制動作。
依照本發(fā)明的第三方面，公開了一種用于確定在從感測器設(shè)備延伸的靜電感測區(qū)域中所放置的未知物體形狀的系統(tǒng)，所述感測器設(shè)備包括至少一個靜電發(fā)送裝置和多個靜電接收裝置，用于存儲預(yù)定形狀數(shù)據(jù)集的存儲裝置，和用于按照上述第一方面來確定在靜電感測區(qū)域中所放置的未知物體形狀的處理裝置。
上述的方法方面通常通過根據(jù)所計算的靜電勢等值線來逐漸地修改預(yù)定已知物體的形狀，而確定未知物體的形狀。通過計算預(yù)定形狀(假想)的電荷分布來指導(dǎo)修改所述預(yù)定形狀，通過把預(yù)定物體認(rèn)為是接地導(dǎo)體來指導(dǎo)所述計算，這使得可以使用諸如Tikhonov規(guī)則化之類的規(guī)則化過程。
然后計算由于此假想電荷分布所導(dǎo)致的靜電勢分布，并且修改預(yù)定形狀以在3-D空間中更接近地對準(zhǔn)零靜電勢等值線的位置。利用這種方法把靜電勢等值線＝零用作未知形狀的下一最佳猜測，來逐漸地修改預(yù)定已知的假想物體形狀。
在一個實施例中，所述設(shè)備包括計算機(jī)系統(tǒng)，所述計算機(jī)系統(tǒng)具有可操作來執(zhí)行上述方法方面的微處理器，所述處理器和計算機(jī)鏈接到包括幾個接收電極和幾個發(fā)送電極的靜電感測板。
還提供了用于以外圍點(diǎn)坐標(biāo)的形式來存儲預(yù)定形狀的存儲裝置，其中把三角形元素映射到所述外圍點(diǎn)坐標(biāo)上。當(dāng)物體被接收器電極感測時(通過輸出電流的變化來表示)，處理器按照規(guī)則化過程的指導(dǎo)，監(jiān)視在每個接收器上所接收的電荷，把適當(dāng)?shù)募傧牖蛟O(shè)想的電荷分布映射到在存儲器中所存儲的已知物體形狀上，計算零靜電勢等值線并且修改朝著等值線的每個三角形元素的位置，直到已經(jīng)找到滿意的適合配置(satisfactory fit)。
所述處理器確定所述適合配置是滿意可通過比較在感測器板所測量的電荷和由于假想電荷數(shù)據(jù)集所要產(chǎn)生并因此而被測量的電荷之間的平方差的和，并且當(dāng)這個和在例如5％的預(yù)定閾值差異以下時終止所述過程來完成。
因此，逐個元素地修改預(yù)定形狀(例如球體)直到它近似于在所述設(shè)備附近所放置的未知形狀(例如翹拇指的手勢)。
從而，獲得迭代收斂過程，其能夠在電場感測器設(shè)備中確定未知物體的形狀。
另外，設(shè)備可以包括顯示裝置和圖形用戶接口，其中當(dāng)確定所述形狀時執(zhí)行與所確定的形狀相關(guān)聯(lián)的控制動作。
依照本發(fā)明的另一方面，提供了包括指令的程序代碼，所述指令指示處理器執(zhí)行上述方法，還提供了其上具有所述指令的程序代碼載體。
依照本發(fā)明的又一方面，提供了一種控制裝置的方法，所述控制取決于如第一方面所述的對物體形狀的確定。
在所附權(quán)利要求中列舉了本發(fā)明的進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)，通過引用在此結(jié)合權(quán)利要求所公開的內(nèi)容，并且現(xiàn)在向讀者展示。
現(xiàn)在將僅以舉例形式并且參考附圖來描述本發(fā)明，其中


圖1示出了與電場感測感測器板鏈接的個人計算機(jī)；圖2更詳細(xì)地示出了感測器板；圖3是舉例說明依照本發(fā)明方法步驟的流程圖；和圖4是舉例說明依照本發(fā)明控制方法步驟的流程圖。
圖5是用于執(zhí)行依照本發(fā)明方法的計算機(jī)的顯示器屏幕快照。
應(yīng)當(dāng)注意，附圖是圖示的而不是按比例繪制的。為了在附圖中清楚且方便，部分這些圖的相對尺寸和比例被放大或縮小。通常在修改的和不同的實施例中，相同的附圖標(biāo)記用于指代相應(yīng)或類似的部件。
稍后要描述的實施例包括具有IBMTM可兼容個人計算機(jī)(PC)的系統(tǒng)，所述個人計算機(jī)(PC)連接到以電場感測板形式的感測器設(shè)備，所述電場感測板集成了場感測電極和電路組件。通常樣式的PC具有通用微處理器形式的處理裝置。提供了以磁性硬盤驅(qū)動器、存儲器和光盤驅(qū)動器的形式的存儲裝置來用于存儲程序，所述程序當(dāng)被載入存儲器并由微處理器執(zhí)行時能夠執(zhí)行本發(fā)明的各方面。應(yīng)當(dāng)注意，PC可以位于電場感測板遠(yuǎn)處，之間只有為所述PC提供所感測的測量而必須的連接鏈路?？梢杂芍苯友b置(例如串行、USB或電線實施方式)或間接裝置(諸如經(jīng)由以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)鏈路，有線或無線)來提供所述鏈路。
那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易地理解系統(tǒng)的精確配置將取決于所想要的應(yīng)用方案。例如，本地直接連接將足以至少部分地根據(jù)物體形狀確定來滿足基于家庭PC的用戶交互和控制，而網(wǎng)絡(luò)鏈路可能更適于安全和訪問控制應(yīng)用。此外，那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到具有存儲裝置和處理裝置以及感測器設(shè)備的消費(fèi)者電子裝置、手持裝置等也可以使本發(fā)明具體化。
圖1是使本發(fā)明具體化的系統(tǒng)的示意圖。所述系統(tǒng)包括由串行RS232數(shù)據(jù)鏈路11連接到電場感測器設(shè)備(S)20的PC 10。PC 10具有IntelTMPentium級的微處理器12(或者另一適當(dāng)?shù)膫溥x，如由AMDTM所生產(chǎn)的微處理器)，所述微處理器12經(jīng)由數(shù)據(jù)總線13連接到存儲裝置14(RAM)、硬盤驅(qū)動器(HDD)16和光盤驅(qū)動器17。本發(fā)明的方法特征被具體化為最初在光盤介質(zhì)17a上所提供的軟件代碼17b。代碼17b被拷貝到硬盤驅(qū)動器16以便本地存儲并執(zhí)行。當(dāng)然，所述代碼可以在諸如閃速ram卡或軟盤之類的其它載體介質(zhì)上提供，或可以被作為因特網(wǎng)上的信號攜帶，并在用戶要求時下載到PC。所述代碼17b一旦被提供給PC 10，典型情況下將被安裝到硬盤驅(qū)動器16上以便由微處理器12執(zhí)行。還提供了諸如MicrosoftWindows XPTM之類的操作系統(tǒng)代碼以便能夠正常操作所述PC。如圖所示還提供了顯示器18。
圖2更詳細(xì)地舉例說明了感測器設(shè)備(S)20。板20包括許多排電場接收電極(R)21a、21b、21c…和發(fā)送電極(T)31a、31b、31c…，所述電極依照棋盤格或交替圖案布置。感測器可以在矩陣中布置多達(dá)800×600個單個電極。為了清楚起見，在圖中只示出了幾行和列。選擇性地，構(gòu)成這種具有感測陣列的感測板20的配置、線路布置和電路構(gòu)造可以被集成到例如基于聚硅的薄膜晶體管液晶顯示器中，電極與單個顯示像素結(jié)合。感測板技術(shù)和示例性感測板設(shè)備和電路在2002年12月27日公布的、相同發(fā)明人的、申請人的一并待決的國際申請WO 02/103621中更完整地描述，在此將其內(nèi)容結(jié)合，現(xiàn)在向讀者給出。
操作中，板20測量由物體存在而在接收電極上所感應(yīng)的電荷變化，所述電荷變化經(jīng)由串行鏈路11被提供給PC 10以便經(jīng)由程序17b分析，所述程序具有與感測板的配置和類型有關(guān)的幾何信息，所述感測板的配置和類型由用戶在最初安裝時附加或輸入，或在程序/PC10和感測器板20之間初始即插即用類型的交換中被自動檢測。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到確定放置在上述區(qū)域中并且接近于感測板20的物體的形狀。一般地說，交變電勢電壓(在這種情況下V＝20V，f＝100kHz)被施加到每個發(fā)送電極31a、b、c。這在由感測器板20所定義的接地面上的感測區(qū)域中所放置的導(dǎo)電物體(人手可以被認(rèn)為是導(dǎo)體f＝100kHz)的表面上感應(yīng)出電勢。此電勢隨后在物體的表面上感應(yīng)電荷，以致由此電荷分布所產(chǎn)生的電勢等于發(fā)送器電勢，但是符號與之相反，以便在物體表面的凈電勢為零。最后，在所述物體上感應(yīng)的電荷導(dǎo)致在感測器板20上的電荷分布變化，此變化由接收電極(R)21a、b、c來測量。在電場或靜電(電容)感測的技術(shù)領(lǐng)域中，在感測平面所感應(yīng)的電荷變化有時被稱為“電荷圖像”。
原則上，人們可以監(jiān)視所述電荷圖像并且據(jù)此使用靜電理論來計算電勢分布，并且認(rèn)為零電勢等值線與物體形狀是一致的。然而，在實踐中，由板20所測量的電荷變化通常的數(shù)量級為每個接收電極幾個到一個毫微微法拉(1fF)，由此固然對噪聲敏感。以發(fā)明人看來，由噪聲引入到所測量電荷圖像中的不確定性妨礙了任何算法(由此妨礙了計算機(jī)實施這種算法)收斂到有意義的解，該有意義的解用于確定在感測區(qū)域中物體可能形狀。
在數(shù)學(xué)家的語言中，支配并描述在物體和發(fā)送器/接收器之間電場感測交互的靜電方程設(shè)立了不適定的矩陣方程。從而，很少保證矩陣方程的解收斂，并且在其中獲得解收斂的有限情況中，產(chǎn)生非物理上的物體形狀或電荷分布。
然而，申請人認(rèn)識到，以數(shù)學(xué)術(shù)語來說，可以通過假定在作為絕緣體的已知假設(shè)物體上的電荷分布將與在被當(dāng)作為導(dǎo)體的已知物體上產(chǎn)生的電荷分布類似，來使所述問題規(guī)則化。
此外，所述規(guī)則化使得能夠估計在感測板20上3D區(qū)域中的靜電勢分布。至關(guān)重要地，該假定暗示了在所述區(qū)域中零靜電勢等值線在形狀上將接近于生成圖像電荷的實際物體。從而，等值線可以用來構(gòu)成新的假設(shè)物體，其在形狀上更接近于干擾系統(tǒng)并且創(chuàng)建所測量電荷變化的實際物體。
現(xiàn)在將參考圖3描述以上所述，圖3舉例說明了在圖1的計算機(jī)系統(tǒng)實施例中執(zhí)行的依照本發(fā)明方法方面的步驟。
圖3在步驟40開始，其中計算機(jī)10監(jiān)視由板20所輸出的電荷。然后例如用戶把諸如手之類的物體放置在板20上，并且電荷變化被從每個接收電極21a、b、c提供到計算機(jī)，所述計算機(jī)把所述電荷作為第一電荷圖像數(shù)據(jù)集Cf存儲在存儲器14中。
然后程序17b使處理器12接下來執(zhí)行步驟42，其中從存儲器中獲取用于表示預(yù)定形狀的數(shù)據(jù)。在此實施例中，申請人選擇把形狀作為具有位置信息的三角形序列來存儲，其中使所述位置信息與感應(yīng)器板相關(guān)。從而，如在3D圖形領(lǐng)域中所公知的那樣，可以通過移動所述形狀的各個三角形來操縱所述形狀。起始形狀例如可以是懸吊在由感測板所定義的平面上幾厘米的球體，并且其具有在所述板的x和y限制內(nèi)的尺寸(例如假定20×20厘米)。
三角形元素被映射到物體表面以便形成3D預(yù)定形狀，由此所述預(yù)定形狀被存儲在硬盤驅(qū)動器16中，作為用于描述組成所述形狀的元素的點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)據(jù)集。
從存儲裝置16獲取預(yù)定形狀數(shù)據(jù)集(PSD)并且將其傳送到存儲器18以便處理，然后所述程序使處理器移到步驟44，其中計算在預(yù)定形狀上所要求用來產(chǎn)生所測量電荷圖像Cf的電荷分布q′。
這通過對于預(yù)定形狀(其不是導(dǎo)致電荷圖像Cf的形狀/物體)建立N個線性方程系統(tǒng)來實現(xiàn)Gq＝t (1)其中G是在計算機(jī)存儲器中所存儲的矩陣數(shù)據(jù)集，包括用于描述在預(yù)定形狀的每個點(diǎn)坐標(biāo)和所述預(yù)定形狀的每個其它點(diǎn)之間靜電交換電勢的元素，而t是用于描述在預(yù)定形狀的每個點(diǎn)坐標(biāo)和發(fā)送電極31a、b、c的點(diǎn)坐標(biāo)之間靜電交換電勢的向量數(shù)據(jù)集。
計算機(jī)程序例如根據(jù)考慮像發(fā)送器之類的磁盤并且把形狀表面本身劃分為具有中點(diǎn)ρi、φi和zi的N個三角形元素并且定義向量t來產(chǎn)生N線性方程系，其中每個中點(diǎn)具有恒定的電荷qi，定義向量t是按照下面的方程式(2)ti=Vtzi2π∫0αi∫02πρ′dφ′dρ′(ρi2+ρ′2-2ρiρ′cos(φ′)+zi2)3/2---(2)]]>同樣地由下面方程式(3)給出了元素GGi,j=14π∫∂Oj[1ρ2+ρi2-2ρρicos(φ-φi)+(z-zi)2]]>-1ρ2+ρi2-2ρρicos(φ-φi)+(z+zi)2]ds---(3)]]>從而，計算機(jī)程序使用諸如由NAGTM或MATLABTM所提供的數(shù)值計算技術(shù)來在存儲器中產(chǎn)生對應(yīng)于G和t的數(shù)據(jù)集。
為了描述在感測器板20的電容變化，所述板被分為段δRi，每個段具有電容ci并且其中具有元素Mi，j的矩陣被定義為Mi,j=-∈12πVt∫∂Ri′∫∂0jz(ρ2+ρ′2-2ρρ′cos(φ-φ′)+z2)3/2dsds′---(4)]]>這給出一組線性方程，C＝Mq (5)
描述了在已知物體上的電荷分布q和在接地面上(在感測器板)的電容變化(電荷圖像)。
通常，給出來自未知物體的所測量的電荷圖像Cf，原則上可以計算在預(yù)定物體(PSD)上的電荷分布q′，其中q′產(chǎn)生所測量的電荷圖像數(shù)據(jù)集Cf。即，q′是Cf＝Mq′的最小二乘解，其中對于已知物體(PSD)計算M。不幸地是，如先前所公開，Cf值對噪聲的敏感度意味著在實踐中很難找到方程式(5)的實際且合理的唯一解。
然而，認(rèn)識到如果導(dǎo)體允許定義規(guī)則化參數(shù)q0，其中q0是由方程式1(即t＝Gq0)所定義的線性方程組的解，那么在絕緣體預(yù)定形狀上的電荷分布q′將與已知物體上的類似。由于假定電荷分布q′不會與分布q0有太大不同，所以可以通過接受與q0類似的q′值來約束q′的解。從而方程式(5)變得可解。
從而，盡管如前所述M是情況糟糕的(不適定的)，通過例如使用Tikhonov規(guī)則化還是可以確定q′的收斂解，在這種情況下所述規(guī)則化要求q′值必須滿足以下方程式q′＝(MTM+P)-1(MTcf+Pq0) (6)其中P是用于定義標(biāo)準(zhǔn)qTPq的懲罰項。從而，應(yīng)用上述方程式，計算機(jī)程序在步驟44根據(jù)t＝Gq0和Cf＝Mq′來確定q′值，其中通過把q′設(shè)置為近似等于q0來約束所述值。
然后所述程序使處理器移到步驟46，其中依照下式來計算在接地面以上空間中的電勢分布Ψ(r′)=Ψi(r)-∫∂0G∂Ψ∂nds---(7)]]>按照電勢分布的估算，所述程序然后在步驟48修改組成預(yù)定形狀的三角形元素的位置，以便使它們更緊密地對準(zhǔn)對應(yīng)于零電勢等值線的位置坐標(biāo)。從而產(chǎn)生新的形狀。
由處理器來計算零電勢等值線和三角形元素重新定位(步驟46和48)的有益高效方法如下。按照對零電勢等值線進(jìn)行電勢線性外插的方法來計算在預(yù)定形狀的每個三角形元素表面上的電勢。例如，由下式給出在每個三角形元素i上的電勢vi
12υ=t-Gq′---(8)]]>系數(shù)1/2確保在表面的電勢有適當(dāng)量的近似。然后由-vi/qi′給出每個三角形元素i必須移動的量δxi，隨后可以由處理器依照下式估算所述量δxiδxi=λ2ΣjGi,jqj-tiqini---(9)]]>其中λ是引入以避免過沖(overshoot)的衰減系數(shù)。
從而重新定位每個三角形元素以便更接近對應(yīng)于在感測區(qū)域中零電勢等值線的位置，借此在步驟48產(chǎn)生新的形狀。
然后在步驟50，可以用各種閾值準(zhǔn)則來把新的形狀與預(yù)定形狀相比較(COM)，以便決定在存儲器14中是否用新的形狀來替換預(yù)定形狀(步驟54 SET)，并且在步驟56(REP)重復(fù)步驟42到50，或者決定是否從步驟50確定新的形狀緊密對應(yīng)于未知物體，由此停止經(jīng)由路徑58的迭代并且在步驟60，所述新的形狀被確定(DET)為用于表示所述未知物體的形狀。
例如在步驟50，可以把新的形狀元素位置與預(yù)定或先前的形狀元素數(shù)據(jù)集相比較，并且如果差異小于差異閾值(假定5％)，那么所述程序移到步驟60，在那里把新的形狀數(shù)據(jù)集確定為未知物體形狀的數(shù)據(jù)集。
可以編程更復(fù)雜的閾值計算，其中感測器板讀數(shù)(電荷圖像)Cf′被計算，該讀數(shù)是由具有電荷分布q′的新形狀生成的。然后把此數(shù)據(jù)集Cf′與所測量的電荷圖像數(shù)據(jù)集Cf相比較，并且如果在對應(yīng)值之間的最小二乘方差在假定的閾值0.1％以下，那么確定滿意的適合配置，并且處理移到步驟60，其中新的形狀數(shù)據(jù)集被作為未知物體形狀返回，并且迭代過程結(jié)束。
在第一實施例中，參數(shù)q0依照方程式(1)來計算并且隨后用于根據(jù)方程式(5)來對q′的確定進(jìn)行規(guī)則化。在候選實施例中，應(yīng)用用于確定q0的試探性方法。對于圖1的系統(tǒng)，此方法包括模擬或測量為各種類似大小且不同形狀的物體所獲得的實際電荷分布。然后對于感測區(qū)域中的每個位置來平均這些電荷分布，并且如前所述那樣產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集被用作q0以便根據(jù)方程式(5)來對q′的確定進(jìn)行規(guī)則化(即應(yīng)用方程式(6))。
在又一實施例中，在系統(tǒng)(圖1)中使用上述的方法方面以便依照所確定的物體形狀來進(jìn)行控制。例如，PC 10存儲了16一個諸如手姿勢(例如翹拇指，拳頭等)之類的預(yù)定物體形狀的列表，所述姿式與控制動作相關(guān)聯(lián)。例如，翹拇指姿勢的手形狀可以與確認(rèn)或贊成控制動作相關(guān)聯(lián)，而握拳的手形狀可以與停止或不贊成控制動作相關(guān)聯(lián)。從而，與系統(tǒng)相交互的用戶可以接收來自系統(tǒng)的詢問。想要做出肯定響應(yīng)的用戶，通過把他的手以翹拇指的外形放在感測區(qū)域中來表示。然后處理器12如上所述確定物體形狀，從列表中選擇與最接近于所確定形狀的形狀相關(guān)聯(lián)的控制動作，并且執(zhí)行所述控制動作。從而實現(xiàn)了能夠用于進(jìn)行控制的姿勢識別。
圖4舉例說明了依照此實施例的步驟，其中在步驟62(DETOS)確定物體形狀，此后在步驟64(RCL)獲取控制列表并且在步驟66(SELCA)查閱所述控制列表以便選擇要執(zhí)行的控制動作，此后在步驟68(EXCA)執(zhí)行所選擇的控制動作。
圖5是上述用于確定未知物體形狀的示例性計算機(jī)實施方式的屏幕快照。利用在感測區(qū)域20中央的單個發(fā)送器31a以及16×16陣列的接收電極21a、b來執(zhí)行方法計算，所述接收電極分布在感測區(qū)域20的矩形網(wǎng)格中。參數(shù)λ是0.02。預(yù)定形狀是球形物體70，而為了清楚起見，在圖中只示出了實際未知物體72。在該圖中的插圖所示出的是只在六十次迭代之后的結(jié)果74。如插圖所示，預(yù)定形狀(球體)已經(jīng)變得近似于未知物體的形狀，借此表明依照上述方法有效地重構(gòu)了形狀信息。
以上描述了使用PC和感測板的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)運(yùn)行依照本發(fā)明方面的方法，其中根據(jù)對預(yù)定形狀物體的靜電計算以及所感測的測量來計算未知物體形狀。預(yù)定物體在每次迭代都朝著未知物體形狀變形，直到確定了物體形狀。有益地是，所述系統(tǒng)能夠控制裝置并且與裝置進(jìn)行交互。雖然上述實施例描述了基于PC的系統(tǒng)，然而那些本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到可以使用其它變化。
例如，諸如電視顯示器、機(jī)頂盒、高保真音頻裝置和汽車之類的消費(fèi)者裝置可以配備有處理裝置、程序代碼和感測器設(shè)備，以便能夠根據(jù)依照本發(fā)明對物體形狀的確定來控制所述裝置。類似地可以配備安全和訪問控制系統(tǒng)，例如手姿勢的交互作用用來獲得訪問。
根據(jù)閱讀本公開內(nèi)容，進(jìn)行其它修改對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。這種修改可以包括其它特征，所述特征在設(shè)計、制造和使用靜電感測系統(tǒng)及其構(gòu)成部分中是已知的，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，所述特征可以被用來代替或加入這里已經(jīng)描述的特征。
權(quán)利要求
1.一種用于確定在從感測器設(shè)備(20)延伸的靜電感測區(qū)域中所放置的未知物體形狀的方法，所述感測器設(shè)備(20)包括多個靜電接收裝置(21a，b，c)和至少一個靜電發(fā)送裝置(31a)，所述方法包括-測量由所述未知物體在每個接收裝置上所感應(yīng)的電荷變化并且把所述電荷測量作為第一電荷圖像數(shù)據(jù)集Cf(40)存儲，-獲取用于表示點(diǎn)坐標(biāo)的預(yù)定形狀數(shù)據(jù)集(PSD)，所述點(diǎn)坐標(biāo)定義了所述預(yù)定形狀(42)，-對于第一電荷圖像數(shù)據(jù)集Cf確定電荷分布數(shù)據(jù)集q′，以便基本上產(chǎn)生所測量的電荷圖像Cf(44)，所述電荷分布數(shù)據(jù)集q′用于表示在預(yù)定形狀上所要求的電荷分布，-計算在對應(yīng)于所述電荷分布數(shù)據(jù)集q′(46)的感測區(qū)域中的靜電勢分布，-產(chǎn)生具有對應(yīng)于感測區(qū)域中點(diǎn)的坐標(biāo)的新的形狀數(shù)據(jù)集，在所述感測區(qū)域中靜電勢分布接近于零(48)，并且-通過把新的形狀數(shù)據(jù)集和預(yù)定形狀數(shù)據(jù)集之間的差異與預(yù)定閾值相比較，來把新的形狀數(shù)據(jù)集確定(60)為用于表示在感測區(qū)域中未知物體的形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定電荷圖像分布q′包括對于預(yù)定形狀計算M，即是包括用于描述在預(yù)定形狀的每個點(diǎn)坐標(biāo)和接收裝置的每個點(diǎn)坐標(biāo)之間靜電交換電勢的元素的矩陣數(shù)據(jù)集，G，即是包括用于描述在預(yù)定形狀的每個點(diǎn)坐標(biāo)和預(yù)定形狀的每個其它點(diǎn)坐標(biāo)之間靜電交換電勢的元素的矩陣數(shù)據(jù)集，t，即是用于描述在預(yù)定形狀的每個點(diǎn)坐標(biāo)和發(fā)送裝置的點(diǎn)坐標(biāo)之間靜電交換電勢的向量數(shù)據(jù)集，并且其中預(yù)定形狀上的電荷分布q0用于根據(jù)Cf＝Mq′來規(guī)則化對q′的確定。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中根據(jù)t＝Gq0來計算q0。
4.如前面權(quán)利要求中任何一個所述的方法，其中比較步驟包括對于新的形狀數(shù)據(jù)集來計算第二電荷圖像分布Cf′，并且其中通過比較在Cf′和Cf之間的平方差的和來計算與預(yù)定閾值相比較的差異。
5.如前面權(quán)利要求中任何一個所述的方法，其中所述預(yù)定形狀數(shù)據(jù)集(PSD)的點(diǎn)坐標(biāo)定義了所述已知形狀的三角形元素。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中通過外插距離來產(chǎn)生新的形狀數(shù)據(jù)集，照此把感測區(qū)域中的每個三角形元素移動到靜電勢分布為零的點(diǎn)。
7.如前面權(quán)利要求中任何一個所述的方法，其中所述預(yù)定閾值是5％。
8.一種用于控制裝置的方法，包括依照如權(quán)利要求1到7中任何一個所述的方法來確定(62)物體形狀，從與預(yù)定義形狀相關(guān)聯(lián)的控制動作列表中選擇與所確定的物體形狀相關(guān)聯(lián)的控制動作(64，66)，并且執(zhí)行所選擇的控制動作(68)。
9.一種用于確定在從感測器設(shè)備(20)延伸的靜電感測區(qū)域中所放置的未知物體形狀的系統(tǒng)，所述感測器設(shè)備(20)包括至少一個靜電發(fā)送裝置(31a)和多個靜電接收裝置(21a，b，c)，用于存儲預(yù)定形狀數(shù)據(jù)集的存儲裝置(14，16)，和用于執(zhí)行如權(quán)利要求1到7中任何一個所述方法的處理裝置(12)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括選擇裝置(12)，用于從所存儲的(16)與預(yù)定義形狀相關(guān)聯(lián)的控制動作列表中選擇與所述確定的物體形狀相關(guān)聯(lián)的控制動作，和控制裝置，用于執(zhí)行所選擇的控制動作。
11.一種包括處理指令的程序代碼(17b)，所述處理指令當(dāng)由處理裝置(12)運(yùn)行時使所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1到8中任何一個所述的方法。
12.一種攜帶程序代碼的程序代碼載體(17a)，所述程序代碼當(dāng)被提供給處理裝置(12)時使所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1到8中任何一個所述的方法。
13.一種如上參照附圖描述并如附圖所示的方法。
14.一種被構(gòu)造并配置成基本如上參照附圖描述并如附圖所示進(jìn)行操作的系統(tǒng)。
全文摘要
描述了一種使用處理裝置(12)和靜電感測器設(shè)備(20)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)運(yùn)行一種方法，其中根據(jù)對預(yù)定形狀物體(42，70)重復(fù)迭代(56)靜電計算(44，46)以及所感測的靜電測量(40)來計算未知物體形狀。在所述方法的每次迭代中，預(yù)定物體形狀(70)向未知物體形狀(72)變形，直到確定了(60，74)物體形狀。形狀的變形是基于計算靜電勢的零等值線的，其取決于應(yīng)用于所述預(yù)定形狀的電荷分布。
文檔編號G06F3/033GK1799021SQ200480014936
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月31日
發(fā)明者C·范伯克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司