專利名稱：3d微慣性感測方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種3D微慣性感測方法與系統(tǒng)，尤指一種憑借偵測微慣性 感測模塊與水平面的角度變化，進而控制顯示器光標移動的方法，可精準地控制 光標移動到所需位置，且其操作方式簡單，也可利用手部擺動控制顯示器翻頁， 不僅符合人體工學，同時可配合特定動作達到連續(xù)翻頁的效果，適在光標控制器 應用與制造相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
按，現(xiàn)有光標控制裝置有許多種類，例如，控制計算機顯示器光標大多采用 鼠標形式，而控制投影機的簡報器則具有一遙控器外型，以鼠標而言，可概分為 滾球型與光學型兩大類型，其操作模式均必須在一平面上滑行，憑借控制滾球位 移產(chǎn)生機械式訊號或陰影變化感應光訊號，以達到控制光標移動的目的，換言的， 操作平面與空間影響著訊號的好壞；再以簡報器而言，由于主要功能在于指示投 影片，因此大多數(shù)采用無線傳輸，配合開、關(guān)、上、下、翻頁等功能的相關(guān)控制 電路與按鍵，達到簡報指示目的；惟，當同時具有計算機顯示器與投影器時，必 須設置兩種光標控制裝置，占空間且顯得雜亂。目前市面上雖可見綜合鼠標與簡報器雙重功能的光標控制裝置，然其控制方 式仍未跳脫傳統(tǒng)電子與機械控制模式，近年來可見一種利用慣性組件的多功能鼠 標，利用加速度計感測人體運動加速度，經(jīng)過運算處理后，將信號顯示在計算機 顯示器或其它互動裝置，由于不受工作面材質(zhì)與表面粗糙度影響，可在任意表面 或空間運作。針對專利而言，請參閱圖1所示美國專利5874941號「 Presentation supporting device」，所述的案揭露一種簡報裝置2,其是憑借一 X軸加速度傳感器1A. — Y軸加速度傳感器IB感知裝置傾斜所產(chǎn)生的加速度變化而產(chǎn)生加速度訊號，再 經(jīng)由加速度訊號處理器10A、 10B處理并產(chǎn)生光標移動訊號，如此達到控制光標 的目的，例如，當使用者向前傾斜所述的裝置至一定角度時，即可控制光標開始 移動，理想狀況下，當光標移動至所需位置時，使用者將裝置回復至初始角度應
可使光標停止移動，然而，實際應用時由于重力加速度影響，導致裝置雖已復位 而光標卻持續(xù)移動的現(xiàn)象，光標無法準確定位于所需位置且穩(wěn)定性低，使用者必 須浪費許多時間重復修正方能控制光標停留在準確位置，再者，當裝置傾斜角度 愈大時，其加速度值愈高，光標移動速度也隨的加快，令使用者難以穩(wěn)定控制； 再者，所述的裝置并無法達到連續(xù)翻頁功能。再如圖2所示，中國臺灣省專利申請案號第卯221010號r重力式鼠標」，其 是憑借重力探測IC測量物體的位能，將位能轉(zhuǎn)換為動能所產(chǎn)生的訊號，傳輸在微 處理器IC計算，而微處理器IC可偵測重力探測IC運動的時間，并接收重力探測 IC運動產(chǎn)生的加速度數(shù)值，加以運算并轉(zhuǎn)換成實際的移動單位，傳輸在計算機主 機而控制顯示器光標的走向；所述的案主要的運算手段是當所述的鼠標在空間移 動時，利用兩軸以上加速度計進行積分運算以控制光標移動，惟，利用平移時加 速度積分會產(chǎn)生累計誤差無法消除，導致游標定位失真；再者，所述的鼠標并無 法達到連續(xù)翻頁功能。發(fā)明內(nèi)容有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺失，本發(fā)明的主要目的在于提出一種3D微慣性感測方 法與系統(tǒng)，可精準地控制光標移動到所需位置，且其操作方式簡單。本發(fā)明的次要目的在于提出一種3D微慣性感測方法與系統(tǒng)，利用手部擺動 控制翻頁，不僅符合人體工學，同時可配合特定動作達到連續(xù)翻頁的效果。本發(fā)明的另一目的在于提出一種3D微慣性感測方法與系統(tǒng)，可根據(jù)微慣性 感測模塊各軸訊號的變化量收斂另 一軸抖動的影響。本發(fā)明的再一 目的在于提出 一種3D微慣性感測方法與系統(tǒng)，可利用兩顆Y 軸加速度計感受離心力差異，以消除離心力對Y軸的影響。為達到上述目的，本發(fā)明提出一種3D微慣性感測方法，其包含由 一微慣性感測模塊感測重力加速度變化并發(fā)出原始傾斜訊號；對所述的原始傾斜訊號進行低通濾波，并得出穩(wěn)定訊號；偵測模式狀態(tài)，偵測所述的微慣性感測模塊是處在光標控制模式或翻頁模式， 用以決定進行光標控制步驟或翻頁步驟。較佳的是，所述的光標控制步驟是包括 紀錄所述的微慣性感測模塊的起始訊號；
根據(jù)所述的原始傾斜訊號、穩(wěn)定訊號計算訊號變化量，并將所述的原始傾斜訊號補償所述的訊號變化量；計算補償后的傾斜訊號與起始訊號的差異；以及 將差異訊號比例為點坐標。較佳的是，所述的微慣性感測模塊是至少包括一 X軸加速度計以及一 Y軸加 速度計。較佳的是，其中所述的X軸加速度計是用以感測所述的微慣性感測模塊左右傾斜所造成的重 力加速度變化；所述的Y軸加速度計是用以感測所述的微慣性感測模塊前后傾斜所造成的重 力加速度變化。較佳的是，根據(jù)所述的原始傾斜訊號、穩(wěn)定訊號計算訊號變化量，并將所述的原始傾斜訊號補償所述的訊號變化量的方法是包含修正X軸訊號變化量將X軸傾斜訊號減去X軸抖動訊號；修正Y軸訊號變化量將Y軸傾斜訊號減去Y軸抖動訊號；紀錄X軸訊號訊號變化量將X軸傾斜訊號減去X軸起始訊號；以及紀錄Y軸訊號訊號變化量將Y軸傾斜訊號減去Y軸起始訊號。較佳的是，所述的復數(shù)的加速度計更包括一Z軸加速度計，是用以根據(jù)所述的X軸加速度計與所述的Y軸加速度計連續(xù)翻轉(zhuǎn)所造成重力的變化，得知所述的微慣性感測模塊擺放狀態(tài)的變化。較佳的是，所述的復數(shù)的加速度計更包括一第二Y軸加速度計，所述的第二Y軸加速度計與所述的Y軸加速度計之間具有一定距離。較佳的是，其是利用所述的第二Y軸加速度計與所述的Y軸加速度計的加速度差異修正離心力，是計算自下列方程式 Ay=(R+R2)/R*(Tvy-Tvy2); 其中，Ay是Y軸加速度計的離心力；R是所述的Y軸加速度計與所述的第二 Y軸加速度計的距離； R2是所述的第二 Y軸加速度計與旋轉(zhuǎn)軸心的距離； Tvy是所述的Y軸加速度計的傾斜訊號； Tvy2是所述的第二 Y軸加速度計的傾斜訊號；以及 修正Tvy二原始Tvy-Ay;將所述的Y軸加速度計所測得的Y軸原始傾斜訊號Tvy減去離心力Ay,可 得出 一》t正后的Y軸傾殺牛i凡號Tvy。較佳的是，所述的修正離心力的步驟是在所述的產(chǎn)生補償訊號變化量的步驟 前執(zhí)行。較佳的是，所述的翻頁步驟是包括偵測目前X軸與Y軸傾斜是否在平衡狀態(tài)；若是，則進行后續(xù)步驟；若否， 則繼續(xù)偵測直至達到平衡狀態(tài)；偵測X軸訊號的瞬間變化是否超出一平衡范圍；若是，則進行翻頁；若否， 則返回上 一 步驟重新偵測，直至偵測所述的原始傾斜訊號的瞬間變化超出所述的 平衡范圍。較佳的是，所述的平衡范圍是位于0g士0.3g重力加速度的范圍內(nèi)，其中， g=9.8m/s2。較佳的是，當偵測所述的原始傾斜訊號的瞬間變化超出所述的平衡范圍，且 所述的傾斜訊號持續(xù)固定在一定傾斜角度內(nèi)時，則進行連續(xù)翻頁。較佳的是，當偵測所述的傾斜訊號并非持續(xù)固定在一定傾斜角度內(nèi)時，則停 止翻頁并返回偵測目前傾斜是否在平衡狀態(tài)的步驟。較佳的是，所述的微慣性感測模塊是至少包括一 X軸加速度計以及一 Y軸加 速度計。較佳的是，所述的X與Y軸加速度計是用以感測所述的微慣性感測模塊左右 與前后傾斜所造成的重力加速度變化。較佳的是，所述的微慣性感測模塊是連接一中央處理器，由所述的中央處理 器接收并處理所述的重力加速度變化并產(chǎn)生原始傾斜訊號。較佳的是，所述的中央處理器是連接一無線發(fā)送器，憑借所述的無線發(fā)送器 將所述的傾斜訊號向外發(fā)射。較佳的是，所述的無線發(fā)送器是相對應在一無線接收器，憑借所述的無線接 收器接收所述的無線發(fā)送器所傳送的原始傾斜訊號，并可將所述的原始傾斜訊號 傳送至 一 微處理器，由所述的微處理器對所述的原始傾斜訊號進行低通濾波與后 續(xù)各項步驟。
較佳的是，所述的微處理器是通過一光標控制集成電路連接在一顯示器，由 所述的光標控制集成電路控制所述的顯示器光標移動或進行翻頁或連續(xù)翻頁。較佳的是，所述的微慣性感測模塊連接在一控制鍵，所述的控制鍵是用以自 動或手動切換光標控制模式或翻頁模式。為達到上述目的，本發(fā)明更提出 一種3D微慣性感測系統(tǒng)，其包含一微慣性感測模塊，是用以感測重力加速度變化，并發(fā)出原始傾斜訊號，所述的微慣性感測模塊包含一 X軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊左右傾斜所造成的重力 加速度變化；一第一 Y軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊前后傾斜所造成的 第一重力加速度變化；一第二 Y軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊前后傾斜所造成的 第二重力加速度變化；一接收端，是用以接收并處理所述的微慣性感測模塊發(fā)出的原始傾斜訊號。 較佳的是，所述的微慣性感測模塊更包含一Z軸加速度計，是用以根據(jù)所述的X軸加速度計與所述的Y軸加速度計連續(xù)翻轉(zhuǎn)所造成重力的變化，得知所述的微慣性感測模塊擺放狀態(tài)的變化。較佳的是，所述的第一 Y軸加速度計與所迷的第二 Y軸加速度計具有一定距離。較佳的是，所述的微慣性感測模塊是連接一中央處理器，是用以接收并處理 所述的重力加速度變化并產(chǎn)生原始傾斜訊號。較佳的是，所述的中央處理器是連接一無線發(fā)送器，憑借所述的無線發(fā)送器 將所述的傾斜訊號向外發(fā)射。較佳的是，所述的無線發(fā)送器是相對應在一無線接收器，憑借所述的無線接 收器接收所述的無線發(fā)送器所傳送的原始傾斜訊號，并可將所述的原始傾斜訊號 傳送至 一 微處理器，由所述的微處理器對所述的原始傾斜訊號進行低通濾波與后 續(xù)各項步驟。較佳的是，所述的微處理器是通過一光標控制集成電路連接在一顯示器，由 所述的光標控制集成電路控制所述的顯示器光標移動或進行翻頁或連續(xù)翻頁。 較佳的是，所述的微慣性感測模塊連接在一控制鍵，所述的控制鍵是用以自 動或手動切換光標控制模式或翻頁模式。為使貴審查委員對于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)目的和功效有更進一步的了解與認同，茲 配合圖示詳細i兌明如后。


圖1是美國專利5874941號r presentation supporting device J的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是中國臺灣專利申請案號第90221010號「重力式鼠標」的控制流程示意圖；圖3是本發(fā)明第一較佳實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明第 一較佳實施例的作動方塊圖；圖5是本發(fā)明第一較佳實施例的控制方法流程圖；圖6(a)是抖動修正前的X軸準位曲線圖；圖6(b)是抖動修正后的X軸準位曲線圖；圖7(a)是抖動修正前的Y軸準位曲線圖；圖7(b)是抖動修正后的Y軸準位曲線圖；圖8是本發(fā)明第二較佳實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖9是本發(fā)明第二較佳實施例的作動方塊圖；圖IO是本發(fā)明第二較佳實施例的控制方法流程圖；圖11是本發(fā)明第二較佳實施例的Y軸加速度計、第二 Y軸加速度計及其與 離心力產(chǎn)生的關(guān)系位置示意圖；圖12(a)是為離心力對Y軸加速度計準位影響的曲線圖； 圖12(b)是為圖12(a)的離心力經(jīng)修正后的曲線圖； 圖13(a)是為圓周運動離心力對Y軸加速度計準位影響的曲線圖； 圖13(b)是為圖13(a)的圓周運動離心力經(jīng)修正后的曲線圖。 附圖標記說明10-3D -微慣性感測光標控制系統(tǒng)；20、 20，-微慣性感測模 塊；21、 21，-微慣性傳感器；211、 211，-X軸加速度計；212、 212，-Y軸加速 度計；213，-Z軸加速度計；214'-第二 Y軸加速度計；22-中央處理器；23 -無線發(fā)送器；24-殼體；30-接收端；31-無線接收器；32-微處理器；33 -光 標4空制集成電^f各；40-顯示器；41-游標。
具體實施方式
以下將參照隨附的圖式來描述本發(fā)明為達成目的所使用的技術(shù)手段與功效， 而以下圖式所列舉的實施例僅為輔助說明。請參閱圖3與圖4所示本發(fā)明的一較佳實施例，所述的3D微慣性感測光標 控制系統(tǒng)IO,其主要是由一微慣性感測模塊20作為訊號的發(fā)射端，以及一可接 收所述的訊號的接收端30，所述的微慣性感測模塊20包括一微慣性傳感器21， 所述的微慣性傳感器21是包括一可偵測所述的微慣性感測模塊20左右傾斜所造 成的重力加速度變化的X軸加速度計211，以及可偵測所述的微慣性感測模塊20 前后傾斜所造成的重力加速度變化的Y軸加速度計212，所述的微慣性傳感器21 將所感測的重力加速度變化傳送至一 中央處理器22進行訊號處理并產(chǎn)生一傾斜 訊號，而后再將所述的傾斜訊號傳送至一無線發(fā)送器23,由所述的無線發(fā)送器23 將所述的傾斜訊號發(fā)送出去；前述所述的微慣性傳感器21、中央處理器22與無 線發(fā)送器23均憑借一外圍電路相互電性連接，可將前述各構(gòu)件設置在一殼體24 內(nèi)，再電性連接在所述的殼體24外部所設置的控制鈕(圖中未示出)，以提供使用 者可握持所述的殼體24并自動或手動操作設置在其上的控制鈕以發(fā)射訊號，此技 術(shù)為一般人士所詳知，故未具體顯示在圖標中。其次，所述的接收端30是為一計算機主機或多媒體裝置，其包含一無線接收 器31、 一微處理器32以及一光標控制集成電路33,所述的光標控制集成電路33 是連接一顯示器40;所述的無線接收器31是用以接收所述的微慣性感測模塊20 的無線發(fā)送器23所發(fā)射的訊號，并可將所接收的訊號傳送至所述的微處理器32 進行濾波與訊號處理、比對，再由所述的微處理器32將比對結(jié)果傳送至所述的光 標控制集成電路33，所述的光標控制集成電路33接收所述的微處理器32所處理 的訊號后，即可控制所述的顯示器40上的光標41移動至相對應位置，或?qū)λ?的顯示器40上的畫面進行翻頁。請參閱圖5(并請同時配合圖4)，說明本發(fā)明控制光標移動與翻頁的控制方法 及其流程(a):感測各重力加速度計目前的原始傾斜訊號(Tilt-Value);通過所述的X軸 加速度計211與Y軸加速度計212感測左右與前后傾斜所造成的重力加速度變化， 并傳送至中央處理器22處理為X軸原始傾斜訊號Tvx，以及Y軸原始傾斜訊號 Tvy，再由所述的無線發(fā)送器23傳送至所述的接收端30，由所述的無線接收器
31接收并送至所述的微處理器32。(b) :由所述的微處理器32對所接收的X軸原始傾斜訊號Tvx與Y軸原始傾 斜訊號Tvy進行低通濾波(low-Pass filter),得出兩穩(wěn)定訊號Avx、 Avy。(c) :偵測沖莫式狀態(tài)；步驟(b)所得出的兩穩(wěn)定訊號Avx、 Avy必須配合所述的 微慣性感測模塊20的操作模式，由所述的微處理器32偵測所述的進行手勢翻頁 模式d,或3D光標控制模式e;至于所述的微慣性感測模塊20的操作模式，是 可憑借一控制鍵(圖中未示出)達到切換目的，所述的控制鍵可采用彈性按壓開關(guān) 或切換開關(guān)，設置在圖3所示所述的殼體24上，可設定當所述的控制鍵未被觸動 時，表示操作者欲進行手勢翻頁模式d,而所述的控制鍵若被觸動，則表示操作 者欲進行3D光標控制模式e;同時，紀錄此時各重力加速度計的訊號為起始訊號 (initial-value, inx; iny)(步驟cl)，本實施例所述的微慣性傳感器21包括一 X軸 加速度計211,以及一 Y軸加速度計212，因此可得到X軸始點傾斜位置inx,以 及Y軸始點傾斜位置iny等兩項訊號。(d) :手勢翻頁模式；當所述的微處理器32偵測所述的微慣性感測模塊20是 處在手勢翻頁模式時，則進行翻頁的步驟(dl):偵測目前X與Y軸傾斜是否在穩(wěn)定平衡狀態(tài)；預先在所述的微處理器 32內(nèi)設定一平衡范圍約Og士0.3g, (g=9.8m/s2,重力加速度值)，而后比對所述的 傾斜訊號(Tvx、 Tvy)是否落在此平衡范圍內(nèi)，若是，則表示所述的微慣性感測模 塊20處在平衡狀態(tài)，其傾斜訊號變化尚未達到可進行翻頁的加速度變化值，其目 的在于防止因人手輕微震動或晃動而導致翻頁，至于所述的超出平衡范圍的設定 并無一定，可以使用者操作習慣設定的；反的，若傾斜訊號(Tvx、 Tvy)超出平衡 范圍，則表示所述的微慣性感測模塊20處在不平衡狀態(tài)，則回到步驟(c)重新偵 測模式；(d2)傾斜訊號的瞬間變化是否超出平衡范圍；所述的微處理器32偵測所述的 微慣性感測模塊20處在平衡狀態(tài)后，當接收到一 X軸重力加速度瞬間變化的傾 斜訊號，且所述的瞬間變化值超出平衡范圍，也即操作者瞬間左右翻動所述的微 慣性感測模塊20，仿真人手翻頁的情境，則所述的微處理器32將訊號傳送至所 述的光標控制集成電路33，由所述的光標控制集成電路33控制所述的顯示器40 的畫面進行翻頁(步驟d21);若偵測所迷的X軸傾斜訊號的瞬間變化未超出所述 的平衡范圍，則回到步驟(c)重新偵測模式；
(d3):當偵測所述的X軸傾斜訊號的瞬間變化超出所述的平衡范圍，且所述 的傾斜訊號持續(xù)固定在一定傾斜角度內(nèi)時，則進行連續(xù)翻頁(步驟d4);若重復進 行步驟d至d31的流程，也即人手往復左右翻轉(zhuǎn)時固然可連續(xù)翻頁，然而當頁數(shù) 過多時，此一方式并不方^更且費時，因此，本發(fā)明提出此可連續(xù)翻頁功能，具體 實施時，抓持所述的微慣性感測模塊20的人手只要瞬間作一次大的擺動且靜止在 某一傾斜角度，所述的微處理器32即可自動進行連續(xù)翻頁，由于人手不必作連續(xù) 多次左右擺動即可連續(xù)翻頁，因此可提升連續(xù)翻頁的方便性；若偵測所述的傾斜 訊號并未持續(xù)固定在某一傾斜角度，則表示不進行連續(xù)翻頁，再回復到步驟(d)重 新偵測模式。(e)3D光標控制模式，當所述的微處理器32偵測所述的微慣性感測模塊20 是處在3D光標控制模式時，則進行移動光標的步驟(el):計算X軸抖動變化量(Difx,Tvx-Avx)/2),也即計算X軸原始傾斜訊號 Tvx與X軸穩(wěn)定訊號Avx差異，并取其中間值；以及Y軸抖動變化量 (Dify=(Tvy-Avy)/2),也即計算Y軸原始傾斜訊號Tvy與Y軸穩(wěn)定訊號Avy差異， 并取其中間值；再根據(jù)所述的抖動變化量(Difx、 Dify),將X軸傾斜訊號補償抖動 變化量(Tvx'-Tvx-Difx)以及將Y軸傾斜訊號補償抖動變化量(Tvy^Tvy-Dify)。(e2):經(jīng)過步驟(el)修正抖動訊號后，即可計算補償后的X軸傾斜訊號與起始 訊號的差異(Dx-(Avx'-inx))，以及計算補償后的Y軸傾斜訊號與起始訊號的差異 (Dy=(Avy'-iny));步驟(el)、 (e2)的目的是針對訊號抖動進行補償修正，請參閱圖 6(a)、圖6(b)與圖7(a)、 (b)所示，圖6(a)、圖7(a)分別為修正前的X軸、Y軸準位, 6(b)、圖7(b)分別為修正后的X軸、Y軸準位，由圖示可知，經(jīng)由本步驟補 償修正后，可得一起伏較平緩的X軸、Y軸加速度變化曲線，也即，可提高光標 定位的準確性。(e3):將步驟(e2)計算所得X軸與Y軸差異Dx與Dy比例為顯示器40的點 坐標，輸出至所述的光標控制電路33，再由所述的光標控制電路33控制所述的 顯示器40移動光標41至對應位置。請續(xù)參閱圖8與圖9所示本發(fā)明另一較佳實施例，所述的3D微慣性感測光 標控制系統(tǒng)100是以圖3所示實施例為基礎(chǔ)，具有一作為訊號發(fā)射端的微慣性感 測模塊20',以及一可接收所述的訊號的接收端30,所述的微慣性感測模塊20， 包含一微慣性傳感器21'、 一中央處理器22、 一無線發(fā)送器23,本實施例的特點 在于，所述的微慣性傳感器21'包括一 X軸加速度計2U'、 一 Y軸加速度計212，、一 Z軸加速度計213，以及一第二 Y軸加速度計214'，所述的X軸加速度計211， 是用以感測所述的微慣性感測模塊20，左右傾斜所造成的重力加速度變化，所述的 Y軸加速度計212，是用以感測所述的微慣性感測模塊20，前后傾斜所造成的重力 加速度變化，其作用與圖3所示所述的實施例的X軸加速度計211、 Y軸加速度 計212相同；而所述的Z軸加速度計213，則是用以根據(jù)所述的X軸加速度計211， 與所述的Y軸加速度計212'連續(xù)翻轉(zhuǎn)所造成重力的變化，得知所述的微慣性感測 模塊20，擺放狀態(tài)的變化，例如當操作者不正確擺放或任何外力作用使所述的微慣 性感測模塊20，向右(或向左)翻轉(zhuǎn)，導致所述的微慣性感測模塊20，底部朝上時， 所述的Z軸加速度計213，可偵測得知并驅(qū)動反向操作翻頁或控制光標；此外，所 述的第二 Y軸加速度計214，是用以提供感測所述的微慣性感測模塊20，前后傾斜 所造成的另一重力加速度變化，其感測方式將詳細說明在后。同樣地，所述的微慣性傳感器21'、中央處理器22、無線發(fā)送器23可設置在 一殼體24內(nèi)，且電性連接在所述的殼體24外部所設置的控制鈕，以利人手握持 與操控，所述的微慣性傳感器21，將所感測的重力加速度變化傳送至中央處理器 22、無線發(fā)送器23，由所述的無線發(fā)送器23將所述的傾斜訊號發(fā)送至接收端30, 經(jīng)由所述的微處理器32、光標控制集成電路33處理并控制顯示器40翻頁或光標 41的移動，其原理與方式與圖3所示所述的實施例相同，此處不再予以贅述。請參閱圖IO(并請同時配合圖9),說明本發(fā)明控制光標移動與翻頁的控制方 法及其流程(a) :感測各重力加速度計目前的原始傾斜訊號(Tilt-Value);由于本實施例具 有一X軸加速度計211'、 一Y軸加速度計212，、 一 Z軸加速度計213，以及一第 二Y軸加速度計214',因此可分別得到Tvx、 Tvy、 Tvz、 Tvy2四項原始傾斜訊 號。(b) :將原始傾斜訊號做低通濾波(low-Pass filter)后得知穩(wěn)定訊號Avx、 Avy、 Avz;此處可將所述的第二 Y軸加速度計214，的原始傾斜訊號忽略。(c) :偵測模式狀態(tài)。(cl)紀錄此時各重力加速度計的訊號為起始訊號(initial-value, inx; iny)。(d) :手勢翻頁模式(dl):偵測目前傾斜是否在平衡狀態(tài)。
(d2):傾斜訊號的瞬間變化是否超出所述的平衡范圍。 (d3):偵測X軸的訊號是否固定在一定傾斜角度內(nèi)。由于上述流程與圖3所示所述的實施例，也即圖5所示步驟(a) (d3)流程相同， 故不再予以贅述，本實施例的特點在于，當步驟(c)偵測所述的微慣性感測模塊20， 是處在3D光標控制模式時所進行的步驟(e')3D光標控制模式，其包括(el，)利用兩Y軸加速度差異來修正離心力；按一般正常操作方式，操作者手臂晃動時是呈現(xiàn)一圓弧形或圓周運動，因此會產(chǎn)生離心力，造成重力變化感測失真，尤其對于Y軸加速度影響為大，必須予以修正；請同時參閱圖11、圖8所示，所述的Y軸加速度計212，是設置在較近顯示器40的位置，所述的第二Y軸加速度計214，是設置在所述的Y軸加速度計212，后方，也即較近在操作者(圖中未示出)處，所述的Y軸加速度計212，與所述的第二 Y軸加速度計214，距離R，所述的第二 Y軸加速度計214，與旋轉(zhuǎn)軸心C距離R2，依離心力公式x w - + G sin 6* = A x ft - + x ft)2 + (J sin P7\:〗'—7V'v2 =尺x ft)2, TVv — 7Vv2 w =~=-:~Tvy: Y加速度值 Tvy2: Y2加速度值A(chǔ)y: Y離心力Ay2: Y2離心力G:重力e:加速度計與水平的夾角 :角速率(可為上下旋轉(zhuǎn)或水平旋轉(zhuǎn))R: Y、 Y2兩加速度計距離R2: Y2與旋轉(zhuǎn)軸心C的距離因此可得出離心力Ay=(R+R2)/R*(Tvy-Tvy2)再將步驟(a)所述的Y軸加速度計212，所測得原始的Y軸傾斜訊號Tvy減去 所述的離心力Ay,即可得出 一修正后的Y軸傾斜訊號Tvy。請參閱圖12與圖13所示實際驗證結(jié)果，圖12(a)、圖13(a)分別代表離心力
以及圓周運動離心力對Y軸加速度計準位的影響，而圖12(b)、圖13(b)分別代表 修正后的結(jié)果，其顯示修正后可得一起伏較為平緩且光滑的曲線，可將操作與圓 周運動可能產(chǎn)生的離心力對Y軸準位的影響降低。(e2'):計算X軸抖動變化量(Difx氣Tvx-Avx)/2)，以及Y軸抖動變化量 (Dify=(Tvy-Avy)/2)，再根據(jù)所述的抖動變化量(Difx、 Dify)，將X軸傾斜 訊號補償抖動變化量(Tvx'=Tvx-Difx)以及將Y軸傾斜訊號補償抖動變化量 (Tvy'=Tvy-Dify)。(e3，)計算補償后的X軸傾斜訊號與起始訊號的差異(Dx-(Avx'-inx)),以及 計算補償后的Y軸傾斜訊號與起始訊號的差異(Dy-(Avy'-iny))。(e4'):將Dx與Dy的訊號比例為顯示器40的點坐標，輸出至所述的光標控 制電路33，再由所述的光標控制電路33控制所述的顯示器40移動光標41至對應位置。以上步驟(e2') (e4，)所釆用的計算方式及其所能達成的功效，與圖5所示實施 例的步驟(el) (e3)相同，此處不予贅述。綜上所述本發(fā)明的兩較佳實施例的架構(gòu)與方法可知，本發(fā)明具有以下特點憑借偵測模式狀態(tài)(圖5與圖10的步驟c)可進行手勢翻頁模式(圖5與圖10 的步驟d)或3D光標控制模式(圖5步驟e與圖10步驟e')。可控制單次翻頁態(tài)(圖5與圖10的步驟d21)或連續(xù)多次翻頁態(tài)(圖5與圖10 的步驟d4)?？蓪τ嵦柖秳舆M行修正(圖5步驟el與圖10步驟e2，)。可設置Z軸加速度計，用以^f艮據(jù)所述的X軸加速度計與Y軸加速度計連續(xù)翻 轉(zhuǎn)所造成重力的變化，得知所述的微慣性感測模塊擺放狀態(tài)的變化，避免誤操作 (圖10步驟a、 b)。設有兩個可感測Y軸(也即前后傾斜)重力加速度變化的加速度計，可利用兩 Y軸加速度差異修正離心力對Y軸準位的影響(圖10步驟el，)。 控制精準度高，避免傳統(tǒng)采用加速度積分累積誤差的狀況。 操作方式簡單。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限 制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其 進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種3D微慣性感測光標控制方法，其特征在于其包含由一微慣性感測模塊感測重力加速度變化并發(fā)出原始傾斜訊號；對所述的原始傾斜訊號進行低通濾波，并得出穩(wěn)定訊號；紀錄所述的微慣性感測模塊的起始訊號；根據(jù)所述的原始傾斜訊號、穩(wěn)定訊號計算訊號變化量，并將所述的原始傾斜訊號補償所述的抖動變化量；計算補償后的傾斜訊號與起始訊號的差異；以及將差異訊號比例為點坐標。
2、 如權(quán)利要求1所述的3D微慣性感測光標控制方法，其特征在于所述的 微慣性感測模塊是至少包括一 X軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊左右傾斜所造成的重力 加速度變化；以及一 Y軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊前后傾斜所造成的重力 加速度變化。
3、 如權(quán)利要求1所述的3D微慣性感測光標控制方法，其特征在于根據(jù)所 述的原始傾斜訊號、穩(wěn)定訊號計算訊號變化量，并將所述的原始傾斜訊號補償所 述的抖動變化量的方法是包含修正X軸訊號變化量 修正Y軸訊號變化量 紀錄X軸訊號變化量 紀錄Y軸訊號變化量將X軸傾斜訊號減去X軸抖動訊號 將Y軸傾斜訊號減去Y軸4牛動訊號 將X軸傾斜訊號減去X軸起始訊號；以及 將Y軸傾斜訊號減去Y軸起始訊號。
4、如權(quán)利要求3所述的3D微慣性感測光標控制方法，其特征在于所述的 修正X軸與Y軸訊號變化量的步驟是包含計算X軸原始傾斜訊號與X軸穩(wěn)定訊號差異，并取其中間值，得出一X軸 抖動變化量；計算Y軸原始傾斜訊號與Y軸穩(wěn)定訊號差異，并取其中間值，得出一Y軸 抖動變化量；將X軸原始傾斜訊號減去所述的X軸抖動變化量，得出一補償后的X軸傾 斜訊號； 將Y軸原始傾斜訊號減去所述的Y軸抖動變化量，得出 一補償后的X軸傾 斜訊號。
5、 如權(quán)利要求2所述的3D微慣性感測光標控制方法，其特征在于所述的 微慣性感測模塊更包括一 Z軸加速度計，是用以根據(jù)所述的X軸加速度計與所述 的Y軸加速度計連續(xù)翻轉(zhuǎn)所造成重力的變化，得知所述的微慣性感測模塊擺放狀 態(tài)的變化。
6、 如權(quán)利要求2所述的3D微慣性感測光標控制方法，其特征在于所述的 微慣性感測模塊更包括一第二 Y軸加速度計，所述的第二 Y軸加速度計與所述的 Y軸加速度計之間具有一定5巨離。
7、 如權(quán)利要求6所述的3D微慣性感測光標控制方法，其特征在于其是利 用所述的第二Y軸加速度計與所述的Y軸加速度計的加速度差異修正離心力，是 計算自下列方程式Ay=(R+R2)/R*(Tvy-Tvy2);其中， Ay是Y軸加速度計的離心力；R是所述的Y軸加速度計與所述的第二 Y軸加速度計的距離；R2是所述的第二 Y軸加速度計與旋轉(zhuǎn)軸心的距離；Tvy是所述的Y軸加速度計的傾斜訊號；Tvy2是所述的第二 Y軸加速度計的傾斜訊號；以及4務正后Tvy-原始Tvy-Ay;將所述的Y軸加速度計所測得的Y軸原始傾斜訊號Tvy減去離心力Ay，可 得出 一修正后的Y軸傾斜訊號Tvy。
8、 如權(quán)利要求1所述的3D微慣性感測光標控制方法，其特征在于 所述的微慣性感測模塊是連接一中央處理器，由所述的中央處理器接收并處理所述的重力加速度變化并產(chǎn)生原始傾斜訊號；所述的中央處理器是連接一無線發(fā)送器，憑借所述的無線發(fā)送器將所述的傾 斜訊號向外發(fā)射；所述的無線發(fā)送器是相對應在一無線接收器，憑借所述的無線接收器接收所 述的無線發(fā)送器所傳送的傾斜訊號，并可將所述的原始傾斜訊號傳送至 一 微處理 器，由所述的微處理器對所述的原始傾斜訊號進行低通濾波與后續(xù)各項步驟；所述的微處理器是通過一光標控制集成電路連接在一顯示器，由所迷的光標控制集成電路接收所述的微處理器所產(chǎn)生的點坐標，并將所述的點坐標輸出至所 述的顯示器，以改變所述的顯示器上的光標位置。
9、 一種3D微慣性感測翻頁方法，其特征在于其包含由 一 樣t慣性感測4莫塊感測重力加速度變化并發(fā)出原始傾斜訊號； 對所述的原始傾斜訊號進行低通濾波，并得出穩(wěn)定訊號； 偵測目前傾斜是否在平衡狀態(tài)；若是，則進行后續(xù)步驟；若否，則繼續(xù)偵測直至達到平衡狀態(tài)；偵測X軸原始傾斜訊號的瞬間變化是否超出一平衡范圍；若是，則進行翻頁；若否，則返回上一步驟重新偵測，直至偵測所述的原始傾斜訊號的瞬間變化超出所述的平衡范圍。
10、 如權(quán)利要求9所述的3D微慣性感測翻頁方法，其特征在于當偵測所 述的原始傾斜訊號的瞬間變化超出所述的平衡范圍，且所述的傾斜訊號持續(xù)固定 在一定傾斜角度內(nèi)時，則進行連續(xù)翻頁。
11、 如權(quán)利要求10所述的3D微慣性感測翻頁方法，其特征在于當偵測所 述的傾斜訊號并非持續(xù)固定在一定傾斜角度內(nèi)時，則返回偵測目前傾斜是否在平 衡狀態(tài)的步驟。
12、 如權(quán)利要求9所述的3D微慣性感測翻頁方法，其特征在于所述的微 慣性感測模塊是至少包括一 X軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊左 右傾斜所造成的重力加速度變化。
13、 如權(quán)利要求9所述的3D微慣性感測翻頁方法，其特征在于 所述的微慣性感測模塊是連接一中央處理器，由所述的中央處理器接收并處理所述的重力加速度變化并產(chǎn)生原始傾斜訊號；所述的中央處理器是連接一無線發(fā)送器，憑借所述的無線發(fā)送器將所述的傾 斜訊號向外發(fā)射；所述的無線發(fā)送器是相對應在一無線接收器，憑借所述的無線接收器接收所 述的無線發(fā)送器所傳送的原始傾斜訊號，并可將所述的原始傾斜訊號傳送至 一 微 處理器，由所述的微處理器對所述的原始傾斜訊號進行低通濾波與后續(xù)各項步驟； 所述的微處理器是通過一光標控制集成電路連接在一顯示器，由所述的光標控制 集成電路控制所述的顯示器進行翻頁或連續(xù)翻頁。
14、 如權(quán)利要求13所述的3D微慣性感測翻頁方法，其特征在于其是預先在所述的微處理器內(nèi)設定 一 平衡范圍，而后比對所述的原始傾斜訊號是否落在此平衡范圍內(nèi)；若是，則表示所述的微慣性感測模塊處在平衡狀態(tài)；若否，則表示 所述的微慣性感測模塊處在不平衡狀態(tài)。
15、如權(quán)利要求14所述的3D 微慣性感測翻頁方法，其特;f正在于所述的平衡 范圍是位于0g土0.3g重力加速度的范圍內(nèi)，其中，g=9.8m/s2。
16、 一種3D微慣性感測方法，其特征在于其包含由 一微慣性感測模塊感測重力加速度變化并發(fā)出原始傾斜訊號； 對所述的原始傾斜訊號進行低通濾波，并得出穩(wěn)定訊號； 偵測模式狀態(tài)，偵測所述的微慣性感測模塊是處在光標控制模式或翻頁模式， 用以決定進行光標控制步驟或翻頁步驟。
17、 如權(quán)利要求16所述的3D微慣性感測方法，其特征在于所述的光標控 制步驟是包括紀錄所述的微慣性感測模塊的起始訊號；根據(jù)所述的原始傾斜訊號、穩(wěn)定訊號計算訊號變化量，并將所述的原始傾斜 訊號補償所述的訊號抖動量；計算補償后的傾斜訊號與起始訊號的差異；以及 將差異訊號比例為點坐標。
18、 如權(quán)利要求16所述的3D微慣性感測方法，其特征在于所述的微慣性 感測模塊是至少包括一 X軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊左右傾斜所造成的重力 加速度變化；以及一 Y軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊前后傾斜所造成的重力 力口速度變化。
19、 如權(quán)利要求17所述的3D微慣性感測方法，其特征在于根據(jù)所述的原 始傾斜訊號、穩(wěn)定訊號計算訊號變化量，并將所述的原始傾斜訊號補償所述的訊 號變化量的方法是包含修正X軸訊號變化量將X軸傾斜訊號減去X軸抖動訊號； 修正Y軸訊號變化量將Y軸傾斜訊號減去Y軸抖動訊號； 紀錄X軸訊號變化量將X軸傾斜訊號減去X軸起始訊號；以及 紀錄Y軸訊號變化量將Y軸傾斜訊號減去Y軸起始訊號。
20、 如權(quán)利要求19所述的3D微慣性感測方法，其特征在于所述的修正X 軸與Y軸訊號變化量的步驟是包含計算X軸原始傾斜訊號與X軸穩(wěn)定訊號差異，并取其中間值，得出一X軸 抖動變化量；計算Y軸原始傾斜訊號與Y軸穩(wěn)定訊號差異，并取其中間值，得出一Y軸 抖動變化量；將X軸原始傾斜訊號減去所述的X軸抖動變化量，得出一補償后的X軸傾斜訊號；將Y軸原始傾斜訊號減去所述的Y軸抖動變化量，得出一補償后的X軸傾 斜訊號。
21、 如權(quán)利要求18所迷的3D微慣性感測方法，其特征在于所述的微慣性 感測模塊更包括一 Z軸加速度計，是用以根據(jù)所述的X軸加速度計與所述的Y軸 加速度計連續(xù)翻轉(zhuǎn)所造成重力的變化，得知所述的微慣性感測模塊擺放狀態(tài)的變化。
22、 如權(quán)利要求18所述的3D微慣性感測方法，其特征在于所述的微慣性 感測模塊更包括一第二 Y軸加速度計，所述的第二 Y軸加速度計與所述的Y軸 加速度計之間具有 一定距離。
23、 如權(quán)利要求22所述的3D微慣性感測方法，其特征在于其是利用所述 的第二 Y軸加速度計與所述的Y軸加速度計的加速度差異修正離心力，是計算自 下列方程式Ay=(R+R2)/R*(Tvy-Tvy2);其中， Ay是Y軸加速度計的離心力；R是所述的Y軸加速度計與所述的第二 Y軸加速度計的距離；R2是所迷的第二 Y軸加速度計與旋轉(zhuǎn)軸心的距離；Tvy是所述的Y軸加速度計的傾斜訊號；Tvy2是所述的第二 Y軸加速度計的傾斜訊號；以及修正后Tvy=原始Tvy-Ay;將所述的Y軸加速度計所測得的Y軸原始傾斜訊號Tvy減去離心力Ay,可 得出 一修正后的Y軸傾斜訊號Tvy。
24、 如權(quán)利要求16所述的3D微慣性感測方法，其特征在于所述的翻頁步 驟是包括偵測目前傾斜是否在平衡狀態(tài)；若是，則進行后續(xù)步驟；若否，則繼續(xù)偵測 直至達到平衡狀態(tài)；偵測原始傾斜訊號的瞬間變化是否超出一平衡范圍；若是，則進行翻頁；若 否，則返回上一步驟重新偵測，直至偵測所述的原始傾斜訊號的瞬間變化超出所 述的平衡范圍。
25、 如權(quán)利要求24所述的3D微慣性感測翻頁方法，其特征在于所述的平 衡范圍是位于0g士0.3g重力加速度的范圍內(nèi)，其中，g=9.8m/s2。
26、 如權(quán)利要求24所述的3D微慣性感測方法，其特征在于當偵測所述的 原始傾斜訊號的瞬間變化超出所述的平衡范圍，且所述的傾斜訊號持續(xù)固定在一 定傾斜角度內(nèi)時，則進行連續(xù)翻頁。
27、 如權(quán)利要求26所述的3D微慣性感測方法，其特征在于當偵測所述的 傾斜訊號并非持續(xù)固定在一定傾斜角度內(nèi)時，則返回偵測目前傾斜是否在平衡狀 態(tài)的步驟。
28、 如權(quán)利要求16所述的3D微慣性感測方法，其特征在于所述的微慣性 感測模塊是至少包括一 X軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊左右傾 斜所造成的重力加速度變化。
29、 如權(quán)利要求25所述的3D微慣性感測方法，其特征在于 所述的微慣性感測模塊是連接一中央處理器，由所述的中央處理器接收并處理所述的重力加速度變化并產(chǎn)生原始傾斜訊號；所述的中央處理器是連接一無線發(fā)送器，憑借所述的無線發(fā)送器將所述的傾 斜訊號向外發(fā)射；所述的無線發(fā)送器是相對應在一無線接收器，憑借所述的無線接收器接收所 述的無線發(fā)送器所傳送的原始傾斜訊號，并可將所述的原始傾斜訊號傳送至 一 微 處理器，由所述的微處理器對所述的原始傾斜訊號進行低通濾波與后續(xù)各項步驟；所述的微處理器是通過一光標控制集成電路連接在一顯示器，由所述的光標 控制集成電路控制所述的顯示器光標移動或進行翻頁或連續(xù)翻頁。
30、 一種3D微慣性感測系統(tǒng)，其特征在于其包含一微慣性感測模塊，是用以感測重力加速度變化，并發(fā)出原始傾斜訊號，所 述的微慣性感測模塊包含 一 X軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊左右傾斜所造成的重力加速度變化；一第一 Y軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊前后傾斜所造成的 第一重力加速度變化；一第二 Y軸加速度計，是用以感測所述的微慣性感測模塊前后傾斜所造成的 第二重力加速度變化；一接收端，是用以接收并處理所述的微慣性感測模塊發(fā)出的原始傾斜訊號。
31、 如權(quán)利要求30所述的3D微慣性感測系統(tǒng)，其特征在于所迷的微慣性 感測模塊更包含一 Z軸加速度計，是用以根據(jù)所述的X軸加速度計與所述的Y軸 加速度計連續(xù)翻轉(zhuǎn)所造成重力的變化，得知所述的微慣性感測模塊擺放狀態(tài)的變 化。
32、 如權(quán)利要求30所述的3D微慣性感測系統(tǒng)，其特征在于所述的第一Y 軸加速度計與所述的第二 Y軸加速度計具有 一定距離。
33、 如權(quán)利要求30所述的3D微慣性感測系統(tǒng)，其特征在于 所述的微慣性感測模塊是連接一中央處理器，是用以接收并處理所述的重力加速度變化并產(chǎn)生原始傾斜訊號；所述的中央處理器是連接一無線發(fā)送器，憑借所述的無線發(fā)送器將所述的傾 斜訊號向外發(fā)射；所述的無線發(fā)送器是相對應在一無線接收器，憑借所述的無線接收器接收所 迷的無線發(fā)送器所傳送的原始傾斜訊號，并可將所述的原始傾斜訊號傳送至 一 微 處理器，由所述的微處理器對所述的原始傾斜訊號進行低通濾波與后續(xù)各項步驟； 所述的微處理器是通過一光標控制集成電路連接在一顯示器，由所述的光標控制 集成電路控制所述的顯示器光標移動或進行翻頁或連續(xù)翻頁。
全文摘要
一種3D微慣性感測方法與系統(tǒng)，是用以偵測微慣性感測模塊與水平面角度變化，進而控制顯示器的光標移動，以及用以偵測手部擺動以控制顯示器翻頁；其是憑借一微慣性傳感器偵測所述的微慣性感測模塊在空間中因傾斜所造成重力的變化，并將訊號通過一無線發(fā)送器傳至一微處理器，由所述的微處理器將訊號經(jīng)過濾波，并將傾斜角度與光標相對位置與光標控制電路兩項訊號數(shù)目交叉比對后，用以控制顯示器光標移動；并可根據(jù)微慣性感測模塊各軸訊號的變化量收斂另一軸抖動的影響；并可利用兩顆Y軸加速度計感受離心力差異，以消除離心力對Y軸的影響。
文檔編號G06F3/033GK101211230SQ200610161770
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月25日
發(fā)明者劉順男, 蔡明杰, 謝清霖 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院