CN102981646A - 姿态感知设备输出控制方法、显示控制方法及装置、系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种姿态感知设备的输出控制方法、显示控制方法及装置、系统。所述输出控制方法包括：使用惯性器件获取当前运动的位移变化量；计算当前运动的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的偏差量；对所述偏差量分别进行比例运算、微分运算及积分运算并将得到的相应第一修正量、第二修正量及第三修正量相加作为当前时刻输出的位移变化量；所述输出控制装置包括用于获取当前运动的位移变化量的获取单元、计算位移变化量偏差量的偏差量计算单元、用于对所述偏差量分别进行比例运算、微分运算及积分运算并将上述结果相加作为当前时刻输出的位移变化量的处理单元。本发明能够消除姿态感知设备输出的位移变化量中的偏差。

Description

姿态感知设备输出控制方法、显示控制方法及装置、系统

技术领域

本发明涉及姿态感知设备及其应用领域，特别涉及一种姿态感知设备的输出控制方法、显示控制方法及装置、系统。

背景技术

传统计算机鼠标指针的控制过程大多数都依靠光学传感器或激光传感器来实现，这些传感器都基于物理光学原理，均需依附桌面等平台进行操作。但是在很多场合，例如在计算机多媒体教学中，用户想在空中操控鼠标指针或是通过在空中操控鼠标指针来实现多媒体电视播放、网页浏览等应用，使用上述传感器实现控制的鼠标无法满足上述要求，于是空间鼠标应运而生。

空间鼠标是一种输入设备，像传统鼠标一样操作屏幕光标（即鼠标指针），但却不需要依附任何平台，即通过空中晃动就能直接根据其运动姿态实现对鼠标指针的控制。要实现空中运动姿态的感知，一般在姿态感知设备（空间鼠标）中设置惯性器件，利用惯性器件测量技术实现对运动载体姿态的跟踪。上述惯性器件一般包括陀螺仪传感器（以下简称陀螺仪）以及加速度传感器（以下简称加速度仪）。其中，陀螺仪基本原理是运用物体高速旋转时，强大的角动量使旋转轴一直稳定指向一个方向的性质，所制造出来的定向仪器。当运动方向与转轴指向不一致时，会产生相应的偏角，再根据偏角与运动的关系，得到目前运动物体的运动轨迹和位置，从而实现定位的功能。而加速度传感器技术是惯性与力的检测综合体，目前在汽车电子和消费电子领域有较多的应用。加速度传感器通过实时采集运动物体加速度信号，通过二阶积分的方式得到运动的轨迹实现定位。另外，在器件处于相对稳定的状态下，可以通过分析传感器件自身重力加速度，得到目前器件的自身姿态。

公开号为CN 102289306的中国专利申请文本于2011年12月21日公开了一种姿态感知设备及其定位、鼠标指针的控制方法和装置，公开了下述技术方案：所述姿态感知设备的定位方法包括：获取陀螺仪的敏感轴的角速度测量值和加速度传感器的敏感轴的倾斜角测量值，所述加速度传感器的敏感轴对应所述陀螺仪的敏感轴；建立观测方程以获取陀螺仪的敏感轴的角速度观测值和加速度传感器的敏感轴的倾斜角观测值；将所述陀螺仪的敏感轴的角速度观测值转换成陀螺仪的敏感轴的旋转角，将所述加速度传感器的敏感轴的倾斜角观测值转换成加速度传感器的敏感轴的偏转角；对所述旋转角和所述偏转角进行融合，得到姿态感知设备的姿态角；通过姿态角的定位得到并输出位移变化量。

姿态感知设备输出的位移变化量反映到电脑或电视屏幕等显示端则构成了最终显示的模拟路径（运动轨迹），以空间鼠标为例，现有技术的输出结果存在以下问题：在用户手持空间鼠标进行运动定位时，往往会发生用户手部抖动、手持设备运动忽慢忽快等情况，造成反映到电脑或电视屏幕等显示端的运动轨迹与用户实际发生的运动定位存在偏差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何消除姿态感知设备输出的位移变化量中的偏差。

为解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种姿态感知设备的输出控制方法，所述姿态感知设备包括对运动姿态进行感知的惯性器件，该方法包括：

使用惯性器件获取当前运动的位移变化量；

计算当前运动的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的偏差量；

对所述偏差量分别进行比例运算、微分运算及积分运算并将得到的相应第一修正量、第二修正量及第三修正量相加作为当前时刻输出的位移变化量。

可选的，所述惯性器件包括陀螺仪和加速度仪中的至少一种。

可选的，所述对所述偏差量进行比例运算包括对该偏差量按第一比例输出所述第一修正量；

所述对所述偏差量进行微分运算包括对该偏差量进行微分处理后按第二比例输出所述第二修正量；

所述对所述偏差量进行积分运算包括对该偏差量进行积分处理后按第三比例输出所述第三修正量。

可选的，所述第一比例的取值范围为(1.5,5)，所述第二比例的取值范围为(1,10)，所述第三比例的取值范围为(0,3)。

可选的，该方法还包括：采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量。

可选的，所述采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量包括：将所述当前时刻输出的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的平均值与第四比例相乘得到修正后的当前时刻输出的位移变化量；所述第四比例的取值与当前运动的幅度相关。

可选的，所述第四比例的取值基于如下算式：

$k=\frac{R_2}{R_1}$

其中，k为所述第四比例，R₂为直线衡量度，R₁为弧线衡量度；所述直线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间直线分量的累加值相关，所述弧线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间弧线分量的累加值相关。

可选的，所述直线分量的累加值与弧线分量的累加值为：

将所述运动初始时刻至上一时刻运动期间分为1~N个单位时间；

当第n个单位时间内的运动轨迹判定有直线分量，则对所述直线分量的累加值进行增加；当第n个单位时间内的运动轨迹判定有弧线分量，则对所述弧线分量的累加值进行增加；其中，n=1~N，N为自然数。

可选的，所述第四比例的取值范围为(0,2)。

可选的，该方法还包括：在采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量前，调整所述直线衡量度和弧线衡量度；所述直线衡量度与直线分量的累加值呈正相关，所述弧线衡量度与弧线分量的累加值呈正相关。

为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供了一种运动轨迹的显示控制方法，包括：

上述姿态感知设备的输出控制方法；

基于所输出的位移变化量在屏幕上显示所述姿态感知设备的运动轨迹。

为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供了一种姿态感知设备的输出控制装置，所述姿态感知设备包括对运动姿态进行感知的惯性器件；还包括：

获取单元，用于从上述惯性器件获取当前运动的位移变化量；

偏差量计算单元，用于计算当前运动的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的偏差量；

处理单元，用于对所述偏差量分别进行比例运算、微分运算及积分运算并将得到的相应第一修正量、第二修正量及第三修正量相加作为当前时刻输出的位移变化量。

可选的，所述惯性器件包括陀螺仪和加速度仪中的至少一种。

可选的，所述处理单元包括：

比例单元，用于对所述偏差量按第一比例输出所述第一修正量；

微分单元，用于对进行微分处理后按第二比例输出所述第二修正量；

积分单元，用于对所述偏差量进行积分处理后按第三比例输出所述第三修正量；

加法单元，用于对所述第一修正量、第二修正量及第三修正量进行相加作为当前时刻输出的位移变化量。

可选的，所述第一比例的取值范围为(1.5,5)，所述第二比例的取值范围为(1,10)，所述第三比例的取值范围为(0,3)。

可选的，该装置还包括修正单元，用于采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量。

可选的，所述修正单元，包括：

平均单元，用于得到所述当前时刻输出的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的平均值；

加权单元，用于将所述平均值与第四比例相乘得到修正后的当前时刻输出的位移变化量，所述第四比例的取值与当前运动的幅度相关。

可选的，所述第四比例的取值基于如下算式：

$k=\frac{R_2}{R_1}$

其中，k为所述第四比例，R₂为直线衡量度，R₁为弧线衡量度；所述直线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间直线分量的累加值相关，所述弧线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间弧线分量的累加值相关。

可选的，所述直线分量的累加值与弧线分量的累加值为：

将所述运动初始时刻至上一时刻运动期间分为1~N个单位时间；

当第n个单位时间内的运动轨迹判定有直线分量，则对所述直线分量的累加值进行增加；当第n个单位时间内的运动轨迹判定有弧线分量，则对所述弧线分量的累加值进行增加；其中，n=1~N，N为自然数。

可选的，所述第四比例的取值范围为(0,2)。

可选的，所述修正单元还包括调整单元，用于在采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量前，调整所述直线衡量度和弧线衡量度；所述直线衡量度与直线分量的累加值呈正相关，所述弧线衡量度与弧线分量的累加值呈正相关。

为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供了一种运动轨迹的显示控制系统，包括：

上述姿态感知设备的输出控制装置；以及，

显示控制装置，用于基于所述输出控制装置输出的位移变化量在屏幕上显示所述姿态感知设备的运动。

上述技术方案至少具有如下有益效果：

在姿态感知设备（空间鼠标）中创新地运用了PID算法实现了自适应地消除其输出位移变化量的偏差，优化了输出显示的运动轨迹；

实现了输出位移变化量偏差消除的跟随性能，能够即刻消除当前时刻因用户手持设备时因抖动、拖动等造成的输出偏差；

在优选方案中，由于用户手持设备时有时会大幅度快速移动设备，对设备输出的位移变化量带来因运动幅度急剧变化产生的偏差，本发明技术方案通过对输出的位移变化量进一步的修正（加权平均处理），减小因运动幅度急剧变化造成的偏差，使设备输出的运动轨迹更为平滑。

附图说明

图1为本发明实施例姿态感知设备的输出控制方法的流程图；

图2为本发明实施例运动轨迹的显示控制方法的流程图；

图3为本发明实施例姿态感知设备的输出控制装置的结构示意图；

图4为本发明实施例运动轨迹的显示控制系统的结构示意图。

具体实施方式

PID算法是自控领域的经典算法，在对某一特定过程进行控制时，能够实现良好的跟随性能，消除系统偏差。然而，对一个系统适用PID算法却是不易实现的，原因在于，PID算法模型的目标值难以确定。上述目标值的意义一般为系统的输出，而该输出一般是PID算法模型的结果，而该结果在适用前当然是未知的，因此，未知的目标值难以获取系统的偏差，使PID算法模型的应用产生困难。

发明人在提出本发明技术方案的过程中也经历了上述困境。首先，现有姿态感知设备的输出位移变化量与实际运动定位是存在偏差的。而运用PID算法模型对姿态感知设备的输出位移变化量进行优化，则需要知道输出位移变化量与实际运动定位的偏差值；实际运动定位的偏差值是运用PID算法模型后期望输出的目标值，是一个未知的目标值。这里，则是一个选择上的技术难点。

发明人在经历大量测试实验后，采用了本实施例的技术方案克服了上述技术难点，成功地将PID算法模型应用于优化姿态感知设备输出位移变化量的过程中：

如图1所示的一种姿态感知设备的输出控制方法，姿态感知设备包括对运动姿态进行感知的惯性器件，包括步骤S1~S4：

步骤S1：使用惯性器件获取当前运动的位移变化量；

所述惯性器件为陀螺仪和加速度仪，也可仅选用二者之一；以陀螺仪和加速度仪共同获取上述参数时，是通过获取陀螺仪的角速度测量值及加速度仪的加速度测量值进行融合所得，具体可见本申请背景技术部分的引用专利文献，此处不再赘述。为提高获取数据的精确程度，以同时选用陀螺仪和加速度仪共同为惯性器件较佳；以其他类似能够获取上述参数（位移变化量以及运动速度）的替代器件也可。

步骤S2：计算当前运动的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的偏差量；

本步骤则是将PID算法模型运动到本实施例姿态感知设备的输出控制中的关键一步：姿态感知设备的输出位移变化量（实际测得输出）与实际运动定位（未知的目标值）的偏差值在本发明技术方案中采用当前运动的位移变化量（当前实际测得输出）与上一时刻输出的位移变化量（上一时刻的目标值）替代并等效，克服了上述技术难点。

具体地，设姿态感知设备获取运动的位移变化量为(Δx,Δy)，且横向位移变化量为Δx，纵向位移变化量为Δy。并设：当前运动的位移变化量为(Δx1′,Δy1′)，上一时刻输出的位移变化量为(Δx2,Δy2)，则当前运动的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的偏差量为：

e_x=Δx1′-Δx2    （1）

e_y=Δy1′-Δy2    （2）

其中，e_x为当前时刻横向位移变化量的偏差量，e_y为当前时刻纵向位移变化量的偏差量。

步骤S3：对所述偏差量分别进行比例运算、微分运算及积分运算并将得到的相应第一修正量、第二修正量及第三修正量相加作为当前时刻输出的位移变化量。

本步骤中：

对所述偏差量进行比例运算包括对该偏差量按第一比例输出所述第一修正量；

对所述偏差量进行微分运算包括对该偏差量进行微分处理后按第二比例输出所述第二修正量；

对所述偏差量进行积分运算包括对该偏差量进行积分处理后按第三比例输出所述第三修正量。

本实施例建立的PID算法模型是由比例运算环节、积分运算环节、微分运算环节构成的，其中，比例运算环节能够及时成比例地反映设备输出过程的偏差，偏差一旦形成，便利用PID算法对输出过程进行调节，以减小偏差；积分运算环节主要用于消除静差，提高系统的无差度；微分运算环节能够反映偏差的变化趋势，即偏差的变化速率，并能在偏差增大过度前，在系统引入一个有效的早期修正信号。从而加快系统动作速度，减小调节时间。

具体地，基于式（1）及式（2），设当前时刻输出的位移变化量为(Δx1,Δy1)，则有：

$\mathrm{\Δx}1=P\×e_x+\frac{1}{e_x}+D\×{e_x}^2---\left(3\right)$

$\mathrm{\Δy}1=P\×e_y+\frac{1}{e_y}+D\×{e_y}^2---\left(4\right)$

其中，P为所述第一比例，其取值范围为1.5<P<5；I为所述第二比例，其取值范围为1<I<10；D为所述第三比例，其取值范围为0<D<3。上述第一比例、第二比例、第三比例依次为PID算法模型中的比例环节的比例系数、积分环节的积分时间常数、微分环节的微分时间常数，三者的取值一般可通过理论值或经验值给出，所述理论值是通过大量公式嵌套获取，而经验值则是通过大量试验获取一定的取值范围，本实施例的第一比例、第二比例、第三比例的取值范围是经验值，能够在上述范围中获取较好的输出结果。

步骤S4：采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量。

设置步骤S4的原因为：

PID算法模型对于输出位移变化量偏差的作用并不是万能的，对于抖动等小幅度的手持运动能够很好地消除运动偏差对于输出运动轨迹的影响，但是对于大幅度运动，如手持设备突然反向运动、急速改变运动方向等轨迹则依然无法解决平滑度差的问题，因此，发明人还给出了如步骤S4所述的技术方案，使在大幅度运动下的手持设备也能够输出较为平缓的运动轨迹。

发明人具体采用如下方式修正当前时刻输出的位移变化量：将所述当前时刻输出的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的平均值与第四比例相乘得到修正后的当前时刻输出的位移变化量；所述第四比例的取值与当前运动的幅度相关。

更为具体地，依据公式（1）~（4）的相关参数信息，设修正后的当前时刻输出的位移变化量为(Δx_final,Δy_final)，有：

$\mathrm{\&Delta;}{x}_{\mathrm{final}}=k\&times;\frac{\mathrm{\&Delta;x}1+\mathrm{\&Delta;x}2}{2}---\left(5\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{y}_{\mathrm{final}}=k\&times;\frac{\mathrm{\&Delta;y}1+\mathrm{\&Delta;y}2}{2}---\left(6\right)$

其中，k为所述第四比例。第四比例与当前运动的幅度相关是指其对设备大幅度运动轨迹的修正依据是与当前运动的幅度相关的，由于当前运动的幅度对于当前运动轨迹来说是一未知因素，因此一般由前一时刻运动的幅度来衡量，对于前一时刻运动幅度很大的运动轨迹，在对当前时刻输出的位移变化量可适当减小第四比例的取值。而第四比例k的取值范围根据经验值一般在0<k<2的范围内设置。

在本实施例中，第四比例的取值进一步是基于如下算式形成的（在其他实施例中可设置第四比例是随当前运动的幅度变化的函数，也可根据经验设定0~2范围内的特定数值，都能够实现输出运动轨迹的缓冲效果）：

$k=\frac{R_2}{R_1}---\left(7\right)$

其中，R₂为直线衡量度，R₁为弧线衡量度；所述直线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间直线分量的累加值相关，所述弧线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间弧线分量的累加值相关。这里，设置了考量姿态感知设备历史运动轨迹的运动幅度的指标，包括直线分量的累加值及弧线分量的累加值。第四比例的取值则与上述指标相关。所述直线分量的累加值与弧线分量的累加值的获取进一步包括步骤：

步骤a1：将姿态感知设备运动初始时刻至上一时刻运动期间分为1~N个单位时间；

步骤a2：当第n个单位时间内的运动轨迹判定有直线分量，则对所述直线分量的累加值进行增加；当第n个单位时间内的运动轨迹判定有弧线分量，则对所述弧线分量的累加值进行增加；其中，n=1~N，N为自然数。

由于对直线分量及弧线分量的考量不是完全与历史运动轨迹的第n个单位时间内的实际运动类型相一致的，具体来说，实际运动类型是直线还是弧线是一个相对的可调的判断，其精准度是人为设定的；并且，第n个单位时间内的运动轨迹往往是既包含直线分量、又包含弧线分量的，直线分量的累加值与弧线分量的累加值是分别进行考量的，二者之间没有对应关系，但二者共同影响着直线衡量度R₂及弧线衡量度R₁：在对当前时刻输出的位移变化量进行加权平均处理时，根据上一时刻的弧线分量的累加值及上一时刻的直线分量累加值，是分别对弧线衡量度R₁及直线衡量度R₂进行调整的，因此在进行步骤S4前，还可以包括步骤Sb：调整所述直线衡量度和弧线衡量度；所述直线衡量度与直线分量的累加值呈正相关，所述弧线衡量度与弧线分量的累加值呈正相关。调整后的弧线衡量度R₁及直线衡量度R₂经式（7）构成了第四比例k。

基于本实施例姿态感知设备的输出控制方法，本实施例还提供如图2所示的运动轨迹的显示控制方法，包括步骤：

本实施例姿态感知设备的输出控制方法的步骤S1~S4、Sa1~Sa2、Sb；

步骤S5：基于所输出的位移变化量在屏幕上显示所述姿态感知设备的运动轨迹；这里的所输出的位移变化量是步骤S4中经修正后输出的位移变化量。

基于本实施例姿态感知设备的输出控制方法，本实施例还提供如图3所示的姿态感知设备的输出控制装置，姿态感知设备是一种空间鼠标，所该空间鼠标包括对运动姿态进行感知的惯性器件，惯性器件包括陀螺仪和加速度仪中的至少一种。

本实施例的姿态感知设备的输出控制装置还包括：

获取单元1，用于从上述惯性器件获取当前运动的位移变化量；

偏差量计算单元2，用于计算当前运动的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的偏差量；

处理单元3，用于对所述偏差量分别进行比例运算、微分运算及积分运算并将得到的相应第一修正量、第二修正量及第三修正量相加作为当前时刻输出的位移变化量。处理单元3进一步包括：

比例单元301，用于对所述偏差量按第一比例输出所述第一修正量；

微分单元302，用于对进行微分处理后按第二比例输出所述第二修正量；

积分单元303，用于对所述偏差量进行积分处理后按第三比例输出所述第三修正量；

加法单元304，用于对所述第一修正量、第二修正量及第三修正量进行相加作为当前时刻输出的位移变化量。

与本实施例姿态感知设备的输出控制方法的技术原理类似，所述第一比例的取值范围为(1.5,5)，所述第二比例的取值范围为(1,10)，所述第三比例的取值范围为(0,3)。

本实施例姿态感知设备的输出控制装置还包括修正单元4，用于采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量。

修正单元4，进一步包括：

平均单元401，用于得到所述当前时刻输出的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的平均值；

加权单元402，用于将所述平均值与第四比例相乘得到修正后的当前时刻输出的位移变化量，所述第四比例的取值与当前运动的幅度相关。

与本实施例姿态感知设备的输出控制方法的技术原理类似，所述第四比例的取值基于如下算式：

$k=\frac{R_2}{R_1}$

其中，k为所述第四比例，其取值范围为0<k<2。

R₂为直线衡量度，R₁为弧线衡量度；所述直线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间直线分量的累加值相关，所述弧线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间弧线分量的累加值相关。直线衡量度R₂与弧线衡量度R₁在本实施例中可直接由加权单元402获取，在其他实施例中也可由外部设备获取：在加权单元402存储直线衡量度R₂与弧线衡量度R₁的初始数值，使k=1，比如R₂=R₁=0.1。同样地，在本实施例中，直线分量的累加值与弧线分量的累加值直接由加权单元402获取，在其他实施例中，也可由外部设备获取：即在加权单元402存储直线分量的累加值与弧线分量的累加值的初始数值，比如分别为1。

加权单元402内通过如下方式获取直线分量的累加值与弧线分量的累加值：

将所述运动初始时刻至上一时刻运动期间分为1~N个单位时间；

当第n个单位时间内的运动轨迹判定有直线分量，则对所述直线分量的累加值进行增加；当第n个单位时间内的运动轨迹判定有弧线分量，则对所述弧线分量的累加值进行增加；其中，n=1~N，N为自然数。

具体地，对于当前时刻，用于计算第四比例的参量R₂、R₁可以用截止上一时刻的直线分量的累加值与弧线分量的累加值作考量，上述增加累加值并唯一地是加数值1的意思，可以是呈比例地数值上升关系，比如当第1个单位时间内的运动轨迹判定有直线分量，也判定有弧线分类，可以依据这段运动时间内运动轨迹上直线分量与弧线分量的比例（比如，该比例为1:2），对直线分量的累加值可以在初始值上加0.1，对弧线分量的累加值可以在初始值上加0.2。

修正单元4还包括调整单元403，调整单元403在本实施例设于加权单元402内部，在其他实施例中可独立于加权单元402设置：用于对加权单元402内的直线衡量度和弧线衡量度进行调整。由于直线衡量度与直线分量的累加值呈正相关，所述弧线衡量度与弧线分量的累加值呈正相关，调整单元403根据前一时刻获取的直线分量的累加值及弧线分量的累加值，对当前时刻的直线衡量度和弧线衡量度分别进行调整：在具体操作过程中，一般第四比例k的初始值为1，此后，根据上一时刻直线分量的累加值及弧线分量的累加值，分别调整当前时刻直线衡量度和弧线衡量度的取值，使第四比例在0~2的范围内变动，对大幅度运动的输出作“缓冲”，输出平滑的运动轨迹。比如在上述例子中，若初始时刻至上一时刻运动期间仅包括上述的第1时间单位，期间经增加的直线分量的累加值为1.1，弧线分量的累加值为1.2，当前时刻的直线衡量度可根据直线分量的累加值1.1调整至0.11，弧线衡量度可根据弧线分量的累加值1.2调整至0.12，此时第四比例为约为0.91。上述给出的例子只是为了说明线衡量度与直线分量的累加值呈正相关、弧线衡量度与弧线分量的累加值呈正相关，而这相关性是受第四比例的取值范围的约束，并具有正相关性，实际是提供一个经验范围。

基于本实施例姿态感知设备的输出控制方法，本实施例还提供一种如图4所示的运动轨迹的显示控制系统，包括：

本实施例姿态感知设备的输出控制装置，姿态感知设备是空间鼠标201；

显示控制装置，用于基于所述输出控制装置输出的位移变化量在屏幕上显示所述姿态感知设备的运动。

显示控制装置可以设置在主机202中，空间鼠标201与主机202进行通信，主机202的显示控制装置基于空间鼠标201的输出控制装置（具体结构可以参考图3）输出的位移变化量在主机显示屏上显示鼠标指针的运动轨迹。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (22)

1.一种姿态感知设备的输出控制方法，所述姿态感知设备包括对运动姿态进行感知的惯性器件，其特征在于，包括：

使用惯性器件获取当前运动的位移变化量；

计算当前运动的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的偏差量；

对所述偏差量分别进行比例运算、微分运算及积分运算并将得到的相应第一修正量、第二修正量及第三修正量相加作为当前时刻输出的位移变化量。

2.如权利要求1所述姿态感知设备的输出控制方法，其特征在于，所述惯性器件包括陀螺仪和加速度仪中的至少一种。

3.如权利要求1所述姿态感知设备的输出控制方法，其特征在于，

所述对所述偏差量进行比例运算包括对该偏差量按第一比例输出所述第一修正量；

所述对所述偏差量进行微分运算包括对该偏差量进行微分处理后按第二比例输出所述第二修正量；

所述对所述偏差量进行积分运算包括对该偏差量进行积分处理后按第三比例输出所述第三修正量。

4.如权利要求3所述姿态感知设备的输出控制方法，其特征在于，所述第一比例的取值范围为(1.5,5)，所述第二比例的取值范围为(1,10)，所述第三比例的取值范围为(0,3)。

5.如权利要求1所述姿态感知设备的输出控制方法，其特征在于，还包括：采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量。

6.如权利要求1所述姿态感知设备的输出控制方法，其特征在于，所述采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量包括：将所述当前时刻输出的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的平均值与第四比例相乘得到修正后的当前时刻输出的位移变化量；所述第四比例的取值与当前运动的幅度相关。

7.如权利要求6所述姿态感知设备的输出控制方法，其特征在于，所述第四比例的取值基于如下算式：

$k=\frac{R_2}{R_1}$

其中，k为所述第四比例，R₂为直线衡量度，R₁为弧线衡量度；所述直线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间直线分量的累加值相关，所述弧线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间弧线分量的累加值相关。

8.如权利要求7所述姿态感知设备的输出控制方法，其特征在于，所述直线分量的累加值与弧线分量的累加值为：

将所述运动初始时刻至上一时刻运动期间分为1~N个单位时间；

当第n个单位时间内的运动轨迹判定有直线分量，则对所述直线分量的累加值进行增加；当第n个单位时间内的运动轨迹判定有弧线分量，则对所述弧线分量的累加值进行增加；其中，n=1~N，N为自然数。

9.如权利要求6所述的姿态感知设备的输出控制方法，其特征在于，所述第四比例的取值范围为(0,2)。

10.如权利要求7所述的姿态感知设备的输出控制方法，其特征在于，还包括：在采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量前，调整所述直线衡量度和弧线衡量度；所述直线衡量度与直线分量的累加值呈正相关，所述弧线衡量度与弧线分量的累加值呈正相关。

11.一种运动轨迹的显示控制方法，其特征在于，包括：

权利要求1~10任一项所述的姿态感知设备的输出控制方法；

基于所输出的位移变化量在屏幕上显示所述姿态感知设备的运动轨迹。

12.一种姿态感知设备的输出控制装置，所述姿态感知设备包括对运动姿态进行感知的惯性器件，其特征在于，还包括：

获取单元，用于从上述惯性器件获取当前运动的位移变化量；

偏差量计算单元，用于计算当前运动的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的偏差量；

处理单元，用于对所述偏差量分别进行比例运算、微分运算及积分运算并将得到的相应第一修正量、第二修正量及第三修正量相加作为当前时刻输出的位移变化量。

13.如权利要求12所述的姿态感知设备的输出控制装置，其特征在于，所述惯性器件包括陀螺仪和加速度仪中的至少一种。

14.如权利要求12所述的姿态感知设备的输出控制装置，其特征在于，所述处理单元包括：

比例单元，用于对所述偏差量按第一比例输出所述第一修正量；

微分单元，用于对进行微分处理后按第二比例输出所述第二修正量；

积分单元，用于对所述偏差量进行积分处理后按第三比例输出所述第三修正量；

加法单元，用于对所述第一修正量、第二修正量及第三修正量进行相加作为当前时刻输出的位移变化量。

15.如权利要求14所述的姿态感知设备的输出控制装置，其特征在于，所述第一比例的取值范围为(1.5,5)，所述第二比例的取值范围为(1,10)，所述第三比例的取值范围为(0,3)。

16.如权利要求12所述的姿态感知设备的输出控制装置，其特征在于，还包括修正单元，用于采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量。

17.如权利要求16所述的姿态感知设备的输出控制装置，其特征在于，所述修正单元，包括：

平均单元，用于得到所述当前时刻输出的位移变化量与上一时刻输出的位移变化量的平均值；

加权单元，用于将所述平均值与第四比例相乘得到修正后的当前时刻输出的位移变化量，所述第四比例的取值与当前运动的幅度相关。

18.如权利要求17所述的姿态感知设备的输出控制装置，其特征在于，所述第四比例的取值基于如下算式：

$k=\frac{R_2}{R_1}$

其中，k为所述第四比例，R₂为直线衡量度，R₁为弧线衡量度；所述直线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间直线分量的累加值相关，所述弧线衡量度与运动初始时刻至上一时刻运动期间弧线分量的累加值相关。

19.如权利要求18所述的姿态感知设备的输出控制装置，其特征在于，所述直线分量的累加值与弧线分量的累加值为：

将所述运动初始时刻至上一时刻运动期间分为1~N个单位时间；

当第n个单位时间内的运动轨迹判定有直线分量，则对所述直线分量的累加值进行增加；当第n个单位时间内的运动轨迹判定有弧线分量，则对所述弧线分量的累加值进行增加；其中，n=1~N，N为自然数。

20.如权利要求17所述的姿态感知设备的输出控制装置，其特征在于，所述第四比例的取值范围为(0,2)。

21.如权利要求18所述的姿态感知设备的输出控制装置，其特征在于，所述修正单元还包括调整单元，用于在采用加权平均处理修正所述当前时刻输出的位移变化量前，调整所述直线衡量度和弧线衡量度；所述直线衡量度与直线分量的累加值呈正相关，所述弧线衡量度与弧线分量的累加值呈正相关。

22.一种运动轨迹的显示控制系统，其特征在于，包括：

权利要求12~21任一项所述的姿态感知设备的输出控制装置；以及，

显示控制装置，用于基于所述输出控制装置输出的位移变化量在屏幕上显示所述姿态感知设备的运动。

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