手勢感測裝置的控制系統(tǒng)和控制手勢感測裝置的方法
【專利說明】手勢感測裝置的控制系統(tǒng)和控制手勢感測裝置的方法
[0001]本發(fā)明涉及用于手勢感測裝置的控制系統(tǒng)和用于控制手勢感測裝置的方法。
[0002]手勢感測或手勢識別表示控制電子設(shè)備特別是移動電子設(shè)備例如智能手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)或電子書閱讀設(shè)備的替選或另外的方式。手勢檢測允許使用由用戶的手指或手的動作作出的特別限定的移動來以便捷的方式與電子設(shè)備進(jìn)行交互，而非使用鍵盤或鼠標(biāo)或者觸摸觸摸屏上的個(gè)別點(diǎn)?？赡艿膶?shí)現(xiàn)是使用無接觸手勢感測一一使用光學(xué)傳感器或?qū)?yīng)的評估裝置。該技術(shù)涉及例如驅(qū)動紅外發(fā)射器以及評估由光電檢測器生成的信號，其中，光電檢測器檢測由對象反射的光。缺點(diǎn)是造成相當(dāng)大的功耗以及隨之發(fā)生的電子設(shè)備的電池壽命的降低。
[0003]目的是提供針對手勢感測的改進(jìn)的概念以減小通過手勢控制的電子設(shè)備的功耗。
[0004]上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的實(shí)施方式為從屬權(quán)利要求的主題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的手勢感測裝置包括至少一個(gè)被設(shè)計(jì)成發(fā)送并且檢測光的光學(xué)傳感器，其中，在此處和在下文中“光”一般表不電磁福射，優(yōu)選地表不紅外福射。
[0006]為了檢測手勢，執(zhí)行手勢的相應(yīng)對象例如用戶的手或手指需要位于傳感器的某一附近內(nèi)。因此，根據(jù)本發(fā)明的用于手勢感測裝置的控制系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成為用于至少兩個(gè)不同的任務(wù)。
[0007]第一任務(wù)為接近檢測，S卩:確定對象例如用戶的手是否已經(jīng)進(jìn)入傳感器的附近。對象的位置特別是對象距離傳感器的距離被編碼在由傳感器發(fā)出、通過對象反射并且隨即被傳感器檢測到的光中。例如，對象與傳感器越接近，則反射并且檢測到的光的強(qiáng)度越高。通過將作為結(jié)果的傳感器信號與例如對應(yīng)于最大距離的閾值進(jìn)行比較，確定對象進(jìn)入傳感器的由閾值限定的附近。
[0008]第二任務(wù)為實(shí)際手勢檢測:識別對象例如用戶的手在傳感器的附近如何移動。為了確定對象的位置和/或運(yùn)動，再次利用由傳感器發(fā)出、通過對象反射并且由傳感器檢測到的光。
[0009]應(yīng)當(dāng)提及的是，可以采用相同的傳感器特別是相同的光發(fā)送元件和相同的光電檢測器來執(zhí)行接近檢測和手勢檢測二者。
[0010]根據(jù)實(shí)施方式，用于手勢感測裝置的控制系統(tǒng)以接近模式開始操作傳感器。在傳感器以接近模式操作時(shí)，控制系統(tǒng)從傳感器連續(xù)接收數(shù)據(jù)集并且基于這些數(shù)據(jù)集來確定對象是否已經(jīng)進(jìn)入接近傳感器的某一附近。當(dāng)確定對象在附近時(shí)，操作模式從接近模式被改變?yōu)槭謩菽Ｊ健?br>[0011]控制系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成在傳感器以手勢模式操作時(shí)從傳感器接收一個(gè)或更多個(gè)數(shù)據(jù)集并且還基于所接收的數(shù)據(jù)集來確定手勢的結(jié)束。當(dāng)已經(jīng)確定手勢結(jié)束時(shí)，控制系統(tǒng)以接近模式操作傳感器，相應(yīng)地切換回接近模式。隨后，該過程可以通過檢測在傳感器的附近的對象而再次開始。
[0012]手勢的結(jié)束可以例如對應(yīng)于傳感器反復(fù)生成具有在限定的閾值以下的值的信號。這可以指示對象已經(jīng)在傳感器的附近的外部達(dá)限定的時(shí)段?？商娲?，可以將對象的運(yùn)動中的其他可檢測模式限定為手勢的結(jié)束。
[0013]接近模式和手勢模式在與發(fā)出的光的特性和用于光檢測的設(shè)置方面的要求可以不同。由傳感器發(fā)出的光可以例如按照連續(xù)突發(fā)(burst)的光脈沖進(jìn)行布置。表征傳感器操作的參數(shù)例如為:
[0014]-—個(gè)突發(fā)內(nèi)的脈沖的數(shù)目
[0015]-連續(xù)突發(fā)之間的時(shí)段
[0016]-脈沖寬度
[0017]-通過傳感器的驅(qū)動電流進(jìn)行控制的單個(gè)脈沖的強(qiáng)度
[0018]-增益因子
[0019]-檢測閾值。
[0020]例如，對于檢測手勢而言，脈沖的突發(fā)之間的時(shí)段通?？梢暂^短或者每一突發(fā)的脈沖的數(shù)目通?？梢暂^高以便確定對象的接近。每一突發(fā)的光脈沖的典型數(shù)目可以介于I與64之間。增益因子的典型值可以介于I與8之間。脈沖寬度的典型值可以介于4ys與32ys之間。脈沖的突發(fā)之間的典型時(shí)段對于手勢模式可以大約為幾毫秒以及對于接近模式可以大約為數(shù)十毫秒。所以，與以接近模式進(jìn)行操作時(shí)的功耗相比，以手勢模式進(jìn)行操作時(shí)的功耗會顯著較高，并且因此如上所述在接近模式與手勢模式之間進(jìn)行切換將導(dǎo)致功耗減小。
[0021]在各個(gè)實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)還包括緩沖元件，緩沖元件例如被實(shí)現(xiàn)為先進(jìn)先出存儲器?？刂葡到y(tǒng)被設(shè)計(jì)成將在手勢模式下操作時(shí)從傳感器接收的數(shù)據(jù)集寫入緩沖元件。數(shù)據(jù)集在此可以例如對應(yīng)于手勢的一部分或者數(shù)據(jù)集可以對應(yīng)于全部手勢。然后，控制系統(tǒng)確定寫入緩沖元件的數(shù)據(jù)是否滿足一個(gè)或更多個(gè)先前限定的手勢有效性條件。當(dāng)數(shù)據(jù)滿足手勢有效性條件時(shí)，控制系統(tǒng)向處理器發(fā)送信號，特別是喚醒信號。喚醒信號可以例如相當(dāng)于中斷請求IRQ。隨即，處理器可以從緩沖元件收集數(shù)據(jù)。
[0022]處理器可以例如為通過手勢感測裝置例如平板計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)進(jìn)行操作的電子設(shè)備的一部分，或者處理器也可以為手勢感測裝置的一部分。還可以使處理器的任務(wù)分離，使得處理器的一部分包含在手勢感測裝置中而另一部分包含在電子設(shè)備中。
[0023]在用于手勢感測裝置的控制系統(tǒng)的實(shí)施方式中，將手勢的最小長度用作手勢有效性條件。最小長度可以對應(yīng)于寫入緩沖元件的具有大于限定的閾值的值的最小數(shù)目的數(shù)據(jù)集。
[0024]在另一實(shí)施方式中，將對象距離傳感器的最大距離用作手勢有效性條件。對象的在最大距離以下的距離可以對應(yīng)于寫入緩沖元件的具有大于限定的閾值的值的數(shù)據(jù)集。
[0025]當(dāng)然，可以將其他條件限定為手勢有效性條件，例如:對象沿限定方向的運(yùn)動大于閾值距離。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)現(xiàn)方式，如果所有手勢有效性條件沒有被完全滿足，則控制系統(tǒng)可以忽略來自緩沖元件的數(shù)據(jù)和/或從緩沖元件刪除數(shù)據(jù)，特別是不向處理器發(fā)送喚醒信號。
[0027]在使用所描述的具有包括緩沖元件的控制系統(tǒng)的實(shí)施方式的情況下，因?yàn)閮H在控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)送對應(yīng)的喚醒信號時(shí)處理器才必須被打開，所以可以減小手勢感測裝置的功耗并且因此可以增加附接的電子設(shè)備的電池壽命。
[0028]使用緩沖元件的另一暗示是手勢感測裝置可以與以高延遲設(shè)備驅(qū)動器為特征的設(shè)備一起使用。光脈沖的連續(xù)突發(fā)之間的時(shí)間延遲可以非常短，例如大約幾毫秒。因此，如果未在控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)緩沖元件，則處理器必須能夠每隔幾毫秒就接收和處理新的數(shù)據(jù)集。另一方面，使用緩沖元件慮及不能滿足該要求的設(shè)備驅(qū)動器。如上所說明的，可以針對電子設(shè)備的各自要求來調(diào)整手勢有效性條件。特別地，可以調(diào)整條件以優(yōu)化處理器的中斷率，同時(shí)手勢感測裝置的性能仍保持為高。
[0029]在一些實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)包括傳感器，傳感器可以被實(shí)現(xiàn)為定向光傳感器陣列。例如，傳感器包括至少一個(gè)光發(fā)射(light-emitting)或光發(fā)送(light-sending)元件例如發(fā)光二極管，以及至少兩個(gè)定向光電檢測器，定向光電檢測器被實(shí)現(xiàn)為檢測主要來自主方向的光?？梢苑謩e針對每個(gè)光電檢測器來指定主方向。使用具有不同主方向的定向光電檢測器具有以下優(yōu)點(diǎn):傳感器能夠提供與從不同方向入射到傳感器上的光相對應(yīng)的信號。
[0030]在控制系統(tǒng)的利用了被實(shí)現(xiàn)為定向光傳感器陣列的傳感器的另外的實(shí)施方式中，傳感器包括一個(gè)光發(fā)射或光發(fā)送元件。此外，傳感器包括用于檢測從左邊入射的光的第一光電檢測器、用于檢測從右邊入射的光的第二光電檢測器、用于檢測從上方入射的光的第三光電檢測器以及用于檢測從下方方向入射的光的第四光電檢測器。通常關(guān)于手勢感測裝置所用于的電子設(shè)備的主平面和方位來限定方向左、右、上和下。
[0031]在本發(fā)明的一些實(shí)現(xiàn)方式中，可以在傳