CN106068201B - 用户界面和在手势检测时将输入件3d位置信号化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用户界面和使输入件(7)相对于用于用户界面(1)的3D手势检测的区域(6)的位置(P)信号化的方法。所述方法包括步骤：在用于3D手势识别的区域(6)中检测用户的输入件(7)，并且通过在用户界面(1)的显示单元(2)的边缘的区域中的提示(9a、9b、9c、9d)将输入件(7)的位置(P)信号化。
Description
技术领域
本发明涉及一种用户界面以及使输入件相对于用于3D手势检测的区域的位置信号化的方法。本发明尤其涉及一种使用户针对用于手势操作的3D 区域的边界的学习过程加速的方法。
背景技术
3D手势操作由于针对移动终端设备以及行进器件的用户界面的迅速增长的自由度而受到欢迎。用于识别输入件(例如用户的手)而使用的传感器在此仅具有有限的检测区域。用户必须在检测区域的内部实施手势，由此能够具体检测到该手势。如果用户的手离开了检测区域，则在系统中仅存在不完整的用于表现和分类所实施手势的数据。在此情况下不能再确保无差错的识别。相较而言，为了显示2D输入件(例如鼠标)而使用了成箭头图示形式的所谓光标，所述光标与屏幕内容重叠，而对于3D手势操作来说仅能有限地使用光标图示，而且此外还根据使用情况出于视觉原因而不能符合期望。尤其通过传统的光标无法实现三维的图示。
文献DE 10 2011 053 449 A1描述了一种基于用于车辆的手势的人机界面，其中，朝向显示元件的用户手势被识别。其规定，在显示器上示出视觉符号或指示器，用于向用户传达有关在输入件中的当前输入焦点的位置的视觉提示。此外提出建议，通过该建议能够利用手势输入使所选择的开关面相对于其他屏幕内容凸显。
文献DE 10 2012 000 201 A1公开了一种利用在三维空间中实施的手势来放大在车辆的显示单元上显示的功能的方法和设备。为了指导用户对设备的手势操作，其规定，在显示器上显示窗口，手势窗口显示第一预定手势的检测。该窗口此外还显示其他输入的操作方向。
基于该现有技术，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种技术上的可行方案，用于在3D手势操作时更好地将输入件的位置生成信号。
发明内容
上述技术问题根据本发明通过一种将输入件相对于用于用户界面的3D 手势检测的区域的位置信号化的方法以及一种用户界面解决。所述方法用于针对用户界面使输入件相对于用于3D手势检测的区域的当前位置信号化。用户界面例如可以设置在可携带的电子终端设备(例如无线通信单元)或行进器件中。在第一步骤中，在用于3D手势识别的区域中检测用户的输入件。所述输入件在实际应用中大多是用户的手。3D手势识别区域是尤其不与显示单元的表面重合的空间区域。在第二步骤中，通过用户界面的显示单元的边缘区域中的提示使输入件的位置信号化。显示单元可以例如是显示屏(例如在于触敏表面相结合的情况下也被称为“触摸屏”)，在所述触摸屏上可以示出关于不同功能的自由选择的内容。这种显示屏通常设计为矩形的，从而使显示屏的边棱构成显示单元的边缘。然而所述“边缘区域”也可以超出显示单元的区域。例如也可以使用布置在显示单元的表面旁的发光件/显示单元，以便根据本发明地示出提示。如果显示单元的外部区域本身(也即边缘区域中的像素)应用于显示提示，那么也可以省去这种单独的元件。本发明实现的优点在于，以光学方式不能直接检测的3D手势检测区域被间接地可视化。如果用户表达对此的愿望，而在手势检测区域的边缘区域中或边界之外进行尤其重复的操作和/或在捕获3D手势操作之后尚未经过最小时长，那么通过这种方式可以告知用户可用于手势识别的空间区域。由此能够避免错误操作和更高的用于手势识别的计算成本。此外，对于手势的更可靠的识别来说，用户可以提前重新执行其他任务(例如驾驶行进器件)。
从属权利要求示出本发明的优选改进方式。
优选地，能够识别输入件相对于第一坐标轴(例如基于显示单元的水平线)的位置的改变，并且与此相应地改变所述提示在显示单元的水平边缘区域中的位置。换言之，边缘区域中的提示能够根据输入件位置的改变而改变。通过这种方式，可以至少相对于两个坐标轴或者说空间维度形成用于输入件的位置的(假想)十字线的标志(Signatur)，所述标志在显示单元的边缘区域中提供了输入件与3D手势检测区域之间的相对位置的定向。
相应地，能够识别输入件相对于第二坐标轴(例如基于显示单元的垂直线)的位置的改变，并且与此相应地改变在显示单元的垂直边缘区域中的提示的位置。所提到的两个坐标轴由此可以例如相互垂直地布置并且对应显示单元的平面。
为了使输入件相对于第三坐标轴(例如朝向显示单元的表面方向和/或朝向为手势识别所使用的传感器的方向)的位置的变化可视化，在使用2D显示单元的情况下则不再有坐标轴可用。因此根据本发明，改变提示的造型，这里如可以涉及沿相应边缘的透明度和/或扩展(“长度”)和/或边缘清晰度和/ 或提示的彩色设计。例如形状改变也是可行的，以便显示朝向更好的检测区域的位置改变的要求。在此，也可以使用标识牌(按照用于距离说明的数字或图标的类型)。作为备选或补充，文字输出也是可行的，以便使用户获知其手的当前位置的变化。
优选地，所述提示相对于显示单元的边缘的界限(“角”)的位置大体上相当于输入件相对于用于3D手势识别的区域的界限的对应位置，所述用于 3D手势识别的区域通过所使用的传感器限定出。如果例如通过传感器限定出朝传感器方向收窄的用于手势检测的区域，显示单元的边棱长度则与用于 3D手势识别的区域的边棱长度成比例，从而根据与传感器的当前距离，检测区域的垂直于该间距延伸的边棱始终被绘制在显示单元的相应边缘的完整长度上。显然，为了更可靠的手势识别，通过提示被信号化的识别区域例如小于实际上设置用于手势识别的空间区域。该差异例如可以根据绝对差值或根据百分比差值被测定。在上述设计中形成易于识别的对用户的反馈，从而在接近所使用的传感器时的拂拭手势比距离传感器更远的间距所实施的拂拭手势导致提示的更迅速的且在更大的区间内进行的变化。
如果提供不同的人用于操作用户界面，还可以识别用户的人员改变，与此相应地，改变提示的造型。例如可以在通过根据本发明造型的车辆的司机实施3D手势操作之后，副驾驶操作用户界面，这通过副驾驶的手伸入3D 手势识别区域完成。在识别出该变化之后，可以向用户界面的(可能的)用户发出反馈，为此，例如提示的颜色设计和/或形状变化(例如结合作为用于司机或副驾驶的图标的指示牌)响应用户的人员变化。
3D手势操作的原则上的激活可以根据现有技术进行。与此相应地示出的提示也可以设计为四个指示器，指示器的形状/颜色分布在端部上具有透明度更高的区域。优选地，指示器在显示单元中与传感器检测区域中的手部位置触点类似地运动。在此，手部在传感器检测区域中的相对水平位置可以通过上方和下方提示的相对位置示出。手部在传感器检测区域中的相对垂直位置可以通过侧面提示的相对位置示出。手部在传感器检测区域中的相对第三位置(“深度”)可以例如以提示的透明度调整完成。如果手部在深度方面到达检测区域的所谓“甜蜜点”(最佳位置)，则在显示单元上正常地示出提示。如果手部的距离相对于传感器过大或过小，则指示器的透明度例如提高或提示的边缘不清晰地示出，以便示意出该传感器信号能改进。
根据本发明的第二方面提供了一种用户界面，所述用户界面包括显示单元(例如显示屏)、用于检测3D手势的传感器和计算单元(例如呈具有可编程处理器的电子控制设备的形式)。传感器配置用于检测用于3D手势控制的输入件(例如用户的手部)。计算单元配置用于通过在用户界面的显示单元的边缘区域中的提示使输入件的位置信号化。所使用的传感器可以例如以光学方式工作和/或使用红外信号。此外，根据实施方式结合前述发明方面给出技术特征、技术特征组合和由此带来的优点。
此外，用户界面还可以包括发光件，所述发光件例如设计为带状的发光元件，并且分别沿显示单元的边缘延伸。通过额外的发光件可以使提示备选或额外地信号化。通过这种方式可以使显示单元完全用于显示备选的内容。
根据本发明的第三方面提供了一种计算机可读的数据载体，在其中存储有指令或代表指令的信号串，所述指令能够使可编程处理器(例如根据本发明的用户界面的计算单元)实施根据前述发明方面的方法的步骤。相应的计算程序产品可以例如是CD、DVD、蓝光盘、闪存、硬盘、RAM/ROM、缓存等。
根据本发明的第四方面提供了一种代表指示的信号串，所述信号串能够使可编程处理器(例如根据本发明的用户界面的计算单元)实施根据前述发明方面的方法的步骤。通过这种方式也可以保护在此情况下指令的信息技术的提供，即为此需要的存储器位于所附权利要求的适用范围之外。
根据本发明的第五方面提供了一种用户终端设备，所述用户终端设备例如可以设计为无线通信设备(例如移动电话、智能电话、平板电脑等)。用户终端设备包括用于操作器功能的用户界面，例如其结合本发明第二方面所详细阐述的。
根据本发明的第六方面提供了一种行进器件(例如轿车、运输车、货车、水上交通工具和/或空中交通工具)，其包括根据本发明第二方面的用户界面。在此，显示单元例如可以设计为多功能仪表和/或设计为中央信息显示器，并且为此嵌合在行进器件的仪表板中。传感器可以例如包括在行进器件的中控台中的红外LED条和/或在中控台上方的行进器件的车顶棚中的光学摄像头。计算单元可以被设计为电子控制设备，并且还应用于其他针对行进器件的功能。
附图说明
以下结合附图对本发明的实施例进行详尽阐述。在附图中：
图1示出在根据本发明的行进器件的一种实施例中的根据本发明的用户界面的实施例的部件的示意图；
图2示出在根据本发明的用户终端设备的一种实施例中的根据本发明的用户界面的实施例的部件的示意图；
图3示出在3D手势检测区域中的用户的手部的示意图；
图4示出在3D手势检测区域中的用户的手部的备选示意图；
图5至图10示出在操作根据本发明的用户界面的实施例时的操作步骤的示意图；
图11示出根据本发明的用户界面的备选实施例的视图；
图12通过流程图阐述根据本发明的方法的实施例的步骤。
具体实施方式
图1示出作为行进器件的轿车10，在所述轿车中安装有根据本发明的用户界面1的实施例。显示屏2作为显示单元嵌合在轿车10的仪表板中并且与作为计算单元3的电子控制设备信息技术地相连。电子控制设备由于数据存储器5相连，在所述数据存储器中存储有用于被分类的且为操作用户界面1的功能所设置的3D手势的参比值。在显示屏2下方布置有作为传感器 4的红外LED条，所述红外LED条限定出3D检测区域6。为了显示输入件 (例如用户的手部)的位置，沿着显示屏2的边缘布置有发光元件12a、12b、 12c、12d，通过所述发光元件电子控制设备可以在显示屏2的边缘区域中发出关于用户的手部的当前位置的提示。
图2示出作为用户终端设备的平板电脑20的示意图，其中集成有根据本发明设计的用户界面1。光学摄像头作为用于检测3D手势的传感器4与可编程处理器信息技术地相连。在(部分剖切的)作为显示单元的显示屏2的下方还布置有数据存储器5，并且数据存储器与处理器信息技术地相连。所示出部件的功能大体上与结合图1所述相对应。
图3示出用户的手部7，该手部布置在3D检测区域6中。3D检测区域6通过传感器4限定而成，所述传感器集成在行进器件的中控台8中。对于手部7的传感器检测的可能性来说存在水平界限Xmin，Xmax和垂直界限Ymin， Ymax。手部7的当前位置在预设的界限Xmin，Xmax，Ymin，Ymax内部由Xh， Yh给出。如图所示，手部7完全被检测并且可以通过传感器良好地分辨。
图4示出图3所示布置的侧面视图。检测区域6具有大体上呈倒三角的横截面，该横截面的下部尖端与集成在中控台8中的传感器4重合。在此也可以设置检测区域6的下部界限Zmin。在距离传感器4约30cm至40cm处具有检测区域6的上部界限Zmax。在两个界限Zmin，Zmax之间，手部7位于当前高度Zh上。
图5以子视图a)示出根据本发明设计的用户界面的显示屏2，在所述显示屏上示出用于选择电台的显示屏视图11。在显示屏2的边缘区域中示出呈蓝色条带9a、9b、9c、9d形式的提示，蓝色条带的边界朝显示屏2的角的方向通过逐渐增加的透明度扩散地构成。在子视图b)中示出用户的手部7在所使用的传感器4的检测区域6中的相应视图。手部7的位置P位于检测区域6的中央，并且这样选择与传感器4的距离，从而使手部7一方面虽然良好地填充检测区域6，然而另一方面未超出检测区域的边界。
图6示出通过手部7相对于图5所示情况的位置P变化所调整的操作步骤，其中，沿着显示屏2的水平边缘布置的提示9a、9c根据手部7的位置P 而向左移动。提示9b、9d沿显示屏2的垂直边缘的位置相反则未改变。同样地，手部7相对于传感器4的间距也保持不变。
图7示出与图6所示视图相比用户的手部7向上或者说沿行驶方向的额外移动。相应地，提示9b、9d则沿显示屏2的垂直边缘向显示屏2的上部边缘的方向运动。
在图8中又示出作为初始点的图5所示情况，用于阐释用户的手部7与传感器4之间间距的变化的效果。
图9示出用户的手部7，该手部布置在3D检测区域6的上部边缘区域中。手部7朝向观察者的方向挪动，并且提示9a、9b、9c、9d在显示屏2 的边缘区域中就其透明度增强或者说就其饱和度和亮度减弱地示出。由此使用者识别出，为了改进对其手势的传感器分辨，应该靠近传感器4。
图10示出从图8开始手部7向传感器4的不利的剧烈靠近的后果。手部7因此从观察者的视角看来按入图面并且由此缩小地示出。最佳位置朝传感器4方向的偏离相应于图9所示情况导致提示9a、9b、9c、9d的透明度的提高或者说亮度和饱和度的降低。通过这种方式向使用者表示，为了改进对其手势的分辨，使用者应该增加手部7与所使用的传感器4之间的间距。
图11示出显示屏2的备选实施例的视图，所述显示屏通过四个额外的发光件12a、12b、12c、12d镶边。在显示屏2的水平边缘的区域中布置两个纵长延伸的发光件12a、12c。相应地，在显示屏的垂直边缘的区域中布置垂直定向的发光件12b、12d。发光件12a、12b、12c、12d设计为条带状的发光元件。为了显示用户的手部的位置，发光件12a、12b、12c、12d配置用于根据上述实施方式示出提示9a、9b、9c、9d。显示屏2由此可以完全应用于显示其他自由选择的内容。
图12示出用于阐释根据本发明的方法的实施例的步骤的流程图。在步骤100中，用户的手部作为输入件在用于3D手势识别的区域中被检测。为了使用户获知输入件相对于用于3D手势识别的区域的边缘的当前位置，在步骤200中通过用户界面的显示单元的边沿区域中的提示使输入件的位置信号化。所述提示可以作为大体上条带状或线状的元件示出，由此在显示单元的边缘区域中示意出表征输入件位置的十字线的标志。在步骤300中，用户改变输入件相对于三个坐标轴(水平、垂直和关于垂直于上述两个坐标轴的第三坐标轴)的位置。作为对此的响应，在步骤400中，所述提示在显示单元的边缘区域中的位置以及所述提示的光学设计也发生改变。鉴于相对于用户的手部与传感器之间的间距垂直的方向，所述提示在显示单元的边缘区域中的位置也相应发生改变。通过沿用户的手部与传感器之间的间距方向上的变化，进行所述提示的光学设计的变化。通过偏离最佳位置，提示的透明度更剧烈地提高，由此降低了所述提示相对于显示屏内容的亮度和/或饱和度。作为备选，所述提示的边棱也可以不那么清晰地构成。通过这种方式用户可以获知，应该校正其手部的位置。在步骤500中识别用户的人员改变，为此，行进器件的司机将其手部远离检测区域，与此同时，其副驾驶将自己的手部伸入3D检测区域中。在步骤600中通过所述提示的光学设计的改变来应答该人员变化。具体地，提示的颜色和形状发生改变。此外，图标(英文作“Icon”) 凸显，以便显示当前被系统所关注的用户的位置。可选地，也可以使用为更换后的用户角色预定的、备选的设计参数或数据组。例如也可以根据相应的使用者的资质，长短不同地形成提示的显示时长。司机通常会更频繁地操作用户界面，因此用于发出提示的时间可以比针对副驾驶的更短。在设置菜单上可以按照意愿设置相应的参数。
尽管按照本发明的主题和有利的实施形式借助结合附图描述的实施例被详细说明，而对于本领域技术人员仍可修改和组合所示实施例的特征，只要不脱离本发明的通过权利要求限定的保护范围即可。
附图标记清单
1 用户界面
2 显示屏
3 计算单元
4 传感器
5 数据存储器
6 检测区域
7 用户的手部
8 中控台
9a、9b、9c、9d 提示
10 轿车
11 显示屏内容
12a、12b、12c、12d 额外的发光件
20 平板电脑
100-600 方法步骤
P；Xh、Yh、Zh 手部的位置
Xmin，Ymin，Zmin，Xmax，Ymax，Zmax 检测区域的界限
Claims (19)
1.一种将输入件(7)相对于用于用户界面(1)的3D手势检测的区域(6)的位置(P，Xh，Yh，Zh)信号化的方法，所述方法包括步骤：
-在用于3D手势识别的区域(6)中检测(100)用户的输入件(7)，并且
-通过在用户界面(1)的显示单元(2)的边缘的区域中的提示(9a、9b、9c、9d)对输入件(7)的位置(P，Xh，Yh，Zh)进行信号化(200)。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括步骤：
-识别(300)输入件(7)基于第一坐标轴(Xh)的位置(P，Xh，Yh，Zh)的变化，并且作为对此的响应，
-改变(400)在显示单元(2)的水平边缘的区域中的提示(9a、9c)的位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其还包括步骤：
-识别(300)输入件(7)基于第二坐标轴(Yh)的位置(P，Xh，Yh，Zh)的变化，并且作为对此的响应，
-改变(400)在显示单元(2)的垂直边缘的区域中的位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括步骤：
-识别(300)输入件(7)基于第三坐标轴(Zh)的位置(P，Xh，Yh，Zh)的变化，并且作为对此的响应
-改变(400)提示(9a、9b、9c、9d)的设计。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，提示(9a、9b、9c、9d)的造型的改变涉及
-透明度，和/或
-沿着相应的边缘的扩展，和/或
-边缘清晰度，和/或
-颜色。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，提示(9a、9b、9c、9d)相对于显示单元(2)的边缘的界限的位置基本上与输入件(7)相对于用于3D手势识别的区域(6)的界限(Xmin，Xmax，Ymin，Ymax，Zmin，Zmax)的位置(P，Xh，Yh)成对应关系。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，提示(9a、9b、9c、9d)显示在用户界面(1)的显示单元(2)上。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，提示(9a、9b、9c、9d)显示在用户界面(1)的显示单元(2)旁的独立的发光件(12a、12b、12c、12d)上。
9.根据权利要求1所述的方法，其还包括步骤：
-识别(500)使用者的人员变化，并且作为对此的响应，
-改变(600)提示(9a、9b、9c、9d)的造型。
10.一种用户界面，其包括
-显示单元(2)，
-传感器(6)，和
-计算单元(3)，
-其中，传感器(4)配置用于，检测(100)用来进行3D手势控制的输入件(7)，并且
-计算单元(3)配置用于，通过在用户界面(1)的显示单元(2)的边缘的区域中的提示(9a、9b、9c、9d)对输入件(7)的位置(P，Xh，Yh，Zh)进行信号化。
11.根据权利要求10所述的用户界面(1)，其还包括
-分别沿显示单元(2)的边缘的额外的发光件(12a、12b、12c、12d)，所述额外的发光件(12a、12b、12c、12d)配置用于，使提示(9a、9b、9c、9d)信号化。
12.根据权利要求11所述的用户界面(1)，其中，所述额外的发光件(12a、12b、12c、12d)设计为条带状的发光元件。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的用户界面，其中，用户界面(1)配置用于，实施根据上述权利要求1至9中任一项所述的方法。
14.一种计算机可读的数据载体，其中存储有指令或代表指令的信号串，当所述指令在按照权利要求10至13之一所述用户界面(1)的计算单元(3)上实施时，所述指令触发用户界面(1)实施按照权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
15.一种用户终端设备，其包括根据权利要求10至13中任一项所述的用户界面(1)。
16.根据权利要求15所述的用户终端设备，其中，所述用户终端设备是无线通信设备(20)。
17.根据权利要求15所述的用户终端设备，其中，所述用户终端设备是平板电脑或智能手机。
18.一种行进器件，其包括根据权利要求10至13中任一项所述的用户界面(1)。
19.根据权利要求18所述的行进器件，其中，所述行进器件是车辆。
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