專利名稱：人機接口裝置及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種人機接口裝置(HID)及其應(yīng)用方法，尤指一種利用至少一感應(yīng)器其具有位置如畫素(Pixel)位置及光強度如信號振幅值(Signal Amplitude)的辨識功能，并搭配一紅外線光源及數(shù)字信號處理(DSP)功能，以分別偵測并計算一特征物體在一 X軸及一對應(yīng)的第三軸Z軸上的相對位置或相對深度值及動作的數(shù)據(jù)，以在一與其連結(jié)使用的人機接口主機(HID Host)的二維顯示幕上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維坐標(biāo)及動作，藉以達成一多功能人機接口裝置的使用效果。
背景技術(shù)：
目前已有多種不同型態(tài)的使用者接口(user interface)或人機接口(HID,HumanInterface Device)的系統(tǒng)及應(yīng)用方法，可概分為觸控式及遙控式使用者接口；其中該觸控式使用者接口系統(tǒng)包含多種不同的觸控系統(tǒng)及方法如電阻式(Resistive)、電容式(Capacitive)、表面聲波式(SAW, Surface Acoustic Wave)、紅外光式(IR, Infrared)、光學(xué)式(optical imaging)等,其是通過觸控物如手指或觸控筆直接觸摸在一觸控式顯示幕上以控制該顯示器的各項功能如點選作業(yè)、切換畫面、放大/縮小畫面或觸控游戲等，用以取代一般常見的按鍵式或搖桿式控制方式。遙控式使用者接口系統(tǒng)則是利用一特征物體如手勢或人體一部位，使其在一 X、Y、Z三維空間產(chǎn)生相對位置及動作的變化，以通過遙控方式控制該顯示器的各項功能，即該特征物體不直接觸摸在該顯示幕上。目前在遙控式使用者接口(user interface)系統(tǒng)及方法的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中，已存在多種先前技術(shù),包含:PCT國際公開號 WO 03/071410 ;美國專利:US 7，348，963、US 7，433，024、US 6，560，019 ;美國專利公開號:US 2008/0240502,US 2008/0106746,US 2009/0185274,US 2009/0096783,US2009/0034649、US 2009/0185274、US 2009/0183125、US 2010/0020078 等；及臺灣專利公開號:200847061、201033938、201003564、201010424、201112161 等。在此以一鼠標(biāo)為例說明，一具有卷輪的光學(xué)式鼠標(biāo)，包含有線或無線鼠標(biāo)，為目前一常用的人機接口裝置(HID, Human Interface Device),其是形成一結(jié)構(gòu)體,其上一般設(shè)有左、右按鍵及一中間滾輪，使用時，使用者以手掌握住或操作鼠標(biāo)并以手指按壓該些按鍵或采作轉(zhuǎn)動該滾輪，以對電腦如桌上型電腦(PC)、筆記型電腦(NB)但不限制，進行控制或輸入工作。然，相關(guān)先前技術(shù)中的鼠標(biāo)，在應(yīng)用上至少有下列缺點:(I)現(xiàn)有鼠標(biāo)都是屬于接觸性的操作，使用者須以手接觸如握住鼠標(biāo)才能操作；然，男女使用者的手如手掌或手指的大小有別，若鼠標(biāo)的外殼結(jié)構(gòu)體大小已經(jīng)固定，即一鼠標(biāo)在制造后其大小尺寸已經(jīng)設(shè)定，則該鼠標(biāo)不一定適用于任何男女使用者，因此，鼠標(biāo)的設(shè)計者或制造商，須要在鼠標(biāo)的結(jié)構(gòu)體的大小或形狀上作出不同設(shè)計，以滿足不同使用者(消費者)的需要，相對造成制造上的困擾。(2)鼠標(biāo)的結(jié)構(gòu)體內(nèi)部須具相當(dāng)空間以供容設(shè)相關(guān)的電子配備如左、右按鍵機構(gòu)、卷輪機構(gòu)、光學(xué)機構(gòu)等，而該些機構(gòu)又各具有相關(guān)構(gòu)件，因此鼠標(biāo)的結(jié)構(gòu)體的大小不但無法有效地薄、輕、短小化，且結(jié)構(gòu)及組成構(gòu)件也無法有效地簡化，相對造成制造成本無法有效地降低。(3)現(xiàn)有鼠標(biāo)在接觸性使用的時間較久之后，如銀行、旅行社等公開場所中供消費者使用的公用電腦所配置的鼠標(biāo)，在鼠標(biāo)的外殼體表面必然會滋生很多細菌，不符合也不利于消費者的衛(wèi)生要求。(4)現(xiàn)有鼠標(biāo)在使用上局限于輸入坐標(biāo)、點選物件、上下(前后)或左右卷動畫面等基本作業(yè)功能，并無法達成目前觸控式面板所具有的觸控功能，如觸控式面板可直接通過不同的手勢以產(chǎn)生不同的相對應(yīng)動作，如使用者能以不同的手勢以產(chǎn)生包含:游標(biāo)上/下/左/右移動、卷動視窗、放大、縮小、畫面/圖片旋轉(zhuǎn)等多種相對應(yīng)動作，然，現(xiàn)有鼠標(biāo)卻無法通過不同的手勢以產(chǎn)生上述等不同的相對應(yīng)動作。由上可知，在人機接口裝置(HID)如鼠標(biāo)的技術(shù)領(lǐng)域中，發(fā)展并設(shè)計一種不須采用一預(yù)定大小供使用者握住并接觸式操作的結(jié)構(gòu)體，且結(jié)構(gòu)簡化、成本節(jié)省及符合效率要求的人機接口裝置(HID)及其應(yīng)用方法，確實有其需要性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的是在于提供一種人機接口裝置(HID)及其應(yīng)用方法，該人機接口裝置包含至少一感應(yīng)器及至少一光源如一紅外線(IR light)光源；其中該至少一感應(yīng)器具有位置如畫素(pixel)位置及光強度如信號振幅值(Signal Amplitude)的辨識功能；本發(fā)明在應(yīng)用上是利用該至少一感應(yīng)器并搭配紅外線(IR light)光源及數(shù)字信號處理(DSP)功能，用以偵測并計算一特征物體，如使用者的手勢，在至少一垂直于該光源的投射光中心軸方向的一維(如X軸)上的相對位置或動作的數(shù)據(jù)以及在一平行于該光源的投射光中心軸方向的一維(如Z軸)上的相對深度值或動作的數(shù)據(jù)，供可在一相配合使用的人機接口主機(HID Host)的二維顯示幕上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維的坐標(biāo)或動作，藉以達成一鼠標(biāo)的基本使用功能。本發(fā)明再一目的是在于提供一種人機接口裝置(HID)及其應(yīng)用方法，其進一步可搭配應(yīng)用程序以辨識各種不同手勢所產(chǎn)生不同的信號組合以產(chǎn)生相對應(yīng)的動作，如使用者能以不同的手勢以產(chǎn)生包含:游標(biāo)上/下/左/右移動、卷動視窗、放大、縮小、畫面/圖片旋轉(zhuǎn)等多種相對應(yīng)的動作，達成一多功能的人機接口裝置的使用效果，而可避免現(xiàn)有鼠標(biāo)或觸控板(touch pad)等相關(guān)先前技術(shù)在使用上的諸多限制。為達成上述目的，本發(fā)明的人機接口裝置是利用至少一感應(yīng)器及至少一光源構(gòu)成，其可采用內(nèi)建(embedded)方式或外接(plug/play)方式以與其他的人機接口主機(HID Host)如電腦、筆記型電腦、平板電腦等連結(jié)并配合使用；其中該至少一感應(yīng)器可利用一鏡頭如線性感應(yīng)器(Linear Sensor)或面積感應(yīng)器(Area Sensor)及一近接感應(yīng)器(proximity sensor)構(gòu)成但不限制,藉以具有位置如畫素(pixel)位置及光強度如信號振幅值(Signal Amplitude)的辨識功能；其中該至少一光源可利用一紅外線(IR light)光源構(gòu)成但不限制。在應(yīng)用上，本發(fā)明的人機接口裝置(HID)是利用該至少一感應(yīng)器并搭配該紅外線(IR light)光源及數(shù)字信號處理(DSP, digital signal processing)功能,用以偵測并計算一特征物體，如手指或手勢，在一垂直于該光源的投射光中心軸方向的一維(如X軸)上的相對位置或動作的數(shù)據(jù)以及在一平行于該光源的投射光中心軸方向(即相對于該光源的遠近方向)的一維(如Z軸)上的相對深度值或動作的數(shù)據(jù)，藉以在該人機接口主機(HID Host)的二維顯示幕上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維的坐標(biāo)或動作，藉以完成一鼠標(biāo)的使用功能。本發(fā)明的人機接口裝置(HID)再利用系統(tǒng)軟件的數(shù)字元信號處理(DSP)功能，進一步搭配應(yīng)用程序以辨識各種不同手勢所產(chǎn)生不同的信號組合，進而產(chǎn)生相對應(yīng)的動作，藉以讓使用者能以不同的手勢以產(chǎn)生包含:游標(biāo)上/下/左/右移動、卷動視窗、放大、縮小、畫面/圖片旋轉(zhuǎn)等多種相對應(yīng)的動作，達成一多功能人機接口裝置的使用效果。通過本發(fā)明的人機接口裝置(HID)及其應(yīng)用方法，不但可達成一鼠標(biāo)的基本使用功能，更可達成辨識各種不同手勢以產(chǎn)生相對應(yīng)動作的使用效果，而能避免現(xiàn)有鼠標(biāo)或觸控板(touch pad)等相關(guān)先前技術(shù)在使用上的諸多限制；故本發(fā)明的人機接口裝置與相關(guān)先前技術(shù)比較，具有方法簡化、結(jié)構(gòu)簡化、成本降低及使用方便的優(yōu)點。
圖1是本發(fā)明的人機接口裝置一實施例的系統(tǒng)架構(gòu)與操作狀態(tài)立體示意圖；圖2是本發(fā)明人機接口裝置一實施例的系統(tǒng)架構(gòu)與操作狀態(tài)的上視說明圖；圖3-5分別是本發(fā)明的人機接口裝置的三種使用狀態(tài)的說明圖；圖6是本發(fā)明的人機接口裝置偵測一特征物體并產(chǎn)生畫素位置的辨識功能說明圖；圖7是本發(fā)明的人機接口裝置偵測一特征物體并產(chǎn)生光強度(信號振幅值)的辨識功能說明圖；圖8是本發(fā)明的人機接口裝置偵測一特征物體并同時產(chǎn)生畫素位置及光強度(信號振幅值)的辨識功能說明圖；圖9A-9E分別是本發(fā)明的人機接口裝置用以辨識游標(biāo)上/下/左/右移動手勢、卷動視窗手勢、放大畫面手勢、縮小畫面手勢及畫面/圖片旋轉(zhuǎn)手勢等不同手勢的信號組合的說明圖；圖10是本發(fā)明的人機接口裝置用以辨識縮小畫面手勢(如圖9D所示)的信號組合在X軸上的變化說明圖；圖11是本發(fā)明的人機接口裝置用以辨識縮小畫面手勢(如圖9D所示)的信號組合在Z軸上的變化說明圖；圖12是本發(fā)明的人機接口裝置的系統(tǒng)功能方塊示意圖；圖13是本發(fā)明的人機接口裝置的作用方法一實施例的流程示意圖。附圖標(biāo)記說明:10_人機接口裝置；20_感應(yīng)器；21_鏡頭；22_近接感應(yīng)器；23_法線(感應(yīng)面)；30_光源；30a-投射范圍；31-投射光中心軸；40-人機接口主機；41-顯示幕；50、50a、50b_特征物體J1J2-信號輸出值；Λ X-(信號輸出值)相差值JpZ2-光強度(信號振幅值)；Λ Z-(光強度)相差值。
具體實施例方式為使本發(fā)明更加明確詳實，將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、技術(shù)特征及設(shè)計方法配合下列圖示詳述如后:參考圖1-5所示,其是本發(fā)明的人機接口裝置(HID, Human Interface Device) 一實施例的系統(tǒng)架構(gòu)與操作狀態(tài)立體示意圖、上視說明圖及三個不同使用狀態(tài)說明圖。本發(fā)明的人機接口裝置10包含至少一感應(yīng)器20及至少一光源30如圖1、2所示，其是用以與其他人機接口主機(HID Host) 40連結(jié)以配合使用如圖3-5所示。在圖1、2中，一般該至少一感應(yīng)器20可利用一鏡頭21如線性感應(yīng)器(Linear Sensor)或面積感應(yīng)器(Area Sensor)等一般VGA鏡頭及一近接感應(yīng)器(proximity sensor) 22構(gòu)成如圖1、2所示但不限制,藉以具有位置如畫素(pixel)位置及光強度如信號振幅值(Signal Amplitude)的辨識功能(容后再詳述)；其中該鏡頭21及該近接感應(yīng)器(proximity sensor) 22可設(shè)計為二分開的個體如圖2所示，或設(shè)計形成一單一組合體即感應(yīng)器20如圖1所示，此可隨市場規(guī)格品的價格及設(shè)計需要而在二分別個體或單一個體之間決定適用的模式。該至少一光源30可利用一不可見光如紅外線(IR light)光源構(gòu)成但不限制，以避免受到操作環(huán)境中其他可見光的干擾。該人機接口主機(HID Host)40包含電腦、筆記型電腦、平板電腦等但不限制，如圖3-5所示是以一筆記型電腦為例說明。本發(fā)明的人機接口裝置10在與其他人機接口主機(HID Host)40配合使用時,二者之間的連結(jié)方式不限制,可采用內(nèi)建(embedded)方式如圖3所示或外接方式如圖4、5所示。當(dāng)采用內(nèi)建(embedded)方式時，該人機接口裝置10是內(nèi)建(embedded)在該人機接口主機(筆記型電腦)40的內(nèi)部邊緣處,如圖3所示是設(shè)置在該筆記型電腦的右側(cè)角端，以使該人機接口裝置10能向外進行偵測功能。當(dāng)采用外接方式時，該人機接口裝置10可利用有線方式，如利用一連接接口(interface)而以有線的外接方式連結(jié)至該人機接口主機(筆記型電腦)40,其中該連接接口(interface)包含但不限制:USB(Universal Serial Bus,通用串行總線)、1394連接接口及Thunderbolt連接接口(美國Intel公司設(shè)計)。該人機接口裝置10亦可利用無線方式，如利用一無線通訊方式而以無線的外接方式連結(jié)至該人機接口主機(筆記型電腦)40，其中該無線通訊方式包含但不限制:藍牙(Bluetooth)、無線網(wǎng)絡(luò)(WiFi)、近場通訊(NFC, Near FieldCommunication)、無線(射頻)收發(fā)器如 2.4GHz RF Transceiver。在應(yīng)用上，本發(fā)明的人機接口裝置(HID)是利用該至少一感應(yīng)器20所具有的位置如畫素(pixel)位置及光強度如信號振幅值(Signal Amplitude)(該信號振幅值通常為電壓值)的辨識功能，并搭配該紅外線(IR light)光源30以及數(shù)字信號處理(DSP，digitalsignal processing)功能,用以偵測并計算一特征物體50,如圖1_2所示手指或手勢但不限制，在一垂直于該光源30的投射光中心軸31方向的一維(如圖1-5所示的X軸)上的相對位置或動作的數(shù)據(jù)，以及在一平行于該光源30的投射光中心軸31方向(即相對于該光源30的遠近方向)的另一維(如圖1-5所示的Z軸)上的相對深度值或動作的數(shù)據(jù)，藉以在該人機接口主機(HID Host) 40的二維顯示幕41上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維的坐標(biāo)或動作。換言之，本發(fā)明的人機接口裝置10是通過該至少一感應(yīng)器20所具有在該X-Z軸上的二維(2-D)位置辨識功能，以偵測并計算取得將該特征物體50在該X-Z軸上相對位置或動作的數(shù)據(jù)，進而在該人機接口主機(HID Host)40的二維顯示幕41上轉(zhuǎn)換并同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維的坐標(biāo)或動作，藉以完成一鼠標(biāo)的基本使用功能，如包含輸入坐標(biāo)、點選物件、上下(前后)或左右卷動畫面等基本使用功能。以圖1-5所示的實施例而言，上述的該X軸雖在此被定義為垂直于該光源30的投射光中心軸31的方向，但并非用來限制該X軸的方向，即該X軸亦可定義為垂直于該感應(yīng)器20的光感應(yīng)面(接收面)的法線23的方向如圖1所示，或定義為垂直于該鏡頭21或近接感應(yīng)器(proximity sensor) 22的光感應(yīng)面(接收面)的法線23的方向如圖2所示。更言之，上述的該Z軸雖在此被定義為一平行于該光源30的投射光中心軸31的方向(即相對于該光源30的遠近方向)，但并非用來限制該Z軸的方向，即該Z軸亦可定義為平行于該感應(yīng)器20的光感應(yīng)面(接收面)的法線23的方向如圖1所示，或定義為平行于該鏡頭21或近接感應(yīng)器(proximity sensor) 22的光感應(yīng)面(接收面)的法線23的方向如圖2所在此進一步說明該至少一感應(yīng)器20所具有位置如畫素(pixel)位置及光強度如信號振幅值(Signal Amplitude)的辨識功能如下:首先，本發(fā)明人機接口裝置(HID) 10所使用的該感應(yīng)器20或其中該鏡頭21，主要是用以對特征物體50，如圖1-2所示手指或手勢但不限制，產(chǎn)生位置如畫素(pixel)位置的辨識功能。參考圖2、6所示，其是利用該感應(yīng)器20 (或該鏡頭21)并通過藉數(shù)字信號處理(DSP, digital signal processing)功能,用以偵測并計算一特征物體50,如使用者的手指
或手勢但不限制，在--維(1-D, 1-Dimention)上如圖1_5所示的X軸的相對位置及動作
數(shù)據(jù)。以圖2、6為例說明，當(dāng)該特征物體50由一第一位置(pointer I)移動至一第二位置(pointer 2)時，通過該感應(yīng)器20 (或該鏡頭21)可分別偵測在第一位置及第二位置的兩個位置的信號輸出值(signal output value) X1'X2,以及該兩個信號輸出值(signal output妨11^)乂1、\在乂軸上的相差值(ΛΧ)，該相差值(ΔΧ)即代表由第一位置(pointer I)移動至第二位置(pointer 2)時在X軸上的位移量，則通過數(shù)字信號處理(DSP)功能，即能在該人機接口主機(HID Host) 40的二維(2-D，2-Dimention)顯示幕41上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的一維(X軸)的坐標(biāo)或動作。再而，本發(fā)明人機接口裝置(HID) 10所使用的該感應(yīng)器20或其中該近接感應(yīng)器(proximity sensor) 22,主要是用以對特征物體50,如圖1_2所示手指或手勢但不限制,產(chǎn)生光強度如信號振幅值(Signal Amplitude)的辨識功能。參考圖2、7所示，其是利用該感應(yīng)器20 (或該近接感應(yīng)器22)并藉數(shù)字信號處理(DSP, digital signal processing)功能，用以偵測并計算一特征物體50，如使用者的手指或手勢但不限制，在另一維(1-D，
1-Dimention)上如圖1_5所示的Z軸，的相對位置及動作數(shù)據(jù)。以圖2、7為例說明，當(dāng)該特征物體50由一第一位置(pointer I)移動至一第二位置(pointer 2)時,通過該感應(yīng)器20 (或該或該近接感應(yīng)器22)可分別偵測在第一位置及第二位置的兩個位置的光強度如信號振幅值(Signal Amplitude value) Z1'Z2,以及該兩個光強度如信號振幅值Z1'Z2在Z軸上的相差值(Λ Z)，即代表由第一位置(pointer I)移動至第二位置(pointer 2)時在Z軸上的位移量，則通過數(shù)字信號處理(DSP)功能，即能在相配合使用的該人機接口主機(HIDHost)40的二維(2_D, 2-Dimention)顯示幕41上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的另一維的坐標(biāo)或動作。該近接感應(yīng)器(proximity sensor) 22是搭配該紅外線(IR light)光源30使用，該紅外線光源30是向著特征物體50的方向投射一定強度的紅外線，使該紅外線的投射范圍30a能包含特征物體50的位置并涵蓋該特征物體50周遭一范圍區(qū)域。該近接感應(yīng)器(proximity sensor) 22用以感應(yīng)該紅外線的反射光,尤其是感應(yīng)該紅外線投射在該特征物體50的后所反射的紅外線。當(dāng)特征物體50產(chǎn)生Z軸方向的相對移動時，則該紅光線光源30投射在特征物體50后所反射的紅光線光強度,如上述的信號振幅值(Signal Amplitudevalue)就會產(chǎn)生一程度的變化，例如:當(dāng)該特征物體50在Z軸方向的移動是相對地向前靠近該紅外線光源30時，則該近接感應(yīng)器22所感應(yīng)到紅光線光強度(信號振幅值)就會相對地變大(增強)；當(dāng)該特征物體50在Z軸方向的移動為相對地向后離開該紅外線光源30，則該近接感應(yīng)器30所感應(yīng)到紅光線光強度(信號振幅值)就會相對地變小(減弱)；因此通過該近接感應(yīng)器22所感應(yīng)到紅光線光強度(信號振幅值)的相對增強或減弱的變化，即可用以偵測該特征物體61在Z軸方向的移動是相對地向前靠近或向后離開該紅外線光源40。故該近接感應(yīng)器22搭配該紅外線(IR light)光源30使用，并再通過數(shù)字信號處理(DSP)功能，即可用以偵測并計算該特征物體50在相對于該一維(X軸)的另一維(Z軸)上的相對深度值數(shù)據(jù)，進而可在相配合使用的該人機接口主機(HID Host)40的二維(2-D，
2-Dimention)顯示幕41上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的另一維的坐標(biāo)或動作。當(dāng)該鏡頭21與該近接感應(yīng)器22設(shè)計形成一單一組合體即該感應(yīng)器20時如圖1所示，貝1J參考圖8所示，當(dāng)該特征物體50由一第一位置(pointer I)移動至一第二位置(pointer 2)時，通過該感應(yīng)器20即可同時偵測在X軸上的兩個信號輸出值(signaloutput ValueUpX2與其相差值(ΛΧ)以及在Z軸上的兩個光強度如信號振幅值(SignalAmplitude value) ZpZ2與其相差值(Λ Z)，則通過數(shù)字信號處理(DSP)功能，即能在相配合使用的該人機接口主機(HID Host) 40的二維(2-D，2-Dimention)顯示幕41上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維的坐標(biāo)或動作。本發(fā)明的人機接口裝置(HID) 10是利用系統(tǒng)軟件的數(shù)字元信號處理(DSP)功能，以使上述通過該鏡頭21所得的X軸坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)，進一步與通過該近接感應(yīng)器22所得的Z軸坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)相耦合，用以計算該特征物體50 (如手指)在該X-Z 二維空間(如人機接口裝置10前方的桌面上)的相對位置及動作數(shù)據(jù)，即X-Z軸的坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)，供可輸出該特征物體50在X-Z 二維空間的坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)，以在該二維顯示幕41上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維坐標(biāo)或動作。換言之，本發(fā)明人機接口裝置(HID) 10的主要作用功效在于:根據(jù)該感應(yīng)器20所偵測并計算取得的X-Z軸上的二維坐標(biāo)或動作，將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于該人機接口主機(HID Host) 40的二維顯示幕41，使在該二維顯示幕41上同步產(chǎn)生對應(yīng)于該X-Z軸的二維坐標(biāo)或動作。也就是由該感應(yīng)器20所界定的X-Z軸二維坐標(biāo)或動作對應(yīng)地轉(zhuǎn)換成該二維顯示幕41所界定的二維坐標(biāo)或動作。如此，本發(fā)明的人機接口裝置(HID) 10即能達成一般鼠標(biāo)的基本使用功能如在顯示幕41上進行輸入坐標(biāo)、點選物件、上下(前后)或左右卷動畫面等作業(yè)功能。此外，本發(fā)明的人機接口裝置(HID) 10更能利用該至少一感應(yīng)器20所具有的位置如畫素(pixel)位置及光強度如信號振幅值(Signal Amplitude)的辨識功能,并進一步再搭配系統(tǒng)已建置的應(yīng)用程序，以供辨識各種不同手勢所產(chǎn)生不同的信號組合，進而產(chǎn)生相對應(yīng)的動作，藉以讓使用者能以不同的手勢以產(chǎn)生多種相對應(yīng)的動作。例如，使用者可在該至少一感應(yīng)器20的前方作用范圍區(qū)域中，進行各種不同手勢如包含但不限制:游標(biāo)上/下/左/右移動手勢如圖9A所示；卷動視窗手勢如圖9B所示；放大畫面手勢如圖9C所示；縮小畫面手勢如圖9D所示；畫面/圖片旋轉(zhuǎn)手勢如圖9E所示等多種不同手勢，則本發(fā)明的人機接口裝置(HID)IO即能辨識該些不同手勢所產(chǎn)生不同的信號組合，進而產(chǎn)生相對應(yīng)的動作，達成一多功能的人機接口裝置的使用效果。在此以圖9D所示“縮小”的手勢為例說明，請參考圖9D及圖10、11所示，當(dāng)二特征物體50a、50b,如使用者以姆指(pointer I)當(dāng)特征物體50a及以食指(pointer 2)當(dāng)特征物體50b，以在該至少一感應(yīng)器20的前方作用范圍內(nèi)進行相向靠近動作時，在此該姆指50a及食指50b相向靠近動作是類似于目前手機使用者在觸控式面板上以姆指及食指進行相近似的夾收靠近動作供用于將畫面縮小；則該二特征物體50a、50b如圖9D所示的第一特征物體50a(pointer I)及第二特征物體50b (pointer 2),將會產(chǎn)生如圖10、11所示在X軸及Z軸上的變化，包括:如圖10所示由X軸上的Xla、X2a&八\所界定的位置轉(zhuǎn)變至由X軸上的Xlb、X2b、AXbK界定的位置；同時如圖11所示由Z軸上的Ζ1ε、Ζ2。、Λ Ζ。所界定的位置轉(zhuǎn)變至由Z軸上的Zld、Z2d、八乙所界定的位置。本發(fā)明的人機接口裝置(HID)IO即可搭配系統(tǒng)建置的應(yīng)用程序，以進一步辨識該代表“縮小”的手勢所產(chǎn)生的信號組合，即該二特征物體50a、50b在X軸上及Z軸上產(chǎn)生如圖10及圖11所示的位置變化，進而在該二維顯示幕41上產(chǎn)生相對應(yīng)的動作，也就是使該二維顯示幕41的畫面產(chǎn)生相對應(yīng)的“縮小”動作。同理，本發(fā)明的人機接口裝置(HID)IO即可搭配系統(tǒng)建置的應(yīng)用程序，以進一步辨識不同手勢所產(chǎn)生的信號組合，如游標(biāo)上/下/左/右移動手勢如圖9A所示、卷動視窗手勢如圖9B所示、放大畫面手勢如圖9C所示、縮小畫面手勢如圖9D所示、畫面/圖片旋轉(zhuǎn)手勢如圖9E所示等多種不同手勢所產(chǎn)生不同的信號組合，進而在該二維顯示幕41上產(chǎn)生相對應(yīng)的動作，達成一多功能人機接口裝置的使用效果。而上述使用效果，即辨識不同手勢以在該二維顯示幕41上產(chǎn)生相對應(yīng)動作，乃現(xiàn)有滾輪鼠標(biāo)所無法達成者，故本發(fā)明的人機接口裝置10與相關(guān)先前技術(shù)如現(xiàn)有任何鼠標(biāo)比較，具有方法簡化、結(jié)構(gòu)簡化、成本降低、使用方便的優(yōu)點，尤其更兼具有觸控式面板的多種手勢的觸控功能。再參考圖1、2所示，本發(fā)明的人機接口裝置(HID)IO中，該感應(yīng)器20可與該紅外線(IR light)光源30安排設(shè)置在同一結(jié)構(gòu)體上如圖1所示；或該感應(yīng)器20又分為一鏡頭21及一近接感應(yīng)器22，并再與該紅外線(IR light)光源30安排設(shè)置在同一人機接口裝置(HID) 10的結(jié)構(gòu)體上，但并非用來限制該二者或三者之間的結(jié)構(gòu)安排；也就是，該鏡頭21、近接感應(yīng)器22及紅外線光源30可以設(shè)置在同一人機接口裝置(HID) 10的結(jié)構(gòu)體上如圖
1、2所示，亦可分開設(shè)置在不同的結(jié)構(gòu)體上，或三者中任二個可結(jié)合設(shè)置在同一結(jié)構(gòu)體上，因此在結(jié)構(gòu)安排上有各種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可隨制造者或使用者的方便性而選擇其中最有利的方式。又本實施例中該鏡頭21、紅外線光源30及近接感應(yīng)器22是在該人機接口裝置(HID) 10的結(jié)構(gòu)體內(nèi)依序安排成一直線排列，但并非用來限制該三者之間的位置及排列方式，也就是，該鏡頭21、紅外線光源30及近接感應(yīng)器22可以不依序排列，也可以不安排成一縱向或橫向的直線排列。但為提升本發(fā)明人機接口系統(tǒng)10的使用效率及方便性，如在后續(xù)步驟中使該X軸的一維坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)能有效率地與該Z軸的一維坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)相耦合，因此該鏡頭21、紅外線光源30及近接感應(yīng)器22的作用方向及范圍以形成重疊狀態(tài)為較佳但不限制，也就是，本發(fā)明該鏡頭21、紅外線光源30及近接感應(yīng)器22的作用方向及范圍并不要求一定要盡量形成重疊狀態(tài)為最佳。針對本發(fā)明所揭示的系統(tǒng)軟件或其所具有的數(shù)字信號處理(DSP)功能，可提供但不限制一處理器(processor)如數(shù)字信號處理器(DSP, Digital Signal Processor)或微處理控制單元(MCU, Microcontroller Unit,或稱微控制器)以達成該等系統(tǒng)軟件或其所具有的數(shù)字信號處理(DSP)功能，因此該些系統(tǒng)軟件或其所具有的數(shù)字元信號處理(DSP)功能可建構(gòu)于本發(fā)明的人機接口裝置(HID) 10的結(jié)構(gòu)體中如圖12所示，亦可建構(gòu)于相配合使用的該人機接口主機(HID Host)40中(圖未示)。參考圖12所示，其是本發(fā)明的人機接口裝置的系統(tǒng)功能一實施例的方塊示意圖，亦可視為圖4或圖5所示兩種使用狀態(tài)的說明圖。本實施例的人機接口裝置10除了包含至少一感應(yīng)器20 (包含鏡頭21及近接感應(yīng)器22)及至少一光源30外，進一步可包含:一微處理控制單元(MCU, Microcontroller Unit,或稱微控制器)11但不限制、一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital vonverter) 12 及一光源控制線路(light source controlcircuit) 13，用以分別連接至并控制該感應(yīng)器20 (包含鏡頭21及近接感應(yīng)器22)、該光源30及該人機接口主機(HID Host) 40如圖12所示，藉以達成一鼠標(biāo)或一多功能HID的使用功效。其中該微處理控制單元(MCU, Microcontroller Unit) 11亦可為數(shù)字信號處理器(DSP, Digital Signal Processor)。就本發(fā)明的人機接口裝置10所包含的該感應(yīng)器20或該鏡頭21與該近接感應(yīng)器22、該紅外線光源30、該顯示器41等功能性裝置以及所利用的數(shù)字信號處理(DSP)功能而言，由于上述各功能性裝置(20、21、22、30、40)及數(shù)字信號處理(DSP)功能等，均可利用本技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)以達成本發(fā)明中各功能性裝置本身的作用功能，而且該等功能性裝置(20、21、22、30、40)及數(shù)字信號處理(DSP)功能的個體本身，并非本發(fā)明的人機接口裝置10及其方法的主要技術(shù)特征，故不另再詳細說明各個體本身的作用功能。參考圖13所示，其是本發(fā)明的人機接口裝置10的作用方法一實施例的流程示意圖。本發(fā)明的人機接口裝置10的作用方法，包含下列步驟:步驟61:提供至少一感應(yīng)器20 (21，22)及至少一光源30 ;其中該至少一感應(yīng)器20 (21，22)具有畫素(pixel)位置及光強度如信號振幅值(Signal Amplitude)的辨識功能；其中該信號振幅值通常為電壓值；步驟62:利用該至少一感應(yīng)器20及該至少一光源30，用以偵測一特征物體50在該至少一感應(yīng)器20的畫素(pixel)位置及信號振幅值(Signal Amplitude)；步驟63:進行預(yù)處理，以計算該特征物體50于一一維(X軸)的相對位置(X坐標(biāo))及動作的數(shù)據(jù)，以及于另一維(Z軸)的相對深度值(Z坐標(biāo))及動作的數(shù)據(jù) '及步驟64:輸出該特征物體50的二維(X-Z)空間的相對位置(X_Z坐標(biāo))及動作的數(shù)據(jù)。其中，在該步驟64中，本發(fā)明是利用系統(tǒng)軟件的數(shù)字元信號處理功能，以使該X軸的一維坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)進一步與該Z軸一維坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)相耦合，用以計算該特征物體50在該X-Z軸二維空間的相對位置及動作的數(shù)據(jù)，再輸出該特征物體50的二維空間的相對位置(即X-Z坐標(biāo))及動作的數(shù)據(jù)至一相配合使用的人機接口主機(HID Host)40，藉以在該人機接口主機(HID Host)40的一二維顯示幕41上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維的坐標(biāo)或動作，藉以控制該顯示幕41的應(yīng)用。以上所示僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，對本發(fā)明而言僅是說明性的，而非限制性的。在本專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域具通常知識人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進行許多改變，修改，甚至等效的變更，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種人機接口裝置，其特征在于，其是用以與至少一人機接口主機連結(jié)以供使用者使用，其中該人機接口主機具有至少一二維顯示幕，該人機接口裝置包含: 至少一感應(yīng)器，其是具有畫素位置及光強度的辨識功能，用以偵測至少一特征物體在一 X-Z軸二維平面上的相對位置或動作，以產(chǎn)生相對應(yīng)的X-Z軸二維坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)，其中該X軸是定義為一垂直于該光源的投射光束中心軸的方向或為垂直于該感應(yīng)器的光感應(yīng)面的法線的方向，該Z軸是定義為一平行于該光源的投射光束中心軸的方向或為平行于該感應(yīng)器的光感應(yīng)面的法線的方向； 至少一光源，其是用以向外投射光束以在該X-Z軸二維平面上形成一投射范圍，以使該特征物體能在該X-Z軸二維平面上的投射范圍內(nèi)移動，以供該至少一感應(yīng)器進行偵測； 其中當(dāng)應(yīng)用時，該人機接口裝置利用該至少一感應(yīng)器所具有的辨識功能并搭配該光源，用以偵測并計算該特征物體在X軸上的相對位置或動作的數(shù)據(jù)及在Z軸上的相對深度值或動作的數(shù)據(jù)，并再輸出該特征物體的X-Z軸二維坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)至該人機接口主機，供在該人機接口主機的二維顯示幕上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維的坐標(biāo)或動作，以達成一人機接口的使用效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接口裝置，其特征在于，該人機接口裝置進一步包含:一微處理控制單元、一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及一光源控制線路，用以分別電性連接至該至少一感應(yīng)器、該至少一光源及該人機接口主機以達成一人機接口的使用效果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接口裝置，其特征在于，該至少一感應(yīng)器是包含一鏡頭用以偵測一特征物體在該X軸上的相對位置或動作及一近接感應(yīng)器用以偵測一特征物體在一 Z軸上的相對位置或動作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述 的人機接口裝置，其特征在于，該近接感應(yīng)器是搭配該光源使用，該光源是朝向包含該特征物體位置的投射范圍投射一定強度的光束，該近接感應(yīng)器用以感應(yīng)該投射光束被特征物體反射的反射光的光強度的變化，以形成Z軸的坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接口裝置，其特征在于，該光強度是一信號振幅值，該信號振幅值為一電壓值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接口裝置，其特征在于，該光源為紅外線光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接口裝置，其特征在于，該人機接口主機包含電腦、筆記型電腦、平板電腦。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接口裝置，其特征在于，該人機接口裝置是采用內(nèi)建方式或外接方式以與該人機接口主機連結(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人機接口裝置，其特征在于，當(dāng)該人機接口裝置采用內(nèi)建方式以與該人機接口主機連結(jié)時，該人機接口裝置是內(nèi)建在該人機接口主機的內(nèi)部邊緣處，以使該人機接口裝置能向外進行偵測功能。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人機接口裝置，其特征在于，當(dāng)該人機接口裝置采用外接方式以與該人機接口主機連結(jié)時，該人機接口裝置是利用一連接接口而以有線的外接方式連結(jié)至該人機接口主機。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的人機接口裝置，其特征在于，該連接接口包含:USB、1394連接接口、Thunderbolt連接接口。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人機接口裝置，其特征在于，當(dāng)該人機接口裝置采用外接方式以與該人機接口主機連結(jié)時，該人機接口裝置是利用一無線通訊方式而以無線的外接方式連結(jié)至該人機接口主機。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的人機接口裝置，其特征在于，該無線通訊方式包含:藍牙、無線網(wǎng)絡(luò)、近場通訊、無線射頻收發(fā)器，所述無線射頻收發(fā)器為2.4GHz RF Transceiver.
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接口裝置，其特征在于，該人機接口裝置是根據(jù)該感應(yīng)器所偵測取得該特征物體的x-z軸二維坐標(biāo)或動作，并將其轉(zhuǎn)換以在該二維顯示幕上同步產(chǎn)生對應(yīng)于該X-Z軸的二維坐標(biāo)或動作,供使用者能在該顯示幕上進行輸入坐標(biāo)、點選物件、上下或左右卷動畫面的作業(yè)功能。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機接口裝置，其特征在于，該人機接口裝置進一步利用該至少一感應(yīng)器所具有的畫素位置及光強度的辨識功能，并搭配應(yīng)用程序，以進一步辨識以二該特征物體形成的不同手勢所產(chǎn)生不同的信號組合，進而產(chǎn)生相對應(yīng)的動作，供使用者能以不同的手勢以產(chǎn)生多種相對應(yīng)的動作，其中該不同的手勢包含:游標(biāo)上、下、左、右移動手勢、卷動視窗手勢、放大畫面手勢、縮小畫面手勢、畫面旋轉(zhuǎn)手勢。
16.一種人機接口裝置的應(yīng)用方法，其特征在于，包含下列步驟: 步驟1:提供一人機接口裝置，其包含至少一感應(yīng)器及至少一光源，其中該至少一感應(yīng)器具有畫素位置及光強度的辨識功能，其中該光強度為一信號振幅值； 步驟2:利用該至少一感應(yīng)器及該至少一光源以偵測至少一特征物體在該至少一感應(yīng)器的畫素位置及信號振幅值； 步驟3:進行預(yù)處理，以計算該特征物體于一維X軸的X坐標(biāo)及動作的數(shù)據(jù)及于另一維Z軸的相對深度值即Z坐標(biāo)及動作的數(shù)據(jù)；及 步驟4:輸出該特征物體的X-Z軸二維空間的X-Z坐標(biāo)及動作的數(shù)據(jù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的人機接口裝置的應(yīng)用方法，其特征在于，該步驟4是利用系統(tǒng)軟件的數(shù)字信號處理功能，以使該X軸的一維坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)進一步與該Z軸一維坐標(biāo)或動作的數(shù)據(jù)相耦合，用以計算該至少一特征物體在該X-Z軸二維空間的相對位置及動作的數(shù)據(jù)，再輸出該特征物體的二維空間的相對位置即x-z坐標(biāo)及動作的數(shù)據(jù)至一相配合使用的人機接口主機，藉以在該人機接口主機的一二維顯示幕上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維的坐標(biāo)或動作，藉以控制該顯示幕的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開一種人機接口裝置及其應(yīng)用方法，該HID包含至少一感應(yīng)器其具有位置如畫素位置及光強度如信號振幅值的辨識功能；及至少一光源如紅外線光源；在應(yīng)用上，該HID能偵測并計算一特征物體如手指在至少一垂直于該光源的投射光中心軸方向的一維(如X軸)上的相對位置或動作的數(shù)據(jù)以及在一平行于該光源的投射光中心軸方向(如Z軸)上的相對深度值或動作的數(shù)據(jù)，供可在一相配合的人機接口主機(HID Host)的二維顯示幕上同步產(chǎn)生相對應(yīng)的二維的坐標(biāo)或動作，以完成一般鼠標(biāo)的使用功能；進一步再搭配應(yīng)用程序以辨識各種不同手勢所產(chǎn)生不同的信號組合，達成一多功能HID的使用效果，而可避免現(xiàn)有鼠標(biāo)或觸控板(touch pad)等相關(guān)先前技術(shù)在使用上的諸多限制。
文檔編號G06F3/042GK103150058SQ201110402068
公開日2013年6月12日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者陳國仁, 溫明華, 林順正 申請人:陳國仁, 溫明華, 林順正