CN107193365A - 用于车内环境的不依赖于方向的空中手势检测服务 - Google Patents

用于车内环境的不依赖于方向的空中手势检测服务 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用于车内环境的不依赖于方向的空中手势检测服务。车辆传感器可指示航向角。多个座椅区域可分别包括指示座椅角度的方向传感器。位于所述座椅区域的一个座椅区域中的组件可提供描述适用于所述一个座椅区域的命令和相关的空中手势的界面信息，并响应于个人装置检测到对应的空中手势考虑所述航向角和座椅角度，执行所述命令中的一个。来自个人装置的手势输入可被调整，以使用所述装置的方向、相对于磁场北极的车辆航向以及针对所述装置所在的座椅区域的方向角来创建所述座椅区域中的车内组件的参考系中的加速度数据。当所述加速度数据与空中手势库中的空中手势匹配时，可向所述车内组件发送与匹配的空中手势对应的命令。

Description

用于车内环境的不依赖于方向的空中手势检测服务
技术领域
说明性的实施例总体上涉及用于在车内环境中使用的不依赖于方向的空中手势检测服务。
背景技术
空中手势是指通过用户在空中做出动作而执行的装置控制功能。实现空中手势的一个挑战是建立适当的相对于用户的参考系。尽管装置(诸如电话或可穿戴装置)能够确定磁场北极的位置和重力的方向，但是确定装置用户正面对什么方向以正确地解释空中手势是更困难的。针对这个原因，当前的手势检测实施方式可能要求装置处于特定方向或者在每个会话之前执行校准，以准确地检测空中手势。
发明内容
在第一说明性实施例中，一种系统包括：车辆传感器，指示航向角；多个座椅区域，分别包括指示座椅角度的方向传感器；位于所述座椅区域中的一个座椅区域内的组件，所述组件被配置为：提供描述适用于所述一个座椅区域的命令和相关的空中手势的界面信息。所述组件还被配置为：响应于个人装置检测到对应的空中手势，考虑所述航向角和所述座椅角度，执行所述命令中的一个。
在第二说明性实施例中，一种方法包括：调整来自个人装置的手势输入，以使用所述个人装置的方向、相对于磁场北极的车辆航向以及针对所述个人装置所在的座椅区域的方向角来创建所述座椅区域中的车内组件的参考系中的加速度数据。当所述加速度数据与空中手势库中的空中手势匹配时，所述方法包括：向所述组件发送与匹配的空中手势对应的命令。
在第三说明性实施例中，一种系统包括：处理器、加速度传感器、方向传感器、无线收发器、以及存储手势检测服务的存储器。所述手势检测服务包括当被所述处理器执行时使得所述处理器执行以下操作的指令：根据来自所述加速度传感器和所述方向传感器的数据来检测车辆的乘员执行的空中手势。一种应用包括当被所述处理器执行时使得所述处理器执行以下操作的指令：使用所述无线收发器从车辆组件接收描述命令和针对所述命令的对应的空中手势的界面信息；利用所述手势检测服务来确定所述空中手势何时被执行；响应于所述手势检测服务确定针对所述命令中的一个命令的对应的空中手势被执行，使用无线收发器向所述车辆组件发送所述命令中的所述一个命令。
附图说明
图1A示出了包括具有车内组件的网格(mesh)的车辆的示例系统，所述车内组件的网格被配置为定位用户及用户的个人装置并与用户及用户的个人装置进行交互；
图1B示出了配备有无线收发器的示例车内组件，所述无线收发器被配置为便于检测个人装置并识别个人装置的接近；
图1C示出了从车辆的其它车内组件请求信号强度的示例车内组件；
图2A至图2C示出了具有不同的座椅布置的车辆的示例；
图3示出了用于收集手势数据并将所述数据归一化到用户方向参考系的示例处理；
图4示出了来自个人装置的X、Y和Z加速度数据的示例轨迹；
图5A和图5B示出了存储的空中手势的示例库；
图6示出了执行的空中手势与空中手势库的k-均值匹配的示例；
图7示出了用于通过手势检测服务检测空中手势的示例处理。
具体实施方式
根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，将理解的是，所公开的实施例仅是本发明的示例，其中，本发明可以以各种可替代形式来实现。附图无需按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。
空中手势是指通过用户在空中做出动作而执行的装置控制功能。许多手势输入系统使用固定在与重力和磁场北极相关的位置的传感器，使得一旦在会话中向北和向下校准，则校准不需要进一步调整。然而，固定的初始校准可能需要调整以用于在车辆环境中使用。在示例中，车辆的航向可随着车辆移动而改变，或者用户的方向可随着车辆座椅沿着相对于车辆的方向旋转而改变。为了在这种环境中捕获手势，手势检测器可执行调整，所述调整用于相对于初始校准适当地对手势重新定向(reoient)。
手势检测器可被配置为检测由车辆乘员使用他们的电话(或其它个人装置)执行的用于控制车辆功能的空中手势。可使用关于重力和磁北的坐标来识别空中手势，并随后由手势检测器将空中手势相对于车辆和车辆内的用户的座椅的方向进行归一化。因此，手势检测器可随着车辆移动或者随着车辆座椅沿着车辆的方向旋转来捕获空中手势，并可执行调整以适当地对手势重新定向。本公开的进一步的方面在以下详细描述。
图1A示出了包括具有车内组件106的网格的车辆102的示例系统100-A，所述车内组件106的网格被配置为定位用户及用户的个人装置104并与用户及用户的个人装置104进行交互。系统100-A可被配置为允许用户(诸如车辆乘员)与车辆102中的车内组件106进行无缝交互或者与任何其它启用架构的车辆102进行无缝交互。此外，该交互可在不需要个人装置104已经与车辆102的主机单元或其它集中式计算平台配对或通信的情况下被执行。
车辆102可包括各种类型的机动车，诸如跨界多用途车辆(CUV)、运动型多用途车辆(SUV)、卡车、休旅车(RV)、船、飞机或用于运输人或货物的其它移动机器。在许多情况下，车辆102可由内燃发动机来驱动。作为另一种可能性，车辆102可以是由内燃发动机和一个或更多个电动马达两者来驱动的混合动力电动车辆(HEV)，诸如串联式混合动力电动车辆(SHEV)、并联式混合动力电动车辆(PHEV)或并联/串联式混合动力电动车辆(PSHEV)。由于车辆102的类型和配置可能有所不同，所以车辆102的功能可能相应地有所不同。作为一些其它可能性，车辆102可针对载客量、牵引能力和容量以及储存容量而具有不同的性能。
个人装置104-A、104-B和104-C(统称为104)可包括用户的移动装置和/或用户的可穿戴装置。移动装置可以是任何不同类型的便携式计算装置，诸如蜂窝电话、平板计算机、智能手表、膝上型计算机、便携式音乐播放器或能够与其它移动装置联网通信的其它装置。作为一些非限制性示例，可穿戴装置可包括智能手表、智能眼镜、健身手环、控制环或被设计为被穿戴并与用户的移动装置进行通信的其它个人移动装置或附属装置。
车内组件106-A至106-N(统称为106)可包括具有用户可配置的设置的车辆102的各种元件。作为一些示例，这些车内组件106可包括顶灯车内组件106-A至106-D、气候控制车内组件106-E和106-F、座椅控制车内组件106-G至106-J以及扬声器车内组件106-K至106-N。车内组件106的其它示例(诸如，后排座椅娱乐屏幕或自动车窗遮光件)也是可能的。在许多情况下，车内组件106可提供(expose)可被用户使用以配置车内组件106的特定设置的控制件(诸如按钮、滑块和触摸屏)。作为一些可能性，车内组件106的控制件可允许用户设置灯光控制件的照明度、设置气候控制件的温度、设置扬声器的音量和音频源以及设置座椅的位置。
车辆102的内部可被划分为多个区域108，其中，每个区域108可与车辆102内部中的座椅位置进行关联。例如，示出的车辆102的前排可包括与驾驶员座椅位置关联的第一区域108-A以及与前排乘客座椅位置关联的第二区域108-B。示出的车辆102的第二排可包括与驾驶员侧的后排座椅位置关联的第三区域108-C以及与乘客侧的后排座椅位置关联的第四区域108-D。在区域108的数量和布置上进行变型是可能的。例如，另一种第二排可包括第二排中间座椅位置的额外的第五区域108(未示出)。四个乘员被示出为正位于示例车辆102的内部，其中的三个人正在使用个人装置104。位于区域108-A中的驾驶员乘员没有在使用个人装置104。位于区域108-B中的前排乘客乘员正在使用个人装置104-A。位于区域108-C中的后排驾驶员侧的乘客乘员正在使用个人装置104-B。位于区域108-D中的后排乘客侧的乘客乘员正在使用个人装置104-C。
存在于车辆102内部中的每个不同的车内组件106可与一个或更多个区域108关联。作为一些示例，车内组件106可与各个车内组件106所在的区域108关联和/或与各个车内组件106所控制的一个(或更多个)区域108关联。例如，可供前排乘客使用的灯光车内组件106-C可与第二区域108-B关联，而可供后排乘客侧的乘员使用的灯光车内组件106-D可与第四区域108-D关联。应注意的是，在图1A中示出的车辆102的一部分仅是示例，并且可使用更多、更少和/或位于不同位置的车内组件106和区域108。
参照图1B，每个车内组件106可配备有无线收发器110，无线收发器110被配置为便于检测个人装置104和识别个人装置104的接近。在示例中，无线收发器110可包括用于确定个人装置104的接近的无线装置，诸如被配置为启用低功耗蓝牙信号强度作为定位器的蓝牙低功耗收发器。在示例中，通过无线收发器110检测个人装置104的接近可使得检测到的个人装置104的车辆组件界面应用118被激活。
在许多示例中，个人装置104可包括被配置为与其它可兼容的装置进行通信的无线收发器112(例如，蓝牙模块、ZIGBEE收发器、Wi-Fi收发器、IrDA收发器、RFID收发器等)。在示例中，个人装置104的无线收发器112可通过无线连接114与车内组件106的无线收发器110进行数据通信。在另一示例中，可穿戴的个人装置104的无线收发器112可通过无线连接114与移动个人装置104的无线收发器112进行数据通信。无线连接114可以是蓝牙低功耗(BLE)连接，但也可以利用诸如Wi-Fi或Zigbee的其它类型的局域无线连接114。
个人装置104还可包括被配置为便于个人装置104通过通信网络与其它装置进行通信的装置调制解调器。通信网络可向连接至通信网络的装置提供诸如分组交换网络服务(例如，互联网接入、VoIP通信服务)的通信服务。通信网络的示例可包括蜂窝电话网络。为了便于通过通信网络进行通信，可将个人装置104与唯一装置标识符(例如，移动装置号码(MDN)、互联网协议(IP)地址、装置调制解调器的标识符等)关联，以识别个人装置104通过通信网络的通信。这些个人装置104的标识符还可被车内组件106使用以识别个人装置104。
车辆组件界面应用118可以是安装至个人装置104的应用。车辆组件界面应用118可被配置为便于车辆乘员经由无线收发器110访问被开放给网络配置的车内组件106的功能。在一些情况下，车辆组件界面应用118可被配置为：识别可用的车内组件106，识别所识别的车内组件106的可用功能和当前设置，并且确定可用的车内组件106中的哪一个在车辆乘员的附近(例如，在与个人装置104的位置相同的区域108中)。车辆组件界面应用118还可被配置为：显示描述可用功能的用户界面，接收用户输入，并且基于用户输入提供命令以允许用户控制车内组件106的功能。因此，系统100-B可被配置为：在不需要个人装置104已经与车辆102的主机单元配对或与车辆102的主机单元进行通信的情况下，允许车辆乘员与车辆102中的车内组件106进行无缝交互。
每个车内组件106还可配备有通知装置120，通知装置120被配置为便于车辆102的乘员识别车内组件106在车辆102中的物理位置。在示例中，通知装置120可以是车内组件106的背光灯。在另一示例中，通知装置120可利用车内组件106的控制件集合中的控制件的其它功能(诸如车内组件106的现有的灯光元件)来执行通知。在进一步的示例中，通知装置120可利用从车内组件106发出的鸣响或其它声音来帮助定位车内组件106。在进一步的示例中，通知装置120可利用触觉反馈装置或触感反馈装置来向用户(例如，向用户的手)提供车内组件106的特定位置的物理指示。还应注意，这些方式可被组合，并且通知装置120可执行比上述通知或其它通知中的一个更多的通知。
系统100-B可使用一种或更多种装置位置追踪技术来识别个人装置104所在的区域108。位置追踪技术可根据估计是基于接近度(proximity)、角度(angulation)还是最小二乘法(lateration)来分类。接近度方法是“粗略的”，并可提供关于目标是否在预定义范围内的信息，但这样的方法不提供目标的精确位置。角度方法根据目标和参考位置之间的角度来估计目标的位置。最小二乘法提供对目标位置的估计，对目标位置的估计从目标和参考位置之间的可用距离开始。目标与参考位置之间的距离可从车内组件106的无线收发器110和个人装置104的无线收发器112之间的无线连接114上的信号强度116的测量值获得，或者从到达时间(TOA)或到达时间差(TDOA)的时间测量值获得。
使用信号强度116的最小二乘法的优点之一在于：最小二乘法可利用现有的可用于许多通信协议的接收信号强度指示(received signal strength indication，RSSI)的信号强度116的信息。例如，iBeacon使用可用于蓝牙低功耗(BLE)协议的RSSI信号强度116的信息来推断信标与个人装置104(即，目标)之间的距离，使得特定的事件可在个人装置104接近信标时被触发。其它实施方式在该构思上扩展，所述其它实施方式利用多个参考位置来估计目标的位置。当与三个参考信标之间的距离是已知时，可通过下面的公式来全面(三边测量)估计位置：
在示例中，如图1C中的示例100-C所示出的，车内组件106-B可向车辆102的其它车内组件106-A和106-C广播对信号强度116的请求或者以其它方式向车辆102的其它车内组件106-A和106-C发送对信号强度116的请求。该请求可使得其它车内组件106-A和106-C返回由其各自的无线收发器110针对它们检测到的任何装置而识别的无线信号强度116的数据(例如，由无线收发器110-A识别的个人装置104的信号强度116-A，由无线收发器110-C识别的个人装置104的信号强度116-C)。通过使用这些信号强度116-A和116-C以及由车内组件106-B使用其无线收发器110-B确定的信号强度116-B，车内组件106-B可使用公式(1)来执行三边测量并定位个人装置104。作为另一种可能性，车内组件106可按照如下公式将在车内组件106处具有最高信号强度116的个人装置104识别为在区域108内的个人装置104：
因此，车内组件106的网格和个人装置104可相应地被用于允许车内组件106识别每个个人装置104位于哪个区域108。
作为在车辆102中定位个人装置104的另一种可能性，个人装置104对特定区域108的每个车内组件106的信号强度116可被用于确定个人装置104是否位于该区域108内。作为在车辆102中定位个人装置104的另一种可能性，可利用具有对称车辆102车厢的车内组件106的对称集合来估计个人装置104的位置。
不论使用的特定方法如何，车内组件106的网格以及个人装置104可被用于允许车内组件106识别每个个人装置104位于哪个区域108内。由于每个车内组件106还与区域108关联，所以车内组件106可相应地将要被通知的个人装置104识别为与车内组件106关联的相同区域108关联的个人装置104。
作为一种可能性，车内组件106可利用从车辆102中的个人装置104接收的信号强度116的数据来识别哪个个人装置104被乘员用于与座椅控制车内组件106-H物理交互。例如，识别在车内组件106处具有最高的信号强度116的个人装置104将可能识别正确的个人装置104，例如，按照如下公式识别正确的个人装置104：
返回参照图1A和图1B，可实现手势检测以允许检测车辆乘员使用他们的个人装置104执行的空中手势。用户执行的空中手势可用于支持车内组件106的功能的控制。在一些示例中，空中手势的识别可通过手势检测服务122来执行。手势检测服务122可从加速度传感器126(例如，三轴加速度传感器)接收加速度数据124，处理加速度数据(如以下详细讨论的)，并将经处理的加速度数据124与空中手势的库128进行比较。如果加速度数据124与库128中的空中手势匹配，则手势检测服务122提供指示被执行的所识别的空中手势的信息。这可允许检测的手势信息被发送回车辆组件界面应用118或其它调用应用以用于处理。
为了使手势能够集成到现有的界面中，手势检测服务122可作为个人装置104的后台处理来被执行。这种手势检测服务122可作为黑盒来被执行，并可通过车辆组件界面应用118和/或安装在个人装置104上的第三方应用来被实现。例如，这可通过引用(reference)后台服务(例如，安卓/苹果OS)中的意图(intent)或通过引用(例如，Windows OS)附带的库中的功能来被实现。
一旦实体化，手势检测服务122可向第三方开发者提供调试输出(该调试输出可按照需要被启用/禁用)以根据需要来适当地集成和测试他们的手势。在与手势服务交互时，用户可接收个人装置104准备好接受空中手势的指示。在示例中，手势检测服务122可通过经由个人装置104的扬声器播放声音和/或驱动个人装置104的触觉反馈装置来提供手势检测服务122的就绪状态的指示，以向用户传达已经准备好识别空中手势。尽管这里的示例按照手势检测服务122来描述，但是应注意的是，在其它示例中，车辆组件界面应用118或其它应用可实现如描述的手势检测服务122执行的处理的一些或全部。
实现用于空中手势的手势检测服务122的挑战是建立合适的相对于用户的用于空中手势检测的参考系。如图1B所示，个人装置104可包括方向传感器130(例如，三轴磁力计传感器、陀螺仪传感器)以确定相对于个人装置104的磁场北极134的方向和重力的方向。然而，个人装置104在确定持有个人装置104的用户面向什么方向时可能具有更大困难。因此，手势检测可能需要个人装置104处于特定方向，或者需要在每个会话之前执行校准，以正确地检测空中手势。
在示例中，坐在车辆102的第二排的乘客可能希望滑动设置在前排座椅的背部上的屏幕车内组件106上显示的不同的图片。手势检测服务122可相应地被配置为识别从左向右空中手势动作和从右向左空中手势动作以通过幻灯片放映前进或回溯。此外，手势检测服务122可被配置为将向前滑动空中手势和向后滑动空中手势识别为与从左向右空中手势动作和从右向左空中手势动作不同的手势。
返回参照图1A，车辆航向132可相对于磁场北极134变化。随着车辆102沿着路线前进，车辆航向132相对于磁场北极134的定位角度(alignment angle)θ可改变。在示例中，在左转之后，车辆102相对于磁场北极134的定位角度θ可被调整90度。车辆可包括车辆罗盘传感器136(例如，三轴磁力计传感器)以提供关于当前车辆102相对于磁场北极134的定位角度θ的信息。如果在转弯之前执行磁场北极134的初始校准，如果不对校准进行调整，则在转弯之后做出的从左向右的空中手势动作可能被不正确地映射为向前的空中手势动作。
图2A至图2C示出了具有不同的座椅布置200的车辆102的示例。通常，车辆102中的座椅布置相对于车辆航向132在座椅区域108方向上可具有可变性。一些车辆102(诸如在图2A中示出的)具有可包括在面朝车辆102的中心的侧部的乘客排的座椅区域108。如果手势检测服务122假定每个车辆102乘员为了手势检测的目的而面朝前方，则相对于属于车辆102的右侧的乘客的个人装置104的空中手势检测可相对于由属于车辆102的左侧的乘客的个人装置104估计的空中手势解释为相反的动作，其中，两者均与属于驾驶员的个人装置104的动作估计正交(orthogonal)。其它车辆102(诸如在图2C中示出的)可具有面向车辆102后部的座椅。其它车辆102还可包括具有可调节方向的座椅区域108。例如，车辆102可具有可从面向前方(如图2B所示)旋转到面向后方(如图2C所示)的座椅区域108。
为了建立合适的相对于用户的参考系，每个座椅区域108可包括提供与座椅区域108的方向相关的局部方向的方向模块202。方向模块202可被实现为各自的座椅区域108内的车内组件106以能够确定哪个个人装置104位于车辆102的哪个乘坐区域108中。在示例中，方向模块202可包括被配置为提供座椅区域108的方向相对于车辆102的航向的偏移的角度或其它指示的传感器。从方向模块202接收的关于座椅区域108的方向的信息可被称作座椅相对方向参数αseat。
更详细地参照图2A，示例的座椅布置200-A包括六个座椅区域108。这些座椅区域108包括与前排驾驶员座椅位置关联的第一区域108-A、与前排乘客座椅位置关联的第二区域108-B、与第二排驾驶员侧座椅位置关联的第三区域108-C、与第二排乘客侧座椅位置关联的第四区域108-D、与第三排驾驶员侧座椅位置关联的第五区域108-E以及与第三排乘客侧座椅位置关联的第六区域108-F。每个座椅区域108包括方向模块202，用户的个人装置104可从该方向模块202中获得各自的座椅区域108的方向偏移。例如，座椅区域108-A中的方向模块202-A和座椅区域108-B中的方向模块202-B均可指示各自的区域108与车辆航向132没有偏移的αseat；座椅区域108-C中的方向模块202-C和座椅区域108-E中的方向模块202-E均可指示各自的区域108与车辆航向132的顺时针方向的90度的αseat，座椅区域108-D中的方向模块202-D和座椅区域108-F中的方向模块202-F均可指示各自的区域108与车辆航向132的逆时针方向的90度的αseat。
更详细地参照图2B，示例的座椅布置200-B包括四个座椅区域108。这些座椅区域108包括与前排驾驶员座椅位置关联的第一区域108-A、与前排乘客座椅位置关联的第二区域108-B、与第二排驾驶员侧座椅位置关联的第三区域108-C以及与第二排乘客侧座椅位置关联的第四区域108-D。如所示出的，座椅区域108-A中的方向模块202-A、座椅区域108-B中的方向模块202-B、座椅区域108-C中的方向模块202-C以及座椅区域108-D中的方向模块202-D均可指示各自的区域108与车辆航向132没有偏移的αseat。
更详细地参照图2C，在示例的座椅布置200-C中，座椅区域108-A和108-B的方向已经从它们在示例的座椅布置200-B中的放置位置旋转。因此，座椅区域108-A中的方向模块202-A和座椅区域108-B中的方向模块202-B均可指示各自的区域108与车辆航向132偏离180度的αseat，而座椅区域108-C中的方向模块202-C和座椅区域108-D中的方向模块202-D可继续指示各自的区域108与车辆航向132没有偏移的αseat。
通过使用来自用户的当前座椅区域108的方向模块202的αseat数据以及来自车辆罗盘传感器136的车辆定位角度θ，手势检测服务122可调整从加速度传感器126和方向传感器130接收的数据，以考虑当前车辆102的航向和乘坐区域108相对于车辆航向132的方向。因此，通过用户移动个人装置104接收的空中手势输入可被调整为相对于车辆102的车厢保持一致。
图3示出了用于收集手势数据并将所述数据归一化到用户方向参考系的示例处理300。通常，来自加速度传感器126和方向传感器130的数据被组合以建立个人装置104相对于重力和地球磁北134的方向。(一些个人装置104可利用除了加速度传感器126和方向传感器130以外的传感器的不同组合，但针对本公开的目的，个人装置104能够提供个人装置104的方向的当前估计)。所述方向可以以方向矩阵的形式提供。因此，初始参考系可根据具有指向磁北134的Y轴、向下指向重力方向的Z轴以及指向从Y-轴起顺时针绕Z轴90度的X轴的方向矩阵数据来被建立。车辆罗盘传感器136可用于确定乘员座椅区域108相对于磁场北极134的方向(例如，假定乘员座椅面向车辆102的前方)。使用这种与方向矩阵相结合的角度偏移，手势识别器可(通过使用角度矩阵公式)操纵传感器数据，以从用户视角提供真实方向和大小。通过使用方向矩阵来对接收的传感器数据执行调整，用户可使用他们的个人装置104执行空中手势动作，该个人装置104不依赖于车辆102的方向、座椅区域108的方向和个人装置104的方向。因此，车辆102的乘客用户可针对特定的任务以自然且容易使用的方向与个人装置104交互。
在操作302，个人装置104从个人装置104收集旋转向量信息。在示例中，手势检测服务122从个人装置104的方向传感器130获得信息。所述信息可包括例如关于个人装置104的方向的X角度、Y角度和Z角度。所述信息可允许个人装置104识别例如个人装置104是以纵向方向握持还是以横向方向握持。
在操作304，个人装置104将旋转向量转换为旋转矩阵。在示例中，手势检测服务122利用在操作302获得的X角度、Y角度和Z角度以及基本旋转矩阵来构建包含个人装置104的X角度、Y角度和Z角度的旋转矩阵＝R[3x3]。
在操作306，个人装置104收集加速度数据124。在示例中，手势检测服务122从个人装置104的加速度传感器126获得指示正被施加到个人装置104上的当前加速力的加速度数据124。当前加速度数据124可用于填充(populate)加速度数据＝A[3x1]。
在操作308，个人装置104使用加速度数据124调整旋转矩阵。在示例中，手势检测服务122按照如下公式将旋转矩阵乘以加速度数据124：(R[3x3]x A[3x1])＝N[3x1]。因此，手势检测服务122将来自个人装置104的参考系的加速度数据124变换到由Y-磁场北极和Z-重力定义的世界参考系中。应注意，在一些示例中，Z-轴可被定向为与重力场的方向相反。
在操作310，个人装置104对调整后的旋转矩阵进行归一化，以去除重力的影响。在示例中，手势检测服务122将x值计算为N[1,1]/g；将y值计算为N[2,1]/g；将z值计算为((N[3,1]–g)/g)，从而产生了力元组F＝[x,y,z]。
在操作312，个人装置104获得针对车辆102的磁场北极角度θ。在示例中，手势检测服务122从车辆102的车辆罗盘传感器136获得角度θ。作为一种可能性，可从车辆罗盘传感器136无线访问车辆罗盘传感器136的数据。作为另一种可能性，车辆罗盘传感器136可经由个人装置104的座椅区域内的车内组件106(例如，通过与车辆罗盘传感器136通信的方向模块202)被用于手势检测服务122。
在操作314，个人装置104获得针对个人装置104的当前座椅区域108的偏移αseat。在示例中，手势检测服务122从个人装置104的座椅区域内的方向模块202获得αseat值。手势检测服务122还可执行对磁场北极角度θ与αseat值的求和以创建针对个人装置104的座椅区域108的总角度偏移At。
在操作316，个人装置104计算个人装置104相对于世界参考系的不依赖于方向的定位数据(OI)。在示例中，手势检测服务122按照以下等式计算OI：OI(x)＝F[0]*cos(At)+F[1]*sin(At)；OI(y)＝-F[0]*sin(At)+F[1]*cos(At)；OI(z)＝F[2]。
在操作318，个人装置104保存OI向量以用于处理空中手势输入。OI向量相应地表示个人装置104在与个人装置104所在的座椅区域108的乘员对齐的参考系中的加速度。因此，不论个人装置104的方向(例如，个人装置104的屏幕以横向模式面对用户，屏幕以45度的角度朝下等)、车辆102的方向和座椅配置如何，当用户将移动装置104从左向右移动时，手势检测服务122可将加速度识别为在X-轴上。相应地，当用户向用户的前方移动移动装置104并随后朝着用户返回时，手势检测服务122可将加速度识别为在Y-轴上。当用户将个人装置104举到用户的头部以上并随后向用户的腰部向下放回，手势检测服务122可将加速度识别为在Z-轴上。在操作318之后，处理300结束。
个人装置104可在接收到空中手势的持续时间内保存OI向量。例如，处理300可在检测到加速度数据124从零到至少某一阈值量时初始化，并且OI向量可被保存直到检测到加速度数据124返回到阈值量以下为止。
图4示出了来自个人装置104的X、Y和Z加速度数据124的示例轨迹400。在示出的示例中，加速度数据124与个人装置104的运动相关，该个人装置104以45度角面向下被握持且与真北偏离229度，并从左向右移动。示例轨迹400示出了为补偿用户的校准而归一化的处理300的示例。旋转向量数据和加速计数据被个人装置104以足够高的刷新率(在示出的示例轨迹400中，为50Hz)解析以收集足够数量的样本来识别在加速度数据124中执行的空中手势。
示例轨迹400还示出了用于空中手势的分析的进入准则和退出准则的满足。空中手势可被识别为当满足进入准则时(诸如当三个轴(例如X、Y或Z)中的任意一个上的加速度超过预定阈值量时)开始。预定阈值量可沿着任意方向被设置为最小加速度量，低于该最小加速度量的来自个人装置104的数据被认为是噪声且不是手势。在示例轨迹400中示出了无手势检测范围402，无手势检测范围402指示落在预定阈值量内的加速度值，其中，低于预定阈值量的动作被忽略。
如示出的，X加速度数据124在开始时间索引404满足进入准则。当满足退出准则时，空中手势可被识别为结束。作为示例，用于执行空中手势的退出准则可被定义为在无手势检测范围402内的指定数量的加速度样本(例如，X、Y和Z必须是“空闲的”)(即，用户已经停止移动他们的个人装置104)。如示出的，X加速度数据124在退出时间索引406满足退出准则。一旦满足进入准则(例如，阈值已经被正向或负向地超过)，可对加速度数据124样本执行处理300，直到满足指示空中手势已经完成的退出准则(例如，加速度减少到阈值内)。开始时间索引404和退出时间索引406之间的数据(例如，时间窗口408内的加速度数据124)可被手势检测服务122使用用于识别执行的空中手势。
应注意的是，针对将要检测的手势而将要检测的最小加速度以便检测的手势可以是可配置的。例如，使用手势检测服务122的应用可配置服务的预定阈值量的进入准则(例如，当加速度超过15m/s2时开始记录手势)。作为另一示例，使用手势检测服务122的应用可配置空闲样本的退出准则数，以便空中手势被视为完成(例如，空闲样本数＝10(～.25秒))。
图5A和图5B示出了空中手势的示例库128。库128可包括表示可被手势检测服务122识别的不同的空中手势的数据。如示出的，示例库128包括多个模型手势502-A至502-H(统称为502)。每个模型手势502可包括可通过使用个人装置104执行的空中手势的定义。
作为示例，模型手势502-A指示从左向右的空中手势，如通过示出的沿着X-轴的运动可看到的。类似地，模型手势502-B指示从右向左的空中手势，如通过示出的沿着X-轴的反向运动可看到的。模型手势502-C指示从上向下的运动，如沿着Z-轴的数据示出的，模型手势502-D类似地指示从下向上的运动。作为一些附加示例，模型手势502-E指示从左向右再向左的空中手势，模型手势502-F指示从右向左再向右的空中手势，模型手势502-G指示从上向下再向上的运动，模型手势502-H指示从下向上再向下的运动。
应注意的是，这些仅为示例，并且库128中可包括更多、更少或不同的模型手势502。例如，手势可包括在不同轴上的运动，诸如向上再向左的运动，或向下运动再向右运动。在一些示例中，库128可包括默认手势(例如，构建到手势检测服务122中的默认手势)以及可由用户添加到库128的用户定义手势。例如，库维护应用可用于允许用户执行空中手势，其中，执行的手势随后可被添加至库128，以用于以后检测和使用。作为另一示例，使用手势检测服务122的应用的开发者可创建将被加载至手势检测服务122的库128中，以供开发的应用使用。
用户可移动个人装置104以执行空中手势。一旦用户完成空中手势(例如，如通过满足进入准则并随后满足退出准则所确定的)，则从时间窗口408中的开始时间索引404到退出时间索引406收集的加速度样本可通过隐马尔可夫模型(HMM)来被处理。该模型将空中手势转换为用于与存储手势的库128进行比较的序列。
图6示出了执行的空中手势与手势库128的k-均值匹配的示例600。库128的存储的手势可被预处理为k-均值簇602，每个k-均值簇602具有定义的质心。如示出的，示例600包括用于从左向右的模型手势502-A的k-均值簇602-A、用于从右向左的模型手势502-B的k-均值簇602-B、用于从上向下的模型手势502-C的k-均值簇602-C以及用于从下向下上的模型手势502-D的k-均值簇602-D。
为了识别用户执行的空中手势，将执行的空中手势与每个k-均值簇602进行比较，使得在执行的空中手势位置和每个k-均值簇602的质心之间计算笛卡尔距离606。可执行所述计算以找到从HMM点604到k-均值簇602的质心的最小笛卡尔距离606，并验证HMM点604是否在k-均值簇的半径内。在手势已经被识别具有最小笛卡尔距离606并且已经在k-均值簇602的半径内之后，空中手势可被识别。如果空中手势落在任意k-均值簇602的半径之外，则空中手势未被识别的并且可被忽略。
应注意的是，针对将被识别的手势的最小概率可以是可配置的。例如，应用可配置手势检测服务122，使得与k-均值质心602相比较的HMM点604在将被识别的空中手势的95％概率内。
图7示出了用于通过手势检测服务122检测空中手势的示例处理700。尽管处理700被描述为提供空中手势检测以供车辆组件界面应用118使用，但是应当注意，手势检测服务122对于安装在个人装置104上的其它应用可能也是有用的。
在操作702，个人装置104获取车内组件106的界面信息。该信息可指定车内组件106的可用功能。在示例中，个人装置104可从车内组件106收集广告数据信息，以识别位于乘客的座椅区域108内的是什么车内组件106，以及提供了什么功能。广告数据可包括指示车内组件106的功能的信息、指示车内组件106的座椅区域108的位置的信息。该信息还可指示空中手势是否可用于车内组件106的控制。如果可用，则信息还可指示哪些空中手势可被用于执行什么命令。
在操作704，个人装置104使用车内组件106的网格来识别个人装置104位于哪个座椅区域108内。在示例中，车辆组件界面应用118可通过BLE三角测量确定个人装置104位于车辆102的座椅区域108中的一个。
在操作706，个人装置104确定是否选择车内组件106以用于空中手势控制。多种方法可用于将内部功能预先选择为手势控制的目标。在示例中，用户可按下用户的乘坐区域108内的车内组件106的开关或其它控制件以激活手势检测。
作为另一示例，车辆组件界面应用118可通过BLE三角测量确定个人装置104正朝着用户的座椅区域108的车内组件106移动。或者，表示功能的图标可被置于车内组件106上或车内组件106附近，并且当用户将其个人装置104朝着图标移动时，BLE三角测量可用于确定用户意图以与特定车内组件106进行交互。
作为另一示例，车辆组件界面应用118或手势检测服务122可确定朝着座椅区域108的预定义区域的个人装置104的运动指示启动空中手势(例如，向上、向下或向侧面等)的请求。例如，座椅区域108中的预定义区域可被分配特定功能。例如，向上伸出可自动选择控制灯光车内组件106，并且在选择车内组件106之后执行的空中手势可被执行以控制灯光车内组件106。作为另一示例，倾斜地向上伸出可选择敞开式天窗车内组件106(如果可用)。作为进一步的示例，向下伸出可选择座椅车内组件106，伸向侧窗可选择控制车窗车内组件106，远离车窗朝着车辆102的中心伸出可选择控制扬声器车内组件106。
在操作708，个人装置104追踪被归一化到车辆102的参考系的个人装置104的传感器输入。例如，如以上关于处理300详细解释的，来自个人装置104的传感器(诸如加速度传感器126和方向传感器130)的数据可使用方向矩阵来被调整，所述方向矩阵考虑了个人装置104的方向、车辆102的磁场北极角度θ和个人装置104的当前座椅区域108的αseat。所得到的归一化数据可被称作加速度数据124。在一些示例中，在操作708的开始，手势检测服务122可通过经由个人装置104的扬声器播放声音和/或驱动个人装置104的触觉反馈装置来提供手势检测服务122的就绪状态的指示，以向用户传达已经准备好识别空中手势。
在操作710，个人装置104确定是否检测到有效的空中手势。在示例中，手势检测服务122将加速度数据122与库128中的模型空中手势502进行比较。如果发现匹配，则控制转到操作712。
在操作712，个人装置104执行与检测的手势关联的命令。在示例中，车内组件106可以是用户的座椅区域108内的屏幕车内组件106，该屏幕车内组件106被配置为响应于检测到使用个人装置104执行的从右向左的空中手势而前进至下一个图像，以及响应于检测到使用个人装置104执行的从左向右的空中手势而移回至上一个图像。在另一示例中，车内组件106可以是扬声器车内组件106，扬声器车内组件106被配置为响应于检测到从下向上的空中手势而增大音量或者响应于检测到从上向下的空中手势而减小音量。应注意的是，这些仅为示例，不同的命令可被映射为不同的空中手势，并且可通过空中手势控制不同的车内组件106。
在操作714，个人装置104确定对手势的检测是否结束。例如，车辆组件界面应用118可从手势检测服务122接收指示关闭手势检测模式的手势已经被执行的指示。作为另一示例，车辆组件界面应用118可确定(或者可从手势检测服务122接收指示)已超时，随后空中手势被确定为完成。如果已超时，则控制转到操作704。否则，控制返回到操作708以继续追踪空中手势。
在此描述的计算装置(诸如，个人装置104和车内组件106)通常包括计算机可执行指令，其中，所述指令可由一个或更多个计算装置(诸如，以上列出的那些计算装置)来执行。可从使用各种编程语言和/或技术(包括但不限于JavaTM、C、C++、C#、Visual Basic、JavaScript、Perl等中的一种或其组合)创建的计算机程序中编译或解释计算机可执行指令(诸如车辆组件界面应用118和/或手势检测服务122中的那些指令)。通常，处理器(例如，微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并且执行这些指令，从而执行一个或更多个处理(包括在此描述的处理中的一个或更多个)。这种指令和其它数据可使用各种计算机可读介质来存储和传输。
关于在此描述的处理、系统、方法、启示等，应理解的是，尽管这种处理的步骤等已被描述为根据特定的有序顺序发生，但是这种处理可利用以与在此描述的顺序不同的顺序执行的所述步骤来实施。还应理解的是，可同时执行特定的步骤，可添加其它步骤，或者可省略在此描述的特定的步骤。换句话说，处理的描述是为了示出特定的实施例的目的而在此被提供，并且不应以任何方式被解释为限制权利要求。
虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述本发明的所有可能形式。更确切地说，说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。此外，可将各种实现的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (19)

1.一种系统，包括：
车辆传感器，指示航向角；
多个座椅区域，每个座椅区域包括指示座椅角度的方向传感器；
位于所述多个座椅区域中的一个座椅区域内的组件，被配置为：
提供描述适用于所述一个座椅区域的命令和相关的空中手势的界面信息；
响应于个人装置检测到相应的空中手势，考虑所述航向角和所述座椅角度，执行所述命令中的一个。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述方向传感器被配置为：将所述座椅角度指示为相对于所述航向角的偏移。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述车辆传感器被配置为：将所述航向角指示为相对于磁场北极的偏移。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述组件是显示屏幕，其中：如果所述空中手势是从右向左的运动，则所述命令是移向下一个的命令；如果所述空中手势是从左向右的运动，则所述命令是移向上一个的命令。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述组件是扬声器，其中：如果所述空中手势是从下向上的运动，则所述命令是增大音量的命令；如果所述空中手势是从上向下的运动，则所述命令是减小音量的命令。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述组件还被配置为：接收用户选择，以调用针对所述命令的所述空中手势的接受。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述用户选择包括以下项中的一个或更多个：选择所述组件的控制件；确定来自所述个人装置的增强的信号强度指示所述个人装置接近所述组件。
8.一种方法，包括：
使用个人装置的方向、相对于磁场北极的车辆航向以及针对所述个人装置所在的座椅区域的方向角，调整来自个人装置的手势输入，以创建所述座椅区域中的车内组件的参考系中的加速度数据；
当所述加速度数据与空中手势库中的空中手势匹配时，向所述组件发送与匹配的空中手势对应的命令。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：根据嵌入所述座椅区域的座椅中的方向模块来确定所述车辆的所述座椅区域的方向角，其中，所述方向模块提供关于所述座椅区域相对于车辆航向的偏移的方向角的数据。
10.如权利要求8所述的方法，还包括：从所述车内组件接收描述命令和针对所述命令的相应的空中手势的界面信息。
11.如权利要求8所述的方法，还包括：
将所述库中的空中手势预处理成簇，其中，每个簇具有定义的质心；
利用隐马尔可夫模型来确定所述加速度数据的点；
将所述空中手势匹配为所述库中的在所述点和所述定义的质心之间具有最小笛卡尔距离的空中手势。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：确保所述点在所述定义的质心的半径内，以确认对所述空中手势的识别。
13.如权利要求8所述的方法，还包括：
从所述车辆的罗盘获得磁场北极；
从所述车辆的座椅区域中的方向传感器获得所述方向角。
14.如权利要求8所述的方法，还包括：对所述加速度数据进行归一化，以去除重力影响。
15.如权利要求8所述的方法，还包括：为了传达已准备好识别空中手势，启动以下操作中的一个或更多个：播放声音、驱动触觉反馈装置。
16.一种装置，包括：
处理器；
加速度传感器；
方向传感器；
无线收发器；
存储器，存储手势检测服务和应用；
其中，所述手势检测服务包括当被所述处理器执行时使得所述处理器执行以下操作的指令：根据来自所述加速度传感器和所述方向传感器的数据来检测车辆的乘员执行的空中手势；所述应用包括当被所述处理器执行时使得所述处理器执行以下操作的指令：使用所述无线收发器从车辆组件接收描述命令和针对所述命令的相应的空中手势的界面信息，利用所述手势检测服务来确定所述空中手势何时被执行，并响应于所述手势检测服务确定针对所述命令中的一个命令的相应的空中手势被执行，使用所述无线收发器向所述车辆组件发送所述命令中的所述一个命令。
17.如权利要求16所述的装置，其中，所述手势检测服务还被配置为：在根据所述装置的方向、车辆的航向角以及车辆中的所述装置所在的座椅区域的方向角定义的参考系中创建加速度数据，从而所述加速度数据考虑了所述航向角、所述方向角和所述装置的方向。
18.如权利要求17所述的装置，其中，所述手势检测服务包括当被所述处理器执行时使得所述处理器执行以下操作的指令：
将空中手势库中的空中手势预处理成簇，其中，每个簇具有定义的质心；
利用隐马尔可夫模型来确定所述加速度数据的点；
将所述空中手势匹配为所述库中的在所述点和所述定义的质心之间具有最小笛卡尔距离的空中手势。
19.如权利要求18所述的装置，其中，所述手势检测服务包括当被所述处理器执行时使得所述处理器执行以下操作的指令：确保所述点在所述定义的质心的半径内，以确认对所述空中手势的识别。
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