专利名称：姿势检测及其简明表示的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种姿势检测及其简明表示。
背景技术：
姿势检测及识别可以用于向电子设备提供新的且更直观的界面。姿势识别的目的是借助数学算法解释(interpret)人类的姿势。一般而言，姿势可以源自任何身体运动或状态，但大多数常常源自人类用户的面部或手，例如以手势的方式。常常将姿势识别视为计算机开始理解人类身体语言的方式，以便提供在机器与人类之间的比基于文本的界面与图形用户界面(GUI)更为方便和/或直观的界面，基于文本的界面与图形用户界面通常将大多数电子设备输入局限于键盘、鼠标，还有可能是触控面板。这样，姿势检测与识别可以使得人类能够更自然地与机器交互作用，而无需使用机械输入设备。
发明内容
描述了可以以电子设备实现的技术，用以在传感器的视场内检测姿势，并且产生检测到的姿势的简明数据表示。在实施方式中，传感器配置为检测姿势，并且响应于该姿势而提供信号。与传感器通信的估计器配置为产生姿势的椭圆表示。可以使用用于姿势的简明表示的多个系数来定义表示姿势的椭圆。提供本发明内容部分仅是介绍主题，所述主题在具体实施方式
部分和附图中被充分描述。因此，不应认为发明内容部分描述了基本特征或者用于确定权利要求的范围。
参考附图来描述具体实施方式
部分。在附图中，附图标记最左边的数字标识附图标记第一次出现所在的附图。相同的附图标记在说明与附图的不同示例中的使用可以表示类似或相同的项目。图1是根据本公开内容的示例性实施方式的光电二极管阵列中布置的四个光电二极管的图示说明。图2是示出当由光电二极管阵列检测到从左向右挥动(swipe)的姿势时图1中所示的四个光电二极管的响应的曲线图。图3是示出当由光电二极管阵列检测到从上向下挥动的姿势时图1中所示的四个光电二极管的响应的曲线图。图4是示出连同四个光电二极管的响应的绝对量一起的两对图1中所示的四个光电二极管的差分响应的曲线图。图5是示出根据本公开内容的示例性实施方式的四个光电二极管相对于笛卡尔坐标参照系的响应的直接测量结果的曲线图。图6是示出用于图5中所示的光电二极管响应的估计位置状态的曲线图。图7是示出用于图5中所示的光电二极管响应的卡尔曼估计器导出的速度矢量/伪(pseudo)速度状态的曲线图。图8是示出用于图5中所示的光电二极管响应的估计的深度状态的曲线图。图9是示出根据本公开内容的示例性实施方式的用于从左向右水平挥动的姿势的相对于dydt绘制的dxdt的曲线图。图10是示出根据本公开内容的示例性实施方式的用于从上向下垂直挥动的姿势的相对于dydt绘制的dxdt的曲线图。图11是图9中所示的从左向右水平挥动的椭圆表示的曲线图。图12是图10中所示的从上向下垂直挥动的椭圆表示的曲线图。图13是示出根据本公开内容的示例性实施方式的电子设备的框图，所述电子设备可以配置为确定姿势的简明表示。图14A到14D是图13中所示的电子设备的图示说明，其中，电子设备配置为经由显示器提供姿势的简明表示的可视表示。图15是示出根据本公开内容的示例性实施方式的用于确定姿势的简明表示的方法的流程图。
具体实施方式
鍵姿势检测越来越多地被电子设备用于检测对与电子设备相关的多个应用的输入。然而，这种电子设备通常使用大量的光电检测器来改进姿势检测的范围与操作(例如，降噪)。因此，描述了可以以电子设备实现的技术，用以检测传感器(例如，光电检测器)的视场内的姿势，并且产生检测到的姿势的简明数据表示。在实施方式中，电子设备的光电检测器配置为检测对应于姿势的光，并且响应于所述光而提供信号。例如，光电检测器可以包括分段光电检测器，所述分段光电检测器包括单个光电检测器的阵列(例如，二乘二(2X2)光电检测器的阵列)。与传感器/光电检测器进行通信的估计器配置为对应于姿势的椭圆表示产生信号的一个或多个估计值。例如，估计器可以是卡尔曼估计器，配置为基于由分段光电检测器产生的信号来估计速度矢量。可以基于姿势的椭圆表示来确定与估计值相关的多个系数。这些系数于是可以用于表示姿势。在实施方式中，五个(5)系数可以用于表示椭圆的多个特性。例如，典型的系数可以包括地理平面内椭圆的中心坐标(形心)、地理平面内椭圆的半径(例如，半长半径与半短半径)、以及地理平面内椭圆的取向(例如，相对于地理平面的轴的角度测量结果)。在实施方式中，椭圆的取向可以用于表不姿势相对于光电检测器的取向的方向，而椭圆的半长半径可以用于表示姿势的速率/速度，椭圆的面积可以用于表示物体的尺寸与高度。因此，电子设备配置为检测姿势并确定姿势的无损且简明的椭圆表示(例如，使用五个系数)，允许较大的姿势检测鲁棒性。在实施方式中，椭圆的直接最小二乘拟合可以充分利用测量的姿势数据，转换为用于特定传感器尺寸的操作的有效范围中的增大。通过使用随机估计技术和最小二乘识别，可以增大姿势检测鲁棒性，同时可以减小错误肯定。这个随机估计可以提供对例如光路径和/或电路径中的缺陷的补偿。这个改进的性能表现为扩展的操作范围。此外，例如通过在仍保持足够的性能的同时减小诸如光电二极管的相关检测设备所需的面积，可以减小与姿势检测相关的设备的成本。示例件技术现在参考图1到12，描述了传感器，其配置为感测姿势并提供表示姿势的一个或多个电子信号。例如，参考图1，可以使用包括多个光电二极管(例如，四个光电二极管102、104、106与108)的光电二极管阵列100来实现传感器。然而，应注意，仅是示例性地提供了光电二极管阵列100，并非意图成为本公开内容的限制。因此可以使用其他传感器。例如，光电二极管阵列100可以包括光电二极管的四乘四(4X4)阵列等等。在实施方式中，可以用诸如平板电脑、移动电话、智能电话、个人计算机(PC)、膝上型电脑、笔记本电脑、手持便携式电脑、个人数字助理(PDA)、多媒体设备、游戏设备、电子书阅读器设备(eReader)、智能TV设备、表面计算设备(例如，台式计算机)等等来实现用于姿势检测和/或识别的光电二极管阵列100。随着物体(例如，手)从左到右横穿光电二极管阵列100的视场，产生的阵列响应可以由图2中所示的曲线图来表示，其中，光电二极管对102与106呈现了类似的响应，光电二极管对104和108也是如此。在本示例的背景下，这些响应表示物体从左面进入光电二极管阵列100的视场内并向右离开(例如，以从左到右挥动的姿势的方式)。类似地，如图3所示，当物体从上面进入光电二极管阵列100的视场并在下面离开时(例如，以从上到下挥动的姿势的方式)，光电二极管对102和108可以呈现类似的响应，光电二极管对102和104也是如此。用以确定姿势的方向的一个技术是对零点交叉或阈值进行时间标记(timestamp)，随后基于单个采样点确定方向(例如，参考零点交叉或阈值)。然而，这个技术易受噪声影响。现在参考图4，可以为用于姿势识别的光电二极管阵列100的四个光电二极管102、104、106和108计算差分响应。例如，可以定义差分对，以使得光电二极管104的响应减去光电二极管106的响应用于表示东北到西南(NESW)梯度，其中主要方向北(N)、南(S)、东(E)和西(W)分别对应于相对于上、下、右、左的光电二极管阵列100的取向。类似地，光电二极管102的响应减去光电二极管108的响应用于表示西北到东南(NWSE)的方向梯度。另外，可以对四个光电二极管102、104、106与108的响应求和，以便为光电二极管阵列100提供绝对量/深度。参考图5，可以组合差分对(例如，如上所述的)，以形成笛卡尔参照系内的直接测量结果(例如，使用X和y坐标)。例如，可以定义坐标系，其中，基于将光电二极管102和106的响应相加，随后从得到的和中减去光电二极管104与108的响应来确定X坐标。此外，可以基于将光电二极管102与104的响应相加，并且减去光电二极管106与108的响应来确定y坐标。图5中示出了以此方式计算的光电二极管阵列100的响应，其中，可以看出在X维中存在明确定义的激励，而在y维中存在轻微的激励。这个响应暗示了从左到右的姿势。应注意，可以以类似的方式描绘从右到左的姿势，但符号有变化。在实施方式中，可以使用用于速度矢量估计和传感器校准的卡尔曼估计器，并且使用用来将数据拟合到椭圆的直接形式最小二乘估计，以产生姿势的椭圆表示。在本示例中，卡尔曼估计器包括7个状态:x、dxdt、y、dydt、z、xoffset和yoffset。在这个示例中，(x，y)对应于以上得到的笛卡尔参照系中的坐标；(dxdt, dydt)是参照系内物体的无量纲速度矢量；(z)对应于幅值矢量，其在概念上与物体的深度/高度/侧边成比例；并且(xoffset, yoffset)表述了光/电路径内的轨迹偏差偏移量。例如，透镜上的灰尘将显示为(zl,z2)的测量结果中的偏差。本示例使用卡尔曼估计器的线性形式。可以以极坐标系使用类似的扩展卡尔曼估计器，并且所述扩展卡尔曼估计器可以提供对相位信息的估计。可以以卡尔曼估计器的任一种形式来使用本文所述的技术。对于这些状态，定义了以下等式:x(k+l) =A*x (k) +G*q其中，A表示状态转换矩阵，Q=G*v表示模型方差，且
权利要求
1.一种电子设备,包括: 传感器，配置为检测姿势，并且响应于所述姿势而提供信号；以及估计器，可通信地耦合到所述传感器，所述估计器配置为从所述传感器接收所述信号，并且产生对应于所述姿势的椭圆表示的一个或多个估计值。
2.根据权利要求1所述的电子设备，进一步包括照明源，该照明源配置为发出波长的有限光谱内的光，其中，所述传感器包括光电检测器，该光电检测器配置为检测所述波长的有限光谱内的光以便检测所述姿势。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述姿势的所述椭圆表示包括多个系数，所述多个系数包括以下中的至少一个:中心系数，表示地理平面内的椭圆的中心坐标；第一半径系数，表示所述地理平面内的所述椭圆的半长半径值；第二半径系数，表示所述地理平面内的所述椭圆的半短半径值；或者Θ系数，表示所述地理平面内的所述椭圆的取向。
4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述估计器进一步配置为导出至少一个偏差偏移状态。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述估计器包括卡尔曼估计器。
6.根据权利要求1所述的电子设备，其中，使用最小二乘模型确定所述姿势的所述椭圆表不。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述传感器包括光电检测器，该光电检测器配置为四方分段光电检测器、光电二极管的2X2阵列或光电二极管的4X4阵列中的至少一种。
8.一种系统,包括: 照明源，配置为发出波长的 有限光谱中的光； 传感器，配置为在所述波长的有限光谱内检测姿势，并且响应于所述姿势而提供信号；以及 处理器，可通信地耦合到所述传感器，所述处理器配置为从所述传感器接收所述信号; 控制可在所述处理器上执行并且配置为产生所述姿势的椭圆表示的编程。
9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括估计器，所述估计器可通信地耦合到所述处理器，所述估计器配置为产生对应于所述姿势的椭圆表示的一个或多个估计值。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述估计器是卡尔曼估计器。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述信号表示检测到的光的一个或多个特性，所述一个或多个特性包括以下中的至少一个:入射在光电检测器上的所述检测到的光的强度、所述光入射在所述光电检测器上的时间、或者入射在所述光电检测器上的所述检测到的光的取向。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述姿势的所述椭圆表示包括多个系数，所述多个系数包括以下中的至少一个:中心系数，表示地理平面内的所述椭圆的中心坐标；第一半径系数，表示所述地理平面内的所述椭圆的半长半径值；第二半径系数，表示所述地理平面内的所述椭圆的半短半径值；或者Θ系数，表示所述地理平面内的所述椭圆的取向。
13.根据权利要求8所述的系统，进一步包括显示器，该显示器配置为显示所述姿势的所述椭圆表示。
14.根据权利要求8所述的系统，其中，使用最小二乘模型确定所述姿势的所述椭圆表/Jn ο
15.根据权利要求8所述的系统，其中，所述传感器包括光电检测器，该光电检测器配置为四方分段光电检测器、光电二极管的2X2阵列或光电二极管的4X4阵列中的至少一种。
16.—种方法,包括: 响应于传感器检测到出现在所述传感器的视场内的姿势而从所述传感器接收信号； 估计与所述信号有关的且对应于所述姿势的椭圆表示的一个或多个值。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括导出定义所述姿势的所述椭圆表示的多个系数。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，估计与所述信号有关的一个或多个值包括使用卡尔曼估计器估计与所述信号有关的所述一个或多个值。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，使用最小二乘模型确定所述姿势的所述椭圆表不。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述姿势的所述椭圆表示包括多个系数，所述多个系数包括以下中的至少一个:中心系数,表示地理平面内的椭圆的中心坐标；第一半径系数，表示所述地理平面内的所述椭圆的半长半径值；第二半径系数，表示所述地理平面内的所述椭圆的半短半径 值；或者Θ系数，表示所述地理平面内的所述椭圆的取向。
全文摘要
本发明涉及一种姿势检测及其简明表示。具体而言，本发明描述了一种可以以电子设备实现的技术，用以检测传感器的视场内的姿势，并且产生检测到的姿势的简明数据表示。在实施方式中，传感器配置为检测姿势，并且响应于其而提供信号。估计器，其与传感器进行通信，配置为产生姿势的椭圆表示。用于姿势的简明表示的多个系数可以用于定义表示姿势的椭圆。
文档编号G06F3/01GK103186239SQ20121057478
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月26日 优先权日2011年12月27日
发明者P·J·凯特尔 申请人:马克西姆综合产品公司