专利名称：用来在移动环境中支持基于加速度仪的控制的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来操作基于加速度仪的控制的方法和设备，并且更具体地说，涉及用来操作基于加速度仪的控制的方法和设备，这些控制装在移动车辆中。2.
背景技术：
当今多种控制台游戏系统以及其它电子装置利用基于加速度仪和/或陀螺仪的输入装置，以实现更自然和专心的体验。期望这种趋势继续并且扩展到其它类型的装置中， 如扩展到媒体系统、汽车娱乐系统、便携式游戏系统等等中。这些控制器当用在移动环境中时，如用在汽车、火车、飞机、船舶等等中时，由于将车辆的运动解释成用户输入，所以当前是无效的。基于加速度仪的装置由于车辆在其加速或减速期间的跳动、摇摆及倾斜，也可能产生错误的输出信号。或许可能的是，基于车辆速度仪的输出信号，针对车辆的加速和减速补偿基于加速度仪的装置的输出。然而，车辆速度仪的输出信号不指示在加速期间车辆前端的上升和车辆后端的下降，并因而不能补偿该上升和下降(或者在减速期间反之亦然)。更一般地，车辆速度仪的输出信号不能用来针对车辆的滚动、俯仰及偏航补偿车载加速度仪的输出。车辆的滚动、俯仰及偏航中的每一种可能影响车载加速度仪的输出，这可能导致随机和系统误差。由于以上原因，已知的基于车辆中加速度仪的装置可能产生经受误差的输出信号。相应地，鉴于现有技术既没有预见到也不显然的是，用来针对携带有运动检测输入装置的车辆的运动自动地补偿运该动检测输入装置的输出信号的设备和方法。
发明内容
本发明提供一套加速度仪和陀螺仪装置在车辆内的固定位置中的布置，使得可能得到基准信号，然后可将该基准信号从输入装置信号中减去。这种调整信号然后可用来确定输入装置在车辆基准框架内的实际运动。因而，即使在运动车辆内的同时，也可再次使用基于加速度仪的输入装置。本发明按其一种形式包括一种处理来自基于加速度仪/陀螺仪的输入装置的信号的方法，该方法包括将输入装置提供在车辆内。将基于加速度仪/陀螺仪的第二装置也提供在车辆内。在车辆在运动中的同时，手动致动输入装置。响应手动致动步骤从输入装置传输第一信号。响应车辆的运动从第二装置传输第二信号。依据第二信号调整第一信号。本发明按其另一种形式包括一种用来接收手动输入的设备。所述设备包括布置在车辆内的基于加速度仪/陀螺仪的输入装置。将基于加速度仪/陀螺仪的第二装置固定地连接到车辆上。处理器与输入装置和第二装置中的每一个通信。处理器响应在其中车辆处于运动的时间段期间手动致动输入装置从输入装置接收第一信号。处理器也在该时间段期间从第二装置接收第二信号。处理器然后计算输入装置相对于第二装置的加速度。所述加速发生在该时间段期间。所述计算取决于第一信号和第二信号。本发明按其又一种形式包括一种校准基于加速度仪的输入装置的方法，该方法包括将输入装置放置在车辆内。将基于加速度仪/陀螺仪的第二装置固定地安装在车辆内。 在车辆处于运动中的同时，手动致动输入装置。确定在手动致动步骤期间输入装置的加速度和方位。也确定在手动致动步骤期间第二装置的加速度和方位。计算在手动致动步骤期间输入装置相对于第二装置的加速度和方位。本发明的优点是，它使基于加速度仪/陀螺仪的输入装置能够有效地用在运动车辆内。本发明的另一个优点是，它可能包括基于标准加速度仪/陀螺仪的输入装置。又一个优点是，由基于加速度仪/陀螺仪的输入装置的用户可能注意不到本发明。因而，本发明的用户可能不被本发明的操作打扰。
通过参考联系附图所作的本发明实施例的如下描述，本发明的上述和其它特征和目的、和实现它们的方式将变得更明白，并且将更好地理解本发明本身，在附图中图1是根据本发明一个实施例的、适于用在移动环境中的基于加速度仪/陀螺仪的控制设备的方块图；图2是图1的基于加速度仪/陀螺仪的控制设备的方块图，该方块图包括用来确定基于加速度仪/陀螺仪的输入装置的方位的装置的具体实施例；图3a是图2的基于加速度仪/陀螺仪的输入装置的输出的示范曲线图；图北是图2的第二基于加速度仪/陀螺仪的输入装置的输出的示范曲线图；图3c是通过从图3a的信号中减去图北的信号而产生的差信号的曲线图；图4是本发明的一种方法的一个实施例的流程图，该方法用来处理来自基于加速度仪/陀螺仪的输入装置的信号；及图5是本发明的一种方法的一个实施例的流程图，该方法用来校准基于加速度仪 /陀螺仪的输入装置。
具体实施例方式下文公开的实施例不打算是穷举的或者将本发明限于在如下描述中公开的精确形式。而是选择和详细说明实施例，从而本领域的技术人员可以利用其教导。现在参照附图，并且具体地参照图1，示出本发明的适于用在移动环境中的基于加速度仪/陀螺仪的控制设备10的一个实施例。设备10包括用户接口，以基于加速度仪/ 陀螺仪的输入装置12的形式；第二基于加速度仪/陀螺仪的输入装置14 ；处理器16 ；及方位检测装置18，使以上元件的每一个布置在车辆20内。基于加速度仪/陀螺仪的输入装置12可以是无线装置，该无线装置由用户携带到车辆20的乘客舱22中。装置12具有用来检测和测量加速度和减速度的至少一个加速度仪/陀螺仪装置，用户按该加速度和减速度，手动地在空中摆动、拉动或推动装置12。输入装置12可以包括第二加速度仪/陀螺仪装置，该第二加速度仪/陀螺仪装置对于第一装置按直角定向，以测量二维加速度，从而可以确定在平面内的加速度。而且，输入装置12可以包括第三加速度仪/陀螺仪装置，该第三加速度仪/陀螺仪装置对于第一和第二装置按直角定向，以测量三维加速度，从而可以确定在空间区域内的加速度。当然本发明的范围还可以包括比三大的任何数量的加速度仪/陀螺仪装置。作为这里使用的术语，并且为了避免不必要重复起见，要理解，“加速度”可以指真正加速度，其中速度正在增大，或者可以指减速度，其中速度正在减小。来自输入装置12的测量读数可以从输入装置12无线地传输到处理器16，如在M 处指示的那样。处理器16可以包括用来接收来自输入装置12的测量读数的无线接收器 (未示出)。从输入装置12到处理器16的无线传输例如可以利用Bluetooth 技术，该 Bluetooth 技术由 Bluetooth Sig, Inc. of Bellevue，Washington，USA 销售。由处理器16接收的测量读数例如可以用作到视频游戏机(未示出)的用户输入， 该视频游戏机由在乘客舱22内的乘客玩耍。游戏机可以是便携式的，从而游戏机的视频屏幕可以携带在乘客舱22中和其外，并且例如在玩耍期间可以安置在用户的膝部上。可选择地，在游戏机中使用的视频屏幕可以较永久地安装在车辆20中，并且连接到车辆20上。例如，可以将视频屏幕(一个或多个)集成到前部坐椅头靠中，悬挂在乘客舱22的天花板上， 或者安装在车辆的仪表盘中。在车辆20静止的同时，或者在车辆20正在行驶的同时，可以玩耍游戏机，并且可以利用用户输入。况且，可以同时利用任何数量的输入装置12，以在单个乘客舱22内提供游戏输入。或许甚至可能的是，经无线技术，在不同车辆中的乘客在同一游戏中相对于彼此玩耍或彼此一起玩耍，这些不同车辆具有车辆20的全部元件。在一个实施例中，装置12在尺寸、形状及操作方面与Wii 产品的控制器相似，该wii 产品由 Nintendo of America Inc. of Redmond，Washington，USA 销售。然而，要理解，这仅仅是一个例子，并且装置12可以是任何形式的手持控制器，该手持控制器利用至少一个加速度仪/陀螺仪装置的输出。在加速度仪装置12中包括的加速度仪 (一个或多个)，作为具体例子，可以是以型号no. SCM5B固态加速度仪输入模块的形式， 该型号no. SCM5B固态加速度仪输入模块由Dataforth Corporation销售，该Dataforth Corporation 在 Tucson, Arizona, USA 具有办公室。第二装置14可以提供与输入装置12相同的读数，但在车辆内具有固定位置和方位。第二装置14可以包括与输入装置12相同数量的加速度仪和陀螺仪装置。而且，第二装置14的检测器可以按直角相对于彼此定向，就像输入装置12的那些检测器那样。第二基于加速度仪的输入装置14的加速度仪(一个或多个)可以布置在壳体(未示出)内，并且固定地连接到该壳体上，该壳体又固定地连接到车辆20的车体或框架上。更一般地，第二装置14可以连接到车辆20的任何部分上，该部分经受乘客舱22经受的相同运动和力。比如，如果车轮通过车辆20的悬挂系统与乘客舱22机械地脱开，则可能不希望的是，第二装置14连接到车辆20的车轮上。处理器16可以是以任何标准微处理器的形式(例如视频游戏机)，该标准微处理器能够运行应用程序，输入装置12将输入提供给该应用程序，并且该标准微处理器能够实时地处理来自输入装置12的输入，以便用在应用程序中。处理器16可以经导体沈用硬线连接到第二装置14上。方位检测装置18可以提供在车辆20的乘客舱22内，以在用户正在手动致动输入装置12的同时，监视输入装置12在三个轴中的方位。在图2中表明的具体实施例中，方位检测装置18包括两个红外发射器J8b，这两个红外发射器^a、28b可以固定地连接到车辆20的仪表盘上，并且/或者安装在该仪表盘中。发射器^a、28b可以经相应导体30a、 30b由处理器16激励和控制。发射器^a、28b可以定向在车辆的仪表盘上，从而它们在如由箭头32a、32b指示的平行方向上，将红外能量发射到乘客舱22中。发射的红外能量可以携带数字代码，这些数字代码识别从两个红外发射器^aJSb的哪一个发射了能量。输入装置12可以包括摄像机34，用来接收和检测来自发射器^aJSb的红外能量的相对强度。 基于两个接收红外信号的强度，经三角技术可以确定输入装置12相对于三根轴线的方位。在安装期间，可以检测第二装置14在三根轴线上的方位，并且可以将其存储在处理器16的存储器装置(未表示)中。同样，可以检测发射！^a、28b在三根轴线上的方位， 并且可以将其存储在处理器16的存储器装置(未表示)中。相对于共用基准方位，可以测量和记录第二装置14和发射器观^2汕的方位。可选择地，第二装置14和发射器^aJSb 之一的方位可以相对于第二装置14和发射器^aJSb的另一个的方位而测量和记录。为了解释在各个发射器^aJSb的方位之间的差别，在一个实施例中，三元件组的两个的方位可以相对于三元件组的剩余一个的方位而测量和记录，该三元件组包括第二装置14、发射器28a及发射器^b。在图2中表示的具体实施例中，在安装时确定发射器^aJSb的方位的过程可以包括将输入装置12保持在固定位置中，使摄像机34的透镜聚焦在发射器^a、28b之间中途的方向上。发射器^a、28b然后可以由处理器16激励，以发射红外能量，使它们的身份数字地嵌在红外能量信号中。在输入装置12和第二装置14都保持固定在车辆20内的情况下，可以驱动车辆20 —段短距离，以便产生和记录来自输入装置12和第二装置14的加速度仪读数。输入装置12的这种初始固定方位可以被看作是基线方位。而且，相对于当输入装置12在初始固定位置中时加速度仪读数的基线差，可以考虑在来自输入装置12和第二装置14的将来加速度仪读数之间的差。在一个实施例中，安装过程还可以包括在一个平面内，或在两个垂直平面的每一个内，转动输入装置12 ；和贯穿转动继续检测来自发射器^aJSb的接收信号强度。在各个方位处的这种接收信号强度数据可以被存储在存储器中，以便使它与在使用期间收集的接收信号强度数据相匹配，并由此在使用期间基于此而确定输入装置12的方位。在操作期间，用户可以玩耍视频游戏机，或者参加某种其它应用程序，该应用程序可以从用户经输入装置12接收手动输入。随着用户在空中手动地摆动、推动及/或拉动输入装置12，可以监视沿三根轴线的加速度和方位。基于当致动装置12时输入装置12的变化方位，可以补偿加速度仪/陀螺仪读数，该变化方位由方位检测装置18所测量。如果用户在车辆20正在运动的同时致动输入装置12，那么输入装置12的加速度仪将不仅检测装置12的用户致动，而且也检测车辆20的运动和加速度。然而，一般希望的是，应用程序仅接收用户的打算输入，而没有由环境的加速度产生的数据变坏，即由车辆20 的加速度产生。因而，根据本发明，可以将来自第二装置14的加速度仪/陀螺仪读数从由输入装置12提供的方位-调整输入减去，以产生用于应用程序的不受车辆20的加速度的影响的输入。上述输入补偿过程对于一根轴线表示在图3a_c中。更具体地说，图3a是由输入装置12的一个加速度仪提供的方位-调整输入的曲线图。就是说，基于由方位检测装置 18所确定的装置12的变化方位，可以调整输入装置12的加速度仪的原始输出，以反映装置12沿单根轴线的加速度。在图3a中画出的这种方位-调整输入可能与第二装置14的加速度仪之一的输出(图3b)相匹配，该输出反映沿同一轴线的由图3a的数据反映的车辆加速度。为了说明容易，第二装置14的加速度仪之一的输出(如在图北中画出的那样) 表示成按梯级方式从一个恒定值突然变化到另一个。然而，要理解，装置14的加速度仪的实际输出可能更平滑地变化，如在图3a中画出的方位-调整输入那样。根据本发明，可以将图北的信号从图3a的信号减去，以达到由用户的运动所产生的真实输入信号，并且没有车辆20的加速度或方位的影响。图3c是对于车辆加速度调整的输入信号的曲线图，并且通过从图3a的信号中减去图北的信号而导出。图3c的车辆加速度-调整输入信号可以用作，用于诸如视频游戏之类的应用程序的用户提供输入。便利地，图3c的这个车辆调整输入信号可以独立于在用户正在致动输入装置12的同时出现的车辆20的运动或加速度或方位，并且不受其影响。用来处理来自基于加速度仪/陀螺仪的输入装置的信号的方法400的一个实施例表示在图4中。在第一步骤402中，将输入装置提供在车辆内。例如，用户可以将便携式基于加速度仪/陀螺仪的输入装置12携带到乘客舱22中。可选择地，可以将基于加速度仪 /陀螺仪的输入装置12永久地或半永久地系到乘客舱22上。在下个步骤404中，将基于加速度仪的第二装置提供在车辆内。更具体地说，可以将第二基于加速度仪的装置14固定地连接到车辆20的某一部分上，该部分经受与乘客舱 22相同的运动和加速度。其次，在步骤406中，在车辆在运动中的同时，手动致动输入装置。就是说，在玩耍视频游戏或参与某种其它类型的应用程序的同时，用户可以在车辆20正被驱动的同时，在乘客舱22中在空中摆动、推动及/或拉动输入装置12。在步骤408中，响应手动致动步骤406，从输入装置传输第一信号。例如，输入装置12中的每一个加速度仪(尽管可能的是，输入装置12仅包括单个加速度仪)可以提供相应电子信号，该相应电子信号指示在相应方向上由输入装置12经历的加速度。在下个步骤410中，响应车辆的运动从第二装置传输第二信号。例如，第二装置14 中的每一个加速度仪(尽管可能的是，第二装置14仅包括单个加速度仪)可以提供相应电子信号，该相应电子信号指示在相应方向上由第二装置14经历的加速度。在最后步骤412中，依据第二信号调整第一信号。在一个实施例中，可以调整由输入装置12的加速度仪/陀螺仪装置产生的信号，以补偿当装置12由用户致动时输入装置 12的变化方位，并且使其中加速度仪正在测量加速度的方向与其中在第二装置14中的对应加速度仪正在测量加速度的方向相匹配。来自输入装置12的这些方位-补偿信号可以通过将从它们中减去由在第二装置14中的对应加速度仪产生的信号而调整。这些调整信号可以不受车辆的运动和加速度的影响，并因而可以是输入信号的较真实代表，用户打算通过他的装置12的致动而提供这些输入信号。用来校准基于加速度仪输入装置的方法500的一个实施例表示在图5中。在第一步骤502中，将输入装置与车辆一起放置。例如，用户可以将便携式基于加速度仪/陀螺仪的输入装置12携带到乘客舱22中。可选择地，可以将基于加速度仪/陀螺仪的输入装置 12永久地或半永久地系到乘客舱22上。
在下个步骤504中，将基于加速度仪/陀螺仪的第二装置固定地安装在车辆内。更具体地说，可以将第二基于加速度仪/陀螺仪的装置14刚性地连接到车辆20的某一部分上，该部分经受与乘客舱22相同的运动和加速度。其次，在步骤506中，在车辆在运动中的同时，手动致动输入装置。就是说，在玩耍视频游戏或参与某种其它类型的应用程序的同时，用户可以在车辆20正被驱动的同时，在乘客舱22中在空中摆动、推动及/或拉动输入装置12。在步骤508中，在手动致动步骤期间，确定输入装置的加速度。更具体地说，响应手动致动步骤506，从输入装置传输第一信号。例如，输入装置12中的每一个加速度仪(尽管可能的是，输入装置12仅包括单个加速度仪)可以提供相应电子信号，该相应电子信号指示在相应方向上由输入装置12经历的加速度。处理器16可以处理来自输入装置12的第一信号，并且由其确定由于由用户的手动致动和车辆20的加速度两者造成的输入装置 12的原始加速度。在下个步骤510中，探查在手动致动步骤期间第二装置的加速度。更具体地说，响应车辆的运动从第二装置传输第二信号。例如，第二装置14中的每一个加速度仪(尽管可能的是，第二装置14仅包括单个加速度仪)可以提供相应电子信号，该相应电子信号指示在相应方向上由第二装置14经历的加速度。处理器16可以处理来自第二装置14的第二信号，并且由其确定由于车辆20的加速度造成的第二装置14的加速度。在最后步骤512中，在手动致动步骤期间，相对于第二装置计算输入装置的加速度。更具体地说，依据第二信号调整第一信号。在一个实施例中，可以调整由输入装置12 的加速度仪产生的信号，以补偿当装置12由用户致动时输入装置12的变化方位，并且使其中加速度仪正在测量加速度的方向与其中在第二装置14中的对应加速度仪正在测量加速度的方向相匹配。来自输入装置12的这些方位-补偿信号可以通过将从它们中减去由在第二装置14中的对应加速度仪产生的信号而调整。计算的调整信号可以不受车辆的运动和加速度的影响，并因而可以是加速度的较真实代表，用户打算通过他的装置12的致动将该加速度施加到输入装置12上。尽管已经描述了具有示范设计的本发明，但在本公开的精神和范围内可以进一步修改本发明。本申请因此打算覆盖本发明使用其一般原理的任何变化、使用、或适应。而且， 本申请打算覆盖这样的与本公开的偏离，就像来到本发明所属领域的已知或定制实践内那样。
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权利要求
1.一种处理来自基于加速度仪/陀螺仪的输入装置的信号的方法，包括步骤 将输入装置提供在车辆内；将基于加速度仪/陀螺仪的第二装置提供在车辆内； 在车辆在运动中的同时，手动致动输入装置； 响应手动致动步骤，从输入装置传输第一信号； 响应车辆的运动，从第二装置传输第二信号；以及依据第二信号调整第一信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，调整步骤包括从第一信号减去第二信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，第一信号和第二信号中的每一个指示在三根轴线上的加速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，输入装置包括用于电子游戏的用户接口。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，输入装置提供在车辆的乘客舱内。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括将第二装置固定地连接到车辆上的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括计算输入装置的方位的步骤，调整步骤依据计算的方位。
8.一种用来接收手动输入的设备，所述设备包括基于加速度仪/陀螺仪的输入装置，所述输入装置布置在车辆内；基于加速度仪/陀螺仪的第二装置，所述第二装置固定地连接到车辆上；及处理器，与输入装置和第二装置中的每一个通信，处理器配置成响应在其中车辆处于运动的时间段期间手动致动输入装置，从输入装置接收第一信号；在所述时间段期间从第二装置接收第二信号；以及计算输入装置相对于第二装置的加速度，所述加速度在该时间段期间，所述计算取决于第一信号和第二信号。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述处理器配置成，计算输入装置相对于第二装置在三根轴线上的加速度。
10.根据权利要求8所述的设备，还包括用来确定输入装置的方位的装置，所述计算取决于确定装置的输出。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述确定装置包括 两个红外发射器，配置成将红外能量发射到车辆的乘客舱中；和红外传感器，与输入装置相关联，并且配置成检测发射的红外能量。
12.根据权利要求8所述的设备，其中，处理器配置成，基于第二信号与第一信号之间的差计算输入装置的加速度。
13.根据权利要求8所述的设备，其中，所述输入装置包括用于电子游戏的用户接口。
14.根据权利要求8所述的设备，其中，所述输入装置布置在车辆的乘客舱内。
15.一种校准基于加速度仪/陀螺仪的输入装置的方法，包括步骤 将输入装置放置在车辆内；将基于加速度仪/陀螺仪的第二装置固定地安装在车辆内； 在车辆处于运动中的同时，手动致动输入装置；确定在手动致动步骤期间输入装置的加速度和方位； 探查在手动致动步骤期间第二装置的加速度和方位；及计算在手动致动步骤期间输入装置相对于第二装置的加速度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，确定步骤包括确定在手动致动步骤期间输入装置在三根轴线上的加速度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述探查步骤包括在手动致动步骤期间探查第二装置在三根轴线上的加速度。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，计算步骤取决于输入装置的加速度，并且取决于第二装置的加速度。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，计算步骤包括探查由输入装置传输的第一信号与由第二装置传输的第二信号之间的差。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括检测在手动致动期间输入装置的方位的步骤，确定步骤取决于检测的方位。
全文摘要
本发明涉及用来在移动环境中支持基于加速度仪的控制的方法和设备，其中处理来自基于加速度仪/陀螺仪的输入装置的信号的方法包括将输入装置提供在车辆内。将基于加速度仪/陀螺仪的第二装置也提供在车辆内。在车辆在运动中的同时，手动致动输入装置。响应手动致动步骤从输入装置传输第一信号。响应车辆的运动从第二装置传输第二信号。依据第二信号调整第一信号。
文档编号G06F17/00GK102576357SQ201080043402
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月16日 优先权日2009年9月29日
发明者J·阿夫瑞 申请人:松下北美公司美国分部松下汽车系统公司