专利名称：一种人机交互戒指的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机应用技术领域，特别是涉及一种佩戴在手指上的人机交互戒指。
背景技术：
现代的新型人机交互有很多种形式，包括多点的触摸屏，基于传感器的体感设备，基于图像识别的交互，基于肌肉计算的交互等。以上的各种交互方式能够弥补很多以前存在的不足，但是这些交互方式也存在一些新问题和缺点。多点触摸的交互方式，这种交互方式现在已经非常普遍的应用在各种设备中了，该设备的原理是当人的手指接触触摸屏元件时，该点的电容或者电阻会发生相应的变化，通过采集不同点的数值就可以判断出触摸的位置。但是这种设备的局限在于操作者必须 在设备前使用并与触摸屏接触，当远离设备时是无法操作该设备的。体感型人机交互方式，其包括通过遥控器内的加速度传感器感知使用者手部的运动来进行交互，或是通过一种特殊的摄像头，这种摄像头可以采集景深信息，然后通过对图像的处理重构出使用者的骨架来进行交互。体感交互方式的缺点在于使用者必须在设备前大幅度的动作才能够被准确的判断为交互动作，微小的动作是不被接受的。一种肌肉计算的交互设备，设备通过采集人体肌肉的肌电信号来判断人体手部的动作，从而进行交互。这种设备目前还不成熟，设备笨重且不易携带。采集人手部动作的数据手套，该手套的原理是每一个手指都附着一个弯曲传感器，通过对弯曲传感器的变化的采集来重现人体的手部的动作最终完成交互。这种设备造价极为昂贵，且佩带起来相对麻烦，尤其是在炎热的夏季这种设备不适合普通用户使用。一种人机交互设备支持一种全新人机交互方式可接任何固体表面作为触摸平面，通过触摸该表面完成各种手势动作，并以该动作控制计算机或智能设备实现相关操作。但是当实施方式为手指时，手指在完成动作中发送弯曲会导致绘制的手指运动轨迹不准确，具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型人机交互戒指，该戒指支持一种全新人机交互方式可接任何固体表面作为触摸平面，通过触摸该表面完成各种手势动作，并以该动作控制计算机或智能设备实现相关操作，并在手指发生弯曲时保证交互信息准确。为实现上述目的，本发明提出了一种人机交互戒指，包括加速度传感器模块，用于测量手指与作用平面的投影角度并用坐标系变换；陀螺仪模块，用于测量所述手指与作用平面的角速度变化，根据变换后的投影角度和所述角速度变化通过计算获得手指运动轨迹；距离传感器模块，用于修正在手指发生弯曲时，所述陀螺仪模块无法准确测量带来的误差，从而得出正确的手指运动轨迹；
麦克风传感器模块，用于获得所述手指与其他表面的摩擦音频；处理模块，用于根据所述正确的运动轨迹和摩擦音频，得到“拖拽”的人机交互命令；以及通过所述加速度传感器模块测量的数据和计算出所述摩擦音频的瞬时功率对于敲击动作做出判断，得到“敲击”命令的人机交互命令；实现所述人机交互命令与相应的设备或计算机进行交互。所述人机交互戒指通过无线的方式和其他设备进行连接实现人机交互。所述陀螺仪模块的手指运动轨迹计算公式为
权利要求
1.一种人机交互戒指，其特征在于，包括 加速度传感器模块，用于测量手指与作用平面的投影角度并用坐标系变换； 陀螺仪模块，用于测量所述手指与作用平面的角速度变化，根据变换后的投影角度和所述角速度变化通过计算获得手指运动轨迹； 距离传感器模块，用于修正在手指发生弯曲时，所述陀螺仪模块无法准确测量带来的误差，从而得出正确的手指运动轨迹； 麦克风传感器模块，用于获得所述手指与其他表面的摩擦音频； 处理模块，用于根据所述正确的运动轨迹和摩擦音频，得到“拖拽”的人机交互命令；以及通过所述加速度传感器模块测量的数据和计算出所述摩擦音频的瞬时功率对于敲击动作做出判断，得到“敲击”命令的人机交互命令；实现所述人机交互命令与相应的设备或计算机进行交互。
2.根据权利要求I所述的人机交互戒指，其特征在于，所述人机交互戒指通过无线的方式和其他设备进行连接实现人机交互。
3.根据权利要求I所述的人机交互戒指，其特征在于，所述陀螺仪模块的手指运动轨迹计算公式为
4.根据权利要求I所述的人机交互戒指，其特征在于，所述距离传感器模块包括 测量模块，用于测量所述人机交互戒指与所述人机交互戒指所在手指关节的前一关节的距离； 修正模块，用于通过手指建模和测量的所述距离，以修正公式计算出正确的轨迹移动距离。
5.根据权利要求4所述的人机交互戒指，其特征在于，所述计算模块的修正公式为
6.根据权利要求I所述的人机交互戒指，其特征在于，所述处理模块，包括 拖拽命令模块，用于根据采集的运动轨迹，判断在起点和终点之间的所述人机交互戒指在运动过程中人的手势，以及根据与其他表面的摩擦音频，来确定摩擦发生的起点和终点时间，得到一个拖拽动作； 点击命令模块，用于通过计算所述摩擦音频的瞬时功率和所述加速度传感器模块的一个轴向线加速度，得到相应的数值，利用算法对该数值进行处理判断是否是一个点击动作。
7.根据权利要求4所述的人机交互戒指，其特征在于，所述拖拽命令模块，包括 音频处理子模块，用于当与其他表面发生滑动摩擦时，声波传导到设备的麦克风中，通过算法来判断是否是一个摩擦声，从而得到摩擦的起始点和终点； 位移处理子模块，用于通过对所述陀螺仪传感器模块进行建模处理，计算所述人机交互戒指的位移轨迹。
8.根据权利要求7所述的人机交互戒指，其特征在于，所述音频处理子模块，用于当手指与其他表面发生滑动摩擦时，声波会通过手指骨传导到设备的麦克风中，通过算法来判断是否是一个摩擦声，从而得到摩擦的起始点。
9.根据权利要求7所述的人机交互设备，其特征在于，所述音频处理子模块，通过计算声音片段的美尔频率倒谱系数、过零率和功率指标作为特征，利用经过训练的支持向量机分类器得到摩擦的起始点。
10.根据权利要求9所述的人机交互戒指，其特征在于，所述音频处理子模块，具体执行下列操作 通过麦克风传感器模块采集到音频，将音频变成数字化的信号也就是音频流； 通过截断的方法，把音频流切成片段； 对获得的片段进行处理，加海明窗，计算片段的美尔频率倒谱系数，计算片段的功率，计算片段的过零率作为特征向量；该特征为一个多维的向量由美尔频率倒谱系数和片段功率过零率拼接而成； 对获得的片段的特征进行标注，并训练支持向量机模型； 通过支持向量机对计算出来片段的特征进行分类，分为摩擦和非摩擦。显然的从非摩擦到摩擦就是一个摩擦的起点，而由摩擦到非摩擦就是终点。
全文摘要
本发明公开了一种人机交互戒指，包括加速度传感器模块，用于测量手指与作用平面的投影角度并用坐标系变换；陀螺仪模块，用于测量所述手指与作用平面的角速度变化，根据变换后的投影角度和所述角速度变化通过计算获得手指运动轨迹；距离传感器模块，用于修正在手指发生弯曲时，所述陀螺仪模块无法准确测量带来的误差，从而得出正确的手指运动轨迹；麦克风传感器模块，用于获得所述手指与其他表面的摩擦音频；处理模块，用于人机交互命令，实现所述人机交互命令与相应的设备或计算机进行交互。
文档编号G06F3/0346GK102866789SQ20121034794
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者张博宁, 钱跃良, 陈益强, 王向东 申请人:中国科学院计算技术研究所