CN101071350B - 一种通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置 - Google Patents

Abstract

本发明通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，包括产生动态轨迹的光源；光学镜头；数字图像传感器，其接收光源通过光学镜头发送过来的光信号，并转化为电信号；计算单元，其接收数字图像传感器发送过来的电信号，并计算出光源的位置数据，并根据一段时间内的位置数据计算出光标的动态轨迹的特征值；还包括设定单元，其设定特定动态轨迹的特征值与功能键建立关联关系；存储单元，其存储包括位置数据和特征值；比对单元，其将存储的位置数据和一段时间的动态轨迹的特征值与设定单元设定特定动态轨迹的特征值进行比对；指令单元，其接收比对单元发送过来的比对结果生成相应的指令并发送给接口单元。本发明相对现有产品增加了功能键的操作。

Description

一种通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置

【所属技术领域】

本发明涉及一种轨迹识别系统，特别是对通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置。

【背景技术】

随着计算机硬件技术的不断发展，人们在电脑上使用鼠标的方式也发生了改变。特别是玩电脑游戏时，更多人开始用摇杆，方向盘，高精度鼠标来玩游戏。目前在市场上出现了一种用于电脑游戏的能用传感器来模拟鼠标通过反射点来控制屏幕鼠标移动的产品。该产品是一种根据反馈点来进行定位的反馈装置。但是，在使用该现有产品时要尽可能的减少周围的光线，因为该现有产品会从装置以及使用者背后的背景中采集反馈光线，微弱的光就会带来定位不准确的麻烦。同时，由于现有产品主要是针对游戏设计的模拟鼠标光标的移动，因此，使用者并不能通过该产品进行模拟点击鼠标功能键的动作，在光标移动到指定地点时，使用者仍需要借助鼠标、游戏手柄或是键盘上的热键等来完成下一步的操作。这样，就会使得使用者使用该产品的同时还需要配合外设一起才能完成操作。

另外，在中国专利公开号为CN1357862A的专利文献中，揭示了一种视窗的光标视觉点选方法及装置。该装置包含有一影像摄取装置以及一电脑，通过接口与该影像摄取装置沟通；该方法包含有取得使用者的瞳孔相对移动信息，而动态调整该光标与电脑的视窗间的相对位置关系。该专利文献揭示是技术方案能够让电脑使用者无须移动鼠标即可任意地操作光标移动，可避免手来回在鼠标与键盘间操作的不便。但，该专利文献所揭示的技术方案是根据使用者瞳孔的移动来定位光标。在进行操作时由图像摄取装置捕捉眼睛瞳孔的移动，这样，势必要限制使用者眼睛的活动，造成使用者眼睛的疲劳，带来使用上的不方便。同样地，该专利文献所揭示的技术方案也只是控制光标的移动，而不能完成其他功能的操作。

【发明内容】

本发明的目的在于解决了现有产品中只能控制光标移动而无法进一步实现功能键操作的问题。

本发明的第二目的在于提供一种通过获取外界光源的动态轨迹来识别、操作光标、视窗的装置，使其具有使用方便、舒适的优点。

本发明的另外一个目的是提供一种通过获取外界光源的动态轨迹来识别、操作光标、视窗的装置，使其具有处理速度快、操作光标和视窗更灵敏的优点。

本发明的具体技术方案如下：

一种通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，包括产生动态轨迹的光源；光学镜头；数字图像传感器，其接收光源通过光学镜头发送过来的光信号，并转化为电信号；计算单元，其接收数字图像传感器发送过来的电信号，并计算出光源的位置数据，并根据一段时间内的位置数据计算出光标的动态轨迹的特征值；接口单元，所述装置还包括设定单元，其设定特定动态轨迹的特征值与功能键建立关联关系；连接计算单元的存储单元，其存储位置数据和/或特征值；比对单元，其将存储的位置数据或一段时间的动态轨迹的特征值与设定单元设定特定动态轨迹的特征值进行比对；指令单元，其接收比对单元发送过来的比对结果生成相应的指令并发送给接口单元，由该接口单元将该指令发送给相应的外部装置。

所述的设定单元内的特定动态轨迹的特征值是预先存入的，并将该特征值与功能键建立关联。

所述的设定单元内的特定动态轨迹的特征值还可以是实时获得到的动态轨迹的特征值，并将该特征值与功能键建立关联。

所述的比对单元把存储单元内保存的位置数据或特征值与设定单元设定的动态轨迹的特征值进行比对。

所述的比对单元将所述的位置数据、特征值与特征值进行比对，当比对结果一致时，将该比对结果发送给指令单元，指令单元生成执行功能键的指令；当比对结果不一致时，将该比对结果发送给指令单元，指令单元生成执行光标移动的指令。

比对单元进行比对时，比对结果一致即判断光标的一段动态轨迹的特征值和与功能键建立关联的特征值一致时，指令单元还发送该光源的位置数据返回该段动态轨迹的起始位置数据的指令。

所述的光源采用带有电源的红外光源。

所述的数字图像传感器采用MT9M001芯片。

所述的计算单元、存储单元、设定单元、比对单元、指令单元集成到一个微处理器中，该微处理器采用CY7C68013A芯片。

所述计算单元还进行如下的处理：将当前光源的位置数据加上当前光源的位置数据和他前一个点的位置数据所得出的偏移量而预计光源下一时间点所到达的位置，该位置作为下一时间图像获取单元从获取光源的图像中截取一个小图像的中心，计算单元将该小图像的信息反馈给图像获取单元；所述的图像获取单元根据该小图像的信息从其获取的光源的图像中截取一小图像，并将该小图像发送给计算单元，计算单元根据该小图像计算光源的位置数据。

所述小图像的大小是根据光源落在小窗口里的概率得出的经验值，该经验值预先设置好供中央处理器调用。

在所述的光源与光学镜头之间放置滤色片。

所述的接口单元为USB2.0接口、或无线USB接口、或1394接口、SATA接口、串/并行接口或者网络接口，所述的外部装置为计算机。

通过本发明的技术方案通过追踪光源所发出的光而实现动态轨迹捕捉识别的功能，捕捉识别的能力更强，在操作上更方便。进一步地，模拟鼠标功能键或键盘热键等功能的操作。同时，较之现有技术中揭示的以瞳孔位置定位光标的技术也更简便，更利于使用者操作。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，以下结合本发明的具体实施例及附图进行说明。但所举附图及实施例并非用来对本发明加以限制。

【附图说明】

图1是本发明通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置的基本逻辑框图。

图2是本发明通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置的另一基本逻辑框图。

图3是本发明的具体实施例的具体的内部示意图。

图4是本发明的具体实施例的通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置的基本流程图。

【具体实施方式】

如图1所示，为本发明通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置的基本逻辑框图，通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，包括产生动态轨迹的光源；光源的光通过光学镜头进入数字图像传感器，该数字图像传感器接收光源通过光学镜头发送过来的光信号，并转化为电信号。该电信号进一步进入计算单元，该计算单元接收数字图像传感器发送过来的电信号，并计算出光源的位置数据，并根据一段时间内的位置数据计算出光标的动态轨迹的特征值。计算单元还进行如下的处理：将当前光源的位置数据加上当前光源的位置数据和他前一个点的位置数据所得出的偏移量而预计光源下一时间点所到达的位置，该位置作为下一时间图像获取单元从获取光源的图像中截取一个小图像的中心，计算单元将该小图像的信息反馈给图像获取单元；所述的图像获取单元根据该小图像的信息从其获取的光源的图像中截取一小图像，并将该小图像发送给计算单元，计算单元根据该小图像计算光源的位置数据。所述小图像的大小是根据光源落在小窗口里的概率得出的经验值，该经验值预先设置好供中央处理器调用。存储单元连接计算单元，该存储单元存储包括位置数据和特征值。设定单元和比对单元连接存储单元，所述的设定单元设定特定动态轨迹的特征值与功能键建立关联关系，并将该特征值及其建立的关联关系存储在存储单元内，特定动态轨迹的特征值可以是预先存入的，也可以是实时获得到的动态轨迹的特征值，其中，所述的功能键可以为鼠标、键盘或按键及其组合的功能键，用于实现完成某些特定的操作指令；所述的比对单元将存储单元内存储的位置数据、一段时间的动态轨迹的特征值与设定单元所设定特定动态轨迹的特征值进行比对，当比对结果一致时，也就是说，比对的特征值一致时其所表示的两段动态轨迹大致相同，此时，将该比对结果发送给指令单元，指令单元生成执行功能键的指令，同时，指令单元还发送该光源的位置数据返回该段实时动态轨迹的起始位置数据的指令并发送给接口单元，其在显示器上显示的结果就是鼠标的光标未移动位置，而实现了功能键的操作；当比对结果不一致时，也就是说，比对的特征值不一致时其所表示的两段动态轨迹不大致相同，此时，将该比对结果发送给指令单元，指令单元生成执行光标移动的指令并发送给接口单元，接口单元连接计算机主机，在连接计算机主机的显示器上显示的结果就是鼠标的光标按照光源运动的动态轨迹进行移动。这里所说的动态轨迹的大致相同或动态轨迹不大致相同，是指特征值反映的是对动态轨迹的模糊识别，模糊识别为所属技术领域内的公知常识，在此不再赘述。

另外，如图2所示，所述的设定单元设定特定动态轨迹的特征值与功能键建立关联关系，还可以将该特征值及其建立的关联关系存储在设定单元。特定动态轨迹的特征值可以是预先存入设定单元的，也可以是实时获得到的动态轨迹的特征值存入设定单元的。这样，比对单元在进行比对时就可以分别从存储单元和比对单元将特征值取出进行比对。本发明中所述的接口单元为USB2.0接口、或无线USB接口、或1394接口、SATA接口、串/并行接口或者网络接口。

如图3所示，为本发明的一具体实施例，本实施例中数字图像传感器3选取的是型号为MT9M001的芯片；所述的计算单元、存储单元、设定单元、比对单元、指令单元集成到一个微处理器4中，该微处理器4选取的是型号为CY7C68013A的芯片。

本实施例中通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置采用的是红外光源1，该光源1与光学镜头之间放置滤色片2，相应的光学镜头只有红外光能通过的光学镜头。这样，数字图像传感器3接收到的光信号就只包含我们想要的由光源1发出的信号。数字图像传感器3把光信号转化成电信号，并对其进行数字化，之后把信号传给微处理器4。

具体地，如图3所示，数字图像传感器3选取的MT9M001芯片由动态像素传感阵列，模拟处理器，模数转换器，控制器，寄存器组成。其中，动态像素传感阵列把接收到的光信号转换成模拟电信号，模拟处理器对模拟信号进行整合，调整，使之与模数转换器匹配，模数转换器把模拟信号转换成数字信号。控制器依据微处理器传来的控制信号对动态像素传感阵列，模拟处理器，模数转换器进行控制，并发出同步信号给微处理器4，寄存器寄存控制信号。

本实施例中，计算单元、存储单元、设定单元、比对单元、指令单元集成到微处理器4内，该微处理器选取CYC68013A芯片。由CPU，总线，内存，通用可编程接口，I2C总线，缓存器，串行接口引擎，USB2.0收发器，锁相环和倍频器等组成。其中，存储单元，设定单元、比对单元和指令单元可以存放在CY7C68013A芯片中的内存里。接口单元采用USB2.0接口与USB2.0收发器连接。晶振提供的时钟信号经过锁相环和倍频器变为适合的时钟信号提供给CPU、数字图像传感器、USB2.0收发器，保证以上各电器元件能正常工作。CPU对数据进行计算处理；内存存储程序及数据；缓存器用来缓冲数据；总线传输各种数据；I2C总线和通用可编程接口与数字图像传感器连接；串行接口引擎完成与USB协议有关的编解码、差错控制、位填充等；USB2.0收发器负责收发USB数据；锁相环和倍频器负责把外界晶振的时钟信号转换成适合使用的时钟信号。电源5为电子元器件供电。

如图4所示，为通过动态轨迹操作光标、视窗的装置工作流程图。

首先光源1(可做成指环套在手指上)发出的红外光经过滤色片2，进入数字图像传感器3的动态像素传感阵列，转换成模拟电信号后，在模拟处理器中进行整合调整，再进入模数转换器中转换为数字信号，以上过程由控制器控制，寄存器用来存放控制数据。控制器依据微处理器4的I2C总线传来的控制信号控制数字图像传感器3的工作，同时发送同步信号给微处理器4的通用可编程接口。数字图像传感器3完成获取包含光源1的窗口画面的操作。在固定时间内，例如以0.01秒为时间间隔，获取光源1的移动窗口为一幅画面。

数字图像传感器3传来的图像数据经过微处理器4的缓存器到达内存。由CPU进行计算，微处理器4得到光源1的位置数据。每隔0.01秒，CPU根据光源1当前位置数据及从之前若干时间间隔开始到现在的坐标计算得到光源1运动轨迹，并存储到存储单元中。微处理器4内的设定单元把存储单元内保存的光源的动态轨迹例如，定义0.03秒内的一对勾“∨”做为单击鼠标左键的动态轨迹。即，该0.03秒内的对勾“∨”与特定的鼠标功能键(单击鼠标左键)之间建立关联。

工作时，数字图像传感器3传来的图像数据经过微处理器4的缓存器到达内存。由CPU进行计算，微处理器4得到光源1的位置数据。每隔0.01秒，CPU根据光源1当前坐标及从之前若干时间间隔开始到现在的坐标计算得到光源1的动态轨迹，比对单元实时的将光源1产生的动态轨迹与预先设定并保存在存储单元内的由设定单元设定的动态轨迹的特征值进行比对，判断是否与单击鼠标左键的动态轨迹的特征值一致，本实施例中比对单元判断光源1的实时的动态轨迹的特征值是否与设定的对勾“∨”的特征值一致。当比对结果为一致时，发送执行单击鼠标左键的指令，同时执行将该光源1的位置数据返回该段动态轨迹的起始位置数据的指令，即，使鼠标光标恢复到该动态轨迹的最初位置上，最终实现点击鼠标左键的操作；当比对结果为不一致时，判定为没有进行特定功能键的动作，把光源1的移动反映在视窗内鼠标光标的移动，得到鼠标移动的位置数据，把该数据传给串行接口引擎，通过该引擎发送给USB2.0收发器，再将实现光标移动的数据传递出去，最终实现光标移动的操作。

具体地，通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置的工作方法，提供产生动态轨迹的光源及数字图像传感器3，包括以下步骤：

(1)初始化，建立图像获取单元成像尺寸定义的框架与视窗的尺寸比例对应关系，以及光源于图像获取单元成像尺寸定义的框架的位置数据映射到光标于视窗的位置数据的关系。

(2)数字图像传感器3接收光源1的光信号，并转化为图像的电信号。

(3)由计算单元计算出当前光源重心点的位置数据，得出光源相对于数字图像传感器3成像尺寸定义的框架的位置数据，并根据一段时间内的位置计算光源的动态轨迹的特征值。根据当前光源重心点的位置数据的变化得出一偏移量作为鼠标光标移动的量，例如，根据当前光源重心点的位置数据和其前一时间的光源重心点的位置数据得出偏移量，将当前光源重心点的位置数据加上该偏移量预计出鼠标光标下一时间的位置数据。该位置数据作为下一时间数字图像传感器3获取到的光源的图像中截取的一个小图像的中心位置数据。计算单元将该小图像的信息反馈给数字图像传感器3，该数字图像传感器3根据该小图像的数据从其获取到的光源的图像中截取相应的小图像，并将该小图像发送给计算单元，计算单元根据该小图像计算光源的位置数据。数字图像传感器3根据这个位置数据采集相应的小图像，这样可以大大减少每次采集的数据量。其中，小图像的大小是根据光源落在小图像框架内(小窗口)的概率得出的经验值，该经验值预先设置好供计算单元调用。

(4)设定单元设定动态轨迹的特征值作为比对参考值，并建立该特征值与鼠标、键盘或按键的功能键的关联关系。设定单元的工作是为了对鼠标的按键动作进行模拟，可以预先设定几个动作，即，将光源的动态轨迹代替鼠标的左键单击动作、左键双击、右键单击等动作。把光源的运动轨迹进行模式识别，如果符合预先设定好的动作，则认为是用户希望进行相应的操作。动作输入：对动作以一种轨迹进行替代，利用模式识别的方法判断实际得到的轨迹，以确定是否用户希望进行该动作。首先，对动作的选取要有针对性。一定要选取平时改变鼠标位置时尽可能用不到的轨迹，如对勾“∨”等。这样在实际使用时得到与设定轨迹相似的轨迹的情况就会尽可能少。其次，一旦使用者设定了某一轨迹作为一个动作，如“对勾”。那么，只有当他要做这个动作时，他才会有意识的画出这个轨迹。如果是在移动鼠标光标的过程中，偶然画出的相似的轨迹，那么，由于是无意识的行为，所以，从方向，角度，平整性，位置，速度等方面都会有所不同。其所造成的特征值的差异使得系统可以把它们区分出来。

(5)设定单元将实时获取的光源位置数据和一段时间内光源的动态轨迹的特征值与设定的特定动态轨迹的特征值进行比对。

(6)指令单元根据比对结果生成相应的控制光标及/或操作光标、视窗的指令。给出相应的符合鼠标通信协议的数据，再完成编解码等过程使之符合USB协议的要求，通过USB接口传给PC。

综上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明所述的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，包括产生动态轨迹的光源；光学镜头；数字图像传感器，其接收光源通过光学镜头发送过来的光信号，并转化为电信号；计算单元，其接收数字图像传感器发送过来的电信号，并计算出光源的位置数据，并根据一段时间内的位置数据计算出光源的动态轨迹的特征值；接口单元，其特征在于还包括设定单元，其设定特定动态轨迹的特征值，并将该特征值与功能键建立关联关系；连接计算单元的存储单元，其存储位置数据和/或所述的动态轨迹的特征值；比对单元，其将存储的一段时间的动态轨迹的特征值与设定单元设定特定的动态轨迹的特征值进行比对；指令单元，其接收比对单元发送过来的比对结果，当所述指令单元接收的对比结果为一致时，指令单元生成执行功能键的指令和将该光源的位置数据回到该段动态轨迹的起始位置数据的指令发送给接口单元，由该接口单元将该指令发送给相应的外部装置；当所述指令单元接收的比对结果为不一致时，指令单元生成执行光标移动的指令并发送给接口单元，由该接口单元将该指令发送给相应的外部装置。

2.根据权利要求1所述的通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，其特征在于所述的设定单元内的特定动态轨迹的特征值是预先存入的，并将该特征值与功能键建立关联。

3.根据权利要求1所述的通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，其特征在于所述的设定单元内的特定动态轨迹的特征值还可以是实时获得到的动态轨迹的特征值，并将该特征值与功能键建立关联。

4.根据权利要求1所述的通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，其特征在于所述的光源采用带有电源的红外光源。

5.根据权利要求1所述的通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，其特征在于所述的数字图像传感器采用MT9M001芯片。

6.根据权利要求1所述的通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，其特征在于所述的计算单元、存储单元、设定单元、比对单元、指令单元集成到一个微处理器中，该微处理器采用CY7C68013A芯片。

7.根据权利要求1所述的通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，其特征在于所述计算单元还进行如下的处理：将当前光源的位置数据加上从当前光源的位置数据和他前一个点的位置数据所得出的偏移量而预计光源下一时间点所到达的位置，该位置作为下一时间数字图像传感器从获取光源的图像中截取的一个小图像的中心，计算单元将该小图像的信息反馈给数字图像传感器；所述的数字图像传感器根据该小图像的信息从其获取的光源的图像中截取一小图像，并将该小图像发送给计算单元，计算单元根据该小图像计算光源的位置数据。

8.根据权利要求7所述的通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，其特征在于所述小图像的大小是根据光源落在小窗口里的概率得出的经验值，该经验值预先设置好供中央处理器调用。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，其特征在于在所述的光源与光学镜头之间放置滤色片。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的通过识别动态轨迹操作光标、视窗的装置，其特征在于所述的接口单元为USB2.0接口、或无线USB接口、或1394接口、SATA接口、串/并行接口或者网络接口，所述的外部装置为计算机。

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