CN108268131A - 用于手势辨识的控制器及其手势辨识的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于手势辨识的控制器，其包含一握把本体、一操控组件及一感测组件。握把本体包含一头端部及相对于头端部设置的一握持部，握持部包含多个手指接触区域。操控组件设置于头端部，感测组件包含多个手指传感器，分别设置于握持部的该多个手指接触区域中。本发明另提出一种手势辨识的方法，其包含：自一控制器接收一手指动作信号，手指动作信号是由控制器的多个手指传感器的至少其中之一感测到使用者的多个手指的至少其中之一接触或接近控制器而产生；以及根据手指动作信号来判断手指所构成的一手势，并产生对应手势的一手势信号。

Description

用于手势辨识的控制器及其手势辨识的方法
【技术领域】
本发明是关于一种用于手势辨识的控制器及其手势辨识的方法。
【背景技术】
在虚拟现实的体验(例如游戏或教育)中，使用者的肢体动作可由若干个动作传感器来检测，然后同步地表现于虚拟现实的立体影像中，为用户带来沉浸体验，彷佛自身处于虚拟现实中。而现有的虚拟现实的设备中，所使用的动作传感器大多是检测使用者的主要动作，例如检测头部的移动及转向、手部或手臂的移动及摆动等。
对于使用者的细部动作，例如手指的动作，若能进一步检测并同步地表现于虚拟图像中，应可带给使用者更佳的沉浸体验。目前已有将动作传感器设置于一手套中的技术，然后使用者穿戴该手套后即可检测手指的动作。然而，使用者穿戴手套时难免会觉得麻烦，闷热，且手套尺寸为固定，难以配合不同大小的使用者的手掌。
【发明内容】
本发明的一目的在于提供一种用于手势辨识的控制器及一种手势辨识的方法，其借由感测使用者的手指接触或接近控制器与否来判断出使用者的手势。本发明的又一目的在于，该控制器及方法可适应不同手部大小的使用者而判断其所构成的手势。本发明的另一目的在于，根据该控制器及方法所判断出的使用者的手势可应用于虚拟现实等互动应用中。
为达上述目的，本发明提出的控制器包含：一握把本体，其包含一头端部及相对于头端部设置的一握持部，握持部包含多个手指接触区域；一操控组件，其设置于头端部；以及一感测组件，其包含多个手指传感器，分别设置于握持部的多个手指接触区域中。
于一实施例中，握把本体更包含一扣附部，扣附部包含一上端与相对于上端设置的一下端，其中，上端连接至头端部及/或下端连接至握持部。
于一实施例中，感测组件更包含一生理传感器，设置于扣附部上。
于一实施例中，握持部包含一容置区及一盖板，多个手指传感器设置于容置区中，而盖板遮蔽容置区及多个手指传感器。
在一实施例中，盖板包含多个开孔，该多个开孔的位置分别对应该多个手指传感器。
于一实施例中，多个手指传感器的每一个包含一近接感测组件、一电容式触控组件、一电阻式触控组件、一电感式触控组件、一压力感测组件或一光学式触控组件。
于一实施例中，多个手指接触区域包含一中指接触区域、一无名指接触区域及一小指接触区，各至少对应多个手指传感器的其中一个。
于一实施例中，无名指接触区域及小指接触区各至少对应该多个手指传感器的其中两个。
于一实施例中，多个手指接触区域更包含一食指接触区域，至少对应该多个手指传感器的其中一个。
于一实施例中，头端部包含一拇指接触区域，至少对应该多个手指传感器的其中一个。
为达上述目的，本发明所提出的手势辨识的方法包含步骤如下：自一控制器接收一手指动作信号，其中，控制器包含多个手指传感器，而手指动作信号是由多个手指传感器的至少其中之一感测到一使用者的多个手指的至少其中之一接触或接近控制器而产生；以及根据手指动作信号来判断多个手指所构成的一手势，并产生对应该手势的一手势信号。
于一实施例中，手指动作信号是由该多个手指传感器的至少其中之一感测到多个手指的至少其中之一从控制器离开而产生。
于一实施例中，根据手指动作信号来定义该多个手指接触控制器的一范围。
于一实施例中，中止位于范围之外的手指传感器运作。
于一实施例中，手指动作信号包含一第一信号、一第二信号及一第三信号，各由多个手指传感器的其中之一或数个感测到该多个手指的一中指、一无名指及一小指的其中之一接触或接近控制器而产生。
于一实施例中，手指动作信号包含一第四信号，由该多个手指传感器的其中之一或数个感测到多个手指的一食指接触或接近控制器而产生。
于一实施例中，手指动作信号包含一第五信号，由该多个手指传感器的其中之一或数个感测到该多个手指的一拇指接触或接近控制器而产生。
于一实施例中，自控制器接收一生理信号，其中，控制器包含一生理传感器，而生理信号是由生理传感器感测使用者的一手背而产生。
为让上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文是以较佳的实施例配合所附图式进行详细说明。
【附图说明】
图1A为依据本发明第1较佳实施例的控制器的立体图；
图1B为依据本发明第1较佳实施例的控制器的示意图；
图2为图1的控制器包含一扣附部的示意图；
图3为图1的控制器包含另一扣附部的示意图；
图4至图6分别为图2的控制器被手部尺寸不同的使用者握持的示意图；
图7及图8分别为本发明第2较佳实施例的控制器的侧视图及正视图；
图9为图7的控制器被使用者握持的示意图；
图10为依据本发明较佳实施例的手势辨识的方法的步骤流程图；
图11A至图11D为使用者的不同手势及一虚拟现实的提供装置因应该手势而显示出的影像的示意图。
【符号说明】
10 控制器
20 控制器
100 握把本体
101 处理器
102 通信模块
110 头端部
120 握持部
122 手指接触区域
122a 中指接触区域
122b、122b’ 无名指接触区域
122c、122c’ 小指接触区域
122d 食指接触区域
122e 拇指接触区域
124 容置区
126 盖板
130 扣附部
132 上端
134 下端
200 操控组件
300 感测组件
310、310’ 手指传感器
320 生理传感器
500 手势
501 手势信号
503 手势影像
600、600’ 范围
D1 第一方向
D2 第二方向
【具体实施方式】
请参阅图1A，其为依据本发明的第1较佳实施例的控制器10的立体图，控制器10可与虚拟现实的提供装置(图未示，可包含一头戴式显示器及主机的组合)搭配使用，其中，使用者的手指动作能被控制器10检测，然后由提供装置根据检测到的手势来同步呈现对应的影像与执行相对应的指令；控制器10亦可与一游戏主机(图未示)配合使用。此外，控制器10亦可具备感测使用者的手部旋转、移动等动作的技术，此技术的实现方式应属本技术领域所知悉者，故不予累述。
控制器10可包含一握把本体100、一操控组件200及一感测组件300，各组件的技术内容依序说明如下。
握把本体100结构上包含一头端部110及相对于头端部110设置的一握持部120，而操控组件200至少设置于头端部110，感测组件300至少设置于握持部120。更具体而言，沿着一第一方向D1量测，头端部110较为短，握持部120相对地较长，而沿着一第二方向D2(其与第一方向垂直)量测，头端部110较为宽，握持部120相对地较窄。此种尺寸配置可让用户握持握把本体100时，使用者的拇指及虎口便于扣住头端部110，其他四指便于握住握持部120，其中，拇指可操控头端部110上的操控组件200，而中指、无名指及小指可接触握持部120，食指可选择性地操控操控组件200或接触握持部120。此外，握把本体100被使用者握持时，其不会包覆使用者的手指，故使用者能轻松、快速地握持或放开该握把本体100。
握持部120还包含多个手指接触区域122，其为握持部120之外表面可被使用者的手指弯曲接触到的区域。由于不同使用者有不同尺寸的手部(包含手掌及手指)，故手指接触到握持部120之外表面的位置亦会不同；手指接触区域122可定义成对应多数个使用者的手指可能会接触到的区域，不局限对应于单一使用者的手部尺寸。本实施例中，该多个手指接触区域122可沿着第一方向D1排列，定义出一长条区域。此外，头端部110也可包含手指接触区域(图未示)，以对应拇指及食指的接触。
操控组件200设置于头端部110，俾以用户通过操控制组件200来输入控制信号至虚拟现实的提供装置。操控组件200可包含按钮、旋钮、游戏杆及/或触摸板等组件，以提供用户多样化的操控方式。操控组件200除了可设置于头端部110，亦可设置于握持部120上，位于手指接触区域122之外(如后述图7所示的第2实施例)。
感测组件300可包含多个手指传感器310，分别设置于握持部120的该多个手指接触区域122中(亦可能设置于头端部110的手指接触区域)。每一个手指接触区域122中，可设置有一个或多个手指传感器310，因此手指传感器310的数目不小于手指接触区域122的数目。该多个手指传感器310可感测手指接触、接近或离开手指接触区域122，借以输出不同内容的手指动作信号；每一个手指传感器310包含一近接感测组件、一电容式触控组件、一电阻式触控组件、一电感式触控组件、一压力感测组件及一光学式触控组件的其中之一或其组合；本实施例是以应用红外线的近接感测组件为例。另外，手指传感器310亦可能感测手指的按压力道，借以输出包含力量信息的手指动作信号。
握持部120可选择地包含一容置区124及一盖板126，容置区124可为一凹槽，该多个手指传感器310可设置于容置区124中，而盖板126设置于容置区124上，以遮蔽容置区124及该多个手指传感器310。依据手指传感器310的种类，盖板126的性质及结构亦有所不同；例如为近接感测组件时，盖板126可为透光者(可为半透明)，以不阻挡红外线；例如为电容式触控组件时，盖板126可作为电容式触控组件的一部分(感测层)。透过盖板126的设置，控制器10可具有较整洁、平顺之外观，但不以此为限。另外，盖板126亦可依手指传感器310的技术特性，设置有多个开孔(图未示)，手指传感器310可部分地容置于开孔中(即，部分地突出于开孔外)，换言之，该多个开孔的位置配置是对应该多个手指传感器310的位置配置，以使手指传感器310可通过开孔来感测手指的动作；借此，在某些操作情况下，手指传感器310可被手指碰触而直接检测手指的动作并产生相对应的信号。
请参阅图1B，握把本体100还可包含一处理器101及一通信模块102，两者可设置于头端部110及/或握持部120的壳体内。处理器101可与操控组件200及感测组件300电性连接，其用以控制操控组件200及感测组件300的运作及处理所产生的信号；处理器101可为中央处理器(CPU)、微处理器(microprocessor)或其他本领域所知悉的处理器。通信模块102亦电性连接至处理器101，用以将操控组件200及感测组件300所产生的信号以有线或无线方式传递至外部的虚拟现实的提供装置；若为无线者，通信模块102可为红外线通信模块、无线射频通信模块、GPRS/CDMA通信模块、Wi-Fi通信模块或其他本领域所知悉通信模块。
请参阅图2所示，结构上握把本体100可选择地更包含一扣附部130，其包含一上端132与相对于上端132设置的一下端134，上端132可连接、固定至头端部110，而下端134未有连接至握持部120；亦可采上端132未有连接至头端部110，而下端134连接固定至握持部120的方式。当使用者的手部穿置于控制器10时，使用者的手掌位于扣附部130及握持部120之间，而使用者手部的虎口处被两者夹置；如此，使用者的拇指及食指既使没有握住握持部120或头端部110，而剩下的三指亦没有握住握持部120，于此状况下，握把本体100整体也不易从手掌掉落。借此，使用者的所有手指皆可相对于握把本体100移动，以做出多种手势。
请参阅图3所示，于另一实施态样中，扣附部130的上端132及下端134皆分别连接至头端部110及握持部120，如此可将握持本体100附挂于使用者的手部的虎口处，更使握持本体100不易脱落。扣附部130可应使用需求采取一硬质或软质材料制作，例如扣附部130设置成可调整松紧的环带，以因应不同手部尺寸的使用者。
另外，感测组件300更可包含一生理传感器320，且设置于扣附部130，以于使用者握持该握把本体100时，使用者的手背监测使用者的脉搏、体温等生理数据，然后传递给虚拟现实的提供装置。借此，使用者的生理反应亦可实时反映于虚拟现实中，以提升操作乐趣。
请参阅图4至图6，以下将进一步说明手指接触区域122及手指传感器310的技术内容。如图4所示，若一手部尺寸较小的使用者握持该握把本体100时，使用者的中指、无名指及小指接触到握持部120所定义出的手指接触区域122，其包含一中指接触区域122a、一无名指接触区域122b及一小指接触区域122c；由于手指及/或手掌较窄，中指接触区域122a、无名指接触区域122b及小指接触区域122c相应地较小，各对应到一个手指传感器310。
如图5所示，若一手部尺寸较大的使用者握持该握把本体100时，使用者的中指、无名指及小指接触到握持部120所定义出的手指接触区域122，其包含一中指接触区域122a、一无名指接触区域122b’及一小指接触区域122c’；由于手指及/或手掌较宽，中指接触区域122a、无名指接触区域122b’及小指接触区域122c’相应地较大，可对应一个或两个以上的手指传感器310。
由此可知，控制器10可依据使用者的手部尺寸不同，动态地定义手指接触区域122的位置及/或所对应的手指传感器310。另一方面，相邻的两手指接触区域122的中的手指传感器310的感测范围可不重叠，但同一根手指却可被相邻的手指传感器310所分别定义；为此，手指传感器310的感测范围较佳地应较小。手指传感器310以红外线的近接感测组件为例，其感测范围较佳地不超过光轴的正负10度内。
如图6所示，若使用者的食指及/或拇指的动作亦需感测，手指接触区域122亦可相应地定义有包含一食指接触区域122d及/或一拇指接触区域122e；食指接触区域122d是为握持部120所包含者，而拇指接触区域122e是为头端区110所包含者，然而，头端区110亦可能包含另一食指接触区域(图未示)。依据手指的尺寸，食指接触区域122d及拇指接触区域122e各可对应至少一个或两个手指传感器310。
当中指接触区域122a、无名指接触区域122b(122b’)及小指接触区域122c(122c’)、食指接触区域122d及拇指接触区域122e因应不同手部尺寸而定义出后，位于其中的手指传感器310可感测所对应的手指的动作(即手指接触、接近或离开握把本体100)。
请参阅图7及图8，其是为依据本发明第2较佳实施例的控制器20的左侧视图及正视图，控制器20与控制器10大致上相似，因此两者的技术内容可相互参考。控制器20与控制器10除了握把本体100之外型不同外，其操控组件200可设置于握持部120，且其手指传感器310’的配置与数量亦有不同。
更具体而言，感测组件300所包含的手指传感器310’的数目较多，且该多个手指传感器310’排列较为密集。请参阅图9，借此，使用者握持该控制器20时，其手指无论接触或接近握持部120的何处，都有手指传感器310’能感测该手指，不会因为手指刚好放置于两个手指传感器310’之间而无法被感测。
以上为依据本发明较佳实施例的用于手势辨识的控制器的技术内容说明，接着将说明依据本发明另一较佳实施例的手势辨识的方法。该手势辨识的方法可借由上述较佳实施例的控制器(或技术内容实质相同的其他控制器)来实现，故该方法的技术内容与控制器的技术内容可相互参考，重复的部分将省略或简化。
手势辨识的方法可由一处理器来执行，例如由控制器10本身的处理器101(如图1B所示)来执行，或是虚拟现实的提供装置等外部装置的中的处理器(图未示)来执行，或者由两处理器配合执行。以下将以控制器10为例来更具体地说明手势辨识的方法的步骤。
请参阅图10及图1A所示，首先执行步骤S101，即处理器自控制器10接受一手指动作信号，手指动作信号是由手指传感器310的至少其中之一感测到一使用者的多个手指的至少其中之一接触或接近控制器10而产生。申言之，使用者的任何一个手指接触到控制器10的握把本体100时，相对应的手指接触区域112中的手指传感器310会产生一信号；使用者的手指接近但未有接触握把本体100时，手指传感器310亦可产生一信号，该信号之内容因应手指与握把本体100的距离而不同。因此，该手指动作信号可包含各手指是否碰触到握把本体100、手指相对于握把本体100的远近等数据或信息。
此外，手指动作信号亦可因应手指传感器310的至少其中之一感测到使用者的手指离开控制器10的握把本体100而产生。申言之，使用者的手指从握把本体100离开时，手指传感器310亦可产生对应内容的信号，借此后续步骤能判断手指接触握把本体100的时间。
手指动作信号可定义成包含一第一信号、一第二信号及一第三信号，分别由手指传感器310的其中之一或数个感测到使用者的中指、无名指及小指的其中之一接触、接近或离开控制器10而产生；举例而言，中指接触区域122a(如图4所示)的中的手指传感器310感测到中指接触、接近或离开中指接触区域122a时，可产生第一信号。若食指及/或拇指的动作亦有感测时(如图7所示)，手指动作信号可定义成更包含一第四信号及/或一第五信号，第四信号由手指传感器310的其中之一或数个感测到使用者的食指接触接近或离开控制器10而产生；第五信号由手指传感器310的其中之一或数个感测到拇指接触接近或离开控制器10而产生。
此外，使用者可将中指至小指皆接触握把本体100，中指至小指会接触握把本体100的不同处，而该处的一个或数个手指传感器310会产生信号，俾以定义出对应该使用者的手部尺寸的中指接触区域122a、无名指接触区域122b(122b’)及小指接触区域122c(122c’)，如图4或图5所示。使用者亦可将食指及/或拇指接触握把本体100，以定义出食指接触区122d及拇指接触区122e，如图6所示。
请参阅图10及图11A～11D，接着执行步骤S103，即根据所接收的手指动作信号来判断该多个手指所构成的一手势500，并产生对应手势500的一手势信号501。申言之，手指动作信号包含各手指是否碰触握把本体100、各手指相对于握把本体100的远近等数据或信息，处理器可综合该多个数据或信息判断出该多个手指所构成的各种手势500，然后产生对应该手势500的手势信号501。
虚拟现实的提供装置可接收、应用该手势信号501，使虚拟现实或电子游戏中的虚拟角色进行抓取、丢捡、握放、击球、弹琴、射箭、拳击、猜拳等手势动作，亦可同步显示相对应的手势影像503。
于其他实施态样中，手势辨识的方法更可包含以下步骤：处理器接收手指动作信号后，可根据手指动作信号来定义该多个手指接触控制器的一范围。例如图4所示者，使用者的手部较小时，控制器10的握持部120的中的五个手指传感器310的其中三个有感测到手指接触，故可定义范围600涵盖三个手指传感器310；例如图5所示者，使用者的手部较大时，握持部120的五个手指传感器310都有感测到手指接触，故可定义范围600’涵盖五个手指传感器310。范围600(600’)亦可视为包含中指接触区域122a、无名指接触区域122b(122b’)及小指接触区域122c(122c’)。
定义出范围600后，手势辨识的方法可更包含：中止位于范围600(600’)之外的手指传感器310的运作。也就是，由于手部较小，范围600之外的手指传感器310应难以被手指接触到(或仅仅是被手指不小心碰触到)，故中止范围600(600’)外的手指传感器310的运作，可节省电能，亦可减少手势判断的误差。
除此之外，手势辨识的方法更可包含：自控制器10接收一生理信号，该生理信号是由生理传感器320(如图2或图3所示)感测使用者的手背而产生。
上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以申请专利范围为准。

Claims (18)

1.一种用于手势辨识的控制器，其特征在于，包含：
一握把本体，包含一头端部及相对于该头端部设置的一握持部，该握持部包含多个手指接触区域；
一操控组件，设置于该头端部；以及
一感测组件，包含多个手指传感器，该多个手指传感器分别设置于该握持部的该多个手指接触区域中。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，该握把本体更包含一扣附部，该扣附部包含一上端与相对于该上端设置的一下端，其中，该上端连接至该头端部及/或该下端连接至该握持部。
3.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，该感测组件更包含一生理传感器，设置于该扣附部上。
4.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，该握持部包含一容置区及一盖板，该多个手指传感器设置于该容置区中，而该盖板遮蔽该容置区及该多个手指传感器。
5.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，该握持部包含一容置区及一盖板，该多个手指传感器设置于该容置区中，该盖板包含多个开孔，该多个开孔的位置分别对应该多个手指传感器的位置。
6.如权利要求1至5任一所述的控制器，其特征在于，该多个手指传感器的每一个包含一近接感测组件、一压力感测组件、一电容式触控组件、一电阻式触控组件、一电感式触控组件或一光学式触控组件。
7.如权利要求1至5任一所述的控制器，其特征在于，该多个手指接触区域包含一中指接触区域、一无名指接触区域及一小指接触区域，各至少对应该多个手指传感器的至少其中一个。
8.如权利要求7所述的控制器，其特征在于，该无名指接触区域及该小指接触区各对应该多个手指传感器的至少其中两个。
9.如权利要求1至5任一所述的控制器，其特征在于，该多个手指接触区域更包含一食指接触区域，对应该多个手指传感器的至少其中一个。
10.如权利要求7所述的控制器，其特征在于，该头端部包含一拇指接触区域，该多个手指传感器的其中一个设置于该拇指接触区域中。
11.一种手势辨识的方法，其特征在于，包含：
自一控制器接收一手指动作信号，其中，该控制器包含多个手指传感器，而该手指动作信号是由该多个手指传感器的至少其中之一感测到一使用者的多个手指的至少其中之一接触或接近该控制器而产生；以及
根据该手指动作信号来判断该多个手指所构成的一手势，并产生对应该手势的一手势信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该手指动作信号亦由该多个手指传感器的其中之一感测到该多个手指的至少其中之一从该控制器离开而产生。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，更包含：根据该手指动作信号来定义该多个手指接触该控制器的一范围。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，更包含：中止位于该范围之外的该手指传感器运作。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该手指动作信号包含一第一信号、一第二信号及一第三信号，分别由该多个手指传感器的其中之一或数个感测到该多个手指的一中指、一无名指及一小指的其中之一接触或接近该控制器而产生。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该手指动作信号更包含一第四信号，由该多个手指传感器的其中之一或数个感测到该多个手指的一食指接触或接近该控制器而产生。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，该手指动作信号更包含一第五信号，由该多个手指传感器的其中之一或数个感测到该多个手指的一拇指接触或接近该控制器而产生。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，更包含：自该控制器接收一生理信号，该控制器包含一生理传感器，而该生理信号是由该生理传感器感测该使用者的一手背而产生。
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