专利名称：感测机械能以使得身体适用于进行数据输入的制作方法
感测机械能以使得身体适用于进行数据输入背景现今，许多计算设备具有显著计算功率和能力，而且足够小且足够轻，以致它们可被容易地携带。然而，具有这样的小尺寸通常意味着这些设备因此具有小且受限的交互机构，诸如微小屏幕、按钮和/或转轮形式的。这降低了此类设备的可用性和功能性，因为简单地使按钮和屏幕变得更大会导致小型设备的益处的损失一个选择是机会性地使表面区域适用于交互性目的。例如，一个技术允许小型移动设备使用桌面作为姿势手指输入画布(该移动设备放置在桌子上)。然而，桌面并非总是可用的，并且在移动上下文中，用户几乎不可能希望随身携带此类表面；(的确，此时，用户将很可能偏好于简单地具有较大设备)。概述提供本概述以便以简化形式介绍将在以下的详细描述中进一步描述的一些代表性概念。本概述不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在以限制所要求保护的主题的范围的任何方式来使用。简言之，本文中所描述的主题的各方面涉及将人体用作计算设备的输入机构的技术。传感器集合被耦合至人体的部位，诸如通过佩戴包含传感器阵列的臂带。传感器集合检测由身体所执行的动作(姿势)导致的机械能，并提供与动作相对应的输出数据(例如，信号)。信号可被处理成与输出数据相对应的其他信息，例如，可能的姿势当中的特定姿势。计算设备使用与输出数据相对应的信息(诸如被执行的姿势的类型，或者关于身体轻击之处的位置信息)作为数据输入。例如，姿势可以是手指轻击，并且输出数据可指示哪个手指轻击、手指在什么表面上轻击、或者手指在身体上的哪里轻击等。在一个实现中，传感器集合检测多个频率下的横向波和纵向波，且每个传感器与谐振频率相关联。传感器集合可将信号输出到数据捕捉(例如，采样)机构。信号可以各种方式被处理成例如分段，且每一分段被评估以确定其是否对应于用户预期姿势。如果对应于一姿势，则分段(例如，波形)可使其特征被提取出。所提取的特征可在随后被分类器用来确定动作/姿势是什么，例如，手指轻击、手指在哪里轻击等。结合附图阅读以下详细描述，本发明的其他优点会变得显而易见。附图简述作为示例而非限制，在附图中示出了本发明，附图中相同的附图标记指示相同或相似的元素，附图中图I是示出用于实现使用身体来检测数据输入的系统的示例组件的框图。图2是用于耦合至身体的配备有传感器集合(传感器阵列)的臂带的表示。图3是传感器集合可如何被佩戴到手臂上以检测手指与手臂的交互的表示。图4是传感器集合可如何被佩戴到手臂上以检测手指与手臂的交互一包括与同投影图像相对应的位置的交互——的表示。图5是传感器集合中的一传感器如何检测通过人体传送的横向波的表示。图6是传感器集合中的一传感器如何检测通过人体传送的纵向波的表示。
图7是示出可被采取来经由传感器集合来感测身体所执行的动作以及根据传感器集合的信号确定所采取的特定动作的示例步骤的流程图。
图8是示出用于实现使用身体来检测数据输入的替换性系统的示例组件的框图。图9-11是示出手臂上、手上、以及手指上用户可与之交互的各个位置的输入位置集合的表不。
图12-17是对输入位置集合的编组的表示。图18和19是用户界面图像或图像集可如何被投影以供用户与之交互的表示。图20示出了本发明的各方面可被并入其中的移动计算设备/环境的说明性示例。详细描述本文中描述的技术的各个方面一般涉及使人体部位适于作为交互式数据输入设备。在一个实现中，可使用用于生物声学信号捕获的非侵入、可佩戴生物声学传感器组合来就手指输入感测身体。一般而言，传感器集合可检测通过身体传送的机械能。而且还提供了使得系统能求解动作(例如，身体上发生手指轻击的位置)的分析办法。注意，使用一个人的身体作为输入设备是合意的，因为其总是存在，并且因为人体具有近似两平方米的外部表面积。此外，指人类对他或她的身体如何在三维空间中被配置的感觉的本体感受允许一个人与其身体准确地交互，包括以盲眼(eyes-free)方式。应当注意，本文中所描述的各个示例仅是示例，并且本文中描述的技术可以超出这些示例的许多其他方式来实现和使用。因此，本发明不限于在此描述的任何具体的实施例、方面、概念、结构、功能或示例。相反，此处所描述的任何一个实施例、方面、概念、结构、功能或示例都是非限制性的，可以以一般而言在计算和进行数据输入时提供好处和优点的各种方式来使用本发明。图I示出了可被用来使人体的部位适于作为交互性数据输入设备的各个组件。包括一个或多个传感器的可佩戴传感器集合102被耦合至数据捕捉机构104——诸如从传感器集合102数字地捕捉数据的音频接口。数据捕捉机构向传输机构106提供此信息，该传输机构106又向计算设备118传送位置信息；(注意，虽然例示了无线通信链路，但是其等效于使用至设备的有线链路)。还注意，可接收输入数据的任何电子设备可被考虑为计算设备，包括蜂窝电话、计算机系统、个人数字助理(PDA)等。计算设备108随后处理数据以确定关于身体进行交互(例如，轻击)之处的位置信息，并使用此信息作为输入，例如，因为其同与用户界面进行的任何交互有关。为此，使用信号处理和分类器110，如以下所描述的。在一个实现中，本发明技术利用人体的自然机制(例如，声学)传导特性来提供输入系统，并且包括允许将皮肤用作手指输入表面的输入技术。在一个实现中，在如图2-4中所表示的附连到手臂的柔性臂带202中实现传感器集合102。尽管如此，但是传感器集合实际上可被定位在任何地方，包括头、颈、手腕(例如，类似腕带或腕表)、腿、胸、腰(例如，腰带)等。注意，手臂提供合理的表面区域供进行交互，包括用于供微型投影仪(piCO-pix)jeCtor)400(图4，以下所描述的)进行投影的连续且平坦的区域。此外，前臂和手包含便于不同位置的声学特殊性的复杂骨骼组合。而且，可佩戴臂带是非侵入且可易于移动。在一个实现中，各包括五个传感元件的两个阵列被各自整合到臂带形状因子中。当手指302或其他对象轻击皮肤(如图3-6中一般地表示的)，通过身体传送机械能。这由传感器集合102(示为图5中在某一时刻t = 2被激活的一个特定传感器502，以及图6中在某一时刻t = 4被激活的另一特定传感器602)来检测。一些能量作为声学声波被辐射到空气中，在一些实现中，该声学声波可被感测到，然而，此声能没有被本文中所描述的实现使用。为了捕捉以上所描述的丰富多种的机械能/声学信息，可使用各种感测技术/能量转换器，包括骨传导话筒、与听诊器耦合的常规话筒、压电接触话筒、以及加速计。然而，注意，商业上可购得的能量转换器未被设计成检测通过人体传送的机械能/声学，由此，一般要求一些定制等来提供可接受结果。由于低频信号(例如，25Hz)在表征手指轻击时是有用的，但是一些实现使用包括经高度调谐的振动传感器(highly-tuned vibration sensor)阵列的传感器集合。合适的传感器类型包括商业可购得的小型悬臂式压电薄膜。通过将小权重添加到悬臂的末端，能 改变谐振频率，从而允许感测元件对声谱的唯一性、低频窄带进行响应。添加更大的质量缩减传感器作出响应的激励范围；对每个元件加权，以使其与在表征生物声学输入时有用的特定频率对准。悬臂式传感器的另一益处在于，它们对于同皮肤平行的力(例如，由拉伸导致的剪切运动)天生地有些不敏感。因而，由许多常规移动(例如，对门把手伸出手)导致的皮肤拉伸倾向于被衰减。然而，传感器高度响应于同皮肤垂直的运动，这有助于捕捉横向表面波(图5)以及源自内部结构的纵向波(图6)。如下表，不同的谐振频率集可被用于各个传感器组。
权利要求
1.一种系统，包括耦合至人体的部位的传感器集合和计算设备，所述传感器集合被配置成检测由所述身体执行的动作导致的、通过所述身体传送的机械能，并且提供与所述动作相对应的输出数据，所述计算设备使用与所述输出数据相对应的信息作为数据输入。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述传感器集合包括多个经调谐的振动传感器。
3.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述传感器集合被整合到耦合至手臂的臂带中。
4.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述传感器集合检测与至少一个手指在所述身体上、或者在不同于所述身体的表面上的轻击相对应的机械能。
5.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述传感器集合向数据捕捉机构输出信号， 并且还包括分类器，所述分类器根据所述信号的特征确定由所述身体执行的所述动作。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述分类器确定所述身体上的轻击的位置、所述身体上的轻击的量级、所述身体上的轻击的类型、或哪个手指对应于由所述身体执行的所述动作，或者述身体上的轻击的位置、所述身体上的轻击的量级、所述身体上的轻击的类型、或哪个手指对应于由所述身体执行的所述动作的任意组合。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述分类器对以下各项进行分类或区分身体上由手指或其他对象作出的可由所述传感器检测的轻击；由所述传感器被耦合至的身体的至少一个部位创建的姿势；或由于与所述身体接触而能被检测到的有源能量发射对象；或者身体上由手指或其他对象作出的可由传感器检测的轻击；由所述传感器被耦合至的身体的至少一个部位创建的姿势；或作为与所述身体接触的结果而能被检测的有源能量发射对象的任意组合。
8.如权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括向所述计算设备提供信息的至少一个其他传感器。
9.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述传感器集合向数据捕捉机构输出信号，并且所述系统还包括将所述信号处理成所述输出数据的嵌入式处理器。
10.如权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括投影图像的投影仪，并且其中所述传感器检测由与所述图像交互的身体执行的动作所导致的机械能。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述投影仪被物理地耦合至所述身体，或者所述投影仪将所述图像投影到所述身体的表面，或者所述投影仪被物理地耦合至所述身体并且所述投影仪将所述图像投影到所述身体的表面。
12.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述传感器集合还检测并非是所述身体的一部分的对象的振动。
13.一种计算环境中的在至少一个处理器上执行的方法，包括将从耦合至人类用户的机械能传感器集合接收的信号处理成表示由所述用户采取的动作的特征；使用所述特征来将所述动作分类成输出数据；以及提供所述输出数据以输入到计算设备中。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，处理所述信号包括对所述信号进行采样，以获得所捕捉的数据，以及将所捕捉的数据分段成独立输入实例，并且所述方法还包括确定独立输入实例是否对应于姿势。
15.具有计算机可执行指令的一个或多个计算机可读介质，所述指令在被执行时执行包括以下各项的步骤 处理从机械能传感器集合接收的信号集合，以确定所述信号集合是否对应于姿势，并且如果不对应，则丢弃所述信号集合，或者如果对应，则 从所述信号集合提取特征；以及 将所述特征提供给分类器，所述分类器从一组可能的姿势当中确定哪个姿势被执行；以及 提供指示被执行的姿势的输出数据。
全文摘要
描述了使用人体作为计算设备的输入机构。传感器集合被耦合至人体的部位。传感器集合检测作为由动作/身体执行的动作(诸如用户手指轻击或轻弹)的结果通过身体传送的机械(例如，生物声学)能量。处理传感器输出数据(例如，信号)以确定采取了什么动作。例如，姿势可以是手指轻击，并且输出数据可指示哪个手指轻击、手指在什么表面上轻击、或者手指在身体上的哪里轻击。
文档编号G06F3/01GK102640086SQ201080054551
公开日2012年8月15日 申请日期2010年11月5日 优先权日2009年12月4日
发明者C·哈里森, D·S·谭, D·莫里斯 申请人:微软公司