CN101206539A - 在3d空间中输入信息的信息输入装置和方法以及介质 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于在三维(3D)空间中输入信息的信息输入装置和方法以及介质。所述信息输入装置包括：运动信号输入单元，接收信息输入装置在用户的控制下在三维(3D)空间中的运动信号；运动程度计算单元，通过分析接收的运动信号来计算信息输入装置的运动程度；运动识别单元，通过对计算的运动程度与预定阈值进行比较来识别运动类型；以及信号处理器，处理接收的运动信号，以便执行与识别的运动类型相应的指令。

Description

在3D空间中输入信息的信息输入装置和方法以及介质
本申请要求于2006年12月18日提交到韩国知识产权局的第10-2006-0129537号韩国专利申请的优先权，该申请的公开完全合并于此，以资参考。
                        技术领域
本发明涉及一种在三维(3D)空间中使用的信息输入装置，更具体地说，涉及一种用于在3D空间中输入信息的信息输入装置和方法以及介质。
                        背景技术
多数现有的计算机鼠标(诸如滚动球鼠标和光电鼠标)在与平面进行物理接触的同时移动。然而，在提供三维(3D)图形用户界面(GUI)的情况下，仅在平面上移动的传统鼠标不能与3D GUI兼容使用。
因此，已经引入了使用惯性传感器(诸如加速度传感器或角速度传感器(或陀螺仪传感器))在3D空间中操作的各种类型的空间输入装置(鼠标等)，它们中的一些已经投入公共使用。
然而，仍使用输入装置的按钮执行按钮点击操作。因此，当用户点击按钮时其施加的力使输入装置移动，输入装置的移动导致点击按钮之前的光标的位置与点击按钮之后的位置不相同。因此，即使用户在期望的光标位置点击按钮，指示的精确度显著降低，因此导致输入误差。
公布的标题为“Method for Adjusting Pointing Position according to ClickOperation in Space and Spatial Input Device therefor”的第2005-077364号韩国专利公开了一种使用空间输入装置调节指示位置的方法，所述空间输入装置包括：第一单元，检测手的运动；以及第二单元，检测手指的运动。所述方法包括：使用第一单元检测和输出手运动信号；根据手运动信号在显示器上设置指示位置；当在第一时间段期间未检测到手运动信号时，在第二时间段内等待第二单元产生的点击信号；如果在第二时间段之内产生了点击信号，则输出该点击信号，并在第二时间段期间阻止输出第一单元产生的手运动信号。在这种情况下，有必要准备感测手的运动的角速度传感器和感测手指的运动的加速度传感器。因此，没有提出仅使用角速度传感器(例如，陀螺仪传感器)来改进3D空间中的指示性能的技术的叙述。
                        发明内容
根据本发明的一方面，本发明提供在三维(3D)空间中精确的信息输入。
根据本发明的一方面，提供一种用于在三维(3D)空间中输入信息的信息输入装置，所述信息输入装置包括：运动信号输入单元，接收信息输入装置在用户的控制下在3D空间中的运动信号；运动程度计算器，通过分析接收的运动信号来计算信息输入装置的运动程度；运动识别器，通过对计算的运动程度与预定阈值进行比较来识别运动类型；以及信号处理器，处理接收的运动信号，以便执行与识别的运动类型相应的指令。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在三维(3D)空间中输入信息的方法，包括：接收信息输入装置在用户的控制下在3D空间中的运动信号；通过分析接收的运动信号来计算信息输入装置的运动程度；通过对计算的运动程度与预定阈值进行比较来识别运动类型；以及处理接收的运动信号，从而执行与识别的运动类型相应的指令。
根据本发明的另一方面，提供至少一种存储实施本发明的方法的计算机可读指令的计算机可读介质。
                        附图说明
通过下面结合附图对示例性实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面、特征和优点将会变得清楚和更容易理解，其中：
图1是根据本发明示例性实施例的用于在三维(3D)空间中输入信息的信息输入装置的内部框图；
图2A和图2B示出根据本发明示例性实施例的当用户点击在3D空间中输入信息的信息输入装置时可能导致的信息输入装置的指示点的位置的改变；
图3A和图3B是示出根据本发明示例性实施例的当在3D空间中输入信息的信息输入装置的按钮被点击时产生的运动信号以及控制该运动信号的方法的曲线图；
图4A是示出根据本发明示例性实施例的在3D空间中输入信息的信息输入装置的按钮点击操作和拖动操作期间产生的运动信号的曲线图；
图4B是用于解释使用预定阈值识别信息输入装置的运动类型的方法的图4A的曲线的放大图；以及
图5是示出根据本发明示例性实施例的在3D空间中输入信息的方法的流程图。
                        具体实施方式
现在将详细参照本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。以下通过参照附图描述示例性实施例以解释本发明。
然而，本发明的示例性实施例可以以多种不同形式实施，并且不应被理解为限于在此阐述的这些示例性实施例。另外，提供这些示例性实施例从而使本公开彻底和完整，并将本发明的构思完全地传达给本领域的普通技术人员。
图1是根据本发明示例性实施例的用于在三维(3D)空间中输入信息的信息输入装置的内部框图。
如图1所示，信息输入装置100包括：运动信号输入单元110、运动程度计算单元120、运动识别单元130、信号处理器140、指示点(pointer)控制器150和控制器160。这里，信息输入装置100是用于控制电子装置(诸如电视(TV)、数字多用盘(DVD)和空调)的遥控器或个人计算机(PC)的鼠标。信息输入装置100所控制的目标可以是与信息输入装置100分离的电子装置，或者是电子装置和信息输入装置100的组合。
当用户移动信息输入装置100时，运动信号输入单元110接收信息输入装置100的运动信号。这里，可使用惯性传感器测量信息输入装置100的运动，测量的惯性信号表示信息输入装置100运动的方向和速度。以陀螺仪传感器作为惯性传感器描述本发明，但本发明不限于此。此外，陀螺仪传感器测量信息输入装置100每秒移动的角度。测量的陀螺仪信号用于利用运动程度计算单元120计算信息输入装置100的运动程度。
运动程度计算单元120基于经由运动信号输入单元110接收的运动信号(陀螺仪信号)来计算信息输入装置100的运动程度。这里，基于陀螺仪信号的x轴(从上到下的运动)和y轴(从一侧到另一侧的运动)的值计算运动程度。
也就是说，计算运动程度(S)的等式是：S＝max{var(Wbx)，var(Wby)}，其中，max表示最大值，Wbx表示x轴陀螺仪信号，Wby表示y轴陀螺仪信号，var表示方差。例如，如果输入值是x，则根据 var ( x ) = 1 N - 1 Σ i = n - N n ( x i - x ‾ ) 2 来计算输入值x的方差。这里， x ‾ = 1 N Σ i = n - N n x i , N表示将被计算方差的样本的总数，n表示当前样本数。可使用上述方法获得从当前样本数n到先前样本数N的方差。
运动识别单元130通过将运动程度计算单元120计算的运动程度与预定阈值进行比较来识别信息输入装置100的运动类型。这里，运动类型包括信息输入装置100的按钮点击操作以及拖动和放下操作(以下称为“拖动操作”)。
例如，当计算的信息输入装置100的运动程度大于所述预定阈值时，运动识别单元130将信息输入装置100的运动类型识别为拖动操作，当计算的信息输入装置100的运动程度小于所述预定阈值时识别为按钮点击操作。所述阈值被确定为大于当执行按钮点击操作时通常产生的运动程度而小于当执行拖动操作时通常产生的运动程度。另外，用户可随意地设置或改变该阈值。例如，假设当用户使用信息输入装置100执行按钮点击操作时计算的运动程度为5或7，当用户使用信息输入装置100执行拖动操作时计算的运动程度为25或30，则所述阈值可被设置为10或15。
信号处理器140处理接收的运动信号，从而执行与运动识别单元130识别的运动类型相应的指令。
例如，当识别的运动类型是信息输入装置100的按钮点击操作时，在按钮点击操作期间的预定量时间内不输出陀螺仪传感器的信号值。这里，不输出陀螺仪传感器的信号值的事实指示运动信号的值被保持在“0”以便防止当通过信息输入装置100的按钮点击操作选择期望的目标时信息输入装置100的指示点的位置被改变。另外，所述预定量时间表示用户点击信息输入装置100的按钮和用户撤去对按钮的点击之间的时间间隔。如果识别的运动类型是信息输入装置100的拖动操作，则处理陀螺仪传感器产生的陀螺仪信号。这里，基于产生的陀螺仪信号的幅度移动信息输入装置100的指示点。现在将参照图3A和图3B更详细地描述作为信息输入装置100的按钮点击操作的结果而产生的运动信号和控制运动信号的方法。
例如，如果信息输入装置100是鼠标，则当用户在3D空间中点击鼠标的按钮时，鼠标的位置向下移动预定的角度。然后，从陀螺仪传感器输出的陀螺仪信号相应地被改变，因此位于预定目标上的鼠标的指示点向下移动预定距离。因此，当用户点击鼠标时，如果无论鼠标的位置是否改变都不输出陀螺仪信号，则即使鼠标向下移动，鼠标的指示点的位置也不改变，从而将指示点的位置保持在所述预定目标上。
指示点控制器150基于由信号处理器140处理的信号改变或保持指示点的位置。
例如，指示点控制器150基于陀螺仪传感器测量的陀螺仪信号的值在上、下、左或右方向上使指示点移动预定的移动距离，或者将指示点的位置保持在预定目标上。这里，以对应于陀螺仪信号的幅度的速度移动指示点。
控制器160控制信息输入装置100的功能块110至150的操作。
图2A和图2B示出根据本发明示例性实施例的当用户点击在3D空间中输入信息的信息输入装置时可能导致的信息输入装置的指示点的位置的改变。
如图2A所示，为了使用信息输入装置(鼠标)100选择在显示装置200上显示的预定目标210，用户通过移动鼠标100将指示点110放置在目标210上。
接下来，当用户点击鼠标100的按钮以选择目标210时，用户的力使鼠标100向下移动预定角度，因此，指示点100也从目标210向下移动。
在这种情况下，由于鼠标100的移动，例如在位于目标210上的指示点110a和从目标210向下移动的指示点110b之间存在预定距离d。结果，用户可能不能选择目标210或可能选择到另一目标。
如图2B所示，当运动识别单元130确定用户正在点击鼠标100的按钮时，则信号处理器140在预定量时间内不输出陀螺仪传感器的信号值，从而防止指示点110的位置被改变。因此，可以防止用户不能选择目标210或选择到另一目标。
图3A和图3B是示出根据本发明示例性实施例的当在3D空间中输入信息的信息输入装置的按钮被点击时产生的运动信号以及控制该运动信号的方法的曲线图。在图3A和图3B中，实线310指示用户正在执行按钮点击操作的区间，虚线320指示表示信息输入装置100从上到下的运动的信号(x轴信号)，粗实线330指示表示信息输入装置100从一侧到另一侧的运动的信号(y轴信号)。
如图3A所示，在3D空间中点击信息输入装置100的按钮之前产生了具有小幅度的运动信号(陀螺仪信号)，也就是说，在曲线图的原点(0，0)附近产生运动信号。如果用户点击信息输入装置100的按钮，则信息输入装置100从上移动到下和从一侧移动到另一侧，因此产生具有大幅度的运动信号。这里，信息输入装置100的运动越大，运动信号的幅度越大。
如上所述，当从陀螺仪传感器接收到陀螺仪信号时，信号处理器140基于陀螺仪信号的幅度移动信息输入装置100的指示点，因此改变指示点的位置，从而导致用户选择到不期望的目标。
因此，如图3B所示，当用户点击信息输入装置100的按钮时以及当用户撤去对按钮的点击时，在预定长度的时间内不允许输出运动信号，从而防止由于信息输入装置100的运动使焦点移动。
也就是说，如果用户点击信息输入装置100，则信息输入装置100从上移动到下和从一侧移动到另一侧，因此产生大幅度的运动信号。在这种情况下，如矩形340所示，信号处理器140在预定长度的时间内不输出当点击按钮时或当撤去对按钮的点击时产生的运动信号的值。因此，运动信号具有值0，因此防止信息输入装置100的焦点被移动。
图4A是示出根据本发明示例性实施例的在3D空间中输入信息的信息输入装置的按钮点击操作和拖动操作期间产生的运动信号的曲线图；图4B是用于解释使用预定阈值识别信息输入装置的运动类型的方法的图4A的曲线的放大图。在图4A和图4B中，粗实线410指示用户点击信息输入装置100的按钮的区间，实线420指示表示信息输入装置100的运动的运动信号。
如图4A所示，当用户执行信息输入装置100的按钮点击操作时，产生具有小幅度的运动信号(陀螺仪信号)，也就是说，在曲线图的原点(0，0)附近产生运动信号。当用户在按钮点击操作之后执行拖动操作时，产生具有大幅度的运动信号。这里，信息输入装置100的运动越大，运动信号的幅度越大。
如图4B所示，假设预定阈值430为10，信息输入装置100的运动程度在按钮点击操作期间小于5并且在按钮点击操作之后的拖动操作期间大于35。
在这种情况下，当运动程度小于所述预定阈值时，运动识别单元130识别信息输入装置100的运动类型为按钮点击操作，当运动程度大于所述预定阈值时识别运动类型为拖动操作。
图5是示出根据本发明示例性实施例的在3D空间中输入信息的方法的流程图。
参照图5，首先，当经由运动信号输入单元110接收信息输入装置100的运动信号(陀螺仪信号)(S510)时，运动程度计算单元120基于接收的陀螺仪信号计算信息输入装置100的运动程度(S520)。这里，基于陀螺仪信号的x轴(从上到下的运动)和y轴(从一侧到另一侧的运动)计算运动程度。
接下来，运动识别单元130通过将计算的运动程度与预定阈值进行比较来识别信息输入装置100的运动类型。这里，运动类型包括信息输入装置100的按钮点击操作和拖动操作。
如果比较结果显示计算的运动程度小于所述预定阈值(S530)，则运动识别单元130识别信息输入装置100的运动类型为按钮点击操作(S540)。
然后，由于信息输入装置100的运动类型是按钮点击操作，因此信号处理器140在从用户执行按钮点击操作的瞬时开始的预定量时间内不输出运动信号(S550)。这里，不输出运动信号的理由是为了防止当要通过信息输入装置100的按钮点击操作选择预定目标时改变信息输入装置100的指示点的位置。
接下来，由于没有输出运动信号，因此在不改变指示点的位置的情况下指示点控制器150选择指示点当前所在的目标(S560)。
如果在步骤S530确定运动程度大于阈值，则运动识别单元130识别信息输入装置100的运动类型为拖动操作(S570)。
然后，指示点控制器150移动指示点的位置从而使指示点的位置对应于运动信号的值(S580)。
除了上述的示例性实施例之外，还可以通过执行介质(例如，计算机可读介质)中/上的计算机可读代码/指令来实现本发明的示例性实施例。所述介质可对应于任何允许计算机可读代码/指令的存储和/或传输的介质。所述介质还可包括单独的计算机可读代码/指令、数据文件、数据结构等，或者它们的组合。代码/指令的示例包括机器代码(诸如由编译器产生)和包含可由计算装置等使用解释器执行的更高级代码的文件。另外，代码/指令可包括功能程序和代码段。
可通过各种方式在介质中/上记录/传输计算机可读代码/指令，介质的示例可包括计算机可读代码/指令、数据文件、数据结构等的磁性存储介质(例如，软盘、硬盘、磁带等)、光学介质(例如，CD-ROM、DVD等)、磁光介质(例如，可光读碟)、硬件存储装置(例如，只读存储介质、随机存取存储器介质、闪速存储器等)以及诸如传输信号的载波的存储/传输媒体。可由一个或者多个处理器执行计算机可读代码/指令。还可在专用集成电路(ASIC)或者现场可编程门阵列(FPGA)中的至少一个中执行和/或实施计算机可读代码/指令。
另外，可配置一个或多个软件模块或者一个或多个硬件模块以便执行上述示例性实施例的操作。
在这里使用的术语“模块”和术语“单元”代表执行特定任务的一个软件组件、一个硬件组件、多个软件组件、多个硬件组件、一个软件组件和一个硬件组件的组合、一个硬件组件和多个软件组件的组合、一个软件组件和多个硬件组件的组合或者多个软件组件和多个硬件组件的组合，但不限于此。有利地，模块可被配置为在驻留于可寻址存储介质上并被配置为在一个或多个处理器上执行。因此，模块可包括例如：组件(诸如软件组件、专用软件组件、面向对象软件组件、类组件和任务组件)、处理、功能、操作、执行线程、属性、过程、子程序、程序代码段、驱动程序、固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。在组件或模块中提供的功能可组合成更少的组件或模块，或者可进一步分离成另外的组件或模块。此外，可在装置中设置的至少一个处理器(例如，中央处理单元(CPU))操作组件或模块。另外，硬件组件的示例包括专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。如所示，模块还可代表软件组件和硬件组件的组合。这些硬件组件也可以是一个或多个处理器。
计算机可读代码/指令和计算机可读介质可以是为本发明的目的而专门设计并构造，或者可以是计算机硬件和/或计算机软件领域的技术人员所公知和可用的类型。
根据本发明示例性实施例的上述用于在3D空间中输入信息的信息输入装置、方法和介质具有至少以下优点：上述信息输入装置、方法和介质能够解决在3D空间中点击信息输入装置的按钮之前的位置在点击按钮之后被改变的问题，从而改善了指示的性能。
虽然已经示出和描述了本发明的若干示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种用于在三维空间中输入信息的信息输入装置，包括：
运动信号输入单元，接收信息输入装置在用户的控制下在三维空间中的运动信号；
运动程度计算器，通过分析接收的运动信号来计算信息输入装置的运动程度；
运动识别器，通过对计算的运动程度与预定阈值进行比较来识别运动类型；以及
信号处理器，处理接收的运动信号，以便执行与识别的运动类型相应的指令。
2.如权利要求1所述的信息输入装置，其中，当计算的运动程度小于所述预定阈值时，运动识别器识别运动类型为按钮点击操作。
3.如权利要求2所述的信息输入装置，其中，当信息输入装置的运动类型是按钮点击操作时，信号处理器在预定量时间内不输出接收的运动信号的值。
4.如权利要求3所述的信息输入装置，其中，如果在所述预定量时间内没有输出运动信号的值，则信息输入装置的指示点的位置不改变。
5.如权利要求1所述的信息输入装置，还包括：指示点控制器，基于运动信号控制信息输入装置的指示点的位置。
6.一种用于在三维空间中输入信息的方法，包括：
接收信息输入装置在用户的控制下在三维空间中的运动信号；
通过分析接收的运动信号来计算信息输入装置的运动程度；
通过对计算的运动程度与预定阈值进行比较来识别运动类型；以及
处理接收的运动信号，以便执行与识别的运动类型相应的指令。
7.如权利要求6所述的方法，其中，识别运动类型的步骤包括：当计算的运动程度小于所述预定阈值时，确定运动类型为按钮点击操作。
8.如权利要求7所述的方法，其中，处理接收的运动信号的步骤包括：当识别的运动类型是按钮点击操作时，在预定量时间内防止输出接收的运动信号。
9.如权利要求8所述的方法，其中，当在所述预定量时间内没有输出运动信号的值时，信息输入装置的指示点的位置不改变。
10.如权利要求1所述的信息输入装置，其中，当计算的运动程度大于所述预定阈值时，运动识别器识别运动类型为拖动操作。
11.如权利要求6所述的方法，其中，识别运动类型的步骤包括：当计算的运动程度大于所述预定阈值时，确定运动类型为拖动操作。
12.存储控制至少一个处理器实现权利要求6的方法的计算机可读指令的至少一个计算机可读介质。
13.如权利要求8所述的方法，其中，当在所述预定量时间内没有输出运动信号的值时，信息输入装置的指示点的位置不改变，并且指示点当前所在的目标被选择。
14.如权利要求3所述的信息输入装置，还包括指示点控制器，用于基于运动信号控制信息输入装置的指示点的位置，
其中，如果在所述预定量时间内没有输出运动信号的值，则信息输入装置的指示点的位置不改变，并且指示点控制器选择指示点当前所在的目标。
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