用户输入装置

1.一种通过附着在人体上而使用的用户输入装置，其特征在于包括：
多个发射电极；
多个接收电极；
一人体附着装置，用于将所述发射电极和所述接收电极交替地附着在人 体的表面；
一信号发生器，用于向每一个发射电极提供预定频率的波形信号；
一接收器，用于接收被每一个接收电极所接收的波形信号，
其中该用户输入装置包括测量装置，用于测量用户姿势和将测量结果检 测为多维矢量值，对用户姿势的测量是通过使用在发射电极和接收电极与人 体表面之间形成的电容器的静态电容中的变化，利用多个发射电极和多个接 收而进行的；
处理器，用于对来自接收器的信号进行信号处理并将其输出；
姿势记录装置，用于记录将被记录的姿势和由测量装置在各发射电极和 接收电极之间测量的相应的多维矢量值；
姿势识别装置，用于通过将测量装置新测量到的多维矢量值与在所述姿 势记录装置中已记录的多维矢量值进行比较和检查，来识别一个姿势；
其中多维矢量值的每一维的值对应于单独的发射电极和接收电极对，这 些对彼此之间各不相同。
2.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于：
所述人体附着装置被配置成一个能够附着在用户的手腕上的手镯。
3.如权利要求1所述的用户输入装置，该用户输入装置还包括用于测量 随人体运动而变化的物理量的传感器，
其中所述姿势记录装置记录与执行姿势时测量到的多维矢量值和所述物 理量相关的将被记录的姿势；
其中所述姿势识别装置，通过将测量装置新测量到的多维矢量值及由传 感器测量到的、对应于所检测的多维矢量值的物理量，与已经记录在姿势记 录装置中的多维矢量值和物理量进行比较和检查，来识别姿势。
4.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于：
所述人体附着装置被配置成一个符合用户脚底形状的可穿着鞋底。
5.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于：
所述人体附着装置被配置成一个能够附着在用户脸上的眼镜框。

技术领域\n本发明涉及一种用户输入装置，通过该装置，用户向计算机输入命令和 数据等，特别的，涉及一种用户输入装置，通过该装置，用户利用人体的一 部分执行输入操作。\n更具体的说，本发明涉及一种用户输入装置，将其附着在人体上而使用， 并能够根据用户的意图准确地执行输入操作，特别的，涉及一种用户输入装 置，能够识别用户表达的姿势并捕获作为用户的输入。\n背景技术\n根据近来的技术创新，一种称为一工作站(WS)和一个人计算机(PC) 的通用计算机系统已经被开发并投入市场，这种系统体积相对较小，成本较 低，具有较高的附加值和较强的功能。这种类型的计算机系统在大学、其它 研究机构、商业企业、及其它办公室、甚至家庭的日常生活已经得到深入的 普及。现在，大部分的日常工作都与计算机有关，很多人整天都在触摸键盘 和鼠标。\n计算机系统通常响应于用户输入的命令而被驱动，并通过在显示屏上显 示处理的结果从而提供一种“互动”，也即一种对话处理环境。近来，计算机 系统已从一种表示为DOS(磁盘操作系统)外壳屏幕的、经由键盘输入基于 字符的传统用户输入环境，也即一种“CUI(字符用户接口)”转变为一种“GUI (图形用户接口)”，它实现了基于图形的用户输入。在GUI环境下，计算 机系统被模拟在其中的一个桌面和很多图标都被配置在显示屏上。\n在GUI内提供的桌面上，所有的将在计算机系统内进行处理如文件等的 资源由一图标表示。用户可以通过用户输入装置(如鼠标等)直接施加动作 (如单击、拖、放)于屏幕上的显示对象如代表一个程序、数据、文件夹及 一个装置等的图标，以直观、容易理解的方式操作计算机。而且，调用各种 函数的按钮，即某一时刻的计算机处理，菜单栏和工具箱等被准备，因此计 算机命令输入的方式正变得越来越直观和容易理解。\n介绍完GUI环境之后，现在，用户可以充分的操作计算机，即使用户没 有掌握一个特定命令的名字和命令操作方法等，也不需要采用麻烦的键盘输 入。而且，计算机能够根据用户对系统的意图准确的捕获用户输入。\n另一方面，在日常生活中，人经常会表达一种姿势如“身体姿势”和“手势”， 通过这种姿势来反映他或她自己的感情和意图。这样的姿势是从另一个人获 得信息的一种方式，然而，它也可以被理解为向外界表达的一种命令。\n例如，如果提供一种输入装置如手表等，用户可以没有任何不舒服感的 穿戴这种装置，这种装置也能够识别用户的手势，如“握紧”、“松开”等，用 户只需在散步的时候带着它，就可以向计算机自由地输入各种命令。\n传统技术中有一种通过测量肌动电流图(EMG)来识别肌肉位移的技术。 而且，也有人建议利用肌动电流图作为一种计算机输入方法。\n但是，如果人体的肌动电流图被作为测量目标，电极应该直接与用户的 皮肤相接触，这将使用户感觉不舒服，产生身体和精神上的压力。而且，根 据其测量的原则，电极应该被设置在肌肉上独立的位置(如邻近上臂的相对 端)。但是，这种情况下，将这种输入装置附着在人体上很麻烦，也很难以诸 如手表的自然方式构成输入装置。\n发明内容\n本发明的一个目的是提供一种良好的用户输入装置，用户能够利用他/ 她身体的一部分通过该装置执行输入操作。\n本发明的另一个目的是提供一种良好的用户输入装置，通过将其附着在 人体上能够根据用户的意图准确地执行输入操作。\n本发明的另一个目的是提供一种良好的用户输入装置，该装置能够识别 用户所表达的姿势并能够将其捕获作为用户的输入。\n本发明的另一个目的是提供一种良好的用户输入装置，该装置复杂地附 着在人体上，并以像诸如手表似的自然方式构成。\n本发明就是为了实现上述各目的而提出的，其第一方面是附着在人体上 来使用的用户输入装置，包括：多个发射电极；多个接收电极；一个人体附 着装置，用于将上述的发射电极和接收电极轮流的附着在人体的表面；一个 信号发生器，用于为上述的每一发射电极提供一预定频率的波形信号；一个 接收器，用于接收在上述的每一接收电极处接收的波形信号，其中该用户输 入装置包括测量装置，用于测量用户姿势和将测量结果检测为多维矢量值， 对用户姿势的测量是通过使用在发射电极和接收电极与人体表面之间形成的 电容器的静态电容中的变化，利用多个发射电极和多个接收而进行的；处理 器，用于对来自接收器的信号进行信号处理并将其输出；姿势记录装置，用 于记录将被记录的姿势和由测量装置在各发射电极和接收电极之间测量的相 应的多维矢量值；姿势识别装置，用于通过将测量装置新测量到的多维矢量 值与在所述姿势记录装置中已记录的多维矢量值进行比较和检查，来识别一 个姿势；其中多维矢量值的每一维的值对应于单独的发射电极和接收电极对， 这些对彼此之间各不相同。另外，在相邻的发射电极、接收电极和人体表面 之间形成有一个等价于一个电容器的电路。\n在具有如此配置的用户输入装置中，随人体表面由于用户所表达的姿势 而发生的变形，形成在相邻的发射电极、接收电极和人体表面之间的每一电 容器的静态电容发生改变。\n因此，通过利用在相邻的发射电极、接收电极和人体表面之间形成的电 容器的静态电容的改变，可以以每一发射电极、每一接收电极和人体之间测 量的多维矢量值的形式，测量用户所表达的姿势。\n所述的用户输入装置还可以进一步包括：姿势记录装置，用于将姿势记 录为在每一发射电极、每一接收电极和人体之间测量的多维矢量值；姿势识 别装置，用于根据所记录的姿势识别用户所表达的姿势。该姿势识别装置可 以通过将用户作出姿势时检测的多维矢量值和事先记录在上述姿势记录装置 中的多维矢量值进行比较和检测，来识别和标识姿势。\n此时，上述的人体附着装置可配置成如一个能够戴在用户手腕上的手镯。 这时候，当用户作出手势如“握紧”、“松开”等等时，可以根据手腕表面的变 形量来识别和标识手势。\n自然，用户在离开计算机主体如键盘和散步时，只需戴着该装置就可以 自由的向计算机输入各种命令。\n而且，该用户输入装置还可以包括安装在其上的一个传感器，该传感器 可以是如加速度传感器或倾斜传感器等，用于测量人体自身的移动特性。此 时，可以同时测量用户所表达的如“握紧”、“松开”等手势以及胳膊本身的动 作(扭曲，摇动)等。因此，该用户输入装置可以由一个合成的姿势构造一 个更复杂的指令，其中，由该手势所表达的姿势和其运动特征融为一体。\n或者，上述的人体附着装置可以配置成如一个符合用户的脚底形状的可 穿着的鞋底。此时，通过交替的安排发射电极和接收电极，以使得它们沿鞋 底或用户的脚所接触的路面而排列，这样就可能识别出走路和平衡转化等。\n或者，上述的人体附着装置可以配置成能够附着在用户脸上的眼镜框的 形式。此时，通过交替的安排发射电极和接收电极，以使得它们沿眼镜框排 列，这样就可以识别出脸部的变形(特别是，由眼睑和眼周围所表达出来的 变化)。\n另外，根据对本发明的实施例以及附图的详细说明，本发明的其它目的、 特性和优点将是显而易见的。\n附图说明\n图1是一个描述了根据本发明的一个实施例的用户输入装置附着于用户 身体上的方法的视图。\n图2是一个描述了测量部分10和用于处理测量部分10中的检测信号的 处理部分的结构的示意性视图。\n图3是一个描述了人体(手腕)插入到一个发射电极12和一个接收电极 13之间的方法的视图。\n图4是一个显示了用于将一个姿势记录为用户输入装置1上的其它维矢 量的处理过程的流程图。\n图5是一个显示了用于识别用户输入装置1上输入的姿势的处理过程的 流程图。\n图6是一个显示了本发明的一修改实施例的视图，其中在用户输入装置1 上还安装了一个用于测量手腕本身的运动的传感器，如加速度传感器或倾斜 传感器等。\n具体实施方式\n下面将参考附图，对根据本发明的实施例进行详细描述。\n图1描述了根据本发明的一个实施例的用户输入装置1附着于用户身体 上的方法。\n如图所示，根据本实施例的用户输入装置1具有和手表一样的结构。用 户可以在没有感觉戴上了用户输入装置1的情况下(或戴上它后没有感觉到 身体和精神上的不适)，很自然地戴上这种用户输入装置1。\n根据图中所示例子，用户输入装置1被设置为一个包括手表体的组合部 分，它包括一个手表部分5和一个测量部分10，测量部分10就像一个将手 表部分5绑在用户的手腕上并且测量手腕运动的带子。\n手表部分5包括一个其中以圆环型排列刻度指数的显示部分，和根据时 间推移以各自速度在显示部分上转动的一个时针、一个分针和一个秒针。但 是，这里将不再描述手表本身的功能，因为它并不与本发明的主题相关。\n另一方面，在测量部分10上沿手腕的圆周方向上，交替排列着用于发射 信号的发射电极和用于接收信号的接收电极，并且根据每一个接收电极上的 接收信号的强度，就可以识别出用户是否作出了一个手势，如“握紧”和“松开” 等。\n图2示意性的描述了一个测量部分10和用于处理测量部分10中的检测 信号检测的处理部分的结构。\n如该图所示，测量部分10包括：多个沿手腕的圆周方向排列的发射电极 12-1、12-2……；信号发生器11，用于提供一个预定频率(如100KHz)的 交流电以发送给发射电极12-1……中的每一个；插在发射电极12-1……之间 的，并通过电极间静态电容的容性耦合而从每一个发射电极12-1……接收交 流电流的多个接收电极13-1、13-2……；以及一接收器14，用于执行信号处 理(例如关于流过每一个接收电极13-1……的交流电流的AM调制和A/D变 换)。\n接收器14包括：一AM调制器，由只允许预定频带的交流电流通过的带 通滤波器(BPF)14A组成；一放大器14B；一检测器14C；和一A/D转换 器14D，用于将检测输出转换成数字格式的信号。处理器15对数字化转换后 的检测信号进行信号处理，然后此信号被输出到外部，也就是例如一个计算 机(未显示)或类似的，作为预定的用户输入信号。\n如图1和图2所示，当将用户输入装置1戴到他/她的手腕上后，用户 就可以使用像一个手镯并且其上交替排列有发射电极12和接收电极13的用 户输入装置1。\n从信号发生器11，生成了具有特定频率(例如100KHz)的波形信号。 SW1包括多个模拟开关，如果一个模拟开关打开了，SW1将向手镯上相应的 发射电极12提供波形信号。SW1的每一个模拟开关的开和关操作由处理器 15在预定的时刻顺序地控制。更具体地，开关被扫描，以使得在特定时间点 上波形信号只流经一个发射电极12。\n另外，在手镯上，多个发射电极12-1、12-2……按与每一个接收电极13-1、 13-2……交替安排的形式排列。\n现在，如果考虑一个发射电极12和一个接收电极13的组合，则在发射 电极和接收电极之间形成了等价为一个电容器的电路。从而，通过从信号发 生器11提供一个预定频率的波形信号，由于根据静态电容的容性耦合，由发 射电极12所生成的电场被接收电极13端所接收。\n另外，如图3所示，人体(手腕)插入到发射电极12和接收电极13之 间。因为人体可以看作是一个虚拟接地的地线，由发射电极所生成的电场产 生的电荷移动将通过手腕流入大地。这个电荷移动依赖于电极和手腕之间的 位置关系。例如，通过握紧或松开手等行为，手腕的形状可以产生微妙的变 化。根据手腕形状的这种变化，在发射电极12和接收电极13之间产生的电 容器的静态电容将改变。\nSW2包括多个模拟开关，各个模拟开关将对应的接收电极13-1、13-2…… 与接收器14相连。处理器15通过被设置为与发射频率具有相同的值的带通 滤波器(BPF)14A、放大器14B和检测器14C读取接收信号的A/D转换结 果。\n配置SW2的每个模拟开关的开和关操作在预定时刻被顺序转换控制。更 具体地，对开关进行扫描，以使得在特定时间点上，接收器14只读取由一个 接收电极13所产生的接收信号。\n通过发射电极12-1……端的SW1和接收电极13-1……端的SW2的每一 个中的开和关操作的组合，在特定情况下，只有一个发射电极和一个接收电 极的组合被连接。通过在预定时刻顺序地改变这些SW1和SW2，处理器15 可以在预定周期获得对发射和接收电极的所有组合(根据图2所示的例子， 共4×4＝16个组合)进行A/D变换得到的一个值。这样的结果，用户输入装 置1可以从用户的手腕处实时地获得一个16维的值。\n为了用户输入装置1可以识别实际中的姿势，首先，在用户输入装置1 附着在手腕上的情况下，用户执行几次如“握紧”或“松开”等的手势，然后， 用户记录测量到的多维矢量的组合。换句话说，用户执行操作以记录将来希 望使用的姿势。然后，根据用户的输入，将从用户输入装置1处获得的矢量 值与每一个记录的矢量值进行比较和检查，根据它们之间的距离来识别姿势。\n图4以流程图的形式，显示了一个用于将一姿势记录为用户输入装置1 上的其它维矢量的处理过程。\n在此情况下，利用附着在用户自己的手腕上的手表型用户输入装置1，用 户执行一个预期的手势(步骤S1)。\n然后，在用户输入装置1端，对于发射和接收电极的所有组合，执行一 个读取过程，以将检测到的多维矢量值记录到数据库中(步骤S2)。在向数 据库中记录的过程中，可以将一个分配给这个手势的意图(如，计算机的一 个命令或一个特定的数据值)一起记录。\n另外，图5以流程图的形式，显示了用于识别用户输入装置1所输入的 姿势的处理过程。\n开始，用户利用附着在其手上的用户输入装置1表达一个预期的手势(步 骤S11)。\n在用户输入装置1端，对于发射和接收电极的所有组合，执行一个读取 过程(步骤S12)。\n然后，用户输入装置1计算检测到的多维矢量值和已经记录在数据库中 的每一个矢量值之间的距离，然后用户输入装置1选择具有最小距离的多维 矢量值(步骤S13)。\n如果计算出的最小距离小于一个预定门限值，则识别出具有最小距离矢 量值的手势被输入(步骤S14)。将以此方式获得的识别结果输出给外部或一 个连接设备，如计算机等。\n另外，在分配给手势的意图(一个特定的命令和一个特定的数据值)被 记录到数据库中的情况下，这可以作为用户的输入结果输出到外部。\n还可以考虑将一个用于测量手腕本身的运动特性的传感器，如一个加速 度传感器或一个倾斜传感器等，安装在图2所示的用户输入装置1的手镯上 的实施例，参考图6。\n根据装置的这种结构，可以同时测量用户表达的手势，如“握紧”或“松开” 等，以及胳膊本身的运动(转动、摇动)等。因此，用户输入装置1可以通 过复合姿势(由手势和它的运动特性组成的姿势)设置更加复杂的指令。\n用户输入装置1可以识别与简单的“握紧”手势有所区别的手势，如“转动 胳膊同时握紧”。当然，它还可以根据转动胳膊的方式(转动速度和转动方向) 来明显地识别手势。\n前面，以被设置为与手表类似的手镯形状的用户输入装置1为例，对本 发明的实施例进行了描述。但是，本发明的主题并不仅限于此。\n例如，通过将多个发射电极和多个接收电极沿鞋底或路面排列，可以根 据如上所述的电容器的容性耦合来测量多维值。因此，可以构造能够识别步 行运动和平衡转化的用户输入装置1。\n另外，通过将多个发射电极和多个接收电极沿眼镜框排列，可以根据如 上所述的电容器的容性耦合来测量多维值，并且可以设置能够识别脸部变形 (特别是，由眼睑和眼周围所产生的面部表情变化)的用户输入装置1。\n补充\n尽管本发明是参照其特定的优选实施例来描述的，但本领域的技术人员 应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下， 可以对其进行形式和细节的各种修改。换言之，本发明以示例的形式被公开， 而本发明并不应该被限定于此。为了确定本发明的主题，应该考虑在所附权 利要求书中的范围。\n工业适用性\n根据本发明，可以提供一种良好的用户输入装置，用户能够利用他/她 身体的一部分通过该装置执行输入操作。\n另外，根据本发明，可以提供一种良好的用户输入装置，通过将其附着 在人体上能够根据用户的意图准确地执行输入操作。\n另外，根据本发明，可以提供一种良好的用户输入装置，该装置能够识 别用户所表达的姿势并能够将其捕获作为用户的输入。\n另外，根据本发明，可以提供一种良好的用户输入装置，该装置复杂的 附着在人体上，并以诸如手表的自然形式构成。\n因为根据本发明的用户输入装置被构造得例如像一个手表，所以系统可 以识别如“握紧”和“松开”等的手势，并且仅通过将用户输入装置附着在用户 的手腕上，就可以将手势作为一个命令输入。并且，通过加入用于测量胳膊 本身的运动的传感器(例如，一个加速度传感器)，用户输入装置可以被设置 以输入复杂的指令和命令。\n根据本发明的用户输入装置，可以被用作一种用于可佩带计算机的输入 装置(或可佩带计算机)，或者一种用于向游戏机等输入命令的控制器。