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CN106445094A - 智能可穿戴输入设备 - Google Patents

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CN106445094A
CN106445094A CN201510988545.2A CN201510988545A CN106445094A CN 106445094 A CN106445094 A CN 106445094A CN 201510988545 A CN201510988545 A CN 201510988545A CN 106445094 A CN106445094 A CN 106445094A
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Abstract

本发明涉及一种智能可穿戴输入设备，适用于计算装置的测试输入系统，由能够测量用户至少一只手(100a)动作的可穿戴传感器装置(12a)、能够测量至少一根手指动作和该手相对于周围环境的动作的传感器(12a)以及能够向控制器传输动作数据的传感器装置组成；可接收来自控制器的显示信息的显示屏；以及可在屏幕上显示虚拟键盘图像、虚拟手图像、虚拟手为响应传感器装置输入信息而在显示屏上的运动情况的控制器。此外，该控制器可在至少一根手指运动时识别按键动作(在虚拟手的相应手指位于虚拟键盘上按键的相应位置上时)，并将按键动作作为文本输入信息传输给计算机。

Description

智能可穿戴输入设备
技术领域
本发明与计算机装置控制输入设备相关，尤其与能够实现文本输入的可穿戴输入设备相关。
背景技术
为计算机系统提供文本输入的最常用方式是通过标准键盘来实现的，键盘能够实现高速文本输入，但同时存在一些缺点。使用键盘与重复性劳损病情的发展以及手掌、手腕、手部、肩部、颈部和背部疼痛之间存在关联。
键盘并非属于十分便携的设备，因此通常不与平板电脑或手机同时使用。对于此类设备而言，最常见的文本输入方式是在触敏屏幕上显示一个“虚拟键盘”，用户可通过在触屏键盘上“键入”文本的方式实现文本输入。然而，此种输入方式本身存在一些问题——例如，用户很难找到一个适于放置平板电脑，易于查看屏幕和键入文本的位置。对于手机而言，屏幕的尺寸仅能实现“双指”键入，所以无法实现高速键入。
用户对于运动跟踪和手势识别装置及系统也很熟悉，例如，Xbox(RTM)体感游戏系统。但是，此类系统通常不适用于高速文本输入。对于此类系统而言，文本输入方式与屏幕键盘设备文本输入的方式相同，但键入速度通常较低。
本发明的目标在于减少或消除上述问题。
发明内容
本发明的目的在于：减少或消除上述技术问题，提供一种智能可穿戴输入设备。(翻译文本增加)
本发明为计算机提供了一个文本输入系统，本发明是通过以下技术方案实现的：
可测量用户至少一只手动作的可穿戴传感器装置。该传感器能够测量至少一根手指的动作以及手部相对于周围环境的动作，且该传感器能够向控制装置传输与动作相关的数据；
能够接收控制器发出的显示信息的显示屏；以及
能够在显示屏上显示虚拟键盘图像、虚拟手图像以及根据传感器装置提供的输入信息实现虚拟手在显示屏上移动的控制器。在用户的至少一根手指发生移动且虚拟手的相应手指位于虚拟键盘上相应键位的情况下，控制器还可进一步识别按键情况并将其作为文本输入信息输入计算机。
由于本项文本输入系统能够通过手部运动实现向计算机高速输入文本的任务(与用户通过标准键盘输入文本采用的方式相同)，因此，本系统具备优势。因为用户很可能对于标准键盘十分熟悉，所以仅需经过少量学习即可使用本装置。同时，用户不必像使用常规物理键盘那样将手部放在特定位置。由于本装置为可穿戴装置，用户可在双手处于任何位置(例如：双手位于座椅扶手上或在用户躺在床上时位于身体两侧)的情况下向计算机输入文本。本项功能对于存在肢体残疾情况的用户而言尤其有利，因为此类用户可能无法将双手放在能够实现正确使用标准键盘的适当位置上。
最好将控制器作为在计算机上运行且为计算机提供文本输入的软件。文本输入系统适用于台式电脑或笔记本电脑以及便携程度更高的设备(例如：平板电脑或智能手机)。对于后者而言，本项发明的文本输入系统能够实现用户无法通过使用此类便携设备通常配备的触屏键盘来实现的高速文本输入。最好提供两个可穿戴传感器装置，以便让用户能够使用传感器测量每只手的动作。相应地，屏幕上可显示两只虚拟手，且用户可使用任何一只手上的手指按动虚拟键盘上的按键。在此种情况下，每只虚拟手相对于真实手的位置可得到独立校准，使实体手可分开一定的距离(例如：位于用户身体的两侧)。同时，位于虚拟键盘上的虚拟手可相对靠近。
用户可设置真实手运动的距离与虚拟手运动距离之间的比率。此项功能使用户能够将可感知的虚拟手“响应度”设置为对自身而言最为自然的水平。最好每个传感器装置均能够分别测量用户每只手5个手指的动作。通过两个传感器装置，用户能够使用十根手指按照在标准物理键盘上键入的方式达到较高的键入速度。
控制器可实现指针输入以及向计算机中输入文本。在此种情况下，当虚拟手未在虚拟键盘上方时，用户可使用该虚拟手指示并“点击”显示屏上的项目。这样，本系统可替代键盘和鼠标输入，且用户可在双手处于自然位置的情况下全面使用计算机。控制器还可识别除了在虚拟键盘上“键入”采用的特定手势之外的其他手势。例如：用户可在不必将虚拟手移动至虚拟键盘相应按键上方的情况下通过做出上、下、左、右键的相应手势来实现此类功能。在虚拟键盘上键入、使用虚拟手指示和点击以及通过手势控制实现常见功能使得用户能够快速操作计算机(相较于已知的标准输入设备)。
用户可对显示屏上虚拟键盘的尺寸进行调整。尤其是当虚拟手位于虚拟键盘边缘附近之时，用户可通过用两根手指完成“捏”的动作对键盘尺寸进行调整。这样，用户可捏取或抓取键盘的一个或多个边缘并通过移动键盘边缘的方式调整键盘尺寸。
用户可对显示屏上虚拟手的尺寸进行调整。在某些具体情况下，虚拟手的尺寸可自动调整，以便确保在虚拟键盘尺寸得到调整之时虚拟手与虚拟键盘的尺寸相匹配。
当虚拟手按下虚拟键盘上的某个键时，该系统可提供不同的视频、音频或任何其它反馈作用。在某些具体情况下，可穿戴传感器装置可结合力反馈元件，以便让用户在按键时能够“感受”到按键的动作。
本发明之中的文本输入系统能够在计算机(任意屏幕尺寸)上实现高速文本输入，同时，用户实质上可将双手放在任何位置。此外，相较于标准键盘，该系统具有高度灵活性。如上文所述，用户可对虚拟键盘的尺寸进行调整。此外，用户可将虚拟键盘移动至显示屏的不同位置，且用户可随意设置虚拟手和键盘的透明度、设计风格和颜色。用户甚至可以为了适应自身的需求而改变虚拟键盘上按键的形状、按键之间的间距和按键的布置方式，标准物理键盘是无法实现此种灵活性水平。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是根据本项发明提供的文本输入系统示意图；
图2a显示了在图1所示的文本输入系统中进行调整的虚拟键盘的尺寸；
图2b显示了在图1所示的文本输入系统中进行调整的虚拟键盘的位置；
图2c显示了在图1所示的文本输入系统中暂时隐藏或关闭的虚拟键盘；
图3显示了在图1所示的文本输入系统中进行调整的虚拟键盘按键布局情况；
图4显示了可在图1所示的文本输入系统中实现常用功能的手势示例；
图5a和5b显示了可在图1所示的文本输入系统中模拟鼠标点击的手势示例；
图6显示了如何使用图1所示的系统实现文档向上、向下滚动；
图7和图8显示了如何使用图1所示的系统选取屏幕上的项目。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
首先，对于图1而言，根据本项发明设计的文本输入系统10所示，文本输入系统10包含第一个可穿戴传感器装置12a和第二个可穿戴传感器装置12b，将传感器装置12a、12b分别戴在用户的手腕上100a、100b。戴在用户手腕上的传感器装置像手镯一样，但传感器装置也可以采用其它形式(例如：手套形式的传感器)。
传感器装置12a和12b分别追踪用户双手(100a，100b)的动作。尤其是传感器装置能够测量每只手相对于周围环境的动作的整体速度和方向以及每根手指的动作。来自传感器装置12a、12b的测量信息被传输至控制器14，该控制器14在本系统之中作为在计算装置上运行的软件。
此外，该系统10还包括显示屏16，该显示屏16是已被计算装置用于实现输出的显示屏。控制器14可在显示屏16上显示各个项目，此类项目叠加于计算装置显示的其他项目之上。具体而言，控制器14能够显示虚拟手18a和虚拟手18b。控制器14能够对实际的用户双手100a、100b相对于周围环境的动作做出响应，使屏幕周围的虚拟手18a、18b完成相应动作(如传感器装置12a、12b的测量结果)。此外，控制器14能够响应用户双手100a、100b上相应手指的动作，并据此使虚拟手18a、18b的手指完成相应动作(通过传感器装置12a、12b测量的手指动作)。
控制器14还能够在显示屏16上显示虚拟键盘20，用户可通过双手(100a，100b)动作控制虚拟手18a、18b的动作，并使用10根手指在虚拟键盘20上“键入”信息。
用户可在不键入信息的情况下使用双手100a、100b控制位于虚拟键盘20之外的虚拟手18a、18b，以便实现除文本输入之外的功能。例如：如图2a所示，用户可使用拇指和食指完成“捏”的动作。虚拟手18a、18b将复制该动作，且控制器14能够将该动作解译为实现调整尺寸的功能。在图中，用户通过“捏”虚拟键盘20的边角并对其进行“伸展”的方式来调整虚拟键盘20的尺寸。用户也可通过本方法实现其他屏幕窗口或其他元素的尺寸调整。
在图2b中，用户通过使用虚拟手18b来移动虚拟键盘20，用户可通过手部100b的动作来移动虚拟键盘(或(在此申明)任何位于屏幕上的其他可移动项目)，以便使虚拟手18b位于待移动项目的角落处。然后，用户可完成“抓取”的手势(即紧握拳)。控制器14可将本手势解译为实现移动功能。用户可在松开紧握拳，进而将本项目“放下”之前通过移动手部100b将本项目移动至新位置。
除了能够移动虚拟键盘20和调整虚拟键盘20的尺寸之外，用户还可在不需要进行文本输入时，通过十分便利的方式将虚拟键盘最小化或暂时关闭。这样，显示屏上便可容纳更多其他项目。如图2c所示，用户可通过虚拟键盘20上面的“关闭”键22实现上述功能。当“关闭”键22被按下时，键盘缩小并仅留下一个按键——“开启”键24。用户可在需要的情况下通过按下“开启”键24恢复全尺寸键盘。
如图3所示，用户可根据自身的偏好调整虚拟键盘20上的按键布局。常用的简单调整包括调整按键之间的间距或按键尺寸，但用户可在需要的情况下实现全面灵活性。在图3中，用户完全重新布置了虚拟键盘20上的按键。
正如图2a和图2b所示，用户可使用虚拟手18a、18b(由用户实际双手100a、100b控制)实现除文本输入以外的功能。对于计算机高速控制而言，通过虚拟键盘实现的文本输入(如上文所述)与“点击”输入和其他手势之间的结合对于用户迅速使用常见功能而言十分有用。
图4显示了用户可在不必将虚拟手移动至屏幕上任何具体位置的情况下使用箭头键(上、下、左、右)功能需完成的手势示例。最左边显示了用户可通过使左手中指远离手掌的方式实现向上的功能。在下一张图中，向下的功能显示为左手中指向手掌方向移动。左箭头功能可通过伸出左手无名指来实现，且右箭头功能可通过伸出左手食指来实现。当然，此类手势仅作为示例，用户完全可实现各种手势与常用功能之间的映射。
图5a和图5b显示了如何用输入系统代替标准鼠标。用户可通过右手100b的动作控制虚拟手18b在屏幕周围的运动。例如：用户可通过配置将使用食指按键的动作与点击鼠标左键相对应以及将使用无名指按键的动作与点击鼠标右键相对应。
图6显示了如何使用输入系统向上滚动和向下滚动文档。在一种滚动模式下(如图最左侧所示)，手部100b伸开食指的手势可使文档在“手部跟踪”的模式下滚动，用户可通过手部动作实现页面上下滚动。或者，如图中间部分所示，用户可使用虚拟手18b操作滚动条50，该操作方式与通过鼠标指针操作滚动条50的方式相同。图的右侧部分显示了第三种滚动方法。其中，用户可通过虚拟手18b实现滚动操作，此种操作方式与用户通过实际手部在触屏上完成滚动操作的方式相同。
在图7和图8中，用户可使用输入系统10选择屏幕上的各个项目。用户可采用操作常规鼠标的方式使用虚拟手18b勾选项目52、54、56、58、60、62 周围的选择框70，以便选择相应项目。在本示例之中，项目64、66、68处于未被选择的状态。用户将虚拟手18b移动至待选区域的左上角并保持一定的时间(例如：2秒)。然后，用户将虚拟手18b拖放至待选区域的右下角，以便创建选择框70并选择其中的项目。
本输入系统极其灵活，用户可通过本系统达到在标准键盘上输入文本的速度，且不会受到姿势方面的限制。此外，本系统可在用户无法使用标准键盘的情况下(例如：在手机上)实现高速文本输入。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (18)

1.一种智能可穿戴输入设备，适用于计算装置的文本及指针输入系统，其特征在于，本系统包含：
可测量用户至少一只手动作的可穿戴传感器装置，该传感器能够测量至少一根手指的动作以及该手指所属的整只手相对于周围环境的动作，且传感器装置可将动作数据传输给控制器；
可接收来自控制器的显示信息的显示屏；
能够在显示屏上显示虚拟键盘图像、虚拟手图像以及根据传感器装置提供的输入信息实现虚拟手在显示屏上移动的控制器，在用户的至少一根手指发生移动且虚拟手的相应手指位于虚拟键盘上相应键位的情况下，控制器还可进一步识别按键情况，并将其作为文本输入信息输入计算机；
当虚拟手未处在虚拟键盘相应位置之时，控制器还可模拟鼠标或其他指针输入。
2.如权利要求1所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，两个可穿戴传感器装置可测量双手的动作。
3.如权利要求2所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，屏幕上显示两只虚拟手，每只虚拟手根据两个传感器装置之中的一个传感器提供的输入信息进行移动。
4.如权利要求1至3中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，由每个传感器测量到的移动距离与每只虚拟手的移动距离之间的比率可调。
5.如权利要求1至4中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，传感器装置能够分别测量用户每只手上各手指的动作。
6.如权利要求1至5中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，控制器可识别除了按键手势以外的其他手势并根据已识别的手势激活相应功能。
7.如权利要求1至6中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，显示屏上虚拟键盘的尺寸可调。
8.如权利要求1至7中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，虚拟键盘在显示屏上的位置可调。
9.如权利要求1至8中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，每只虚拟手的尺寸均可调整。
10.如权利要求9所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，当用户调整虚拟键盘尺寸之时，每只虚拟手的尺寸可得到自动调整。
11.如权利要求1至10中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，可穿戴传感器包含在按键被按下时提供反馈信息的输出方式。
12.如权利要求11所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，可穿戴传感器装置的输出方式包含力反馈输出装置。
13.如权利要求12所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，力反馈输出装置包含振动器。
14.如权利要求1至13中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，传感器装置采用环形物的形式。
15.如权利要求1至14中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，传感器装置采用手套的形式。
16.如权利要求1至15中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，用户可通过虚拟手在屏幕上滚动页面。
17.如权利要求1至16中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，用户可通过虚拟手在屏幕上的一系列项目中做出选择。
18.如权利要求1至17中任一所述的智能可穿戴输入设备，其特征在于，本文件所述的智能可穿戴输入设备。
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