CN105653023A - 用于运行输入设备的方法、输入设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于运行输入设备的方法、输入设备。本发明涉及用于运行输入设备（2）、尤其机动车（1）的输入设备（2）的方法，所述输入设备（2）借助于无接触地工作的传感器（3）检测用户的手（6）的至少一个手指（9、10、11、12）的位置和/或位置变化，其中根据手指（9、10、11、12）的位置和/或位置变化判定输入并且实施所述输入。在此规定，根据手指（9、10、11、12）的检测到的往复运动，通过输入设备（2）改变模拟量。

Description

用于运行输入设备的方法、输入设备
技术领域
本发明涉及用于运行输入设备、尤其机动车的输入设备的方法，所述输入设备具有用于检测用户的手的至少一个手指的位置和/或位置变化的、无接触式地工作的传感器，其中根据手指的检测到的位置和/或位置变化判定输入并且实施所述输入。
此外本发明涉及相应的输入设备。
背景技术
在当今的机动车中，使用操作方案，其中输入设备和显示设备相邻地被布置在一起。通常对此所谓的对触摸敏感的屏幕和所谓的触摸屏被设置，其中操作和显示在相同的部位处进行。经常地显示设备被安装在机动车的仪表盘或者操作面板的上部区域中，以便驾驶员为了看读数而不必将其视线太强烈地从交通事件移开。在其它机动车中，触摸板、也即对触摸敏感的传感器处于驾驶员的扶手的区域中，并且显示设备处于仪表盘的区域中的惯常的部位处。在操作传感器时给驾驶员的可视反馈在此可以以暗示的透明的手的形式实现，所述手通过显示设备表现。由此驾驶员可以舒适地操纵输入设备，而显示继续地以有利的视角被呈现给该驾驶员。在该情况下还能设想的是，将显示设备不仅构造为屏幕而且构造为平视显示器（Head-Up-Display）。
传统的对接触敏感的传感器或者触摸板需要通过用户触摸用于对其进行操作，而无接触地识别或登记输入的输入设备也是已知的。在此，例如借助于深度传感器识别用户的手、手指和/或手臂在空间中的位置并且进行评估用于手势操作。对于手指姿势需要高的分辨率，所述高的分辨率可以利用传感器、诸如飞行时间传感器（Time-of-Flight-Sensoren）、利用立体照相机、结构化的光等实现。对于手或者身体姿势也可以使用具有较低的分辨率的传感器，诸如雷达传感器。因此通过一个或多个传感器检测用户的手的位置或者位置变化，其中根据检测到的位置和/或位置变化判定（auf…erkennen）输入，并且实施所述输入。用户因此利用其手的运动或者利用其手的至少一个手指向输入设备表明，该用户想要进行哪个输入。输入设备根据手指运动识别希望的输入并且实施所述输入，其方式是，所述输入设备执行通过运动预先给定的指令并且例如改变机动车的运行参数。因此可以例如根据用户的手指的位置和位置变化判定输入“提高音量”，并且由输入设备实施，其方式是，所述输入设备提高例如机动车的消遣系统的音量。
由公开文献US20120105613A1已经公知，借助于照相机记录手或者手指姿势，并且根据识别的姿势控制机动车的功能。相似的系统还由公开文献EP2441635A1已经公知。所述公开文献此外公开在自由空间中指尖的位置变化的时间变化过程的探测。
发明内容
具有权利要求1的特征的按照本发明的方法具有以下优点：用户可以通过在自由区域中实施的姿势以简单的方式调整诸如机动车的收音机（Radius）的音量或者仪表板照明装置的亮度等的模拟量的设定。按照本发明对此规定，根据至少一个手指的检测到的往复运动改变模拟量。借助于传感器因此监控用户的手是否用户的至少一个手指执行往复运动。于是根据执行的往复运动改变模拟量。在此尤其规定，根据执行的往复运动的频率较快地或者较慢地改变模拟量。
按照本发明的优选的改进方案规定，手指的运动鉴于反转点被监控，以便判定往复运动，在所述反转点中手指改变其运动方向。因此在检测手指的运动时，鉴于反转点的到达而对所述手指进行监控。只有当识别到了反转点时，才可以认为手指的往复运动。适宜地，运动的所有反转点被检测和计数，其中尤其根据检测到的反转点的数量改变模拟量。
在此特别优选地规定，在检测到每个反转点时，将模拟量改变可预先给定的值。因此利用每个反转点，所述模拟量继续被改变一点儿（einStückweiterver?ndert），使得以简单的方式根据往复运动的频率、也即根据时间间隔内反转点的数量较快地或者较慢地改变模拟量。
按照本发明的有利的改进方案规定，模拟量根据执行往复运动的手指被放大或者减小。在此情况下因此规定，方向根据执行运动的手指被确定，其中模拟量在所述方向上被改变。如果用户例如利用食指执行运动，则模拟量被放大。而如果所述用户利用其它手指、例如利用中指执行所述运动或者姿势，则模拟量被减小。借助于无接触地工作的传感器（对于所述传感器尤其使用照相机传感器或者视频传感器），可以基于图像评估不仅测定运动而且测定执行运动的手指。必要时还可以设置两个照相机传感器，使得用户的手从两个不同的方向被检测，使得例如第一照相机传感器从上方检测手，并且第二照相机传感器从侧面检测手，其中通过手指的第一传感器的图像和基于第二传感器的图像测定手指的运动。通过数据的叠加于是可以以简单的方式推断出，哪个手指执行哪种运动。但是基于边沿测定还可以基于仅一个照相机图像检测并且相应地评估手指以及由手指执行的运动。在此情况下尤其规定，将检测到的图像数据与之前存放的手模型进行比较，以便尤其彼此区别手指。
按照本发明的优选的改进方案规定，模拟量根据具有手指的手的姿态被放大或者减小。因此用户可以通过在传感器的检测区域中手的不同姿态预先给定：手指的执行的往复运动是否应当导致模拟量的放大或者减小。优选地在此规定，模拟量根据手的定向被放大或者减小。手的定向可以例如根据用户的具有手的手臂在传感器的检测区域中在哪个方向上伸展被确定。还可设想的是，手的定向通过以下方式来确定，即位于检测区域中的手是在俯视图中还是在侧视图中被检测，在所述俯视图中手的手指并排放着，在所述侧视图中手的手指一个接一个地放着。根据手如何被定向，于是手指的往复运动被评价为放大或者减小模拟量的愿望，并且通过输入设备实施模拟量的相应的变化。
附加地或者可替代地优选地规定，模拟量根据在传感器的检测区域中手的定位被放大或者减小。根据用户在传感器的检测区域中的哪个部位处将手停住并且执行往复运动，模拟量被放大或者减小。因此例如规定，检测区域被划分为两个半部，其中当运动在一个半部中被执行时，模拟量被放大，并且当运动在另一个半部中被执行或者被检测时，模拟量被减小。
尤其规定，模拟量根据手的拇指的定向被放大或者减小。由此用户可以以简单的方式说明模拟量是否应当被放大或者减小。手的定向在此可以保持不变。因此例如在照相机传感器的光轴中或者与之平行地对拇指进行定向可以预先给定模拟量的减小，并且与光轴垂直地对拇指进行定向可以预先给定放大，或者正好相反。将拇指靠放到手指上也可以导致放大或者减小，而拇指的伸开导致模拟量的减小或者放大，其中变化的大小按照本发明取决于手指的往复运动。
按照本发明的有利的改进方案此外规定，只有当手指在反转点处碰到相同的手的拇指时，用于改变模拟量的手指的往复运动才被判定。由此使在有意地执行的姿势与无意地执行的姿势或者手指的往复运动之间的区别容易。仅当在往复运动时手指碰到拇指时，输入设备按照所述实施方式才将改变模拟量，使得在拇指处出现反转点。此外这提供以下优点，即用户自身在操作输入设备时通过手指碰撞到其自己的拇指而得到触觉的反馈。
具有权利要求10的特征的按照本发明的输入设备的特点在于，所述输入设备在常规使用的情况下执行按照本发明的方法。由此得出已经提及的优点。其它特征和优点由之前的描述以及由权利要求得出。
附图说明
以下本发明应当根据附图进一步被阐述。对此：
图1示出具有有利的输入设备的机动车的内部空间，
图2示出由输入设备检测的用户的手。
具体实施方式
图1示出这里未进一步示出的机动车1的内部空间的示意图，所述机动车1具有用于无接触地输入控制指令的输入设备2。所述输入设备对此具有无接触地工作的传感器3以及显示单元4。所述显示单元4以引入到机动车1的控制面板或者仪表盘中的方式布置。所述显示单元4被构造为屏幕、尤其显示器，并且可以例如是机动车1的导航系统或者娱乐系统的组成部分。还可设想的是，将显示单元4可替代地或者附加地构造为平视显示器（HUD）。无接触地工作的传感器3优选地被构造为二维工作的摄像机或者照相机装置，所述摄像机或者照相机装置具有用虚线示出的检测区域7。摄像机在此优选地被定向为，使得所述摄像机指向机动车1的中间的扶手5的前侧端部。所述扶手5自身不具有真实的输入表面，在所述输入表面上，驾驶员借助于这里仅示意性示出的手6通过触摸输入表面可以输入指令。
输入设备2代替地被构造用于检测手6的至少一个手指在空间中的位置和/或位置变化，并且根据此判定输入并且实施所述输入。
以下描述的方法使得用户能够通过简单的手指运动有针对性地放大或者减小机动车的模拟量、诸如机动车1的消遣系统8的音量。对此用户必须将其手6运动到传感器3的检测区域7中，并且在那里利用其手的至少一个手指执行往复运动。
图2对此示例性地示出用户的手6的由传感器3检测的图像。用户在此保持其手定向为使得手6的手指9、10、11、12从传感器3的角度至少基本上一个接一个地布置，并且手指9（食指）和拇指13撑开平面，所述平面基本上与传感器3的光轴垂直地被定向。
为了测定手6的手指运动和定向，首先进行背景建模用于根据由传感器3检测的图像确定背景和前景，其中不仅静态的而且动态的模型可以被使用。通过随后的阈值构成，二元的前景掩模被计算。接着在前景掩模上执行手轮廓计算，以便只要手和各个手指的轮廓在图像中是清楚的，则测定手和各个手指的轮廓，并且由此检测手指的运动。尤其测定手指9、10、11、12的指尖，并且跟踪或者记下所述指尖的运动。
所述位置变化首先评估，手指（例如手指9）的运动是否具有反转点。反转点被理解为时间点，在所述时间点处手指的运动停止并且在相反的方向上被继续或者再次被记录。根据指尖的位置的变化过程可以以简单的方式测定手指的运动的反转点。对此有利地计算向量，所述向量从时间点t-1的指尖的位置引向时间点t的指尖的位置。对于每个时间点t，或者对于每个由传感器3提供的除了第一图像外的图像/样本，这样的方向向量可以被计算/确定。如果向量的方向在从t-1变换到t时改变大约180°，也即如果除了可能的小的方向变化外，仅向量的取向改变，则在t-1和t之间存在反转时间点或者反转点。
为了提高鲁棒性有利地检验，两个点t-1-n至t-1的方向向量是否除了可能的异常测值外大约具有相同的方向。相同的检验对于从t至t+n的两个点的方向向量被执行。通过检验阻止，唯一的异常测值（错误地识别的指尖位置）导致，时间点错误地被识别为反转点。n被选择得越大，所述方法相对于异常测值越鲁棒。n的大小向上通过在两个反转点之间记录的图像/样本的数量限制。向量的数值也可以被考虑为附加的标准，所述数值由于各自的手指或者指尖的（负的）加速度而在反转点之前减小并且此后再次放大。所述标准的应用的前提条件是，通过传感器3的时间上固定的抽样。
如果存在至少一个反转点，则判定手指9已经执行了往复运动。为此在两个反转位置之间的向量被确定。相继的反转位置的向量必须大约具有相同的方向，但是相反的取向。通过所述标准可以将往复运动与手指9的之字形运动区别。
模拟量的变化的速度通过对反转点进行计数来确定。尤其规定，模拟量对于每个识别的反转点被提高或者降低固定的预先给定的值。所述变化在识别到反转点之后尽可能快地进行。基于鲁棒性检验，反转点的识别在出现反转时间点后n时间点才结束。
在模拟量的每个变化时，相应地将值x加到模拟量上或者从所述模拟量减去值x。x的符号决定，模拟值在实施姿势时是被放大还是被减小。所述符号尤其通过在传感器3的检测区域中手6的姿态或者位置被确定。例如传感器的检测区域7被划分为左边区域B1和右边区域B2，并且值x的符号通过手的位置确定。如果手在执行姿势时处于左边区域B1中，则选择正的符号，如果手在执行运动时处于右边区域B2中，则选择负的符号。
可替代地可以规定，手指9决定符号，其中利用所述手指9实施姿势。在此充分利用，借助于评估由传感器检测的图像在各个手指9至12之间进行区别。如果测定出往复运动通过食指实施，则例如选择正的符号，而如果运动利用中指10实施，则选择负的符号。
另一替代方案在于，通过拇指13的定向确定符号。如果拇指13例如指着传感器3的方向，并且就此而言与照相机传感器的光轴平行地被定向，则选择正的符号，如果拇指13指着侧面，也即该拇指13在图2中示出的平面中与光轴垂直，则选择负的符号。所述变型方案具有以下优点，即参量的变化通过用户也可以快速地被撤销，其方式是，该用户仅仅改变拇指的定向。当然上述符号也可以正好相反地被分配。
有利地，只有在反转点之一处于拇指13处时，往复运动本身才被识别。也即要求，执行运动的手指碰到拇指13或者轻击所述拇指13，以便模拟量被调节。因此用户一方面在操纵输入设备2时获得触觉的反馈，并且另一方面可以由此将手指的执行的往复运动与手指的无意的姿势相区别，并且因此改善输入设备2的操作。
以下应当示例性地详细地阐述手6或者手指9至13的位置、位置变化和/或定向的检测和评估：首先按照Zivkovic、Zoran（Zivkovic,Zoran;"ImprovedAdaptiveGaussianMixtureModelforBackgroundSubstration",ICPR,2004）对通过传感器3检测的图像进行背景建模。由此背景和前景彼此被分开。在机动车中由传感器3检测的静态的或者不变化的图像被理解为背景。所述静态的图像用作参考图像，其在图像序列的每个时间点从当前检测的图像中被减去，使得仅图像元素或者像素在所得出的差图像中被标记，所述差图像与之前定义的/检测的静态的背景图像不同。前景是用户的在传感器3的检测区域中运动的手6，如在图1中示例性地示出的。
替代于或者附加于背景建模规定，前景建模按照Dadgostar和Sarrafzadeh(Dadgostar,Farhad和Sarrafzadeh,Abdolhossein:"Anadaptivereal-timeskindetectorbasedonHuethresholding:Acomparisonontwomotiontrackingmethods"PatternRecognitionLetters,2006,1342-1352)被执行，其中用于识别手的相关的前景区域通过专门的肤色模型被检测，其中手基于在手和背景之间的颜色差异被识别。
基于通过前景建模和/或背景建模获得的数据测定手6的手轮廓，并且尤其还计算手轮廓重心。有利地对此按照Suzuki和Abe（Suzuki,S.和Abe,K.："TopologicalStructuralAnalysisofDigitizedBinaryImagesbyBorderFollowing."CVGIP,1985,32-46）执行手轮廓分割。接着手6的指尖和因此各个手指被识别。这优选地根据手轮廓的检测到的曲率进行，如例如在Malik（Malik,Shahzad:"Real-timeHandTrackingandFingerTrackingforInteraction",Toronto:CSC2503FProjectReport,UniversityofToronto,2003）中所描述的。可替代地，还可以执行手建模，如由Liu和Lovell（Liu,Nianjun和Lovell,BrianC."HandGestureExtractionbyActiveShapeModels",ProceedingsoftheDigitalImageComputingonTechniquesandApplications,2005）所描述的那样，以便探测手以及其手指和指尖（Lee,J.和Kunii,T.L.:"Model-BasedAnalysisofHandPosture",IEEEComputerGraphicsandApplications,1995,77-86）。基于这样确定的指尖重新计算闭合的轮廓，其中所述轮廓的中心（Schwerpunktzentren）表示最终的指尖的位置。如果多个错误的指尖通过过分割被探测，则所述错误的指尖根据几何启发学和到手轮廓重心的间隔被丢弃。因此能够以简单的方式测定手6的各个指尖。
不仅整个手6而且其指尖可以利用已知的跟踪方法（如例如由Do、Asfour和Dillmann（Do,Martin;Asfour,Tamim;和Dillmann,Rüdiger:"ParticleFilter-BasedFingertipTrackingwithCircularHoughTransformFeatures"MVA,2011）所描述的那样）被跟踪。静态的指示姿势的识别可以通过标准化的分类方法并且与序列的每个图像无关地进行，如由Lockton和Fitzgibbon（Lockton,R.和Fitzgibbon,A.W.:"Real-timegesturerecognitionusingdeterministicboosting",BMVC,2002）或者Nagi（Nagi,Jawad等人"Max-PoolingConvolutionalNeuralNetworksforVision-basedHandGestureRecognition"ICSIPA,2011,342-347）所描述的那样。概率性序列建模方法不仅允许识别简单的静态的手姿势（Dreuw,Philippe;Keysers,Daniel;Deselaers,Thomas和Ney,Hermann:"GestureRecognitionUsingImageComparisionMethods",InternationalWorkshoponGestureinHuman-ComputerInteractionandSimulation,2005,124-128）而且允许识别复杂的动态的手姿势（Dreuw,Philippe;Rybach,David;Deselaers,Thomas;Zahedi,Morteza和Ney,Hermann."SpeechRecognitionTechniquesforaSignLanguageRecogntionSystem",Interspeech,Antwerp,Belgium,2007,2513-2516），其不必要期待已经分割的手轮廓作为输入，而是借助于在整个图像上的基于现象的特征工作。也可以被应用的相似的方法基于光流的分析（Cutler,R.和Turk,M.:"View-BasedInterpretationonReal-TimeOpticalFlowforGestureRecognition",IEEEInternationalConferenceonAutomaticFaceandGestureRecognition,Nara,Japan,1998）。
通过所述方法和输入设备2从而使用户能够以简单的方式调整或者改变机动车1的模拟量，诸如消遣系统8的音量、照明装置的光强度和/或雨刮的速度。在此可以根据在传感器的检测区域中手6的位置和/或根据显示单元4的当前显示的上下文菜单来决定哪个模拟量被改变。

Claims (10)

1.用于运行输入设备（2）、尤其机动车（1）的输入设备（2）的方法，所述输入设备（2）借助于无接触地工作的传感器（3）检测用户的手（6）的至少一个手指（9、10、11、12）的位置和/或位置变化，其中根据手指（9、10、11、12）的位置和/或位置变化判定输入并且实施所述输入，其特征在于，根据手指（9、10、11、12）的检测到的往复运动通过输入设备（2）改变模拟量。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，手指（9、10、11、12）的运动鉴于反转点被监控，以便判定往复运动，在所述反转点中手指（9、10、11、12）改变其运动方向。
3.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，模拟量在检测到每个反转点时被改变预先给定的值。
4.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，模拟量根据执行往复运动的手指（9、10、11、12）被放大或者减小。
5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，模拟量根据具有手指（9、10、11、12）的手（6）的姿态被放大或者减小。
6.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，模拟量根据手（6）的定向被放大或者减小。
7.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，模拟量根据手（6）在传感器（3）的检测区域（7）中的定位被放大或者减小。
8.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，只有当手指（9、10、11、12）在反转点处碰到相同的手（6）的拇指（13）时，用于改变模拟量的所述手指（9、10、11、12）的往复运动才被判定。
9.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述模拟量根据手（6）的拇指（13）的定向被放大或者减小。
10.输入设备（2），尤其用于机动车（1），具有用于检测用户的手（6）的至少一个手指（9、10、11、12）的位置和/或位置变化的无接触地工作的传感器（3），其中所述输入设备（2）被构造用于，根据所述至少一个手指（9、10、11、12）的位置和/或位置变化，识别和实施输入，其特征在于，所述输入设备（2）在常规的使用的情况下执行按照权利要求1至9的一个或多个所述的方法。
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