[发明专利]自由空间指点和手写

说明书

技术领域

本发明涉及通常用作计算机的输入装置的指点和手写装置，诸如鼠标、轨迹球、触摸板、游戏杆和笔式图形输入板。更具体地说，本发明涉及以下各个方面：确定便携式自由空间数据输入装置的位置的方法；使光学位置检测装置能够确定便携式自由空间数据输入装置的位置的方法；便携式自由空间数据输入装置；光学位置检测装置；以及包括这样的便携式自由空间数据输入装置和光学位置检测装置的系统。

背景技术

在计算机系统中，各种不同的指点装置已经用来输入相对运动数据。最经常使用的指点装置是计算机鼠标。用户可以在平面上移动计算机鼠标。显示在计算机显示器屏幕上的光标跟随鼠标的移动和屏幕上与各种不同项目有关的点。虽然许多人喜欢使用鼠标胜于其他指点装置，但是，有些人在长期使用鼠标之后可能有手指、手、手腕、臂和肩疼痛的问题。对于有与鼠标相关的疼痛问题的人们来说，可以使用诸如轨迹球、触摸屏和游戏杆的其他可能的指点装置，以便减少或避免使用鼠标。

近年来，个人计算机的使用迅速增加。许多人每个工作日在工作中使用计算机几个小时。在家里，人们使用计算机来访问因特网、阅读和写电子邮件以及玩计算机游戏。计算机工业的新趋势是要把计算机与音频和视频设备以及信号源结合起来，以便提供家用的多媒体家庭娱乐系统。这样的计算机系统的用户可以坐在沙发上利用手持式遥控装置控制各种不同的功能，诸如选择电视频道、播放和记录视频、播放和记录音乐、显示数字照片和访问因特网。这样的遥控装置的一个期望的功能是控制光标运动的功能。这意味着应当在遥控装置上设计和实现指点装置。目前，轨迹球、游戏杆和小型陀螺仪已经用来在多媒体家庭娱乐系统的遥控装置上实现指点功能。笔式图形输入板既可以用作指点装置又可以用作手写装置。当用户利用光标在计算机显示器屏幕上指点时，他/她注意眼-手协调。当用户利用手写把字母或数字输入到计算机中时，他/她更多注意笔的移动而不是眼-手协调。还在许多手持式个人计算机上提供手写输入。用户可以使用铁笔在手持式个人计算机屏幕上书写字母和数字。在计算机上执行手写识别软件，以便识别字母和数字。

因此，需要一种便携式自由空间数据输入装置。但是，为了使用这样的装置，必需从所述装置提供要处理的数据以及跟踪所述装置的位置的可能性。

除上述的其他可能的指点装置以外，有另一种市场上可买到的指点装置，该指点装置利用陀螺仪来测量用户手的角度变化。在美国专利No.5,440,326、美国专利No.5,698,784、美国专利No.5,825,350和美国专利No.5,898,421中描述了这样的装置的设计。所述指点装置可以被握在用户的手中并且可以在自由空间移动。这向用户提供另一种可供选择的装置，以减少普通鼠标的使用，并且对于有与鼠标相关的疼痛问题的人们来说是可取的。

在手持式指点装置的设计中要解决的一个问题是如何让用户利用更自然的手和手腕移动在自由空间移动所述装置。基于陀螺仪的指点装置使用户可以在自由空间移动所述装置。但是，由于使用陀螺仪作为角度检测器，用户往往使用大角度手腕移动在屏幕上产生大的或快速的光标移动。这些大角度手腕移动大大地偏离用户手腕的中间位置。因此，如果长时间地做许多次大的手腕移动，那么，用户可能感觉到他/她手腕的疲劳。因为陀螺仪检测用户手的角度移动，所以，指点装置不能自然地用作自由空间手写装置，它需要检测用户手在自由空间中的位置。

另一种可以由有与鼠标相关的疼痛的用户使用的、由NaturalPoint Inc.销售的、称为SmartNav3^TM的、市场上可买到的指点装置利用二维成像传感器来检测用户的头部或手的运动。用户可以在自由空间中移动他/她的头部或手来控制光标的运动。在用户的前面设置红外光源和红外摄像机。用户应当在他/她头部、眼睛或帽子上加上小片反射材料，或者戴上具有小片反射材料的环形物。当用户在摄像机的视角内移动他/她的头部或手时，摄像机捕获一序列二维图像。通过专用数字电路预处理每一个捕获的图像以便提取高亮度区域，所述高亮度区域对应于所述小片反射材料。然后，把预处理的图像通过USB(通用串行总线)端口发送到个人计算机供进一步处理。计算机软件检测预处理图像中高亮度区域的位置并且把变化转换成光标移动。还有可能使用手持式红外光源并且让红外摄像机直接捕获光源的图像。