TWI536794B - 具非接觸式手部控制功能之行動電話 - Google Patents

Description

具非接觸式手部控制功能之行動電話

本發明是一種行動電話，尤其是關於一種可以以無接觸形式達到控制目的的行動電話。

智慧型行動電話無疑是這幾年發展最快速的電子產品。行動電話不再是行動電話，更是許多人必須隨身攜帶的行動助理、遊樂器材、資訊來源或導航系統。

控制智慧型行動電話之方式非常多元，傳統有鍵盤、觸控，近期則許多廠商致力發展聲控。多種控制模式係為了滿足使用者各種不同之使用需求，使用者可以更便利地控制智慧型行動電話。然而，目前觸控形式容易污染螢幕，而聲音控制則不是用於吵雜之環境下使用，使用受到許多限制。

為了解決既有智慧型行動電話之控制形式產生的不便與限制，本發明以非接觸式之手部控制手機，讓使用者可以不需接觸螢幕，也不需以聲音控制，即可達到選單改變及執行應用程式。

本發明提供一種具非接觸式手部控制功能之行動電 話，其包含一行動電話主機及一手部位置判斷模組，該手部位置判斷模組整合安裝於該行動電話主機，該手部位置判斷模組以超音波、影像之輸出與反射結果，偵測判斷一使用者手掌與該行動電話之位置關係與運動狀態，該行動電話主機依據所偵測之該位置關係與該運動狀態，改變其一螢幕所呈現之頁面內容、游標位置與執行應用程式。

其中，該位置關係包含一距離關係與一橫縱向位置關係，該運動狀態至少包含手掌之距離關係之變化、橫縱向位置關係之變化之變化。

其中，該手部位置判斷模組包含一選單控制處理模組及與該選單控制處理模組連接之一超音波發射電路、一超音波接收電路及一攝影機，該超音波接收電路接收由該手掌反射之超音波後，該行動電話主機依超音波之行經路徑判斷該距離關係及該運動狀態；該攝影機接收該手掌對應位置之影像，該行動電話主機分析該影像之該手掌局部影像或特定局部，取得該手掌局部影像或特定局部之橫縱向位置關係、外型或手勢。

其中，該位置關係及該運動狀態之判斷步驟包含：接收反射之超音波與擷取影像；依據反射之超音波發射至接收之路徑時間差計算手掌距離關係；依據影像分析該手掌或特定局部，判斷該手掌於橫縱向位置關係、外型與手勢；判斷距離關係是否落於一預設之距離範圍；及輸出距離關係、橫縱向位置關係、運動狀態及手勢至 該行動電話主機。

其中，該行動電話主機依據下列步驟，改變螢幕所呈現之頁面內容、游標位置與執行應用程式：讀取距離關係、橫縱向位置關係及運動狀態；於該距離關係落於特定之該距離範圍時，顯示該距離範圍對應之一顯示頁面，其中，該顯示頁面為一多層頁面之其中之一頁面；持續判斷該距離關係是否持續保持於該距離範圍，如該距離關係超出該距離範圍，則切換顯示不同之顯示頁面；依據橫縱向位置關係於該螢幕上顯示一游標，該游標之位置與該橫縱向位置關係對應；判斷該距離關係是否於特定時間區間內執行一往復移動，並於該距離關係產生該往復移動時，判斷該游標是否與該顯示頁面上之一應用程式選項對應；及該游標之位置與該應用程式選項對應且產生該往復移動時，執行該應用程式選項。

藉由前述說明可知，本發明不需要透過手指直接觸碰，即可達到選單切換、選定所欲執行應用程式之功效，不僅解決既有接觸控制、有聲音控制使用上的缺點，更大幅提昇未來行動電話控制之多樣性與可能性。

10‧‧‧行動電話主機

12‧‧‧攝影機

20‧‧‧手部位置判斷模組

21‧‧‧選單控制處理模組

22‧‧‧超音波發射電路

23‧‧‧超音波接收電路

50‧‧‧手掌

第一圖為本發明較佳實施例之系統示意圖。

第二圖為本發明較佳實施例之拍攝範圍之示意圖

第三圖為本發明較佳實施例之使用示意圖

第四圖為本發明較佳實施例之頁面切換使用示意圖。

第五圖為本發明較佳實施例之距離改變使用示意圖。

第六圖為本發明較佳實施例之使用流程示意圖

第七圖為本發明較佳實施例之控制流程示意圖。

請參考第一圖至第四圖，其為本發明具非接觸式手部控制功能之行動電話，其包含一行動電話主機10及一手部位置判斷模組20，該手部位置判斷模組20整合安裝於該行動電話主機10。該手部位置判斷模組20接收使用者之一手掌50之一位置關係及一運動狀態後輸出至該行動電話主機10，使該行動電話主機10依據位置關係及運動狀態選擇輸出一選單頁面以及控制一游標。該位置關係包含該手部位置判斷模組20與該手掌50之一距離關係(Z)及一橫縱向位置關係(X、Y)，該運動狀態至少包含手掌50之距離關係之變化、橫縱向位置關係之變化、手掌姿勢外型之變化。

本實施例之該手部位置判斷模組20局部安裝設於該行動電話主機10之表面，其持續接收所輸出之超音波的反射超音波，以及持續擷取外部之影像，藉以計算判斷該位置關係、該運動狀態。該手部位置判斷模組20包含一選單控制處理模組21以及與該選單控制處理模組21訊號傳遞連接之一超音波發射電路22、一超音波接收電路23及一攝影機12，該超音波接收電路23接收由該手掌50反射之超音波後，該行動電話主機10判斷該超音波由該超音波發射電路22出發後回到該超音波接收電路23之行經路徑判斷該 距離關係及該運動狀態(如第二圖~第四圖所示)，其中，以該超音波距離感應模組22所感應的運動狀態指該手掌50改變與該超音波距離感應模組22之距離關係。

該攝影機12持續擷取手掌50之影像後儲存置該行動電話主機10，該行動電話主機10依據該影像可判斷該手掌50與該光感應模組23之橫縱向位置關係；該攝影機12之一拍攝範圍A如第二圖所示，當該手掌50落於該拍攝範圍時，該行動電話主機10判斷所擷取之影像確定該手掌50之橫縱向位置關係。

請配合參考第五圖至第七圖，該選單控制處理模組21分別控制該攝影機12、該超音波距離感應模組22擷取影像及接收反射之超音波後，依據影像及超音波判斷手掌50與該行動電話主機10之位置關係及運動狀態，其可依據下列步驟完成前述判斷：

(1)接收影像訊號/接收反射超音波：該選單控制處理模組21持續接收由手掌50反射之超音波及影像。

(2)擷取(手勢)影像：該選單控制處理模組21或該行動電話主機10由擷取之影像分離取出一手勢影像。該手勢影像之擷取可以藉由判斷該影像中包含與手掌50外型對應或近似之局部影像。取出該手掌50外型方式，可以透過影像比較方式為之，例如該行動電話主機10或該選單控制處理模組21由一資料庫所內儲之資料，以外型比較方式，判斷該影像中是否包含手掌外型之物件；為了減少誤判機會，可以限制使用者之手掌50手勢，例如僅能張開五指之手勢動作、伸出食指之手勢等。

進行影像辨識：該選單控制處理模組21由所擷取之手勢影像，進行細部辨識與分析，藉以判斷該手部影像。所謂的影像辨識，可以是以比較方式定義出手勢影像之特定部位(例如手指、手勢)，並找出該特定部位在該拍攝範圍A內之橫縱向座標位置關係(X、Y軸座標)。

進一步地，在執行影像辨識前，可執行一擷取特徵向量步驟，此一步驟係可作為擷取部分手勢之外型變化與移動關係，並將手勢之局部轉換為特徵向量等，藉以提升該影像辨識與減少判斷錯誤或計算速度。

(3)利用時間差計算Z軸距離參數：該選單控制處理模組21依據發射至反射之超音波之時間差別，判斷手掌50與超音波距離感應模組22之距離關係。由於該超音波之波長固定，因此，透過計算發射與接收之時間差距，即可計算該手掌50與該行動電話主機10之距離，如第五圖所示。完成Z軸距離參數計算後，可再進行訊號是否正常之判斷，藉以減少錯誤之發生，所謂之訊號是否正常之判斷，指判斷所計算出之Z軸距離參數是否落於合理範圍內。

(4)進行影像辨識：該行動電話主機10或該選項控制處理模組21由所擷取之手勢影像，進行細部辨識與分析，藉以判斷該手部影像。所謂的影像辨識，可以是以比較方式定義出手勢影像之特定部位(例如手指、手勢)，並找出該特定部位在該拍攝範圍A內之橫縱向座標位置關係(X、Y軸座標)。

(5)利用時間差計算X、Y、Z移動參數/外型組合判斷結果：該選單控制處理模組21依據前述反射之超音波及 影像計算該手掌50與該行動電話主機10之移動參數，該移動參數包含前述之位置關係與運動狀態，其中該位置關係包含距離關係(Z軸座標)、橫縱向位置關係(X軸座標、Y軸座標)，該運動狀態為該距離關係與橫縱向位置關係在特定時間區間之改變量(△X/△t、△Y/△t、△Z/△t)。在影像之特定部位之外型方面，該選單控制處理模組21或該行動電話主機10取得特定部位之影像後，如該特定部位包含預先設定之手勢組合，例如拇指與食指伸直但其餘手指握拳之姿勢，則持續計算該種手勢組合之位置與外型上之變化，例如改變拇指與食指指間之間的距離。

(6)判斷Z軸參數是否超過臨界設定：該選單控制處理模組21判斷該距離關係坐落於預先設定之距離範圍，如第四圖所示，該選單控制處理模組21可能預先設定複數個距離範圍L1~L4，其中每個距離範圍L1之Z軸座標為5cm，每個距離範圍L1~L4之間包含一間隔範圍(2cm)，如此，該選單控制處理模組21可以依據判斷該手掌50之距離關係落於該距離範圍內。

(7)輸出X、Y、X移動參數：該選單控制處理模組21將所感應的移動參數、判斷之距離範圍、手勢外型之結果，輸出至該行動電話主機10。

當該移動參數及距離範圍送至該行動電話主機10後，該行動電話主機10可以依據接收的參數，呈現不同的頁面顯示(選單)、游標位置，以及執行該頁面上的功能選項。該行動電話主機10執行顯示、改變游標座標及執行功能選項之步驟可如第七圖，如下：

(1)讀取XYZ移動參數：該行動電話主機10由該選單控制處理模組21持續接收距離範圍、移動參數、手勢判斷結果。

(2)計算軟體介面層次(Z方向)：該行動電話主機10計算該距離參數坐落之距離範圍。

(3)是否停留於特定之層次：該行動電話主機10依據該距離參數、該距離範圍(Z軸的數值與改變狀態)，由一多層頁面中選擇顯示一顯示頁面，其中，該多層頁面之每個顯示頁面對應於一個距離範圍，如第六圖所示，當該手掌50與該行動電話主機10之距離改變後，可以持續變換顯示不同的顯示頁面於該螢幕上。該行動電話主機10依據距離參數之數值，選擇呈現該距離參數坐落之距離範圍所對應之顯示頁面，且該行動電話主機10持續判斷該距離參數藉以持續調整呈現之顯示頁面。

(4)游標顯示在特定之層次並依XY移動參數而移動：該行動電話主機10依據該橫縱向位置關係改變同時顯示於該螢幕上之一游標於該顯示頁面上之位置。

(5)是否於特定時間區間內改變Z(來回震動)：該行動電話主機10判斷Z軸方向之位置關係與運動狀態，判斷手掌50是否對著Z軸方向在一特定時間區間內往復改變，如果判斷為是，則進行下一步驟。

(6)游標是否在選擇之功能位置(按鍵位置)：該行動電話主機10判斷該橫縱向位置關係是否坐落於該顯示頁面中之一功能應用程式選項範圍內，當判斷結果為該橫縱向位置關係重疊於該功能應用程式選項之座標範圍，則進行 下一步驟。

(7)執行功能應用程式：該行動電話主機10執行該功能應用程式選項所對應之功能。

更進一步地，該行動電話主機10可以手勢判斷結果，執行相應預設之功能動作，例如，當該行動電話主機10係正顯示一圖像照片且手勢係如前述拇指與食指伸出狀態下，該行動電話主機10可依據判定拇指與食指指間之距離或角度，對該圖像照片進行放大、縮小、旋轉等功能之控制。

藉由前述說明可知，本發明不需要透過手指直接觸碰，即可達到選單切換、選定所欲執行應用程式之功效，不僅解決既接觸控制、有聲音控制使用上的缺點，更大幅提昇未來行動電話控制之多樣性與可能性。

10‧‧‧行動電話主機

12‧‧‧攝影機

20‧‧‧手部位置判斷模組

21‧‧‧選單控制處理模組

22‧‧‧超音波發射電路

23‧‧‧超音波接收電路

Claims (5)

1. 一種具非接觸式手部控制功能之行動電話，其包含一行動電話主機及一手部位置判斷模組，該手部位置判斷模組整合安裝於該行動電話主機，該手部位置判斷模組接收其所輸出之超音波的反射超音波，以及擷取外部之影像，偵測判斷一使用者手掌與該行動電話之位置關係與運動狀態，該行動電話主機依據所偵測之該位置關係與該運動狀態，改變其一螢幕所呈現之頁面內容、游標位置與執行應用程式；該位置關係包含一距離關係與一橫縱向位置關係，該運動狀態至少包含手掌之距離關係之變化、橫縱向位置關係之變化；該手部位置判斷模組包含一選單控制處理模組及與該選單控制處理模組連接之一超音波發射電路、一超音波接收電路及一攝影機，該超音波接收電路接收由該手掌反射之超音波後，該行動電話主機依超音波之行經路徑判斷該距離關係及該運動狀態；該攝影機接收該手掌對應位置之影像，該行動電話主機分析該影像之該手掌局部影像或特定局部，取得該手掌局部影像或特定局部之橫縱向位置關係、外型或手勢；該位置關係及該運動狀態之判斷步驟包含：接收反射之超音波與擷取影像；依據反射之超音波發射至接收之路徑時間差計算手掌距離關係；依據影像分析該手掌或特定局部，判斷該手掌於橫縱 向位置關係、外型；判斷距離關係是否落於一預設之距離範圍；及輸出距離關係、橫縱向位置關係、運動狀態至該行動電話主機；該行動電話主機依據下列步驟，改變螢幕所呈現之頁面內容、游標位置與執行應用程式：讀取距離關係、橫縱向位置關係及運動狀態；於該距離關係落於特定之該距離範圍時，顯示該距離範圍對應之一顯示頁面，其中，該顯示頁面為一多層頁面之其中之一頁面；持續判斷該距離關係是否持續保持於該距離範圍，如該距離關係超出該距離範圍，則切換顯示不同之顯示頁面；依據橫縱向位置關係於該螢幕上顯示一游標，該游標之位置與該橫縱向位置關係對應；判斷該距離關係是否於特定時間區間內執行一往復移動，並於該距離關係產生該往復移動時，判斷該游標是否與該顯示頁面上之一應用程式選項對應；及該游標之位置與該應用程式選項對應且產生該往復移動時，執行該應用程式選項。
2. 如申請專利範圍第1項所述的具非接觸式手部控制功能之行動電話，所述之該位置關係及該運動狀態之判斷步驟進一步包含：依據影像分析該手掌或特定局部，判斷該手掌之手勢；判斷距離關係是否落於一預設之距離範圍；及輸出該手勢至該行動電話主機。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述的具非接觸式手部控制功能之行動電話，該行動電話主機依據下列步驟，改變螢幕所呈現之頁面內容、游標位置與執行應用程式：讀取距離關係、橫縱向位置關係、運動狀態及手勢特徵；於該距離關係落於特定之該距離範圍時，顯示該距離範圍對應之一顯示頁面，其中，該顯示頁面為一多層頁面之其中之一頁面；持續判斷該距離關係是否持續保持於該距離範圍，如該距離關係超出該距離範圍，則切換顯示不同之顯示頁面；依據橫縱向位置關係於該螢幕上顯示一游標，該游標之位置與該橫縱向位置關係對應；判斷該距離關係是否於特定時間區間內執行一往復移動，並於該距離關係產生該往復移動時，判斷該游標是否與該顯示頁面上之一應用程式選項對應；該游標之位置與該應用程式選項對應且產生該往復移動時，執行該應用程式選項；於該手勢產生特定狀態之改變下，執行預設之功能動作。
4. 如申請專利範圍第3項所述的具非接觸式手部控制功能之行動電話，該選單控制處理模組依據判斷手勢之外型變化，執行改變顯示內容之尺寸。
5. 如申請專利範圍第3項所述的具非接觸式手部控制功能之行動電話，該選單控制處理模組依據判斷手勢之外型變化，執行改變顯示內容之旋轉角度。