输入设备和输入方法与流程

本发明涉及人机界面的交互方法。特别涉及一种通过感测各个手指的运动而实现文字、数字或符号等信息输入的输入设备及其输入方法。

背景技术：

现有的数字信息输入方式中，大多采用键盘输入方式或手写输入方式来将信息输入到计算机等设备中。由于手写输入方式的识别率并不高，输入效率低，其应用受到明显限制，键盘输入方式一直是近年来的主要的输入方式。

采用键盘输入时，通常将键盘上的各个按键与要输入的字符一一对应。由于字符的数量庞大，因此键盘上的按键数量也较多。常规的键盘规格有86键、101键、108键等等。

按键数量多，对于初学者而言，需要时间来适应键盘的键位设置。而对于追求速度的高级输入者来说，手在键盘上的反复移动以寻找具体的按键的过程并不省力，且耗费时间。

更为关键的是，键盘的输入需要使用者长时间在键盘之前保持坐姿，引起颈椎和腰椎问题，而且可能导致腕管综合症的发生。

随着传感器技术的普及，手势输入逐渐成为了人机输入的一个新的发展方向，并可能成为下一次输入革命的风口。然而，现有的手势输入技术，大多都仅仅只是与鼠标、轨迹球等设备的方向输入相对应，并不能替代键盘用于计算机的字符输入。

技术实现要素：

本发明鉴于上述问题而提出，目的在于提供一种全新的输入方法及对应于这一方法的输入设备，其输入方式灵活，对身体负担小，兼具有方便和高效的优势。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种输入方法，包含如下步骤：

在存储装置中存储使用者各个手指的动作与字符的唯一的对应关系，字符包含字母、数字、符号、功能键；

利用感测装置来感测使用者各个手指的动作，将感测数据传送给控制装置；

控制装置对接收到的感测数据进行分析，并根据存储装置中的对应关系输出与该动作对应的字符。

本发明还提供了一种输入设备，包含：

感测装置，感测装置包含多个传感器，这些传感器用于感测使用者各个手指的动作，并将感测数据传送给控制装置；

存储装置，用于存储使用者各个手指的动作与字符的唯一的对应关系；

控制装置，与感测装置和存储装置通信连接，根据接收到的感测数据和的对应关系，来将使用者各个手指的动作转换成对应的字符。

本发明通过感测装置来感测使用者的手指动作，将手指的动作和字符借助存储装置存储之后，借由控制装置将手指动作转换为字符，从而实现了手指动作与计算机字符的对应。相对于现有技术而言，本发明的输入设备仅需要多个传感器，不依赖于特定的工作台面，因此可以有效改善使用者的工作条件。

此外，本发明通过检测使用者手指的触击或弯曲动作，在不同手指的组合下，提供了丰富的输入动作总量，具备足够的灵活性，因此可以方便地映射大量的字符。在使用时，使用者的手臂无需像在使用键盘时一样反复在键盘上方移动，因此大幅度地提高了输入效率。

作为优选，感测装置为与使用者手部接触的触控面板、设置成与各个手指分别对应的形状的手套状装置，具有开关或者键的球状或圆柱状装置，或正对于使用者手部设置的摄像头。

可以借助多种感测装置来感测使用者的各个手指的动作。采用传感器和无线连接技术，可以完全摆脱对工作台或工作区域的依赖，使得输入动作不受束缚，进一步地提高便利性。

作为优选，使用者的各个手指的动作包含：

使用者的各个手指的触击动作与离开动作；

使用者的各个手指的弯曲动作与回复动作；

使用者的各个手指的触击动作、离开动作、弯曲动作和回复动作的组合。

其中，基于现有技术而言，手指的触击动作的识别率较高，不易出错，而借助触击和弯曲动作的组合，能够进一步提高动作的丰富度。

作为优选，在控制装置对接收到的感测数据进行分析，并根据存储装置中的对应关系输出与该动作对应的字符的步骤中，感测装置在识别到使用者的单个手指或多个手指的动作时，控制装置根据对应关系判断有无对应的字符；

若判定存在对应的字符，则输出该字符；

若判定不存在对应的字符，则等待后续的动作，并在出现后续动作时，与在先动作共同判断有无对应的字符。

通过在触发动作之后立即输出字符，可以提高字符的输入效率，而通过等待后续的动作来完成字符的组合，则可以使得字符在需要多个动作组合时也能正确地被识别，从而提高输入精确性。

进一步地，作为优选，控制装置在识别到使用者执行了动作，但该动作能够对应多个字符而无法确定应输出的字符时，通过显示装置显示出属于该动作所对应的字符，供使用者通过后续的动作来选择想要输入的字符。

当进行了在先的且尚无对应字符的动作时，通过显示装置来给出所有与该动作的可能的后续动作组合方式，以及所有后续动作组合方式所能够带来的输入结果，可以提供合理的输入逻辑。通过显示装置给出对应每个的输入提示，可以方便使用者作出选择，降低输入装置的使用门槛。

进一步地来说，作为优选，在利用感测装置来感测使用者各个手指的动作，将感测数据传送给控制装置的步骤中：在任意的手指动作之后，预设时间内若其它手指执行了动作步骤，则判定这两个手指同时执行了动作步骤。

在任意的手指动作之后，预设时间内若其它手指稍后执行了后续动作步骤，则判定这两个手指同时执行了动作步骤。采用分步识别能够显著地提高动作识别的精确性，并加大对存在时间差时手指动作的容错率。

另外，作为优选，在利用感测装置来感测使用者各个手指的动作，将感测数据传送给控制装置的步骤中：

当手指的动作程度小于预设幅度时，判定手指未执行动作；当手指的动作程度大于或等于预设幅度时，判定手指执行了动作。

由于人手的动作习惯，在单个手指或多个手指朝向手掌方向运动的动作的同时，这些手指之外的其它手指会下意识地运动，因此，根据使用者的偏好或偏差对每只手指设置并调整预设幅度，可以提高识别精确度。

另外，作为优选，在利用感测装置来感测使用者各个手指的动作，将感测数据传送给控制装置的步骤中：感测装置通过将手指的位置与手指预设的标准位置相比对，来判断手指所作的动作。

通过与标准位置的比对，感测装置可以更好地感测手指的动作和位置，提高了感测精度。

综上所述，借助本发明所提供的输入设备和输入方法，提供了一种区别于传统键盘输入之外的全新的输入体验。在熟悉了手指动作与字符的对应关系后，本发明可以实现高效和低错误率的输入。

附图说明

通过结合附图对给出的优选实施方式的以下描述，可使本发明的上述目的和特征变得清楚。其中：

图1是示出本发明第一实施方式的输入设备的构成以及该输入设备与外部电子设备的关系的框图；

图2是示出本发明第一实施方式的输入方法的流程图；

图3是示出本发明示例的对应关系的示意图；

图4是示出本发明第三实施方式手指的触击动作的示意图；

图5是示出本发明第三实施方式手指的弯曲动作的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的具体实施方式。

实施例1

本发明的第一实施方式提供了一种输入设备和输入方法，参见图1所示，输入设备包含：

感测装置，感测装置包含多个传感器，这些传感器用于感测使用者各个手指的动作，并将感测数据传送给控制装置；

存储装置，用于存储使用者各个手指的动作与字符的唯一的对应关系；

控制装置，与感测装置和存储装置通信连接，根据接收到的感测数据和的对应关系，来将使用者各个手指的动作转换成对应的字符。

另外，作为本实施方式的进一步的优选，还可以设置显示装置，显示装置与控制装置通信连接，将字符显示出来，以供使用者了解或确认。借助显示装置，可以提高输入效率，并使得本发明的输入设备对初学者更加友好。

此外，也可以将控制装置与外部电子设备，例如台式计算机、平板电脑、手机、工控机等相连接，并将所转换的字符传输至这些电子设备之中，以供进一步的处理。这些字符可以是文字、数字、符号、功能键信息(例如回车和退格键)等等，所传输的形式可以是键位、ascii码等等。

在本实施方式中，感测装置为与使用者手部接触的触控面板、设置成与各个手指分别对应的形状的手套状装置，具有开关或者键的球状或圆柱状装置，或正对于使用者手部设置的摄像头。本领域技术人员了解，只要能够实现对于手部各手指的运动的感测，当然也能够在本发明的技术思想范围内采用其他的实施例。特别是，采用佩戴于使用者各个手指的手套和无线连接技术，或者采用摄像头捕捉手指动作，就可以完全摆脱对工作台或工作区域的依赖，使得输入动作不受束缚，进一步地提高便利性。

可以借助多种感测装置来感测使用者的各个手指的动作。采用传感器和无线连接技术，可以完全摆脱对工作台或工作区域的依赖，使得输入动作不受束缚，进一步地提高便利性。

本实施方式还提供了一种输入方法，参见图2所示，包含如下步骤：

在存储装置中存储使用者各个手指的动作与字符的唯一的对应关系，字符包含字母、数字、符号、功能键；

利用感测装置来感测使用者各个手指的动作，将感测数据传送给控制装置；

控制装置对接收到的感测数据进行分析，并根据存储装置中的对应关系输出与该动作对应的字符。

其中，存储装置中可以预设有一套默认的键位对应关系，也可以通过软件修改或切换硬件的方式对这一对应关系进行修改或重置。实际使用时，使用者通常不需要反复地对这一对应关系进行修改，因此十分便利。

参见图3所示，在本实施方式中，将字母、数字和符号与用户的手指动作之间以表格的形式形成了对应关系，下面将以图3为例，对输入过程进行简单说明。

当需要输入字母a时，使用者仅需触发右手的中指的动作，即可实现字母a的输入。

而需要输入大写字母“a”时，可以在小写字母“a”的基础上，增加一指作为输入大写字母“a”的触发条件(类似于键盘中的上档键)，例如图中示意的左手的拇指。此时，同时触发右手的中指和左手的拇指的手指动作，即可完成大写字母“a”的输入。

进一步地，对于其它的一些字母，也可以通过类似的逻辑来完成输入。例如，使用者可以通过同时触发右手无名指和左手的食指来输入字母“h”，并通过同时触发右手无名指、左手的食指还有左手的拇指来输入字母“h”。

而对于五个常用的功能键，包括“enter(回车)”、“space(空格)”、“backspace(退格)”、“tab(切换)”、“delete(删除)”，在图3中也都形成了相应的对应关系。其中，通过右手的拇指、食指和中指的同时动作，可以输入“enter”；通过右手的拇指、小指的同时动作，可以输入“space”；通过右手的中指、无名指和小指的同时动作，可以输入“backspace”。与之对应的，在加上了左手的拇指之后，也就是左手的拇指、右手的拇指还有右手的小指的同时动作，可以输入“tab”；而左手的拇指、右手的小指还有右手的中指还有右手的无名指的同时动作，则可以输入“delete(删除)”。

当需要输入符号和数字时，图3的对应关系中采用了左手的小指来扮演上档键的功能。例如，在需要输入符号“！”时，仅需同时执行左手的中指、无名指和小指，加上右手的中指的动作即可。而在需要输入数字“1”时，则需要同时执行左手的无名指和小指，加上右手的食指的动作。

以此类推，表格中的任意符号都可以和使用者的手指动作唯一对应，因此输入任何的字符都仅仅需要作出对应的动作即可。而且，在使用时，使用者的手臂无需像在使用键盘时一样反复在键盘上方移动，因此大幅度地提高了输入效率。

显然，在以上示例的内容中，左右手的定位是可以互换的，而且也可以针对残疾人士提供缺指之后的对应关系的另行定制。

值得一提的是，由于本发明中需要同时作出多个手指的动作，以实现足够多的手指动作和字符的对应。因此对于多个手指动作的判定的时机，可以有一定的时间容错能力。例如，在预设时间之内先后作出的两个手指动作，可以被判断为是同时执行的动作。这一预设时间可以根据使用者的偏好自行设定，通常可以是0.2-1秒。

本发明通过感测装置来感测使用者的手指动作，将手指的动作和字符借助存储装置存储之后，借由控制装置将手指动作转换为字符，从而实现了手指动作与计算机字符的对应。相对于现有技术而言，本发明的输入设备仅需要多个传感器，不依赖于特定的工作台面，因此可以有效改善使用者的工作条件。

此外，本发明通过检测使用者手指的触击或弯曲动作，在不同手指的组合下，提供了丰富的输入动作总量，具备足够的灵活性，因此可以方便地映射大量的字符。

实施例2

本发明的第二实施方式提供了一种输入方法，第二实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第二实施方式中，在所述控制装置对接收到的感测数据进行分析，并根据存储装置中的所述对应关系输出与该动作对应的字符的步骤中，感测装置在识别到使用者的单个手指或多个手指的动作时，控制装置根据所述对应关系判断有无对应的字符；

若判定存在对应的字符，则输出该字符；

若判定不存在对应的字符，则等待后续的动作，并在出现后续动作时，与在先动作共同判断有无对应的字符。

也就是说，当动作尚未满足字符的触发条件时，控制装置等待后续的动作并有后续动作时，与前面动作一起判断有无应对的字符。例如，只触发左手的拇指的时候没有应对字符，但从该状态再触发右手的中指的动作，也可以完成大写字母a的输入。

反过来说，如果动作满足应对的字符，就立即触发该字符的输入。例如，从上述的触发右手中指和左手拇指的状态，离开左手拇指的同时触发左手中指和小指，就可以输入符号“！”。

通过在触发动作之后立即输出字符，可以提高字符的输入效率，而通过等待后续的动作来完成字符的组合，则可以使得字符在需要多个动作组合时也能正确地被识别，从而提高输入精确性。

当输入设备包含显示装置时，作为本实施方式的进一步优选，控制装置在识别到使用者执行了动作，但该动作能够对应多个字符而无法确定应输出的字符时，通过显示装置显示出属于该动作所对应的字符，供使用者通过后续的动作来选择想要输入的字符。

例如，参见图3的对应关系所示，在只触发左手的拇指时，可以通过显示装置给出左手拇指所对应的“o”、“e”、“a”、“i”、“u”等字符，并显示出这些字符所对应的动作的提示。提示可以且不限于为文字提示、图标提示、动作提示等。值得一提的是，在输入设备具备音频设备的时候(特别可以应用在盲人的使用场景)，还可以利用声音作为辅助提示。使用者可以根据提示“结合右手中指的动作可以输入a”，通过触发右手中指的动作，来完成“a”字母的输入。

另外，有的时候，在触发某个动作时，可能可以伴随有许多后续动作。例如，在只触发左手的拇指时，不但有“o”、“e”、“a”、“i”、“u”等字母可以作为后续动作所能够触发的字母，而如果同时触发左手食指的动作，还有“h”、“n”、“s”、“x”、“f”、“m”等字母可以作为备选字母。此时，如果将所有的字母、字符和数字的可能性都在显示装置上显示出来，则容易让人眼花缭乱。因此，可以在显示装置上给出简单的提示，或者不作提示，仅显示与之直接相关的右手的动作组合即可。

当进行了在先的且尚无对应字符的动作时，通过显示装置来给出所有与该动作的可能的后续动作组合方式，以及所有后续动作组合方式所能够带来的输入结果，可以提供合理的输入逻辑。通过显示装置给出对应每个的输入提示，可以方便使用者作出选择，降低输入装置的使用门槛。

实施例3

本发明的第三实施方式提供了一种输入方法，第三实施方式是第一或第二实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第三实施方式中，参见图4和图5所示，使用者的各个手指的动作包含：

使用者的各个手指的触击动作与离开动作；

使用者的各个手指的弯曲动作与回复动作；

或者，使用者的各个手指的触击动作、离开动作、弯曲动作和回复动作的组合。

当感测装置为佩戴于使用者各个手指的手套时，传感器可以同时包含触击传感器和弯曲传感器，触击传感器可以为设置在手套指尖处的压力或震动感应器，而弯曲传感器则可以为设置在手套指关节处的电阻式导电带传感器。电阻式导电带传感器可以制作成长条形，并方便地安置或固定于指尖指腹处和指关节处，并且成本低廉，因此，电阻式导电带传感器可以作为弯曲传感器的优选。当然，采用其它的感测装置也可以基本实现本发明的发明目的。

而，由于实现了对使用者同一手指的多种动作的识别，因此能够提供更为丰富的对应关系，进而提高了输入效率，降低了记忆难度。

基于现有技术而言，手指的触击动作的识别率较高，不易出错，而借助触击和弯曲动作的组合，能够进一步提高动作的丰富度。

实施例4

本发明的第四实施方式提供了一种输入方法，第四实施方式是第一、第二或第三实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第四实施方式中，在利用感测装置来感测使用者各个手指的动作，将感测数据传送给控制装置的步骤中：

当手指的动作程度小于预设幅度时，判定手指未执行动作；当手指的动作程度大于或等于预设幅度时，判定手指执行了动作。

由于人手的动作习惯，在单个手指或多个手指朝向手掌方向运动的动作的同时，这些手指之外的其它手指会下意识地运动，因此，根据使用者的偏好或偏差对每只手指设置并调整预设幅度，可以提高识别精确度。

实施例5

本发明的第五实施方式提供了一种输入方法，第五实施方式是第一至第四实施方式中任意一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第五实施方式中，在利用感测装置来感测使用者各个手指的动作，将感测数据传送给控制装置的步骤中：在任意的手指动作之后，预设时间内若其它手指执行了动作步骤，则判定这两个手指同时执行了动作步骤。

其中，预设时间可以根据实际情况自行设定。对于反应较快的青少年人来说，可以设置较短的预设时间，例如0.2-1秒。而对于反应较慢的中老年人而言则可以设置较长的预设时间，例如0.5-2秒。在输入了任意的动作之后，如果发现是错误的动作，也可以通过等待预设时间过去，来作废之前的动作，从而避免反复输入删除或退格键，提高输入效率。

通过预设时间的限制，使得输入超时一段时间后的动作作废，可以避免错误的在先动作对新输入动作的影响。

实施例6

本发明的第六实施方式提供了一种输入方法，第六实施方式是第一至第五实施方式中任意一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第五实施方式中，在利用感测装置来感测使用者各个手指的动作，将感测数据传送给控制装置的步骤中：感测装置通过将手指的位置与手指预设的标准位置相比对，来判断手指所作的动作。

通过与标准位置的比对，感测装置可以更好地感测手指的动作和位置，提高了感测精度。

实施例7

本发明的第七实施方式提供了一种输入方法，第七实施方式与第二至第六实施方式中任意一实施方式有所不同，主要不同之处在于，在本发明的第二至第五实施方式中，若判定不存在对应的字符，则等待后续的动作，并在出现后续动作时，与在先动作共同判断有无对应的字符；而在本发明的第五实施方式中，在利用感测装置来感测使用者各个手指的动作，将感测数据传送给控制装置的步骤中：

感测装置能够将手指的动作分为两个步骤并分步识别，这两个步骤分别为使手指产生位移的动作步骤和使手指从位移后的状态回归的归位步骤；

感测装置在判断到手指执行了归位步骤之后，判定手指的动作执行完毕。

具体而言，可以通过对使用者手指动作的拆分，来实现步骤的分布识别，例如，可以将触击动作分为触击后按住不放和松开两个步骤，可以将弯曲动作分为弯曲和伸直两个步骤。二者的两个步骤和动作步骤、归位步骤先后依次对应。

采用分步识别能够显著地提高动作识别的精确性，并加大对存在时间差时手指动作的容错率。

在使用者的手部执行这两个步骤时，可以作出如下逻辑判定，以提高对动作识别的精确性：

在任意的手指完成动作步骤，但尚未执行归位步骤时，若其它手指稍后执行了动作步骤，则判定这两个手指同时执行了动作步骤；

在至少两根手指都执行了动作步骤之后，若有一个或以上的手指执行了归位步骤，则判定这些手指都执行了归位步骤。

如果有任意的手指在判定手指的动作执行完毕之后尚未归位，且又有新的手指执行动作步骤，则判定这些新的步骤无效。也就是说，一个动作完成之后，需等待所有的手指都松开或者归位，才能够执行下一步的输入。

除此之外，还可以有其它的对输入步骤的判断细节，都能够用来提高进一步的输入准确性，在此不再予以赘述。

实施例8

本发明的第八实施方式提供了一种输入方法，第八实施方式是第七实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第八实施方式中，同样增加了显示装置。

具体来说，在控制装置对接收到的感测数据进行分析，并根据预先存储的对应关系输出与该动作对应的字符的步骤中，还包含如下子步骤：

控制装置在识别到使用者的第一只手执行了动作步骤，但尚未执行归位步骤时，通过显示装置显示出属于该动作所对应的字符,供使用者通过第二只手的动作来选择想要输入的字符。

例如，当采用根据图3所示意的对应关系的时候，在使用者的左手的中指执行了动作步骤时，显示装置上将示意出左手的中指所对应的字符：“g”、“d”、“z”、“j”、“v”、“b”,并分别示意出如下对应关系：

“g”与使用者的右手的无名指对应；

“d”与使用者的右手的中指对应；

“z”与使用者的右手的中指和食指对应；

“j”与使用者的右手的食指对应；

“v”与使用者的右手的拇指和食指对应；

“b”与使用者的右手的拇指对应。

此时，若使用者执行了右手的动作步骤，例如使用者的右手的食指执行了动作步骤，则可以提示字母“j”被选定。

值得一提的是，采用分步识别时，也适用于先输入右手的动作时的分步识别。例如，在使用者的右手的小指执行了动作步骤时，显示装置上将示意出右手的小指所对应的字符：“””、“9”、“4”、“r”、“o”、“r”、“o”,并分别示意出如下对应关系：

“””与使用者的左手的中指和无名指对应；

“9”与使用者的左手的中指、无名指和小指对应；

“4”与使用者的左手的无名指和小指对应；

“r”与使用者的左手的拇指和小指对应；

“o”与使用者的左手的拇指对应；

“r”与使用者的左手的小指对应；

“o”不与任何动作对应，只要使用者的右手的小指执行了归位步骤，即可直接输入。

此时，若使用者执行了所提示的任意的动作步骤，例如使用者的左手的小指执行了动作步骤，则可以提示字母“r”被选定。

通过显示装置显示出在先动作所对应的字符，并给出对应每个的输入提示，可以方便使用者作出选择，降低输入装置的使用门槛。

同样的，有的时候，在触发某个动作时也伴随有许多后续动作的可能性。此时也一样可以有选择性地将常用的一些字符显示出来，以提高显示和选择效率。或者，也可以如现有技术中的常规输入法的方式一致，采用翻页或其它的方式来提供更多的输入选择。

综上所述，借助本发明所提供的输入设备和输入方法，提供了一种区别于传统键盘输入之外的全新的输入体验。在熟悉了手指动作与字符的对应关系后，本发明可以实现高效和低错误率的输入。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。