CN104156070A - 一种人体智能输入体感操控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体智能输入体感操控系统及方法。所述系统包括：空间信息感知单元(101)获取人体的空间三维信息并发送给处理单元(103)；时钟单元(102)提供时间信息并发送给处理单元(103)；处理单元(103)对人体的空间三维信息和时间信息进行处理，并向显示输出单元(104)输出相应的操控指令；显示输出单元(104)将所述操控指令发送给外部设备。根据本发明，通过获取人体的空间三维信息，实现人体方位、姿态、时间信息与人体动作的动态匹配，使人体的空间与时间信息能够高效、精准的输入，实现对软件界面智能的自然操控和精确定位。

Description

一种人体智能输入体感操控系统及方法

技术领域

本发明涉及网络终端操控领域，尤其涉及一种人体智能输入体感操控系统及方法。

背景技术

传统移动智能终端，如手机、平板电脑等，主要采用按键或触控方式进行操控，但受限于精度的不足，难以实现精准定位和复杂操控，使得PC上的绘图软件、反恐精英游戏等经典应用在移动智能终端上的使用受到很大限制，难以推广。

传统眼镜显示器，采用按键设备或触控板的方式进行操控，易用性差，存在于上述移动终端类似的问题，因此同样难以实现操控界面的精准定位和复杂操控。

传统陀螺仪传感器，可以通过GPS校准位置，但需要在较为空旷无遮挡的地方实现，同时只能校准二维的水平方向，而不能校准三维空间的立体朝向，在三维空间内长时间使用陀螺仪等传感器、加速度计的累计误差很大，将导致误差不断扩大的情况发生。

传统终端设备上的方位和姿态传感器一般局限于单机独立使用，人们佩戴时，在运动状态下，如乘坐火车、飞机、地铁、汽车、轮船，或是步行等情况下，其虽然可以探测，但探测到的是设备方位和姿态的变化，而不是人体的方位、姿态变化，不能区分是载体的运动还是人的运动，导致不能对人体动作的正常识别，不能正常实现基于这些传感器的操控。

综上所述，现有技术中存在以下技术问题：(1)传统移动智能终端和智能眼镜的控精度的不足，难以实现精准定位和复杂操控；(2)传统陀螺仪等传感器，可以通过GPS校准位置，但需要在较为空旷无遮挡的地方实现，同时只能校准二维的水平方向，而不能校准三维空间的立体朝向；(3)传统终端设备上的方位和姿态传感器一般局限于单机独立使用，不能区分是载体的运动还是人的运动，不能正常实现基于这些传感器的操控。

因此，有必要提供一种新的操控系统及方法，以解决上述现有技术存在的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种人体智能输入体感操控系统及方法，实现人体方位、姿态、时间信息与人体动作的动态匹配，使人体的空间与时间信息能够高效、精准的输入，实现对软件界面的自然操控和精确定位。

根据本发明的一个方面，提供了一种人体智能输入体感操控系统，所述操控系统包括：空间信息感知单元101，连接到处理单元103，用于获取人体的空间三维信息并发送给处理单元103；时钟单元102，连接到处理单元103，用于提供时间信息并发送给处理单元103；处理单元103，用于对所述空间三维信息和时间信息进行处理，并向显示输出单元104输出相应的操控指令；显示输出单元104，连接到处理单元103，用于接收所述操控指令并发送给外部设备运行和显示。

其中，在上述发明中，所述人体的空间三维信息包括：方位信息、姿态信息和位置信息。

其中，在上述发明中，所述空间信息感知单元101包括：

指南针1011，用于获取所述方位信息；

陀螺仪1012，用于获取所述姿态信息；和/或

无线信号模块1013，用于获取所述位置信息。

其中，在上述发明中，所述空间信息感知单元101还包括至少一个传感器，所述传感器是加速度传感器、方向传感器、磁力传感器、重力传感器、旋转矢量传感器、线性加速度传感器中的一种或多种，用于探测人体的方位和姿态信息。

其中，在上述发明中，所述操控系统包括下述工作模式：

运动模式，所述陀螺仪1012开启并与人体保持一致运动；

非运动模式，所述陀螺仪1012关闭并保持静止。

其中，在上述发明中，当所述操控系统进入的应用程序为非第一视角应用，应用界面未被锁定时，所述操控系统通过下述方式选择工作模式：

在预定时间段内，操控者的运动幅度大于幅度阈值的出现次数S多于次数阈值N时，操控系统将当前工作模式设置为运动模式；

在所述预定时间段内，操控者的运动幅度大于幅度阈值的出现次数S小于次数阈值N时，操控系统将当前工作模式设置为非运动模式。

其中，在上述发明中，当所述操控系统进入的应用程序为第一视角应用时，操控系统将当前工作模式设置为运动模式。

其中，在上述发明中，当所述操控系统进入的应用程序为非第一视角应用，应用界面锁定时，对陀螺仪1012进行锁定，陀螺仪1012对人体姿态的改变不作出反应。

根据本发明的人体智能输入体感操控系统，通过空间信息感知单元101获取人体的空间三维信息，和处理单元103的处理以及显示输出单元104输出相应的操控指令，实现人体方位、姿态、时间信息与人体动作的动态匹配，使人体的空间与时间信息能够高效、精准的输入，实现对软件界面的自然操控和精确定位。

根据本发明的另一个方面，提供了一种人体智能输入体感操控方法，所述方法用于根据人体输入的操控动作选择进入运动模式或非运动模式，所述方法包括：当操控者执行非第一视角应用时，应用界面锁定时，选择进入非运动模式，当应用界面未被锁定时，基于获取人体的姿态信息中的人体幅度选择进入运动模式或非运动模式；当操控者执行第一视角应用时，选择进入运动模式；其中，所述运动模式是与人体的姿态保持一致运动，所述非运动模式是对人体姿态的改变不作出反应。

其中，在上述发明中，所述基于人体动作幅度选择进入运动模式或非运动模式的操作包括：在预定时间段内，操控者的运动幅度大于幅度阈值的出现次数S多于次数阈值N时，选择进入运动模式；

在所述预定时间段内，操控者的运动幅度大于幅度阈值的出现次数S小于次数阈值N时，选择进入非运动模式。

其中，在上述发明中，当操控者在一定时间内不做操作时，选择进入非运动模式。

根据本发明的人体智能输入体感操控方法，通过选择进入运动模式或非运动模式指令，对人体的运动做出对应的反应，实现人体方位、姿态、时间信息与人体动作的动态匹配，使人体的空间与时间信息能够高效、精准的输入，实现对软件界面的自然操控和精确定位。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明的人体智能输入体感操控系统的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的操控系统空间信息感知单元的结构示意图；

图3a-3c显示了本发明的人体智能输入体感操控系统通过陀螺仪的运动模式实现浮动误差控制的示意图；

图4a-4b是本发明的人体智能输入体感操控系统通过陀螺仪锁定模式实现浮动误差控制的示意图；

图5是本发明的人体智能输入体感操控方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1显示了本发明的人体智能输入体感操控系统的结构示意图。

参见图1，本发明的人体智能输入体感操控系统包括空间信息感知单元101、时钟单元102、处理单元103和显示输出单元104。

空间信息感知单元101设置在佩戴在人体头部与手部上的装置中，用于获取人体的空间三维信息。空间信息感知单元101连接到处理单元103并发送获取的人体空间三维信息给处理单元103。在本发明优先实施例中，空间信息感知单元101可以设置在佩戴在人体手部的指环和/或佩戴于头部的智能眼镜中，用于获取人体的方位信息、姿态信息以及位置信息。

时钟单元102，连接到处理单元103，用于提供时间信息。时钟单元102通常是计时器，用于记录时间并提供给处理单元103。时钟单元102可设置在佩戴于手部的指环和/或佩戴于头部的智能眼镜中。

处理单元103用于对空间信息感知单元101发送的空间三维信息和时钟单元102发送的时间信息进行处理，并根据所述信息向显示输出单元104输出相应的操控指令。

显示输出单元104连接到所述处理单元103，用于接收处理单元103发出的操控指令并发送给外部设备来运行和显示。

图2显示了本发明优选实施例的操控系统空间信息感知单元的结构示意图。

参见图2，在本发明的优选实施例中，空间信息感知单元101包括指南针1011、陀螺仪1012、无线信号模块1013，以及至少一个传感器1014以用于探测人体的方位和姿态信息，所述传感器1014包括加速度传感器、方向传感器、磁力传感器、重力传感器、旋转矢量传感器、线性加速度传感器中的一种或多种。在本发明的一个具体实施例中，所述传感器示例性的采用传感器1014，其用来探测人体的姿态信息。

指南针1011、陀螺仪1012、传感器1014用于获取人体的方位、姿态信息。其中，所述的人体的方位、姿态信息可包括：头部、手部在空间中三个维度的位移，即包括前后位移，上下位移、左右位移，或者是这些位移的组合；头部、手部的各种角度变化，即包括左右水平旋转、上下旋转和侧向旋转，或是这些旋转方式的组合；同时也包括人体的绝对位移与相对位移等。

无线信号模块1013用于通过接收无线信号来获取人体的位置信息，实现人体定位。在本发明的具体实施例中，优选的可以通过卫星定位系统、手机基站、WIFI中的至少一种获取人体的位置信息。

下面介绍本发明的人体智能输入体感操控系统的工作原理。

本发明的人体智能输入体感操控系统可以根据实际应用需求对系统的场景进行设定，例如将操控系统分为运动模式与非运动模式两类，当进入运动模式时，空间信息感知单元101中的陀螺仪1012开启并与人体保持一致运动；当进入非运动模式，则关闭陀螺仪1012，使其保持静止。

进一步，所述操控系统可以根据操控者在系统界面操作的动作幅度来设置进入运动模式或非运动模式。例如，如果系统认定动作幅度较大，则判定当前场景为运动模式，如果系统认定动作幅度较小，则判定当前场景为非运动模式。

所述操控系统根据动作幅度来选择工作模式的具体方式如下。

设定如下参数：T表示幅度阈值，N表示次数阈值，运动幅度函数F(t)表示为当前时刻t使用者的运动幅度,t表示当前时刻，M表示特定某一固定时间段长度。系统设置为在M时间内记录运动幅度函数F(t)>幅度阈值T的次数S，再通过比较S与次数阈值N的大小来选择工作模式。

如果S>N，即在M时间段内，操控者的运动幅度F(t)大于幅度阈值T的出现次数S多于次数阈值N时，系统认定动的幅度较大，判定当前场景为运动模式，系统将当前工作模式设置为运动模式，则陀螺仪1012与人体的姿态保持一致运动，空间信息感知单元101根据陀螺仪1012的运动获取相应的人体姿态信息并发送姿态信息给处理单元103，处理单元103进行处理，并根据所述姿态信息向显示输出单元104输出相应的操控指令。显示输出单元104将处理单元103发出的操控指令发送给外部设备来运行和显示，以达到人体操控的效果。

如果S<N，即在M时间段内，操控者的运动幅度F(t)大于幅度阈值T的出现次数S少于次数阈值N时，则认定动作幅度较小，判定当前场景为非运动模式，系统将当前工作模式设置为非运动模式，则关闭陀螺仪1012，使其保持静止，空间信息感知单元101根据静止的陀螺仪1012获取到人体不动的信息并发送给处理单元103，处理单元103进行处理，并根据所述信息向显示输出单元104输出相应的操控指令。显示输出单元104将处理单元103发出的操控指令发送给外部设备运行和显示。

另外，如果操控者在一定时间内不做操作，如在5分钟内，陀螺仪暂时进入休眠状态，此时操控系统界面保持不变。

进一步，可选的，当所述系统中进入的应用程序为第一视角应用时，例如游戏类应用开启后进入全屏模式，选择进入运动模式。

当所述系统中进入的应用程序为非第一视角应用，应用界面锁定时，例如进入视频应用时，选择进入非运动模式，空间感知单元101中的陀螺仪1012进行锁定，即陀螺仪1012对人体姿态的改变不作出反应，空间信息感知单元101根据静止的陀螺仪1012获取到人体不动的信息并发送给处理单元103，处理单元103进行处理，并根据所述信息向显示输出单元104输出相应的操控指令。显示输出单元104将处理单元103发出的操控指令发送给外部设备运行并显示。

当所述系统中进入的应用程序为非第一视角应用，应用界面未被锁定时，系统获取人体的姿态信息，并基于所述获取人体的姿态信息，依照如上所述根据动作幅度来选择工作模式的方式来选择进入运动模式或非运动模式。

图3a-3c显示了本发明的人体智能输入体感操控系统通过陀螺仪的运动模式实现浮动误差控制的示意图。

如图3所示，本发明的操控系统可以通过空间感知信息单元101中的陀螺仪1012的浮动误差控制来减少系统的误操作。在某具体实施例中，通常先为所述陀螺仪1012设置误差幅度阈值，当所述陀螺仪1012的运动幅度小于所述误差幅度阈值时，所述空间信息感知单元101忽略所述运动。浮动误差控制的具体方式描述如下。

在图3a中，当操控设备A在中间位置时，界面定位B焦点也处于界面中间位置。

在图3b中，操控设备A向右移动较小位移，该较小位移是使得陀螺仪1012的运动幅度小于所述误差幅度阈值的位移。此时，空间信息感知单元101忽略所述运动，陀螺仪1012进入非运动模式，界面定位B焦点仍处于界面中间位置。在图3c中，操控设备A加速移动，陀螺仪1012也加速移动，使得所述陀螺仪1012的运动幅度达到或超过所述误差幅度阈值，空间信息感知单元101认定所述运动为有效运动，判定为进入运动模式。此时，陀螺仪1012与人体保持一致运动，操控设备A移动，而界面定位B焦点相应移动，操控设备A位置与界面定位焦点B位置一致。

通过上述设置，可以正确的识别操控设备的有效运动和误差运动(例如因为抖动等各种意外因素导致的小幅度误操作)，大大提高设备操控的准确性和有效性。

图4a-4b显示了本发明的人体智能输入体感操控系统通过陀螺仪锁定模式实现浮动误差控制的示意图。

如图4所示，本发明的操控系统可以通过空间信号感知单元101中的陀螺仪1012锁定模式实现浮动误差控制，如图4a-4b所示，空间信息感知单元101当中的陀螺仪1012操控锁定模式中，当进入的应用程序为非第一视角应用时，对陀螺仪1012进行锁定以修正误差。

参见图4a，在进入非第一视角应用程序后，当前操作模式为非运动模式时，执行锁定操控，即操控设备A移动，而界面定位B焦点不移动。

参见图4b，当退出非第一视角应用程序后，解除锁定，此时，操控设备A位置与界面定位焦点B位置一致，误差得以修正。

进一步，在本发明优选实施例中，本发明的人体智能输入体感操控系统可以通过位于指环中的空间信息感知单元101实现手势的识别与输入，如“打对号”、“打叉号”、“画圆圈”等等，通过这些自然的手势，实现对常用键的确认，如“是”、“确认”、“否”、“取消”等等。

进一步，在本发明优选实施例中，本发明的人体智能输入体感操控系统可以通过位于所述智能眼镜中的空间信息感知单元101实现头部的旋转和/或移动的识别与输入。

如上所述，本发明提供了一种人体智能输入体感操控系统，所述系统通过空间信息感知单元101获取人体的空间三维信息、时间处理单元102获取时间信息和处理单元103的处理以及显示输出单元104输出相应的操控指令，实现人体方位、姿态、时间信息与人体动作的动态匹配，使人体的空间与时间信息能够高效、精准的输入，实现对软件界面的自然操控和精确定位。

图5显示了本发明的人体智能输入体感操控方法流程图。

如图5所示，本发明还提供了一种人体智能输入体感操控方法，所述操控方法用于根据人体输入的操控动作选择进入运动模式或非运动模式，其中，所述运动模式是与人体的姿态保持一致运动，所述非运动模式是对人体姿态的改变不作出反应。

本发明的人体智能输入体感操控方法包括下述步骤：

步骤S10，当操控者执行非第一视角应用时，根据应用界面未被锁定或被锁定选择进入运动模式或非运动模式。

本步骤中，当操控者执行非第一视角应用时，可以根据应用界面未被锁定或被锁定的状态来选择进入运动模式或非运动模式。例如，当应用界面未被锁定时，根据获取人体的姿态信息，并基于所述获取人体的姿态信息中的人体动作幅度选择进入运动模式或非运动模式,对应的与人体的姿态保持一致运动或对人体姿态的改变不作出反应。

本步骤中，当应用界面被锁定时，选择进入非运动模式，对人体姿态的改变不作出反应，例如进入视频应用时，选择进入非运动模式,对人体姿态的改变不作出反应。

步骤S11，当操控者执行第一视角应用时，选择进入运动模式。

本步骤中，当操控者执行第一视角应用时，例如游戏类应用开启后进入全屏模式，系统将当前工作模式设置为运动模式，陀螺仪开启，使得操控系统对应的与人体的姿态保持一致运动。

另外，如果操控者在一定时间内不做操作，如在5分钟内，此时操控系统的界面长时间不动，系统将当前工作模式设置为非运动模式，陀螺仪暂时进入休眠状态，对人体姿态的改变不作出反应。

进一步，所述步骤S10还包括下述步骤：

步骤S100，在预定时间段内，操控者的运动幅度大于幅度阈值的出现次数S多于次数阈值N时，选择进入运动模式。

步骤S101，在所述预定时间段内，操控者的运动幅度大于幅度阈值的出现次数S小于次数阈值N时，选择进入非运动模式。

在本发明的方法中，可以根据操控者在系统界面操作的动作幅度来设置进入运动模式或非运动模式。例如，如果系统认定动作幅度较大，则判定当前场景为运动模式，如果系统认定动作幅度较小，则判定当前场景为非运动模式。上述操控方法的执行过程描述如下。

设定如下参数：T表示幅度阈值，N表示次数阈值，运动幅度函数F(t)表示为当前时刻t使用者的运动幅度,t表示当前时刻，M表示特定某一固定时间段长度。系统设置为在M时间内记录运动幅度函数F(t)>幅度阈值T的次数S，再通过比较S与次数阈值N的大小来选择工作模式。

如果S>N，即在M时间段内，操控者的运动幅度F(t)大于幅度阈值T的出现次数S多于次数阈值N时，系统认定动的幅度较大，判定当前场景为运动模式，系统将当前工作模式设置为运动模式，与人体的姿态保持一致运动，以达到人体操控的效果。

如果S<N，即在M时间段内，操控者的运动幅度F(t)大于幅度阈值T的出现次数S少于次数阈值N时，则认定动作幅度较小，判定当前场景为非运动模式，系统将当前工作模式设置为非运动模式，对人体姿态的改变不作出反应。

如上所述，本发明提供了一种人体智能输入体感操控方法，所述方法通过选择进入运动模式或非运动模式指令，对人体的运动做出对应的反应，实现人体方位、姿态、时间信息与人体动作的动态匹配，使人体的空间与时间信息能够高效、精准的输入，实现对软件界面的自然操控和精确定位。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (11)

1.一种人体智能输入体感操控系统，其特征在于，所述操控系统包括：

空间信息感知单元(101)，连接到处理单元(103)，用于获取人体的空间三维信息并发送给处理单元(103)；

时钟单元(102)，连接到处理单元(103)，用于提供时间信息并发送给处理单元(103)；

处理单元(103)，用于对所述空间三维信息和时间信息进行处理，并向显示输出单元(104)输出相应的操控指令；

显示输出单元(104)，连接到处理单元(103)，用于接收所述操控指令并发送给外部设备运行和显示。

2.根据权利要求1所述的人体智能输入体感操控系统，其特征在于，所述人体的空间三维信息包括：方位信息、姿态信息和位置信息。

3.根据权利要求2所述的人体智能输入体感操控系统，其特征在于，所述空间信息感知单元(101)包括：

指南针(1011)，用于获取所述方位信息；

陀螺仪(1012)，用于获取所述姿态信息；和/或

无线信号模块(1013)，用于获取所述位置信息。

4.根据权利要求3所述的人体智能输入体感操控系统，其特征在于，所述空间信息感知单元(101)还包括至少一个传感器以用于探测人体的方位和姿态信息，所述传感器是加速度传感器、方向传感器、磁力传感器、重力传感器、旋转矢量传感器、线性加速度传感器中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的人体智能输入体感操控系统，其特征在于，所述操控系统包括下述工作模式：

运动模式，所述陀螺仪(1012)开启并与人体保持一致运动；

非运动模式，所述陀螺仪(1012)关闭并保持静止。

6.根据权利要求5所述的人体智能输入体感操控系统，其特征在于，当所述操控系统进入的应用程序为非第一视角应用，应用界面未被锁定时，所述操控系统通过下述方式选择工作模式：

在预定时间段内，操控者的运动幅度大于幅度阈值的出现次数S多于次数阈值N时，操控系统将当前工作模式设置为运动模式；

在所述预定时间段内，操控者的运动幅度大于幅度阈值的出现次数S小于次数阈值N时，操控系统将当前工作模式设置为非运动模式。

7.根据权利要求5所述的人体智能输入体感操控系统，其特征在于：当所述操控系统进入的应用程序为第一视角应用时，操控系统将当前工作模式设置为运动模式。

8.根据权利要求5所述的人体智能输入体感操控系统，其特征在于：当所述操控系统进入的应用程序为非第一视角应用，应用界面锁定时，对陀螺仪(1012)进行锁定，陀螺仪(1012)对人体姿态的改变不作出反应。

9.一种人体智能输入体感操控方法，所述方法用于根据人体输入的操控动作选择进入运动模式或非运动模式，所述方法包括：

当操控者执行非第一视角应用时，应用界面锁定时，选择进入非运动模式，当应用界面未被锁定时，基于获取人体的姿态信息中的人体幅度选择进入运动模式或非运动模式；

当操控者执行第一视角应用时，选择进入运动模式；

其中，所述运动模式是与人体的姿态保持一致运动，所述非运动模式是对人体姿态的改变不作出反应。

10.根据权利要求9所述的人体智能输入体感操控方法，其中，所述基于人体动作幅度选择进入运动模式或非运动模式的操作包括：

在预定时间段内，操控者的运动幅度大于幅度阈值的出现次数S多于次数阈值N时，选择进入运动模式；

在所述预定时间段内，操控者的运动幅度大于幅度阈值的出现次数S小于次数阈值N时，选择进入非运动模式。

11.根据权利要求9或10所述的人体智能输入体感操控方法，

当操控者在一定时间内不做操作时，选择进入非运动模式。