定位指針位置的方法、系統及設備的製作方法
2023-08-08 22:27:41 2
定位指針位置的方法、系統及設備的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種定位指針位置的方法、系統及設備。根據本發明的方法，先基於控制指針的手控裝置在第一坐標系下的三軸加速度和三軸角速度來估計所述手控裝置在第二坐標系下的姿態；隨後再基於所述手控裝置在第一坐標系下的三軸角速度及所估計的姿態來確定所述手控裝置在第二坐標系下的旋轉角度，並基於所述旋轉角度來確定所述指針的位置信息，由此可實現對由脫離桌面的手控裝置所控制的指針進行精確定位。
【專利說明】定位指針位置的方法、系統及設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子領域，特別是涉及一種定位指針位置的方法、系統及設備。
【背景技術】
[0002]目前，市場上絕大部分滑鼠都依靠光學傳感器或雷射傳感器實現光標定位，這種滑鼠需要放置在桌面或其他平面上，再由操作者移動滑鼠，由此來操控指針。而隨著大屏幕顯示設備的普及，電視機、機頂盒等產品的三網融合，電視機和機頂盒等將搭載更多的互動內容，此時用戶對操控指針的方式提出了更高的要求，希望操控方式能更便捷更自由，常要求不再藉助桌面或其他平面，而是直接在三維空間中自由移動控制器來定位滑鼠光標。如在三維空間中上下移動控制器實現光標的上下移動、左右移動控制器實現光標的左右移動，如此使得對滑鼠所控制的指針的定位也提出了更新的要求。
[0003]為此，諸多研究人員開始研究出一些慣性傳感器光標控制裝置，例如，專利號為5898421的美國專利文獻「Gyroscopic pointer and method」提出了用X、Y兩軸陀螺儀來構建空間指示器，但該裝置僅採用陀螺儀，無法偵測用戶手持裝置時該裝置在用戶手中發生的偏轉，而且也容易產生累計誤差。又例如，專利號為2008291163A1的美國專利文獻「3D Pointing Devices with Orientation Compensation and Improved Usability，，及專利號為 2009326857A1 的美國專利文獻「Hand Held Pointing Device With RollCompensation」都提出了用陀螺儀和加速度計的架構來構建空中指向定位器。其中X、Y、Z三軸加速度計用於對定位器在手中握持時產生的傾斜進行補償。然而，前述兩專利文獻對於傾斜校正單純採用加速度計，在定位器靜止或者小幅度運動時效果良好，但如果用戶手持定位器時發生較大幅度的手腕轉動，尤其當用戶手持此裝置進行遊戲互動過程中，此時，手部運動將引入除重力加速度以外的加速度信號，且此加速度幅度比重力加速度幅度更大，採用前述兩種專利文獻所述的校正方式就會產生較大的偏差，從而造成光標偏移不受控制。
[0004]對於此類慣性傳感器光標控制裝置來說，由於用戶在空中而非桌面上來移動控制裝置進行光標定位，光標控制裝置的自身坐標系相對於顯示光標的屏幕所在的坐標系有偏差，因此，如何實時估計出光標控制裝置在屏幕所在的坐標系下的姿態，使該類慣性傳感器定位的輸入裝置獲得良好的用戶體驗，是本領域技術人員迫切需要解決的課題。
【發明內容】
[0005]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種定位指針位置的方法、系統及設備，以實現對指針的精確定位。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種定位指針位置的方法，其至少包括步驟:
[0007]I) I)基於控制指針的手控裝置在第一坐標系下的三軸加速度和三軸角速度來估計所述手控裝置在第二坐標系下的姿態；[0008]2)基於所述手控裝置在第一坐標系下的三軸角速度及所估計的姿態來確定所述手控裝置在第二坐標系下的旋轉角度，並基於所述旋轉角度來確定所述指針的位置信息。
[0009]本發明還提供一種定位指針位置的定位系統，其至少包括:
[0010]姿態確定模塊，用於基於控制指針的手控裝置在第一坐標系下的三軸加速度和三軸角速度來確定所述手控裝置在第二坐標系下的姿態；
[0011]指針位置計算模塊，用於基於所述手控裝置在第一坐標系下的三軸角速度及所確定的姿態來確定所述手控裝置在第二坐標系下的旋轉角度，並基於所述旋轉角度來確定所述指針的位置信息。
[0012]本發明還提供一種智能設備，其至少包括前述的定位系統。
[0013]如上所述，本發明的定位指針位置的方法、系統及設備，具有以下有益效果:可實現對由脫離桌面的手控裝置所控制的指針進行精確定位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1顯示為本發明的定位指針位置的方法的一種優選流程圖。
[0015]圖2顯示為手控裝置及第一坐標系的示意圖。
[0016]圖3顯示為第二坐標系及姿態角Θ、-示意圖。
[0017]圖4顯示為本發明的定位指針位置的方法的另一種優選流程圖。
[0018]圖5顯示為本發明的定位指針位置的定位系統的一種優選示意圖。
[0019]圖6顯示為本發明的定位指針位置的定位系統的另一種優選示意圖。
[0020]元件標號說明
[0021]I定位系統
[0022]11姿態確定模塊
[0023]111第一確定模塊
[0024]112第二確定模塊
[0025]113第三確定模塊
[0026]114第四確定模塊
[0027]12指針位置計算模塊
[0028]S1、S2、S11_S14 步驟
【具體實施方式】
[0029]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0030]請參閱圖1至圖6。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0031]如圖1所示，本發明提供一種定位指針位置的方法。其中，根據本發明的方法，主要通過定位系統來完成，該定位系統包括但不限於安裝在智能設備中、且能夠實現本發明方案的諸如應用模塊、作業系統、處理控制器等的系統。其中，該智能設備包括但不限於:定位指針的手控裝置或計算機設備等。所述手控裝置包括基於操作者的操控來控制所述指針的顯示位置的裝置，優選地，包括但不限於:滑鼠、遙控器等。該計算機設備包括但不限於:個人計算機、機頂盒等。其中，所述指針包括顯示於諸如計算機的顯示屏或電視機等顯示設備上的指針或光標等。
[0032]在步驟SI中，所述定位系統基於控制指針的手控裝置在第一坐標系下的三軸加速度和三軸角速度來估計所述手控裝置在第二坐標系下的姿態。
[0033]其中，所述第一坐標系是根據手控裝置自身上下左右前後方向所建立的坐標系。例如，如圖2所示，以圖示的手控裝置的操控面的左右方向為第一坐標系的X軸、操控面的前後方向為第一坐標系的Y軸、手控裝置的上下高度方向為Z軸,其中,右方向為X軸正方向、左方向為X軸負方向、前方向為Y軸正方向、後方向為Y軸負方向、上方向為Z軸正方向、下方向為Z軸負方向。
[0034]其中，所述第二坐標系是根據顯示設備所放置的地球系統建立的坐標系，例如，如圖3所示，以顯示指針的顯示設備120的顯示屏122垂直於地球表面放置時，所述顯示設備的寬度方向為第二坐標系的X軸、高度方向為Y軸。
[0035]其中，所述手控裝置在第一坐標系下的三軸加速度由設置在所述手控裝置內的三軸加速度計感測自身所屬的第一坐標系的X方向、Y方向、Z方向的加速度獲得，所述手控裝置在第一坐標系下的角速度由設置在所述手控裝置內的三軸陀螺儀感測自身所屬的第一坐標系的X方向、Y方向、Z方向的角速度獲得。
[0036]其中，所述手控裝置的姿態通常以角度，例如，俯仰角Θ及滾動角來表示，如圖3所示。
[0037]優選地，所述定位系統直接基於控制指針的手控裝置當前時刻在第一坐標系下的三軸加速度和三軸角速度、以及當前時刻的前一時刻所述手控裝置的姿態來估計所述手控裝置當前時刻在第二坐標系下的姿態。
[0038]接著，在步驟S12中，所述定位系統基於所述手控裝置在第一坐標系下的三軸角速度及所估計的姿態來確定所述手控裝置在第二坐標系下的旋轉角度，並基於所述旋轉角度來確定所述指針的位置信息。
[0039]具體地，所述定位系統基於所述手控裝置在第一坐標系下的三軸角速度Rx(t)、Ry(t)、Rz(t)以及所估計的俯仰角Θ及滾動角按照下述公式計算當前時刻所述手控裝置在第二坐標系下的旋轉角度(Rex，Rey):
[0040]K、(1) = (K (/) COS ( I) + R AJ) Si η ) ----- k' (/) cos <p( i).[0041]隨後，再基於所述旋轉角度(Rex，Rey)按照以下公式來輸出所述指針的位置移動信息 Wx (t)、Wy (t):
[0042]Wx(t) = Rex(t) Xm ；
[0043]Wy(t) = Rey (t) Xm ；
[0044]其中，Rex(t)是當前時刻所述手控裝置在第二坐標系下沿X軸的旋轉角度，Rey(t)是當前時刻所述手控裝置在第二坐標系下沿Y軸的旋轉角度；Wx(t)表示所述指針當前時刻在屏幕X軸方向的相對移動值；Wy(t)表示所述指針當前時刻在屏幕y軸方向的相對移動值，m為預定比例因子，其基於將旋轉角度轉換成屏幕移動的像素點的轉換關係來確定。
[0045]圖4示出了本發明的定位指針位置的方法的另一種優選流程圖。
[0046]在步驟Sll中，所述定位系統基於所述手控裝置當前時刻的三軸加速度來估計所述手控裝置在所述第二坐標系下的姿態因子，並將所獲得姿態因子作為當前時刻的觀測因子。
[0047]其中，所述姿態因子包括任何能用來確定手控裝置在第二坐標系下的姿態(即俯仰角Θ及滾動角P )的相關參數。
[0048]例如，所述定位系統基於所述手控裝置在當前時刻的三軸加速度Gx(t)、Gy(t)、Gz(t)按照下述方式來估計姿態因子，並將所獲得的姿態因子作為當前時刻的觀測因子Pob (t):
【權利要求】
1.一種定位指針位置的方法，其特徵在於，所述定位指針位置的方法至少包括步驟: 1)基於控制指針的手控裝置在第一坐標系下的三軸加速度和三軸角速度來估計所述手控裝置在第二坐標系下的姿態； 2)基於所述手控裝置在第一坐標系下的三軸角速度及所估計的姿態來確定所述手控裝置在第二坐標系下的旋轉角度，並基於所述旋轉角度來確定所述指針的位置信息。
2.根據權利要求1所述的定位指針位置的方法，其特徵在於，所述步驟I)還包括: -基於所述手控裝置當前時刻的三軸加速度來估計所述手控裝置在所述第二坐標系下的姿態因子，並將所獲得姿態因子作為當前時刻的觀測因子； -基於當前時刻的前一時刻所述手控裝置在第二坐標系下的後驗估計因子、以及當前時刻所述手控裝置的三軸角速度，來估計所述手控裝置當前時刻的姿態因子，並將所獲得姿態因子作為當前時刻的先驗估計因子； -基於所述手控裝置當前時刻的觀測因子與先驗估計因子、以及相關信息，來估計所述手控裝置當前時刻在第二坐標系下的姿態因子，並將所獲得姿態因子作為當前時刻的後驗估計因子； -基於當前時刻在第二坐標系下的後驗估計因子來確定所述手控裝置在第二坐標系下的姿態。
3.根據權利要求2所述的定位指針位置的方法，其特徵在於，所述相關信息包括以下至少一項: 當前時刻及當前時刻之前的預定時間內的三軸加速度； 當前時刻及當前時刻之前的預定時間內的三軸角速度； 當前時刻之前的預定時間內的觀測因子； 當前時刻之前的預定時間內的先驗估計因子。
4.一種定位指針位置的定位系統，其特徵在於，所述定位指針位置的定位系統至少包括: 姿態確定模塊，用於基於控制指針的手控裝置在第一坐標系下的三軸加速度和三軸角速度來確定所述手控裝置在第二坐標系下的姿態； 指針位置計算模塊，用於基於所述手控裝置在第一坐標系下的三軸角速度及所確定的姿態來確定所述手控裝置在第二坐標系下的旋轉角度，並基於所述旋轉角度來確定所述指針的位置信息。
5.根據權利要求4所述的定位指針位置的定位系統，其特徵在於，所述姿態確定模塊還包括: 第一確定模塊，用於基於所述手控裝置當前時刻的三軸加速度來估計所述手控裝置在所述第二坐標系下的姿態因子，並將所獲得的姿態因子作為當前時刻的觀測因子； 第二確定模塊，用於基於當前時刻的前一時刻所述手控裝置在第二坐標系下的後驗估計因子、以及當前時刻所述手控裝置的三軸角速度，來估計所述手控裝置當前時刻的姿態因子，並將所獲得的姿態因子作為當前時刻的先驗估計因子； 第三確定模塊，用於基於所述手控裝置當前時刻的觀測因子與先驗估計因子、以及相關信息，來估計所述手控裝置當前時刻在第二坐標系下的姿態因子，並將所獲得的結果作為當前時刻的後驗估計因子；第四確定模塊，用於基於當前時刻在第二坐標系下的後驗估計因子來確定所述手控裝置在第二坐標系下的姿態。
6.根據權利要求5所述的定位指針位置的定位系統， 其特徵在於，所述相關信息包括以下至少一項: 當前時刻及當前時刻之前的預定時間內的三軸加速度； 當前時刻及當前時刻之前的預定時間內的三軸角速度； 當前時刻之前的預定時間內的觀測因子； 當前時刻之前的預定時間內的先驗估計因子。
7.一種智能設備，其特徵在於，所述智能設備至少包括權利要求4至6任一項所述的定位系統。
8.根據權利要求7所述的智能設備，其特徵在於，所述智能設備包括手控裝置或計算機設備。
9.根據權利要求8所述的智能設備，其特徵在於，所述手控裝置包括:滑鼠或遙控器。
10.根據權利要求8所述的智能設備，其特徵在於，所述計算機設備包括:機頂盒或個人計算機。
【文檔編號】G06F3/0346GK103488312SQ201210301419
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年8月22日 優先權日:2012年8月22日
【發明者】黃煒, 汪沁 申請人:上海飛智電子科技有限公司