CN102609141A - 角接触几何形状 - Google Patents

Abstract

在角接触几何形状的实施方式中，触摸输入传感器数据被识别为触摸屏显示器（例如集成在移动电话或便携计算设备上的触摸屏显示器）上的触摸输入。从触摸输入传感器数据生成传感器图，传感器图表示该触摸输入。传感器图能够被生成为元素的二维阵列，元素与从触摸输入传感的接触相关。然后，能够确定一个椭圆，其近似地包围传感器图的元素，该椭圆表示触摸输入的接触形状。

Description

角接触几何形状

相关申请

本申请要求Zhao（赵）等人于2011年2月12日提交的美国临时申请号61/442219,发明名称为“Angular Contact Geometry（角接触几何形状）”的优先权，其全部公开通过引用被结合于此。

背景技术

诸如移动电话、便携和平板计算机、娱乐设备、手持导航设备等等之类的便携计算设备日益提供更多功能和特征，其使得用户难以在设备上导航和选择与用户想要发起的功能相关的命令。除了用于与计算设备交互的传统技术，诸如鼠标、键盘和其它输入设备，触摸传感器和触摸屏显示器通常被集成在移动电话和平板计算机中，并被用于显示和用户可选择的接触和手势输入。对于具有触摸传感器和/或触摸屏显示器的这些类型的便携设备，持续的设计挑战在于触摸和手势输入的固有误差，这主要是由于用户手指的尺寸。虽然用户通常想要更小的设备以方便携带，但是在触摸屏显示器上精确处理触摸和手势输入的挑战对于标准的触摸处理技术仍然继续存在。

发明内容

本发明内容介绍角接触几何形状的简化概念，该概念在下面的具体实施方式中被进一步描述和/或在附图中被示出。本发明内容不应被认为描述了所要求保护的主题的必要特征，也不应被用于确定或限制所要求保护的主题的范围。

角接触几何形状被描述。在实施方式中，触摸输入传感器数据被识别为在诸如可以被集成到移动电话或便携计算设备中的触摸屏显示器上的触摸输入。从触摸输入传感器数据生成传感器图（sensor map），该传感器图表示该触摸输入。传感器图能够被生成为元素的二维阵列，该元素与从触摸输入传感到的接触相关联。然后能够确定一个椭圆，其近似地包围了传感器图的元素，该椭圆表示触摸输入的接触形状。

在其它实施方式中，触摸输入的接触形状通常在形状上是不规则的，所确定的椭圆具有近似地包围了传感器图的元素的尺寸和旋转角度。误差率（IAR）能够被确定以验证该椭圆，其中从在椭圆的边界内但不是传感器图的一部分的区域确定椭圆的IAR。这些区域也被称作非重叠区域，并且是在椭圆边界内没有与传感器图的元素重叠的区域。

附图说明

参照下面的附图描述角接触几何形状的实施方式。相同的数字至始至终可以被用于表示在图中示出的相同的特征和组件：

图1图示了其中能够实现角接触几何形状的实施方式的示例性系统。

图2图示了根据角接触几何形状的一个或多个实施方式的传感器图和近似包围传感器图的元素的椭圆的例子。

图3图示了根据一个或多个实施方式的角接触几何形状的（多个）示例性的方法。

图4图示了能够实现角接触几何形状的实施方式的示例性设备的各种组件。

具体实施方式

描述了角接触几何形状的实施方式。如上面提到的，在发起用户选择的输入时，由于用户手指的尺寸，在诸如移动电话或便携计算机的计算设备的触摸屏显示器上的触摸和手势输入可能不会被精确地识别。当用户尝试触摸较小的可选择的控件(control)（其显示在触摸屏显示器上的用户界面中，诸如在网页中的可选择链接）时，或者当用户试图使用可选择边缘尺寸调整控件来调整用户界面的大小时，这对于用户是特别显而易见的。角接触几何形状被实现以表示诸如在设备的触摸屏显示器上的触摸输入的接触形状，以推断在触摸屏显示器上用户所意图的触摸位置。

在实施方式中，从传感器图中确定角接触几何形状，该传感器图是从触摸输入传感器数据中生成，并且该传感器图表示触摸输入。能够确定一个椭圆，其近似地包围传感器图的元素，该椭圆表示触摸输入的接触形状。通常，触摸输入的接触形状在形状上是不规则的，具有一个尺寸和旋转角度的椭圆近似地包围传感器图的元素。实现角接触几何形状的质量度量也能够被确定。

质量度量是误差率（IAR），其能够被确定以证明椭圆是正确的或验证椭圆。从在椭圆的边界内但不是传感器图的一部分的区域确定特定尺寸和旋转角度的椭圆的IAR。这些区域也被称作非重叠区域，是在椭圆的边界内没有与传感器图的元素重叠的区域。最适合的椭圆具有最小值的最优IAR，其中具有最小值IAR的椭圆包围大部分的传感器图并具有最少的非重叠区域面积。

虽然能够以许多种不同设备、系统、环境、网络和/或配置实现角接触几何形状的特征和概念，但是在如下示例性设备、系统和方法的上下文中描述角接触几何形状的实施方式。

图1图示了示例性系统100，其中能够实现多种角接触几何形状的实施方式。该示例性系统包括计算设备102，其可以是移动电话104、娱乐设备、导航设备、用户设备、无线设备、便携设备、平板计算机106、双屏折叠设备108等的任意一个或组合。计算设备包括集成的触摸屏显示器110，其被实现以传感触摸输入112的位置，诸如在触摸屏显示器上显示的用户界面中的用户可选择输入。任意计算设备能够被实现为具有多种组件，诸如一个或多个处理器和存储器设备，以及任意数量的不同组件和其组合，如参照图4中示出的示例设备所进一步描述的。

在示例性系统100中，计算设备102包括触摸输入模块114（例如，较低层的组件），其被实现以识别触摸输入传感器数据116为触摸屏显示器110上的触摸输入112.。计算设备还包括手势识别应用118（例如，较高层的组件），其接收由触摸输入模块114生成和输出的HID报告120（即人体界面设备报告）。HID报告包括时间和位置数据，以及与计算设备的触摸屏显示器上的触摸输入相关的所确定的角接触几何形状数据，诸如椭圆轴向量。手势识别应用118被实现以识别并生成多种手势，如从与诸如触摸输入112之类的输入和输入组合相关联的触摸输入数据（例如HID报告120）而确定的。手势识别应用能够生成多种手势，诸如选择手势、保持手势、动作手势、轻敲手势和来自多种用户可选择输入的其它类型的手势。

计算设备102的输入识别系统可以包括任意类型的输入检测特征和/或设备以区别多种输入类型，诸如传感器（电容性或电阻性）、光传感像素、触摸传感器、照相机和/或普通用户界面，其解释用户交互、手势、输入和动作。在实现中，输入识别系统能够从可识别的变量中检测动作输入，诸如从方向变量、从开始区域位置变量和终止区域位置变量、和/或从动作速率变量（例如每秒特定数量的像素）。

计算设备102还包括接触几何形状服务122，其被实现以确定对应于诸如触摸输入112之类触摸屏显示器110上的触摸输入角接触几何形状124。接触几何形状服务能够被实现为计算机可执行指令，诸如软件应用，并由一个或多个处理器执行以实现此处描述的多种实施方式。接触几何形状服务还能够被实现为在计算设备中的专用传感器设备硬件上的固件。在这个例子中，接触几何形状服务被示出为实现为触摸输入模块114的组件。可替换地，接触几何形状服务可以被实现为独立的软件应用或服务以确定角接触几何形状。

在实施方式中，接触几何形状服务122被实现以从触摸输入传感器数据116中生成传感器图126，该传感器图表示触摸输入112，诸如当用户使用手指在触摸屏显示器110上发起触摸输入时。在这个例子中，传感器图包括元素128，示出为8比特16进制值，其表示在传感器图中的元素位置处的信号强度。触摸输入传感器数据的较强传感器信号使用传感器图中的元素指示更多接触。传感器图被生成为二维阵列s[x][y]，其中x和y是二维网格中元素的索引，其与触摸屏显示器上触摸输入中传感到的接触相关。固定基线等级能够被减去，这样环绕传感器图的区域（其没有被检测为触摸输入的一部分）中的元素被标准化(normalize)为零级。

接触几何形状服务122也被实现为将与触摸输入112相关的传感器图126模型化为高斯（Gaussian）分布，使用如公式（1）的概率分布函数：

                 （1）。

变量x = (x,y)是二维传感器图的索引向量。参数μ是平均数，参数Σ是协方差矩阵的2x2 矩阵。接触几何形状服务122能够确定参数μ 和Σ，这样概率密度函数（高斯PDF）最适合表示触摸输入112的接触形状的传感器图s[x][y]。为了实现此，接触几何形状服务被实现来执行最大似然估计（MLE）以导出下面的公式(2)和(3)：

                                  （2）

                         （3）。

参数N是执行MLE时采样点的总量。在这个实现中，s[x][y]的值被处理为在特定索引点（x，y）的全部采样的直方图（histogram）。这样，接触几何形状服务能够导出N，如公式（4）：

                             （4）。

根据加权的和，使用s[x][y]作为权重，能够改写公式（2）和（3），如下面的公式（5）和（6）：

                           （5）

                   （6）。

虽然现在求和是在整个二维网格上进行，但是该求和能够被快速地处理并确定，因为传感器图的s[x][y]只在接近触摸输入处是非零的。注意到参数

是触摸输入的块的中心，协方差矩阵

指明高斯分布的稳定等级的轮廓，其是椭圆的形状。在实施方式中，该椭圆表示触摸输入的接触形状。通常，触摸输入的接触形状在形状上是不规则的，接触几何形状服务122被实现以确定一个尺寸和旋转角度的椭圆，其近似地包围传感器图126的元素128。接触几何形状服务通过高斯分布来确定该椭圆（也被称作“最适合的椭圆”）。

在实施方式中，接触几何形状服务122被实现以从协方差矩阵

确定椭圆形状，识别出椭圆的两个主轴（例如短轴和长轴）对应于

的两个特征向量，每一个具有与相应的特征值的平方根成比例的长度。因此，在公式（7）中，接触几何形状服务解决下面的特征问题：

                                  （7）。

参数Λ=diag(λ0,λ1)是特征值的2x2 对角线矩阵，参数

是相应于λ0和 λ1的列的特征向量矩阵。对于这个2x2 特征问题，存在一种准确的解，通过解下面的二次方程公式(8)能够确定两个特征值：

                            （8）。

图2图示了传感器图126和所确定的近似地包围传感器图的元素128的椭圆的例子200。如在202处所示的，通过两个轴向量206和208定义相应于触摸输入112的接触形状的椭圆204，其中该两个轴向量206和208通过用相应的特征值的平方根来缩放两个特征向量

而确定。接触几何形状服务122被实现以全面地缩放特征值

，这样产生的角接触几何形状适合触摸输入实际的接触形状，合适的稳定等级的轮廓被选择用于形状匹配。特别地，缩放因子α也能够被选择为使得缩放的椭圆的面积在数值上匹配来自传感器图126的s[x][y]的触摸输入实际的接触形状。如210处所示的，椭圆204还能够被表示为限制椭圆边界的矩形212，通过高度、宽度和旋转角度定义该矩形。

当两个特征值非常接近时，产生的特征向量在它们各自的方向上可能是不太稳定的，在采样配置中小的扰动将相当大地改变主轴的方向。在一种实现中，当触摸输入的接触形状接近圆形并且在边缘的任何噪声能够改变接触几何形状的角度时，这种情况是值得注意的。因此，应当注意到对于角接触几何形状的实施方式，椭圆的形状是首要的考虑，胜于椭圆的轴的各自的方向。在接近圆形的情况中，两个轴的各自的方向变得更少考虑，因此当确定角接触几何形状时，它们的不稳定性是较不重要的因素，或者不是问题。

在实施方式中，对于角接触几何形状的质量度量能够被实现以证明或验证近似地包围传感器图126的元素128的所确定的椭圆。接触几何形状服务122能够被实现以确定椭圆的误差率（IAR）。如214处所示的，可从在椭圆的边界内但不是传感器图的一部分的区域218、220确定特定尺寸和旋转角度的椭圆216的IAR。该区域也被称作非重叠区域，是在椭圆的边界内不与传感器图的元素重叠的区域。

理论上，能够基于具有最小值的最优IAR的椭圆而选择椭圆，其中具有最小值IAR的椭圆包围传感器图的大部分，具有最少的非重叠区域面积。例如，基于椭圆的旋转角度，椭圆可能不是很好地适合表示触摸输入的接触形状。可替换地或者附加地，椭圆可能不是很好地适合表示触摸输入的接触形状，基于椭圆的尺寸太大或太小。质量度量误差率（IAR）在公式（9）中被定义，如下：

。

通常，模型椭圆对于触摸输入的实际接触形状的不适合可能导致不匹配的区域和/或方向，公式（9）的度量误差率反映这两种情况。对于近似圆形的情况，非重叠区域典型地会小，不管轴的方向。椭圆的形状可能不是一直精确适合实际接触形状。这样，使用误差率作为角接触几何形状的实现的实际质量测量使用最优误差率（最优IAR）而补偿，其在公式（10）中被定义为：

              （10）。

在这个例子中“模型（model）”是椭圆，当搜索可能的椭圆以发现最优值时，确定最优IAR的处理能够被离线地执行。这个数量反映在触摸输入的实际接触形状和模型椭圆之间的固有差异，因此能够从误差率中减去。如下面公式（11）中定义的标准化的误差率然后能够被利用，在角接触几何形状的实现中较小值意味着较高质量：

标准化的IAR=最优IAR-IAR                   （11）。

根据一个或多个角接触几何形状的实施方式，参照图3描述了示例性方法300。通常，此处描述的任何服务、功能、方法、过程、组件和模块能够被使用软件、固件、硬件（例如固定逻辑电路）、手动处理或其任意组合而实现。软件实现表示在由计算机处理器运行时执行指定任务的程序代码。示例方法可以在计算机可执行指令的一般上下文中描述，其能够包括软件、应用、例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块、功能等。程序代码能够被存储在一个或多个计算机可读存储介质设备中，其对于计算机处理器是本地和/或远程的。该方法还可以被多个计算机设备在分布式计算环境中实施。进一步地，此处描述的特征是平台独立的，能够被实现在具有多种处理器的多种计算平台上。

图3图示了角接触几何形状的（多个）示例方法300。描述方法框的次序不意图解释成限制，任意数量的所描述的方法框能够以任意次序组合以实现一种方法或供替换的方法。

在框302处，触摸输入传感器数据被识别为在触摸屏显示器上的触摸输入。例如，计算设备102（图1）处的触摸输入模块114识别该触摸输入传感器数据116为多种输入或输入组合，诸如在计算设备的触摸屏显示器110上的触摸输入112。

在框304，从触摸输入传感器数据生成传感器图，其中传感器图表示该触摸输入。例如，计算设备102处的接触几何形状服务122从触摸输入传感器数据116生成传感器图126，传感器图表示触摸输入112。传感器图能够被生成为元素的二维阵列s[x][y]，其与从触摸屏显示器上的触摸输入传感到的接触相关。触摸输入传感器数据的较强传感器信号指示与传感器图中的元素128更多接触。

在框306处，传感器图被模型化为具有基于加权平均而计算的变量的高斯分布。例如，在计算设备102处的接触几何形状服务122将与触摸输入112相关的传感器图126模型化为高斯分布，概率分布函数具有基于加权平均计算的变量。

在框308，椭圆被确定，其近似地包围传感器图的元素。例如，计算设备102处的接触几何形状服务122确定椭圆204，正如通过高斯分布所生成的，该椭圆近似地包围传感器图126的元素128。通常，触摸输入的接触形状在形状上可能是不规则的，接触几何形状服务确定一个尺寸和旋转角度的椭圆，其近似地包围传感器图的元素。

在框310处，误差率（IAR）被确定以验证所确定的椭圆。例如，计算设备102处的接触几何形状服务122确定误差率（IAR）以验证所确定的椭圆尺寸和旋转角度。从在椭圆边界内但不是传感器图的一部分一个或多个的区域，确定特定尺寸和旋转角度的椭圆的IAR。非重叠区域是在椭圆边界内没有与传感器图的元素重叠的区域。最适合的椭圆具有最小值的最优IAR，并包围传感器图的大部分，具有最小的非重叠区域面积，最适合的椭圆表示触摸输入的接触形状。

在框312处，椭圆表示为限制椭圆边界的矩形，该矩形是通过高度、宽度和旋转角度来定义的。例如，在计算设备102处的接触几何形状服务122将最适合的椭圆204表示为限制该椭圆的边界的矩形212，该矩形是通过与椭圆相关的高度、宽度和旋转角度而定义的。

在框314处，矩形的短轴和长轴被确定，其表示椭圆，在框316处，短轴和长轴的轴向量被缩放以将椭圆的几何形状与触摸输入的接触形状相关联。

在框318处，从触摸输入传感器数据和确定的角接触几何形状生成HID报告。例如，在计算设备102处的触摸输入模块114生成HID报告120（即人类接口设备报告）。HID报告包括时间和位置数据，以及所确定的角接触几何形状数据，其与计算设备的触摸屏显示器上的触摸输入相关。

图4图示了示例设备400的多种组件，其能够被实现为参照前述图1-3所描述的任意设备或由设备实现的服务。在实施方式中，设备可以被实现为固定或移动设备的任意一种或其组合，形式可以是消费者、计算机、便携、用户、通信、电话、导航、电视、应用、游戏、媒体播放和/或电子设备中的任意一种。设备也可以与操作设备的用户（即人）和/或实体相关联，这样“设备”描述包括用户、软件、固件、硬件和/或设备组合的逻辑设备。

设备400包括通信设备402，其使能设备数据404的有线和/或无线通信，设备数据404例如是接收到的数据、正在被接收的数据、为广播而调度的数据、数据的数据分组等。设备数据或其它设备内容能够包括设备的配置设置、存储在设备上的媒体内容和/或与设备的用户相关联的信息。存储在设备上的媒体内容能够包括任意类型的音频、视频和/或图像数据。设备包括一个或多个数据输入端406，能够经由它们接收任意类型的数据、媒体内容和/或输入，例如用户可选择的输入和从任意内容和/或数据源接收到的任意其它类型的音频、视频和/或图像数据。

设备400还包括通信接口408，例如串行、并行、网络或无线接口中的任意一个或多个。通信接口提供了在设备和通信网络之间的连接和/或通信链路，其它电子、计算和通信设备经过该通信网络与该设备通信数据。

设备400包括一个或多个处理器410（例如任意微处理器、控制器等等），其处理各种计算机可执行指令以控制设备的操作。可替换地或者附加地，设备能够利用软件、硬件、固件或固定逻辑电路（其与一般标识在412的处理和控制电路相相关地实现）的任意一种或组合来实现。在实施方式中，设备400还能够包括触摸输入模块414，其被实现以识别触摸输入传感器数据。虽然未示出，但是该设备能够包括系统总线或数据传输系统，其耦合设备中的各种组件。系统总线能够包括不同总线结构的任意一种或其组合，例如存储器总线或存储器控制器、外围总线、通用串行总线和/或处理器或者利用多种总线架构中任意一种的本地总线。

设备400还包括使得能够进行数据存储的一个或多个存储器设备416（例如计算机可读存储介质），例如随机存取存储器（RAM）、非易失存储器（例如只读存储器（ROM）、闪存等）和盘存储设备。盘存储设备可以被实现为磁或光存储设备中的任意类型，例如硬盘驱动器、可记录和/或可改写盘等。该设备还可以包括海量存储介质设备。

计算机可读介质能够是任何可用的由计算设备访问的媒介或介质。作为例子而非限制，计算机可读介质包括存储介质和通信介质。存储介质包括以用于信息存储的任何方法或技术实现的易失和非易失、可移除和非可移除介质，所述信息例如是计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其它光存储装置、盒式磁带、磁带、磁盘存储装置或其它磁存储设备、或者能够被用于存储信息和能够由计算机访问的任意其它媒介。

通信介质典型地具体包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制数据信号中的其它数据，例如载波或其它传输机制。通信介质还包括任何信息传送介质。调制数据信号让它的一个或多个特征以将信息编码到信号中这样一种方式被设置或改变。作为示例而非限制，通信介质包括诸如有线网络或直接连线连接之类的有线介质以及诸如声学、RF、红外和其它无线介质之类的无线介质。

存储器设备416提供数据存储机制来存储设备数据404、其它类型的信息和/或数据、以及多种设备应用418。例如，操作系统420能够利用存储器设备作为软件应用被维持，并在处理器上执行。设备应用还可以包括设备管理器，诸如任意形式的控制应用、软件应用、信号处理和控制模块、在特定设备本地的代码、用于特定设备的硬件抽象层等等。在这个例子中，设备应用418包括手势识别应用422和接触几何形状服务424，其实现在这里描述的角接触几何形状的实施方式。

设备400还包括音频和/或视频处理系统426，其生成用于音频系统428的音频数据和/或生成用于显示系统430的显示数据。音频系统和/或显示系统可以包括处理、显示和/或以其它方式呈现音频、视频、显示和/或图像数据的任意设备。显示数据和音频信号能够经由RF（射频）链路、S-视频链路、复合视频链路、分量视频链路、DVI（数字视频接口）、模拟音频连接或其它类似通信链路被传送至音频设备和/或显示设备。在实现中，音频系统和/或显示系统是设备的外部组件。可替换地，音频系统和/或显示系统是示例设备的集成组件，例如集成的触摸屏显示器。

虽然已经以特定于特征和/或方法的语言描述了角接触几何形状的实施方式，但是所附权利要求的主题不必限制为所描述的特定特征或方法。相反，该特定特征和方法作为角接触几何形状的示例性实现而被公开。

Claims (10)

1.一种方法（300），包括：

识别（302）触摸输入传感器数据（116）为触摸屏显示器（110）上的触摸输入（112）；

从触摸输入传感器数据生成（304）传感器图（126），该传感器图表示该触摸输入；和

确定（308）近似地包围传感器图的椭圆（204），该椭圆表示触摸输入的接触形状。

2.权利要求1所述的方法，其中：

触摸输入的接触形状在形状上是不规则的；和

椭圆具有近似地包围传感器图的尺寸和旋转角度。

3.权利要求2所述的方法，近一步包括确定误差率（IAR）以验证椭圆，椭圆的IAR是从在椭圆的边界内但不是传感器图的一部分的一个或多个区域中确定的。

4.权利要求1所述的方法，其中传感器图被生成为元素的二维阵列，元素与从触摸屏显示器上的触摸输入传感到的接触相关。

5.权利要求4所述的方法，其中触摸输入传感器数据的较强传感器信号指示与传感器图中的元素较多接触。

6.权利要求4所述的方法，进一步包括将传感器图模型化为高斯分布，其中从该高斯分布确定近似包围传感器图的椭圆。

7.权利要求6所述的方法，进一步包括：

从协方差矩阵确定椭圆的短轴和长轴；和

缩放短轴和长轴的轴向量以将椭圆的几何形状与触摸输入的接触形状相关。

8.一种计算设备（102），包括：

触摸屏显示器（110）；

触摸输入模块（114），被配置以识别触摸输入传感器数据（116）为触摸屏显示器上的触摸输入（112）；

至少一个存储器（416）和处理器（410），用于实现接触几何形状服务（122），其被配置为：

从触摸输入传感器数据生成传感器图（126），该传感器图表示该触摸输入；和

确定近似地包围传感器图的椭圆（204），该椭圆表示触摸输入的接触形状。

9.权利要求8所述的计算设备，其中：

触摸输入的接触形状在形状上是不规则的；和

椭圆具有近似地包围传感器图的尺寸和旋转角度。

10.权利要求9所述的计算设备，其中接触几何形状服务被进一步配置为确定误差率（IAR）以验证椭圆，椭圆的IAR是可以从在椭圆的边界内但不是传感器图的一部分的一个或多个区域中确定的。

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