CN1894655A - 人机界面的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种人机界面的方法包括：和属于界面对象(5)的活动区域(10)产生物理互动，该活动区域与预定的信息项目相关联，通过测量至少一种物理量来检测该互动所发生的活动区域，以及将每个检测到的互动和对应活动区域的预定的信息项目相关联。为一段预设的、有限的时间长度该活动区域被定义，并且其在该段预设长度的时间之末被无效，而且当该活动区域被无效的同时检测到和该界面对象发生互动时，则自动地重新定义该活动区域作为第一次检测到的互动的函数。

Description

人机界面的方法和设备

技术领域

本发明涉及人机界面(man-machine interface)的方法和设备。

背景技术

更具体地，本发明涉及的人机界面的方法包括：和属于界面对象(interface object)的活动区域(active zones)产生物理互动(interactions)，该活动区域与预定的(predetermined)信息项目(items of information)相关联；通过测量至少一种物理量来检测所述互动发生的活动区域；将每个检测到的互动和对应于所述交互发生的活动区域的预定的信息项目相关联。

文献FR-A-2 811 107描述了上述方法的一个例子。但是这种方法的缺点是随着时间流逝会发生漂移，特别是漂移成为界面对象周围环境，尤其是温度，中发生的老化和变化的函数。最终，这造成人机界面发生故障。

发明内容

本发明的目的就是为了弥补上述缺点。

为了这个目的，根据本发明，这样的一种方法的特征在于，为一段预设的有限的时间长度该活动区域被定义，且该活动区域在该段预设长度的时间之末被无效；特征还在于该活动区域被无效后，当检测到和该界面对象发生互动时，则自动地重新定义该活动区域作为第一次检测到的互动的函数。

通过上述布置，活动区域被有规律地重新定义，从而避免了上述的漂移的问题。

在本发明方法的不同的实施例中，也可以选择使用下列部署(dispositions)：

·当所述活动区域被无效的同时检测到和该界面对象发生互动时，则仅当检测到预设的互动的初始序列，才自动地重新定义该活动区域；

·所述预设的互动的初始序列包括在一段短于预设持续时间(duration)的时间间隔(time interval)内，界面对象上同一位置的两个连续的互动；

·该两个连续的互动的位置确定了第一活动区域；

·在紧接着该初始序列的重新定义活动区域的阶段内，在该预设的初始互动序列之后，在K个第一待检测互动的位置K个活动区域被定义(这样定义了总共N个活动区域，如果初始序列定义了一个活动区域，则其等于K或K+1，或者如果初始序列定义了p个活动区域，则其等于K+p)；

·如果在一个所检测到的互动之后的一段预设时间(timeout)内没有检测到后续的互动，则中断重新定义活动区域的阶段；

·在重新定义活动区域的阶段内，当测量的物理量受一大于第一预设阈值(limit)的变量的支配，则在活动区域检测到一互动，并且在重新定义活动区域的阶段之后，当测量的物理量受一大于第二预设阈值，而该第二预设阈值小于第一预设阈值，的变量的支配，则在活动区域检测到一互动；

·在重新定义活动区域的阶段内，当测量的物理量受一用于一个长于第一预设持续时间阈值的持续时间(duration)的变量的支配，则在活动区域检测到一互动，并且在重新定义活动区域的阶段之后，当测量的物理量受一用于一个长于第二预设持续时间阈值的持续时间的变量的支配，而该第二预设时间阈值小于第一时间预设阈值，则在活动区域检测到一互动；

·当活动区域无效的同时检测到与界面对象发生的互动时，则在一记录阶段内记录下P个第一检测到的互动，其中P是一个预设的非零整数，且Z个活动区域被自动重新定义成P个第一检测到的互动的函数，Z是一个小于P的非零整数，相应于在不同区域检测到的互动的数量，并且然后确定对应于P个第一检测到的互动的预设信息项目；

·如果在一段小于预设的超时持续时间(timeout duration)的时间段内，P个第一互动中的一个之后并未跟随有一随后的互动，则中断记录阶段；

·当活动区域无效的同时检测到与界面对象发生的互动时，则在一记录阶段内记录下P个第一检测到的互动，P是一个预设的非零整数，当互动P大致等于记录阶段的第一互动时，该记录阶段终止，且P-1个活动区域被自动地重新定义作为对应于在不同区域检测到的互动的数量的P个第一检测到的互动的函数，并且然后确定与P-1个重新定义的活动区域相对应的预设的信息项目，所述信息项目取决于数量P-1；

·活动区域集合被分成许多组，当在属于被无效的一组活动区域的活动区域内检测到与界面对象的互动时，所述组活动区域的所述活动区域被以与其它组活动区域无关的方式、连续地、自动地重新定义；

·当活动区域无效的同时检测到与界面对象发生的互动时，所述活动区域被连续地、自动地重新定义作为待连续检测的第一互动的函数，检测到的互动实质地同步与预设的信息项目相关联；

·测量的物理量选自一声波(soundware)、一机械应力(mechanicalstrain)、一定量的反向散射光(back-scattered light)以及一电场(electricfield)。

本发明也提供了一种人机界面的设备，其特别适合实施上述方法。

附图说明

本发明的其他特征和优点体现在以下参照附图对于实施例的描述中，其范围不限于实施例。附图为：

图1是能应用本发明方法的包括声学(acoustic)界面对象的设备的立体图；

图2是图1所示设备的方框图。

在不同的图中，相同的附图标记代表相同或相似的元件。

具体实施方式

图1显示了应用本发明的设备1，例如，包括：

·微机中央单元(CPU)2；

·连接CPU2的显示屏3；

·在本例中，能够向CPU2传送信息的人机界面4。

人机界面4包括一立体(solid)界面物5，在本例中其由工作台构成，通过撞击其表面9可传播声波，特别是如法国专利申请No.02/07208所述。

然而，界面对象也可以由任何其它的异质或同质的物体构成，可以是一体化的，也可以是组装到一起的几个部件，或者只是互相接触的几个部件，比如：窗、窗玻璃、门、便携式写字板、计算机显示屏、显示板、互动终端、玩具、汽车的仪表板、飞机座椅或汽车前座椅靠背后表面、墙壁、地板、汽车保险杠(由声学界面传送的消息，然后是保险杠上撞击的位置)等等。

至少有一个声音传感器6固定在物体5上，借助电缆8或其它传输设备(无线、红外、或其它)，该声音传感器6连接CPU2的麦克风输入口7，从而接收声波并将之传输到CPU2。在本例中，只有一个传感器6，但是，也可以不超过本发明的范围而使用多个传感器。

举例来讲，声音传感器6可能是压电传感器或其它种类的传感器(比如，电容传感器、磁力控制传感器、电磁传感器、速率式话筒、光学传感器[激光干涉仪、激光测振计、......]、等等)。举例来讲，其可用作测量物理量，诸如在形成声学界面的物体5内传播的声波而发生位移(displacements)的幅度(amplitudes)，或者是上述位移的速度(velocities)或加速度(accelerations)。传感器6也可以是测量由在物体5内传播的声波造成的压力变化的压力传感器。

在物体5的外表面9(特别是在图1的例子中构成该物体5的桌子的上表面)的至少一部分之上，定义有N个活动区域10，N一般大于1，活动区域无需在物理上定义，而可以由物理标记或向表面9投射影像形成的光标记来定义。

不同的活动区域10可以仅仅是与表面9的其余部分相同的表面9的一部分。但是这些活动区域彼此不同，同时与表面9的其余部分不同，因此和区域10之一发生的互动(例如撞击)产生的声音信号与和另一活动区域10或表面9的其它部分发生撞击产生的信号不同。

每个活动区域10与用户希望传至中央处理器2的预设信息相关。该信息可以是：命令、数字、字幕、表面9上的位置、或任何其它可借助传统的输入界面(比如键盘、控制钮、鼠标等等)传到微机(或其它电子设备的CPU)之类的电子设备的信息。

该信息可能是非明确的，或者可能由表面9上的标记10a(就像定义区域10的标记，可以物理地将该标记在表面9上使用，或者以光影像的形式投射到该表面9上)来直接指出。

请注意的是，与每个活动区域10的预设信息相关的要么总是一样的，要么可以作为CPU2上一程序运行的函数而变化，或者基于先前作用于其它活动区域10的动作(比如某些活动区域10可能被启动(actuate)以改变赋于一个或多个随后被启动的活动区域10的函数，具体来说，目的可以是获取特殊的函数、特殊的字、或使用大写字母)。在任何情况下，只要信息在每个活动区域10被启动的最后一刻被确定，该信息就是预设信息。

物体5的不同的活动区域10由此构成了真正的虚拟键盘，可以由敲击活动区域而被激活，可以用指甲、指尖或钢笔、铁针之类的工具进行敲击。

如图2所示，传感器6(SEN.)一般通过输入口7连接放大器11，该放大器连接模数转换器(A/D)12，该转换器将接收到的信号传送到CPU2的处理器13，该CPU的处理器本身连接一个或多个存储器(MEM.)14且控制上述显示屏3(SCR.)或任何其它用于将信息回馈给用户的输出界面。

请注意可将声学界面4用作向除为处理器之外的任何电子设备，例如，专业或家用电子设备、房门密码板、车用CPU等等，输入信息的界面。在任何情况下，传感器产生的电子信号可以在电子设备中处理，也可以在外接的数字信号处理器(DSP)设备上使用。

进一步地，测量的物理量不必是声波，也可以是：

机械应力(为此目的，使用安设在界面对象5的不同位置的一个或多个应变计)；

一定量的反向散射光(比如，当设备包括一个红外线设备或其他发射器，用于向表面9发射一振幅受控的光线[例如，40千赫兹(kHz)]，且例如，当用户与该光线互动[例如将手指放在表面9的物体上]，则使用一个或两个[或多个]光学传感器来测量该反向散射光)；或

电场，特别是靠近表面9的天线发射出的、并被一个或多个传感器接收的高频电场(大约100kHz)，该电场由用户的手指或其它表面9上的物体的压力(prensence)所更改。

根据本发明，为一段预设的有限的时间长度(比如几分钟或几小时，取决于用途)活动区域10被定义，并且其在该段预设长度的时间之末被微机2或其它设备所无效；当该活动区域被无效的同时检测到和界面对象5发生互动时，则微机2或其它设备自动地重新将所述活动区域定义作为传感器6在表面9上检测到的第一互动的函数，从而避免了在一段时间内界面漂移的问题。

本发明方法的第一实施例中，当该活动区域10被无效的同时检测到和该界面对象5发生互动时，仅当检测到预设的初始互动序列，例如，在界面对象的同一位置两次连续的互动，且两者之间的时间间隔小于预设的持续时间(比如几秒)，才自动地重新定义该活动区域。两次互动在相同位置发生意味着传感器6会接收到相同的声音信号。

所述两个连续的互动的位置可以进一步确定第一活动区域10，换句话说，在正常操作时，当微机2识别到在所述两个连续的互动中的每一个接收到的声音信号，其就确认对应于第一信息项目(数字、字母或其它)的第一活动区域发生了一次撞击。

在紧接着所述初始序列的重新定义活动区域的阶段内，在所述预设的互动序列之后，预设的K个活动区域被连续(in succession)定义为K个被检测到的第一互动的函数(本例中K＝N-1，或K＝N，或者如果初始序列定义了p个活动区域，则K＝N-p个活动区域)。更具体地讲，在重新定义活动区域的阶段内，用户在界面对象表面9的K个不同位置连续产生撞击，微机2记录对应每次撞击的声音信号。每个声音信号都是独特的并且特定于产生信号的撞击的位置。这样，在正常操作时，当微机2识别到在重新定义活动区域的阶段内接收到的声音信号，其就确认在对应预设信息项目(数字、字母或其它)的相应活动区域内发生了一次撞击。

对应不同活动区域的不同的信息项目内容只取决于活动区域在重新定义活动区域的阶段内受到撞击的顺序。微机2选择一些信息将其显示在显示屏3上，以便在该阶段指导用户，尤其是当活动区域被标识于界面9上时。

需要注意的是，例如，如果在检测到K-1个互动的其中之一后的一段预设超时时间(timeout)内没有检测到接下来的互动，则中断并取消重新定义活动区域的阶段。例如，超时时间(timeout)可以是几秒钟。

优选地，在重新定义活动区域的阶段内，当测量的物理量受变量的支配，该变量大于第一预设阈值，则在活动区域检测到互动，并且在重新定义活动区域的所述阶段之后，当测量的物理量受变量的支配，该变量大于第二预设阈值，而该第二预设阈值本身小于第一预设阈值，则在活动区域检测到互动。因此，在重新定义活动区域的阶段内，界面对测量的物理量的寄生(parastic)变化较不敏感，同时在接下来的使用阶段中保持敏感。这种改变界面敏感性的技术用于脉冲式物理量，例如，声音信号。

反之，当测量的物理量是“静态型”，也就是说当该量受持续时间长的变量的支配，则通过改变需要产生检测的物理量的变量的最短持续时间来改变检测敏感度。此时，在重新定义活动区域的阶段内，当测量的物理量在一段时间内受变量的支配，该段时间长于第一预设时间阈值，则在活动区域检测到互动，并且在重新定义活动区域的阶段之后，当测量的物理量在一段时间内受变量的支配，该段时间长于第二预设时间阈值(该值小于第一时间预设阈值)，则在活动区域检测到互动。当测量量是与相对长的时间内施加在表面9上的压力相适应的应力，则上述技术特别适用于一定量的被表面9附近的手指或物体反向散射的光，或者适用于被紧邻表面9的手指或物体干扰的电场。

在本发明方法的第二实施例中，当活动区域无效的同时检测到与界面对象发生的互动，则在记录阶段记录下P个第一待检测的互动，P是一个预设的非零整数，然后Z个活动区域被自动重新定义成P个第一检测到的互动的函数，其中Z是一个小于等于P的非零整数，对应于在不同区域检测到的互动(即对应不同的声音信号)，并且然后对应于P个第一检测到的互动的预设信息项目被确定；

更确切地说，在本例中，在记录阶段，在界面对象5的表面9上产生P次撞击内，微机2记录下传感器6收集的所有声音信号，这样可以实现对Z个活动区域域进行重新定义。由于每个信号对应表面9上的某个单一区域，每个与先前测量的声音信号不同的新信号就位于新的活动区域，例如，等级k(k是1到Z之间的整数)的活动区域。如果在记录阶段连续检测到相同的声音信号，则微机2将其安置到相同的k级活动区域。与该k级活动区域相关的信息项目可能只是数字(比如k)，或者是字母，或其它和每个记录下的声音信号相关的字。

当使用无标记的表面，例如开门的密码、使用软件的密码等等，则本发明的第二实施例可被优选用于输入接入码(access code)。

例如，如果存取码是1；2；1；2；3，则用户必须敲击：

表面9的第一任意位置一次；

然后表面9的第二任意位置一次；

然后第一位置第二次；

然后第二位置第二此；

然后表面9的第三任意位置一次。

如果在一段小于预设的超时时间的时间段(例如几秒)内，第一个P-1个互动中的一个之后并未跟随有随后的互动，则上述记录阶段被中断并取消。

在本发明方法的第三实施例中，当活动区域无效的同时检测到与界面对象发生的互动时，则在记录阶段记录下第一检测到的互动，直至与第一个大致相同的最后一个互动，这样产生了P个第一互动，同时自动重新定义P-1个活动区域，对应于在不同区域检测到的互动(即对应于不同的声音信号)。最后，确定对应P-1个重新定义的活动区域的预设的信息项目。适当时，这些信息项目取决于活动区域的数量P-1。

因此，例如，若P-1等于10，则对应每个预设活动区域的信息项目可以是数字0到9，其中，当P-1等于5时，则例如，活动区域对应四个方向键和一个输入键。在任何情况下，显示屏上的图案可选地可使用户看到(visualize)正在使用的功能的类型。

在合适的时候，基于初始产生的互动的数量，上述实施例能使单一的界面处理不同类型的小键盘，这些键盘的功能完全不同。

在另一实施例中，本发明可定义数组彼此可以独立使用的活动区域，例如，可以由多个用户使用，或由同一用户使用，但是对应不同的信息。为此，必须将活动区域集合分成数组(每组活动区域可以对应，例如，表面9的预设部分)。于是，当在属于被无效的一组活动区域的活动区域内检测到与界面对象的互动时，所述被无效的一组活动区域的活动区域被以与其它组活动区域组无关的方式连续地、自动地重新定义。

在另一实施例中，当活动区域无效的同时检测到与界面对象发生的互动时，该活动区域被连续地、自动地重新定义成连续检测到的第一互动的函数，且检测到的互动实质上同步地与预设的信息项目相关联。这样就可以激活设备，或与信息的项目相关联，而无需从重新定义物体活动区域开始。例如，若本方法用于启动门或帘子，可以在物体上产生撞击来重新激活该区域。撞击会使帘子同步关闭。，该活动区域上的并在一段特定时间内生成的新撞击会停止上述的关闭动作，或相反拉开帘子。当这段特定时间过去后，活动区域被无效。

Claims (15)

1.一种人机界面的方法包括：

·和属于界面对象(5)的活动区域(10)产生物理互动，该活动区域与预定的信息项目相关联；

·通过测量至少一种物理量来检测该互动发生的活动区域；以及

·将每个检测到的互动与检测到所述互动的活动区域相符合的预定的信息项目相关联；

本方法的特征在于，为一段预设的、有限的时间长度该活动区域被定义，且其在该段预设长度的时间之末被无效；

特征还在于当所述活动区域被无效的同时检测到和所述界面对象发生互动时，则该活动区域自动地被重新定义为第一个连续检测到的互动的函数。

2.按照权利要求1所述的方法，其中当所述活动区域(10)被无效的同时检测到和该界面对象(5)发生互动时，仅当检测到预设的初始的连续互动序列，所述活动区域才自动地被重新定义。

3.按照权利要求2所述的方法，其中，所述预设的初始互动序列包括在一段短于预设时间的时间间隔内在界面对象上的同一位置的两个连续的互动。

4.按照权利要求3所述的方法，其中，所述的两个连续的互动的位置确定了一第一活动区域(10)。

5.按照权利要求2～4中任一项所述的方法，其中，在紧接着所述初始序列的重新定义活动区域的阶段内，在所述初始的预设互动序列之后，在K个第一待检测互动的位置K个活动区域(10)被连续定义。

6.按照权利要求5所述的方法，其中，如果在一检测到的互动之后的一段预设时间内没有检测到接下来的互动，则重新定义活动区域的阶段被中断。

7.按照权利要求5或6所述的方法，其中在重新定义活动区域的阶段内，当所测量的物理量受一个大于第一预设阈值的变量的支配，则在活动区域(10)内一互动被检测到，并且在所述重新定义活动区域的阶段之后，当所测量的物理量受一个大于第二预设阈值的变量的支配，该第二预设阈值本身小于该第一预设阈值，则在活动区域内一互动被检测到。

8.按照权利要求5或6所述的方法，其中在重新定义活动区域的阶段内，当所测量的物理量受一用于一段长于第一预设持续时间阈值的持续时间的变量的支配，则在活动区域内一互动被检测到，并且在所述重新定义活动区域的阶段之后，当所测量的物理量在受一用于一段长于第二预设持续时间阈值的持续时间的变量的支配，该第二预设持续时间阈值本身小于第一持续时间预设阈值，则在活动区域内一互动被检测到。

9.按照权利要求1所述的方法，其中，当活动区域(10)无效的同时检测到与界面对象(5)发生的互动时，则在一记录阶段内记录下P个第一检测到的互动，P是一个预设的非零整数，且Z个活动区域被自动地重新定义作为对应于在不同区域检测到的互动的所述P个第一检测到的互动的函数，其中Z是一个小于P的非零整数，并且然后对应于P个第一检测到的互动的预设的信息项目被确定。

10.按照权利要求9所述的方法，其中如果在一段小于预设的超时时间的时间段内，P个第一检测到的互动中的一个之后并未跟随其它的互动，则中断该记录阶段。

11.按照权利要求1所述的方法，其中，当活动区域(10)无效的同时检测到与界面对象(5)发生的互动时，则在一记录阶段内记录下P个第一检测到的互动，P是一个预设的非零整数，当互动P与记录阶段的第一互动大致相同时，所述记录阶段终止，且P-1个活动区域被自动地重新定义作为对应于在不同区域检测到的互动的所述P个第一检测到的互动的函数，并且然后对应于P-1个重新定义的活动区域的预设的信息项目被确定，所述信息项目取决于数量P-1。

12.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中，活动区域集合被分成数组，且其中，当在属于被无效的一组活动区域的活动区域内检测到与界面对象的互动时，所述组活动区域的活动区域被以与其它组活动区域无关的方式、连续地、自动地重新定义。

13.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中，当活动区域无效的同时检测到与界面对象发生的互动时，所述活动区域被自动地、连续地重新定义作为待连续检测的第一互动的函数，且所检测到的互动实质上同步地与预设的信息项目相关联。

14.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中测量的物理量选自一声波、一机械应力、一定量的反向散射光以及一电场。

15.一种人机界面的设备，其特别适合实施上述任何权利要求的方法。

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