一種三維空間坐標的檢測方法、三維輸入方法及相應裝置制造方法
【專利摘要】一種三維空間坐標的檢測方法、三維輸入方法及相應裝置，所述檢測方法包括：由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并使用得到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。所述三維輸入方法包括：當檢測到預置觸發動作被觸發時，由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置啟動跟蹤測量擬手指目標位的三維空間坐標，對應顯示到所述移動終端中。本發明不需要用戶使用額外的遙控器、書寫筆或指套等其他額外輔助電子裝置，徒手即可完成輸入操作，操作更為自由，便捷。
【專利說明】一種三維空間坐標的檢測方法、三維輸入方法及相應裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種移動終端的輸入裝置，尤其涉及一種三維空間坐標的檢測方法、三維輸入方法及相應裝置。
【背景技術】
[0002]移動終端作為現代人的個人隨身電子設備，功能繁多、性能出眾，無論是用于工作還是娛樂都是很好的工具。移動終端從廣義上講包括:手機、筆記本、平板電腦、P0S(PointOf Sale，銷售終端)機甚至車載電腦，但是大部分情況下是指手機或者具有多種應用功能的智能手機以及平板電腦。輸入功能作為移動終端的一個必不可少的功能，對于用戶體驗有很大的影響。
[0003]現在市面上的移動終端，其輸入方式大部分都采用平面輸入。無論是通過按鍵來移動光標再進行按鍵輸入信息的輸入方式、還是通過觸摸屏定位進行點擊輸入信息的輸入方式，本質上都是在一個輸入平面上先進行坐標定位，再進行信息輸入，屬于二維平面的輸入方式。采用這種二維平面的輸入方式，用戶的輸入有效區域都局限于一個有限大小平面，其輸入方式受到了很大的限制，自由性較小。
[0004]市面上的三維輸入電子設備，比如遙控器、書寫筆或指套等輔助電子裝置，可以在三維空間內進行各種信息的輸入。但對用戶來說，要采用這些輸入方法必須手持相應輔助電子裝置來進行信息的輸入操作，相對來說使用不夠便捷。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題在于提供一種三維空間坐標的檢測方法、三維輸入方法及相應裝置，使得用戶在使用移動終端的時候，除移動終端本身，無需手持額外輔助電子裝置，即可實現徒手在三維空間動作。
[0006]為解決上述問題，本發明提供了一種三維空間坐標的檢測方法，包括:
[0007]由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并使用得到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0008]進一步地，
[0009]所述測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0010]針對每一超聲波測距裝置，發射超聲波并開始計時；記錄在有效測量時長內收到的第一個反射波的時間點Tl及在所述有效測量時長內接收到的最后一個反射波的時間點T2 ;其中，所述有效測量時長的值等于2倍的超聲波測距裝置的最大測量有效距離與超聲波波速的商；
[0011]根據所述T1、T2及開始計時時的時間點T0，計算得到所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離；其中，所述擬手指目標物的近點距離等于Tl與TO的差與超聲波波速的一半的乘積；所述擬手指目標物的遠點距離等于T2與TO的差與超聲波波速的一半的乘積。
[0012]進一步地，
[0013]若所述超聲波測距裝置在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點T2的值置為TO與所述有效測量時長的和。
[0014]進一步地，
[0015]所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0016]各超聲波測距裝置在所述移動終端的控制下，按照一定次序輪流測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0017]進一步地，
[0018]所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0019]所述設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別使用不同的發射波頻率測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0020]進一步地，
[0021]在計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標之前，還包括:分別判斷各組得到的近點距離和遠點距離的測量超聲波測距裝置是否為前端點；
[0022]所述計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標，具體包括:
[0023]使用前端點測量出的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0024]本發明還提供了一種三維輸入方法，包括:
[0025]當檢測到預置觸發動作被觸發時，由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置啟動跟蹤測量擬手指目標位的三維空間坐標，對應顯示到所述移動終端中。
[0026]進一步地，
[0027]所述檢測到預置觸發動作被觸發，包括以下任意一種方式:
[0028]檢測到所述擬手指目標物點擊在所述移動終端正面的顯示觸摸屏上顯示的三維輸入應用的開始圖標；或者，
[0029]檢測到所述擬手指目標物點擊在所述移動終端正面上設定為啟動三維輸入應用的按鍵；或者，
[0030]檢測到所述擬手指目標物懸停于所述移動終端正面指定位置持續一段時間；或者，
[0031 ] 檢測到所述擬手指目標物在所述移動終端正面畫出一個預置圖形。
[0032]進一步地，
[0033]所述測量擬手指目標物的三維空間坐標，具體包括:
[0034]在每一次測量過程中，所述三組以上的超聲波測距裝置分別測量出所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并使用得到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0035]進一步地，
[0036]所述測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0037]針對每一超聲波測距裝置，發射超聲波并開始計時；記錄在有效測量時長內收到的第一個反射波的時間點Tl及在所述有效測量時長內接收到的最后一個反射波的時間點T2 ;其中，所述有效測量時長的值等于2倍的超聲波測距裝置的最大測量有效距離與超聲波波速的商；
[0038]根據所述T1、T2及開始計時時的時間點Τ0，計算得到所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離；其中，所述擬手指目標物的近點距離等于Tl與TO的差與超聲波波速的一半的乘積；所述擬手指目標物的遠點距離等于Τ2與TO的差與超聲波波速的一半的乘積。
[0039]進一步地，
[0040]若所述超聲波測距裝置在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點Τ2的值置為TO與所述有效測量時長的和。
[0041]進一步地，
[0042]所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0043]各超聲波測距裝置在所述移動終端的控制下輪流測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0044]進一步地，
[0045]所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0046]所述設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別使用不同的發射波頻率測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0047]進一步地，
[0048]在計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標之前，還包括:分別判斷各組近點距離和遠點距離的測量方超聲波測距裝置是否為前端點；
[0049]所述計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標，具體包括:
[0050]使用前端點測量出的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0051]相應地，本發明還提供了一種三維空間坐標的檢測裝置，包括:超聲波定位模塊及控制和處理模塊；
[0052]所述超聲波定位模塊中包含設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置，各組超聲波測距裝置分別用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并發送給所述控制和處理模塊；
[0053]所述控制和處理模塊用于使用接到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0054]進一步地，
[0055]所述超聲波測距裝置用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0056]所述超聲波測距裝置用于發射超聲波并開始計時；記錄在有效測量時長內收到的第一個反射波的時間點Tl及在所述有效測量時長內接收到的最后一個反射波的時間點T2 ;其中，所述有效測量時長的值等于2倍的超聲波測距裝置的最大測量有效距離與超聲波波速的商；
[0057]還用于根據所述Τ1、Τ2及開始計時時的時間點Τ0，計算得到所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離；其中，所述擬手指目標物的近點距離等于Tl與TO的差與超聲波波速的一半的乘積；所述擬手指目標物的遠點距離等于Τ2與TO的差與超聲波波速的一半的乘積。
[0058]進一步地，
[0059]所述超聲波測距裝置還用于若在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點Τ2的值置為TO與所述有效測量時長的和。
[0060]進一步地，
[0061]所述各組超聲波測距裝置分別用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0062]所述各組超聲波測距裝置用于在所述控制和處理模塊的控制下，按照一定次序輪流測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0063]進一步地，
[0064]所述各組超聲波測距裝置分別用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0065]所述各組超聲波測距裝置分別使用不同的發射波頻率測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0066]進一步地，
[0067]所述控制和處理模塊還用于在計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標之前，分別判斷各組得到的近點距離和遠點距離的測量超聲波測距裝置是否為前端點；
[0068]所述控制和處理模塊用于計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標，具體包括:
[0069]所述控制和處理模塊用于使用前端點測量出的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0070]相應地，本發明還提供了一種三維輸入裝置，包括:
[0071]控制和處理模塊，用于在獲知預置觸發動作被觸發時，控制設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置啟動跟蹤測量擬手指目標位的三維空間坐標；還用于接收各組超聲波測距裝置發來的測量結果，進行相應計算后發送到所述移動終端側；
[0072]各組超聲波測距裝置，用于在所述控制和處理模塊的控制下，跟蹤測量擬手指目標位的三維空間坐標，并將測量結果發送到所述控制和處理模塊。
[0073]進一步地，
[0074]所述控制和處理模塊獲知所述預置觸發動作被觸發，包括以下任意一種方式:
[0075]所述控制和處理模塊獲知所述擬手指目標物點擊在所述移動終端正面的顯示觸摸屏上顯示的三維輸入應用的開始圖標；或者，
[0076]所述控制和處理模塊獲知所述擬手指目標物點擊在所述移動終端正面上設定為啟動三維輸入應用的按鍵；或者，
[0077]所述控制和處理模塊獲知所述擬手指目標物懸停于所述移動終端正面指定位置持續一段時間；或者，
[0078]所述控制和處理模塊獲知所述擬手指目標物在所述移動終端正面畫出一個預置圖形。
[0079]進一步地，
[0080]所述各組超聲波測距裝置用于測量擬手指目標物的三維空間坐標，具體包括:
[0081]所述各組超聲波測距裝置用于在每一次測量過程中，分別測量出所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并作為所述測量結果上報給所述控制和處理模塊；
[0082]所述控制和處理模塊還用于接收各組超聲波測距裝置發來的測量結果，進行相應計算，具體包括:
[0083]所述控制和處理模塊還用于使用得到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0084]進一步地，
[0085]所述各組超聲波測距裝置用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0086]所述各組超聲波測距裝置發射超聲波并開始計時；記錄在有效測量時長內收到的第一個反射波的時間點Tl及在所述有效測量時長內接收到的最后一個反射波的時間點T2 ;其中，所述有效測量時長的值等于2倍的超聲波測距裝置的最大測量有效距離與超聲波波速的商；根據所述Tl、T2及開始計時時的時間點T0，計算得到所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離；其中，所述擬手指目標物的近點距離等于Tl與TO的差與超聲波波速的一半的乘積；所述擬手指目標物的遠點距離等于T2與TO的差與超聲波波速的一半的乘積。
[0087]進一步地，
[0088]所述各組超聲波測距裝置還用于若在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點T2的值置為TO與所述有效測量時長的和。
[0089]進一步地，
[0090]所述各組超聲波測距裝置分別用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0091]所述各組超聲波測距裝置用于在所述控制和處理模塊的控制下輪流測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0092]進一步地，
[0093]所述各組超聲波測距裝置分別用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0094]所述各組超聲波測距裝置分別使用不同的發射波頻率測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0095]進一步地，
[0096]所述控制和處理模塊還用于在計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標之前，分別判斷各組近點距離和遠點距離的測量方超聲波測距裝置是否為前端點；
[0097]所述控制和處理模塊用于計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標，具體包括:
[0098]所述控制和處理模塊用于使用前端點測量出的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0099]本發明不需要用戶使用額外的遙控器、書寫筆或指套等其他額外輔助電子裝置，徒手即可完成輸入操作，操作更為自由，便捷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0100]圖1為本發明實施例中三維輸入裝置的結構示意圖；
[0101]圖2為本發明實施例中超聲波測距裝置發射和接收超聲波的示意圖；
[0102]圖3為本發明實施例中空間半球體的示意圖；
[0103]圖4為本發明實施例中由多組超聲波測距裝置分別測量得到的數據形成的多個空間半球體的示意圖；
[0104]圖5為本發明實施例中軌跡跟蹤操作啟動時刻的示意圖；
[0105]圖6為本發明實施例中軌跡跟蹤操作啟動的瞬間測量多面體的示意圖；
[0106]圖7為本發明實施例中手指發生移動時的示意圖；
[0107]圖8為本發明實施例中對預置測量球體和預置空間球體的球心進行移動的示意圖；
[0108]圖9為本發明實施例中對預置測量球體和預置空間球體的球心進行移動后的結果示意圖；
[0109]圖10為本發明實施例中6個超聲波換能器安裝位置示意圖；
[0110]圖11為本發明實施例中超聲波換能器在平板電腦正面的安裝方式和夾角示意圖；
[0111]圖12為本發明實施例中用戶通過手指點擊三維輸入應用的啟動圖標啟動輸入流程的示意圖；
[0112]圖13為本發明實施例中前端點的位置示意圖；
[0113]圖14為本發明實施例中用戶手指可能便宜角度的示意圖；
[0114]圖15為本發明實施例中各組有效測量數據的示意圖。
【具體實施方式】
[0115]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0116]在本實施例中，一種三維空間坐標的檢測方法，包括:
[0117]由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并使用得到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0118]較佳地，
[0119]所述測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0120]針對每一超聲波測距裝置，發射超聲波并開始計時；記錄在有效測量時長內收到的第一個反射波的時間點Tl及在所述有效測量時長內接收到的最后一個反射波的時間點T2 ;其中，所述有效測量時長的值等于2倍的超聲波測距裝置的最大測量有效距離與超聲波波速的商；
[0121]根據所述T1、T2及開始計時時的時間點T0，計算得到所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離；其中，所述擬手指目標物的近點距離等于Tl與TO的差與超聲波波速的一半的乘積；所述擬手指目標物的遠點距離等于Τ2與TO的差與超聲波波速的一半的乘積。
[0122]較佳地，
[0123]若所述超聲波測距裝置在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點Τ2的值置為TO與所述有效測量時長的和。
[0124]較佳地，
[0125]所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0126]各超聲波測距裝置在所述移動終端的控制下，按照一定次序輪流測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0127]較佳地，
[0128]所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0129]所述設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別使用不同的發射波頻率測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0130]較佳地，
[0131]在計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標之前，還包括:分別判斷各組得到的近點距離和遠點距離的測量超聲波測距裝置是否為前端點；
[0132]所述計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標，具體包括:
[0133]使用前端點測量出的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0134]本發明還提供了一種三維輸入方法，包括:
[0135]當檢測到預置觸發動作被觸發時，由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置啟動跟蹤測量擬手指目標位的三維空間坐標，對應顯示到所述移動終端中。
[0136]較佳地，
[0137]所述檢測到預置觸發動作被觸發，包括以下任意一種方式:
[0138]檢測到所述擬手指目標物點擊在所述移動終端正面的顯示觸摸屏上顯示的三維輸入應用的開始圖標；或者，
[0139]檢測到所述擬手指目標物點擊在所述移動終端正面上設定為啟動三維輸入應用的按鍵；或者，
[0140]檢測到所述擬手指目標物懸停于所述移動終端正面指定位置持續一段時間；或者，
[0141 ] 檢測到所述擬手指目標物在所述移動終端正面畫出一個預置圖形。
[0142] 較佳地，
[0143]所述測量擬手指目標物的三維空間坐標，具體包括:
[0144]在每一次測量過程中，所述三組以上的超聲波測距裝置分別測量出所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并使用得到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0145]較佳地，
[0146]所述測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0147]針對每一超聲波測距裝置，發射超聲波并開始計時；記錄在有效測量時長內收到的第一個反射波的時間點Tl及在所述有效測量時長內接收到的最后一個反射波的時間點T2 ;其中，所述有效測量時長的值等于2倍的超聲波測距裝置的最大測量有效距離與超聲波波速的商；
[0148]根據所述T1、T2及開始計時時的時間點T0，計算得到所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離；其中，所述擬手指目標物的近點距離等于Tl與TO的差與超聲波波速的一半的乘積；所述擬手指目標物的遠點距離等于Τ2與TO的差與超聲波波速的一半的乘積。
[0149]較佳地，
[0150]若所述超聲波測距裝置在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點Τ2的值置為TO與所述有效測量時長的和。
[0151]較佳地，
[0152]所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0153]各超聲波測距裝置在所述移動終端的控制下輪流測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0154]較佳地，
[0155]所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括:
[0156]所述設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別使用不同的發射波頻率測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
[0157]較佳地，
[0158]在計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標之前，還包括:分別判斷各組近點距離和遠點距離的測量方超聲波測距裝置是否為前端點；
[0159]所述計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標，具體包括:
[0160]使用前端點測量出的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
[0161]在本實施例中，一種三維輸入裝置，包括超聲定位模塊及控制和處理模塊。其中，超聲定位模塊用于測量各超聲波測距裝置和被測目標物之間的距離信息，并傳遞給控制和處理模塊；控制和處理模塊用于控制超聲定位模塊進行測距操作并接收相應數據信息，計算被測目標物的三維空間坐標。
[0162]如圖1所示，所述超聲定位模塊，包括配置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置。其中各組超聲波測距裝置的三維空間坐標已知，各組超聲波測距裝置中超聲波發射口的法線和安裝平面的中垂線相交且交點位于安裝平面的同一側(交點相對于安裝平面的一側后續稱為移動終端正面)。每組超聲波測距裝置中超聲波發射口的法線和安裝平面的夾角等于超聲波測距裝置的有效測量范圍角度的半角。
[0163]所述控制和處理模塊中包括:控制微處理器芯片、超聲定位模塊的連接裝置及計算機主機的連接裝置。處理數據信息所需要的各種算法，既可以存儲于控制微處理器芯片內部，也可以存儲于計算機主機一側。
[0164]所述被測目標物，在本實施例內，僅限于具有手指動作功能的物體(后續稱為擬手指目標物)，包括但不限于:用戶的手指、可完成手指動作的機械手或具有手指動作功能的其他機械物體。擬手指目標物位于上述至少三組超聲波測距裝置的有效測量范圍的交集內。
[0165]在本實施例中，一種對擬手指目標物的反射面進行三維空間定位得到空間多面體數據信息，并計算空間多面體計算中心點的三維空間坐標的方法(后續稱為三維空間坐標的檢測方法)如下所述:
[0166]如圖2所示，超聲波測距裝置發射超聲波，該超聲波測距裝置發射的超聲波頻率為K，預設最大測量有效距離為L (大于此距離的測量信息忽略，物體過遠，不等待反射波返回)。在發射超聲波的同時開始計時(假設此時時間點為T0)，并等待反射波返回。超聲波測距裝置將在有效測量時長內收到的第一個反射波作為近點反射波，記錄接收到近點反射波的時間點Tl (以下稱為近點反射時間點Tl)，將在有效測量時長內接收到的最后一個反射波作為遠點反射波，記錄接收到遠點反射波的時間點T2 (以下稱為遠點反射時間點T2)。其中，有效測量時長T3等于2倍的最大測量有效距離與超聲波波速C的商，即T3=2 X L +C。若在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點Τ2的值置為TO與有效測量時長的和。
[0167]如圖3所示，把時間點Τ1、Τ2轉化為擬手指目標物的近點距離SI和遠點距離S2，分別以SI為內徑、以S2為外徑、以本超聲波測距裝置中超聲波發射口的中心位置為球心、以本超聲波測距裝置中超聲波發射口所在平面為底面，得到一個空間半球體；其中，SI=(Tl-TO) XC + 2，S2= (T2-T0)XC + 2。這個空心半球體即為本超聲波測距裝置通過測量得到的擬手指目標物在三維空間中存在的區域。
[0168]超聲波測距裝置對擬手指目標物的測量結果，僅包括擬手指目標物的反射面信息，并不能表示擬手指目標物整體的位置信息。本發明中把能代表擬手指目標物三維動作信息的標識點，稱為目標物有效點。超聲波測距裝置得到的測量結果中，如果包含目標物有效點，稱為有效測量數據，如果不包含目標物有效點，則稱為非有效測量數據。可通過算法分析來判斷得到的測量結果是否為有效測量數據，對為有效測量數據的測量結果進行保留，丟棄為非有效測量數據的測量結果。由有效測量數據形成的空心半球體，稱為有效空心半球體。
[0169](有效數據，非有效數據)=fI(T1,T2)；
[0170]具體算法實現，在說明實例中詳細說明。
[0171]如圖4所示，存在三組以上的不在同一直線上、相互之間的位置固定且空間三維坐標已知的超聲波測距裝置，分別標記為a，b，c……，這三組超聲波測距裝置中超聲波發射口的中心位置的三維空間坐標分別標記為(Xa，Ya, Za), (Xb，Yb，Zb), (Xe，Yc, Zc)……，設定發射的超聲波頻率分別為Ka，Kb, Kc……(以排除相互間的聲波干擾)，設定最大測量有效距離L (這個設定所有超聲波測距裝置通用)。多組超聲波測距裝置在控制和處理模塊的控制下，按照一定次序(如Index)輪流測量同一個擬手指目標物(多組超聲波測距裝置按Index輪流測量，可以最大可能的避開本輪測量中各組超聲波測距裝置之間的相互干擾)。按照算法Π O確定測量結果如果為有效測量數據則保留，如果為非有效測量數據則丟棄，然后把各組有效測量數據近點反射時間點Tl和遠點反射時間點T2轉化得到有效空心半球體_a，有效空心半球體_b，有效空心半球體-C……。三個以上的有效空心半球體相交，可以得到空間多面體_abc。空間多面體_abc所在的空間區域必定包含目標物有效點。
[0172]超聲波測距裝置的數量越多，形成的有效空心半球體就越多，相互相交得到的空間多面體的表面數量就越多，空間多面體的形狀也就越貼近真實的擬手指目標物的形狀。
[0173]為了表示空間多面體-abc在三維空間內的移動,本實施例使用空間多面體_abc的計算中心點(X，y，z )的位置變化來體現。由于空間多面體-ab c是由多個有效空心半球體相交得到的，空間多面體-abc的各個表面都屬于某一個有效空心半球體的內表面或外表面的一部分，因此空間多面體-abc的各個表面距離相應有效空心半球體球心的距離是已知的，即:當該空間多面體-abc的一個表面是相應有效空間半球體的外表面的一部分時，該表面距離該相應有效空心半球體球心的距離等于該相應有效空心半球體的外徑；當該空間多面體-abc的一個表面是相應有效空間半球體的內表面的一部分時，該表面距離該相應有效空心半球體球心的距離等于該相應有效空心半球體的內徑。使用算法可以得到空間多面體-abc到各個有效空心半球體球心的距離，再以此來計算得到計算中心點的三維空間坐標。按照空間幾何原理，如果能夠得到某點與三個不在同一直線上的位置已知的點的距離，則該點的坐標在以這三個點所在平面為分界面的某半個空間區域內被唯一確定(另一個半個空間區域內會存在另一個對稱點)。
[0174]空間多面體-abc的計算中心點(x, y, z)
[0175]=f2 (Sla, S2a, Sib, S2b, Sic, S2c......)；
[0176]=f3 (Tla, T2a, Tib, T2b, Tic, T2c......)；
[0177]具體算法的實現方式，在后續說明實例中詳細說明。
[0178]在本實施例中，還提供了一種基于上述三維空間坐標的檢測方法，對擬手指目標物的運動軌跡進行跟蹤，并提取三維空間坐標的變化的方法(后續稱為三維輸入方法)。對該方法的說明如下:
[0179]已知前提:存在三組以上的不在同一直線上、相互之間的位置固定且空間三維坐標已知的超聲波測距裝置，分別標記為a，b，c……，這三組以上的超聲波測距裝置中超聲波發射口的三維空間坐標分別標記為(Xa，Ya, Za), (Xb, Yb，Zb), (Xe，Yc, Zc)……，設定發射的超聲波頻率分別為Ka，Kb，Kc……(排除相互聲波干擾)，設定最大測量有效距離L (這個設定所有超聲波測距裝置通用)。多組超聲波測距裝置在控制和處理模塊的控制下，按照一定次序(如Index)，輪流測量同一個擬手指目標物(多組超聲波測距裝置按Index輪流測量，可以最大可能的避開本輪測量中各組超聲波測距裝置之間的相互干擾)。
[0180]三維輸入方法的第一步，在檢測到預置觸發動作被觸發后，啟動對擬手指目標物的運動軌跡的跟蹤操作，設置預置空間球體，設置預置測量球體，完成初始化準備。
[0181]如圖5所示，當檢測到預置觸發動作被觸發的瞬間，啟動整個軌跡跟蹤操作流程，并確定了預置空間球體、預置測量球體的相關參數。
[0182]所述預置觸發動作，是指用戶在移動終端上預先設置的一種指定動作，當該指定動作被觸發后，關聯啟動執行對擬手指目標物進行動作軌跡的跟蹤操作。在預置觸發動作被觸發的瞬間，擬手指目標物被限制于預置已知的三維空間區域，此三維空間區域的坐標已知(后續稱為初始三維空間坐標，至于如何得到這個初始三維空間坐標，方法可以多種多樣，本輸入方法并不關心如何得到初始三維空間坐標，僅關心軌跡跟蹤操作啟動瞬間，初始三維空間坐標已知)。預置觸發動作，包括但不限于包括:擬手指目標物點擊在移動終端正面的顯示觸摸屏上顯示的三維輸入應用的開始圖標(此種情況下，該開始圖標的空間坐標即為初始三維空間坐標)、或擬手指目標物點擊在移動終端正面上設定為啟動三維輸入應用的按鍵(此種情況下，該按鍵的空間坐標即為初始三維空間坐標)、或擬手指目標物懸停于移動終端正面指定位置持續一段時間(此種情況下，懸停手指尖所處的三維空間位置的坐標即為初始三維空間坐標)、或擬手指目標物在移動終端正面畫出一個預置圖形(如一個圓或一個8字形)(此種情況下，停止運動一瞬間手指尖端所處的三維空間位置的坐標即為初始三維空間坐標)。
[0183]在預置觸發動作被觸發、整個軌跡跟蹤操作開啟的瞬間，初始三維空間坐標已知，以初始三維空間坐標為球心(空間坐標記為(預置X，預置y，預置z)，后續稱為預置球體球心)、分別以預設置的預置半徑(預置R)和測量半徑(測量R)(數值可按實際需求設置，看算法的需求，并無硬性規定的數值)作為半徑，可以得到兩個同球心的空間球體(后續分別稱為預置空間球體和預置測量球體)。通過計算可以得到預置空間球體和預置測量球體距離各組超聲波測距裝置的近點距離和遠點距離，并可轉化為相關的近點反射時間點和遠點反射時間點:
[0184]((預置空間Tla)，(預置空間T2a))
[0185]=f4 ((預置空間Sla)，(預置空間S2a))
[0186]=f5 ((Xa, Ya, Za),((預置 x),(預置 y)，(預置 z))，(預置 R));
[0187]。。。。。。(其他多組)
[0188]((預置測量Tla),(預置測量T2a))
[0189]=f4 ((預置測量Sla)，(預置測量S2a))
[0190]=f5 ((Xa,Ya,Za),((預置 x)，(預置 y)，(預置 z))，(測量 R));
[0191]。。。。。。(其他多組)
[0192]具體算法實現，在下述說明實例中詳細說明。
[0193]如圖6所示，在軌跡跟蹤操作啟動的瞬間，擬手指目標物的尖端(即擬手指目標物上用于觸發預置觸發動作的部分)必定處于預置測量球體內，以擬手指目標物的尖端上的點為目標物有效點，預置測量球體內必定包含目標物有效點。通過多組超聲波測距裝置對擬手指目標物進行測量得到空間多面體，將該空間多面體和預置測量球體相交得到的三維空間區域稱為測量多面體。通過跟蹤測量多面體在預置空間球體內的運動軌跡，來提取擬手指目標物的三維空間坐標變化。
[0194]三維輸入方法的第二步，在檢測到擬手指目標物移動后，重新確定各超聲波測距裝置通過對擬手指目標物進行測量得到的新空間多面體和預置測量球體相交所得到的新測量多面體。
[0195]如圖7所示，當擬手指目標物移動的瞬間，預置測量球體的球心(坐標位置記為(預置X，預置1，預置Z))尚未變化。各組超聲波測距裝置通過分別對擬手指目標物進行測量，得到三組以上的有效空心半球體(有效空心半球體是由有效測量數據組成的，測量結果必須先經過HO選擇，拋棄無效數據)，這些有效空心半球體相交得到新空間多面體。新空間多面體和預置測量球體相交，形成新測量多面體。該新測量多面體的計算中心點和預置測量球體的球心相分離，記錄新測量多面體的計算中心點坐標為(測量X，測量1，測量Z)。該新測量多面體的計算中心點的坐標計算方法參見下述實例。
[0196]三維輸入方法的第三步，將預置測量球體和預置空間球體的球心朝新測量多面體的計算中心點的方向移動。
[0197]如圖8所示,將預置測量球體和預置空間球體的球心(坐標位置記為(預置X,預置y，預置Z))向新測量多面體的計算中心點(坐標位置記為(新X，新y，新Z))方向移動。按調整后的系統參數，可以得到新預置測量球體和新預置測量球體的球心(坐標位置記為(新預置X，新預置1，新預置z))，如圖9所示。新預置測量球體和新空間多面體相交，得到新測量多面體。將預置空間球體和預置測量球體的球心的坐標(預置X，預置y，預置z)重置為新預置測量球體的球心坐標(新預置X，新預置y，新預置z)，重置預置空間球體和預置測量球體的系統參數，重置新測量多面體。
[0198]三維輸入方法的第四步，將當前預置測量球體和預置空間球體的球心坐標(預置X，預置y，預置z)傳輸給計算機主機，等待下一次擬手指目標物移動測量。
[0199]順序執行三維輸入方法的第二步，第三步，第四步，完成一次對擬手指目標物的動作軌跡跟蹤操作。每完成一次動作軌跡跟蹤操作，系統就會回到第二步的初始狀態，預置測量球體和預置空間球體的球心與擬手指目標物的計算中心點重合，測量多面體內必定包含目標物有效點。連續循環不停，可以不停的跟蹤擬手指目標物的動作軌跡的三維空間坐標信息，并上報動作軌跡的三維空間坐標給計算機主機。在動作軌跡跟蹤操作流程中，出現了問題則跳轉到三維輸入方法第五步。
[0200]三維輸入方法第五步，流程錯誤處理。
[0201]超聲波測距裝置通過測量擬手指目標物得到的測量結果，通過fl ()算法提取有效測量數據。如果有效測量數據不足三組，無法轉化得到擬手指目標物的空間多面體，也無法得到計算中;Cl'點。
[0202]移動預置測量球體和預置空間球體的球心，直至移動到超聲波測距裝置的有效測量范圍外，無法得到測量結果。
[0203]超聲波測距裝置在測量過程中，若被其他物體遮擋，導致測量數據不正確，無法如實反映擬手指目標物的情況，均無法得到有效測量數據。
[0204]以上情況出現的時候，對擬手指目標物的動作軌跡跟蹤操作失敗，傳輸預置的錯誤三維空間坐標給計算機主機，關閉本次動作軌跡跟蹤操作流程，表示本次三維輸入操作失敗，等待下一輪三維輸入重新開始，即等待預置觸發動作，重新初始化。(預置的錯誤三維空間坐標，是指移動終端預先設置的一個指定三維空間坐標，包括不僅限于(-1，-1, -1))。
[0205]下面通過實例，來詳細描述三維輸入裝置和方法。
[0206]在本實例中，移動終端選用平板電腦。超聲波測距裝置選用超聲波換能器，數量為6個。超聲波換能器的安裝位置如下:
[0207]如圖10所示，在平板電腦的周圍，6個超聲波換能器安裝位置如圖所示。分別標記為a, b, c, d, e, f,各超聲波換能器的三維空間坐標已知,分別為(Xa, Ya, Za)、(Xb, Yb,Zb), (Xe, Yc, Zc), (Xd, Yd, Zd), (Xe, Ye, Ze)及(Xf，Yf, Zf )，設定發射的超聲波頻率分別為40kHz、45kHz、50kHz、55kHz、60kHz及65kHz，設定最大測量有效距離L為50cm，有效測量時長為(1/340)秒(這個設定所有超聲波換能器通用)。多組超聲波換能器在控制和處理模塊的控制下，按照a->b->C->d->e->f的次序輪流對同一個擬手指目標物進行測量，(多組輪流測量，可以最大可能的避開本輪測量中各組裝置相互干擾)。各組超聲波換能器分配的測量時間為1/300秒，6組超聲波換能器完成一輪測試所需要的總時間為6X (1/300)秒=20毫秒。
[0208]如圖11所示，描述了超聲波換能器在平板電腦正面的安裝方式和夾角。在實例中選用廣角超聲波換能器，有效測量角度為150度，各超聲波換能器有效測量角度的法線和平板電腦顯示平面的中垂線相交且交點位于顯示平面的同一側(交點位于該平板電腦顯示正面的一側)。每組超聲波換能器的法線和平板電腦顯示平面的夾角等于75度，平板電腦的三維輸入有效角度為120度。
[0209]在本實例中，控制和處理模塊中控制微處理器芯片安裝在平板電腦主板上，算法存儲在平板電腦側。
[0210]下面開始對通過三維輸入裝置進行三維輸入操作的流程方法進行說明，通過三維輸入方法來跟蹤擬手指目標物的空間動作，并傳輸動作軌跡的三維空間坐標給平板電腦的操作系統。在本實例中，擬手指目標物是用戶手指，目標物有效點位于用戶手指尖端。通過跟蹤用戶手指尖端的三維空間坐標變化來體現用戶手指的動作軌跡，用戶手指尖端稱為有效跟蹤目標，其他部分稱為非有效跟蹤目標。
[0211]三維輸入方法的第一步，通過預置觸發動作，啟動對擬手指目標物的運動軌跡的跟蹤操作，設置預置空間球體，設置預置測量球體，完成初始化準備。
[0212]如圖12所示，在本實例中，選擇用戶手指點擊三維輸入應用的啟動圖標作為預置觸發動作，圖標的三維空間坐標已知是(x0, y0, z0),即初始三維空間坐標是(x0, y0, z0),設置預置球體球心=(x0,y0,z0),設置(預置R) =2cm,設置(測量R) =Icm,得到預置空間球體和預置測量球體，球體內每一個點的三維空間點坐標(X，y,z)的相關函數方程分別為:
[0213]根號((叉，}^)，(x0,y0, z0))《=2cm ;
[0214]根號((x，y，z),(x0, y0, z0))《=lcm ;
[0215]算法f4 ( )、f5 ()通過預置球體球心，預置球體半徑和超聲波換能器的三維空間坐標，計算得到預置空間球體和預置測量球體到各組超聲波換能器的近點距離和遠點距離(SI，S2)，分別如下:預置空間球體到超聲波換能器的近點距離為該超聲波換能器的坐標與該預置空間球體的球心的坐標之間的距離減去預置空間球體的半徑，預置空間球體到超聲波換能器的遠點距離為該超聲波換能器的坐標與該預置空間球體的球心的坐標之間的距離加上預置空間球體的半徑，預置測量球體到超聲波換能器的近點距離為該超聲波換能器的坐標與該預置測量球體的球心的坐標之間的距離減去預置測量球體的半徑，預置測量球體到超聲波換能器的遠點距離為該超聲波換能器的坐標與該預置測量球體的球心的坐標之間的距離加上預置空間球體的半徑。
[0216]L=CXT,超聲波在空氣的傳輸速率是340m/s，
[0217](預置空間Tla) =(2* (預置空間 Sla) )/340 ；
[0218](預置空間T2a) =(2* (預置空間 S2a) )/340 ；
[0219](預置測量Tla) =(2* (預置測量 Sla) )/340 ；
[0220](預置測量T2a) = (2* (預置測量 S2a) ) /340 ；
[0221]其他組同理……。
[0222]在第一步完結時，預置測量球體內必定包含有效跟蹤目標，且必定包含目標物有效點。各個超聲波換能器對用戶手指進行測量，并保存測量數據。
[0223]三維輸入方法的第二步，用戶手指移動后，重新測量得到的新空間多面體和預置測量球體相交，得到新測量多面體。
[0224]各超聲波換能器a、b、C、d、e、f分別測量用戶手指，得到了各組近點反射點時間和遠點反射點時間，分別記做(Tla，T2a)，(Tib, T2b)，(Tic, T2c)，(Tld，T2d)，(Tie, T2e)，(Tlf,T2f)0
[0225]L=CXT,超聲波在空氣的傳輸速率C是340m/s，分別計算得到近點距離和遠點距離(Sla，S2a), (Sib, S2b), (Sic, S2c), (Sid, S2d), (Sle, S2e), (Slf, S2f)。
[0226]每個超聲波換能器在測量的過程中，使用Π ()算法對測量得到的測量結果進行挑選，挑選出包含目標物有效點的有效測量數據，拋棄非有效測量數據。
[0227]算法f I ()的選擇方法說明如下:
[0228]說明1:用戶手指和超聲波換能器的有效測量距離。
[0229]超聲波換能器在測量過程中存在盲區，會有一個最小測量有效距離。超聲波在空氣中傳播，信號會衰減，為保證測量的準確度和精度，過濾衰減信號和噪音，還會有一個最大測量有效距離。最小測量有效距離和最大測量有效距離之間，才是超聲波換能器的有效測量范圍。
[0230]用戶手指移動后，可能超出超聲波換能器的有效測量范圍，需要判斷用戶手指移動前的預置球體球心的所在位置，如果預置球體球心的位置已經達到了有效測量范圍的邊緣，移動后可能超出有效測量范圍，則標記本次測量結果為非有效測量數據。
[0231]說明2:用戶手指移動前，用戶手指和平板電腦的關系如下:
[0232]如圖13所示，在本實例中，如果超聲波換能器的測量結果中，近點反射點在預置測量球體內，遠點反射點在預置測量球體外，則這個超聲波換能器稱為前端點。在本π O算法中，有效測量數據除了包含目標物有效點之外，還必須是前端點的測量結果。不是前端點的測量結果，全都標記為非有效測量數據。以后所說的有效測量數據都是指前端點的測量結果。
[0233]用戶手指移動后的測量結果，必定滿足如下條件:預置測量球體必定包含有效跟蹤目標，且必定包含目標物有效點，測量結果中必定包含三組以上的有效測量數據。
[0234]由于6個超聲波換能器的安裝方位圍繞平板電腦一周，平均夾角為60度，相鄰的三個超聲波換能器之間的夾角約為120度，用戶手指的反射夾角小于90度，則用戶手指移動前的測量結果中至少存在三個連續前端點，分別稱為左前端點、中前端點及右前端點。在三個連續前端點的外延端點，不是前端點，再分別稱為左外端點，右外端點。
[0235]如果用戶手指移動前的測量結果中不存在前端點，或前端點的數量少于三個的話，則本次用戶手指移動后，執行三維輸入方法第二步失敗，轉入三維輸入方法第五步，錯誤流程處理。
[0236]說明3:用戶手指移動后，用戶手指在預置空間球體內變化如下:
[0237]如圖14所示,在本實例中，預置空間球體半徑(預置R) =2cm,預置測量球體半徑(測量R) =lcm，6組超聲波換能器一輪測試時間周期為20毫秒。設定用戶手指移動速率上限為50cm/s，則用戶手指移動后，任意情況下，預置測量球體內仍然存在至少部分有效跟蹤目標，有效跟蹤目標仍然在預置測量球體內，目標物有效點也在預置測量球體內。(如果用戶手指移動太快，有效跟蹤目標完全移出預置測量球體，甚至移出預置空間球體，則標記為非有效測量數據)
[0238]結合上述說明1、說明2和說明3，可以得到以下選擇數據的方法:
[0239]1.設定測量有效范圍，從各組測量結果中截取出測量有效數據(過濾掉有效測量范圍之外的數據);
[0240]如圖15所示，在本實例中，超聲波換能器最小有效測量距離設定為2cm，得到有效閥值Tl= (2X0.02) /340秒(超聲波波速和具體的超聲波換能器型號相關)，設定最大測量有效距離為50cm，得到有效閥值T2= (2X0.5)/340秒。分別取各組測量結果(近點反射點時間-開始測量時間，遠點反射點時間-開始測量時間)和有效測量范圍(有效閥值Tl，有效閥值T2)的交集，得到并記錄測量有效數據(有效Tl，有效T2)。
[0241]測量有效數據的集合為空的話，表示本次測量結果的數據不是在有效測量范圍內，標記為非有效測量數據；
[0242]2.在測量有效數據(有效Tl，有效T2)的基礎上，判斷預置球體球心所在的位置。(過濾用戶手指在有效測量范圍邊緣，移動后有可能超出測量邊界的測量結果)
[0243](預置空間Tl，預置空間T2)的范圍在(有效閥值Tl，有效閥值T2)之內，如果超出邊界，則表示用戶手指位置太遠或太近，有效跟蹤目標的所在位置在移動之后可能超出有效測量范圍。本次測量結果的數據標記為非有效測量數據；
[0244]3.在測量有效數據(有效Tl，有效T2)的基礎上，分析預置測量球體內的測量數據。(過濾用戶手指移動過快，預置測量球體無有效跟蹤目標的測量結果)
[0245]取測量有效數據(有效Tl，有效T2)和預置測量球體的近點反射時間點和遠點反射時間點(預置測量Tl，預置測量T2)的交集，得到并記錄(有效測量Tl，有效測量T2)。如果(有效測量Tl，有效測量T2)為空，表示在測量結果中，落在預置測量球體的區域范圍內沒有反射信號，預置測量球體內自然不可能存在跟蹤有效目標。本次測量結果數據標記為非有效測量數據；
[0246]4.在(有效測量Tl，有效測量T2)為非空集的基礎上，分析預置空間球體內的測量數據，以過濾非前端點的測量結果。
[0247]用戶手指移動后，有效跟蹤目標必須還存在于預置空間球體內，所有近點反射點在(預置空間Tl，預置空間T2)之外的測量結果都不可能是前端點的測量結果，本次測量結果數據標記為非有效測量數據。
[0248]5.分析滿足條件3和條件4的測量結果的測量數據，判斷用戶手指的前端點，得到有效測量數據。
[0249]在滿足上述條件的測量數據中，尋找近點反射點是有效跟蹤目標的反射的測量結果，這個就是尋找的前端點，測量結果標記為有效測量數據。
[0250]一輪超聲波換能器測量時間為20ms，每輪測量時間中用戶手指移動角度上限為36度，即用戶手指每秒角速度1800度(5圈)。由于6個超聲波換能器的安裝方位圍繞平板電腦一周，平均夾角為60度，用戶手指水平方向上的角度變化最多偏移一個超聲波換能器。用戶手指移動前的測量結果中至少存在三個連續前端點，其中，中前端點在用戶手指移動后在水平方向上必定仍然是前端點，近點反射點是有效跟蹤目標的反射。左前端點，右前端點則取決于用戶手指的角度變化。(用戶手指垂直方向上的角度變化會導致所有前端點的測量結果，近點反射點從有效跟蹤目標的反射變化為非有效跟蹤目標的反射。)
[0251]分析本輪測量結果和上輪測量結果的變化，可以得到對各組超聲波換能器測量結果的變化，如果近點反射點數值變小，表示用戶手指靠近；如果近點反射點數值變大，表示用戶手指遠離；如果近點反射點數值沒有變化，表示用戶手指平移。
[0252]超聲波換能器測量結果中的近點反射點，是用戶手指的整體反射，不一定是有效跟蹤目標的反射，也可能是非有效跟蹤目標的反射。隨著用戶手指的移動，可能從有效跟蹤目標的反射變化為非有效跟蹤目標的反射。由于上輪測量結果中至少存在三個連續前端點，近點反射點是有效跟蹤目標的反射，有效跟蹤目標到各組超聲波換能器的距離已知，可以確定有效跟蹤目標的所在空間區域，本輪測量結果中，考慮水平方向上用戶手指的角度變化，左外端點，左前端點，中前端點為第一組，左前端點，中前端點，右前端點為第二組，中前端點，右前端點，右外端點為第三組。這三組測量數據的近點反射點已知，可以計算得到三組數據的用戶手指的反射面所在空間區域。比較得到這三組數據中反射面所在空間區域最小的一組，就是在水平方向上用戶手指的反射面就是有效跟蹤目標的反射。(如果有前端點得到的近點反射點，從有效跟蹤目標的反射變化為非有效跟蹤目標的反射，計算得到的反射面所在空間區域會變大。)
[0253]上輪測量結果和本輪測量結果中，如果反射面所在空間區域整體變大，則表示在垂直方向上，近點反射點從有效跟蹤目標的反射變化為非有效跟蹤目標的反射，即這些前端點都不再是本輪測試結果中的前端點，標記為非有效測量數據。
[0254]按照這個方法，找到本輪測量結果中的前端點，標記為有效測量數據。如果有效測量數據的數量小于三組，則表示本次測量數據無法達到所需標準，跳轉到三維輸入方法第五步，錯誤流程處理。
[0255]通過算法f I ()挑選出三組以上的有效測量數據，形成有效空心半球體，相互相交成空間多面體-abcdef。空間多面體-abcdef必定包含了有效跟蹤目標，且必定包含目標物有效點。空間多面體-abcdef和預置測量球體相交,得到測量多面體-abcdef。上文所述的
【發明內容】
中，算法f2 ()，f3 ()使用有效測量數據來計算測量多面體-abcdef計算中心點的三維空間坐標。在本實例中，選擇一個簡單的算法取得測量多面體-abcdef的計算中心點到各超聲波換能器的距離:
[0256](有效Sa)=((有效 Sla) + (有效 S2a)) /2 ；
[0257](有效Sb)=((有效 Slb)+ (有效 S2b)) /2 ；
[0258](有效Sc)=((有效 Slc)+ (有效 S2c)) /2 ；
[0259]按照空間幾何原理，如果能夠得到某點與三個不在同一直線上的位置已知的點的距離，則該點的坐標在以這三個點所在平面為分界面的某半個空間區域內被唯一確定(另外半個空間區域內會存在另一個對稱點)。各超聲波換能器三維空間坐標已知，分別為(Xa，Ya, Za), (Xb, Yb, Zb), (Xe, Yc, Zc), (Xd, Yd, Zd), (Xe, Ye, Ze), (Xf，Yf, Zf)。已知存在三組以上的測量多面體-abcdef的計算中心點到各超聲波換能器的距離。因此，在具體實現時，可從上述三組以上的測量多面體-abcdef的計算中心點到各超聲波換能器的距離中任選三組，計算得到測量多面體-abcdef的計算中心點的三維空間坐標(測量X，測量y，測量Z)。
[0260]三維輸入方法的第三步，移動預置球體球心，使其朝新測量多面體計算中心點移動。
[0261]在本實例中，以測量多面體-abcdef的計算中心點為移動后新預置球體的球心。設置新預置球體的球心坐標為((測量X)，(測量y)，(測量z))，設置(預置R)=2cm，(測量R)=lcm，得到新預置空間球體和新預置測量球體，球體內每一個點的三維空間點坐標(X，y,z)的相關函數方程分別為:
[0262]根號((x，y，z),((測量X)，(測量 y)，(測量 z)))《=2cm ;
[0263]根號((x，y，z),((測量X)，(測量 y)，(測量 z)))《=lcm ;
[0264]由于預置球體球心，預置空間球體，預置測量球體重置，新預置測量球體和空間多面體-abcdef相互相交,得到新測量多面體-abcdef,并計算新計算中心點。(使用的算法，和上文使用的f2 ()，f3 ()，f4 ()，f5 ()算法相同。)
[0265]三維輸入方法的第四步，傳輸當前預置測量球體和預制空間球體的球心(測量X，測量y，測量z)給平板電腦的操作系統，等待下一次用戶手指移動。
[0266]按順序執行三維輸入方法第二步，第三步，第四步，完成一次對用戶手指的動作軌跡跟蹤操作。每完成一次動作軌跡跟蹤操作，系統就會回到方法第二步的初始狀態，預置球體球心和用戶手指計算中心點重合，測量多面體內必定包含有效跟蹤目標，且必定包含目標物有效點，測量結果存在三個以上的尖端點。
[0267]對用戶手指的動作軌跡跟蹤操作，連續循環，可以不停的跟蹤用戶手指動作軌跡的三維空間坐標信息，并上報動作軌跡的三維空間坐標給平板電腦的操作系統。在動作軌跡跟蹤操作流程中，出現了問題則跳轉到三維輸入方法第五步。
[0268]三維輸入方法第五步，流程中錯誤處理。
[0269]如果在方法的流程步驟中，出現錯誤，則會跳轉到第五步，執行錯誤處理。清空所有系統參數，上傳預置的錯誤三維空間坐標((-1)，(-1),(-1))給平板電腦的操作系統。平板電腦的操作系統接收到這個錯誤三維空間坐標后，顯示屏幕提示“三維輸入操作失敗”，關閉本輪三維輸入操作，等待下一輪三維輸入重新開始。
[0270]本領域普通技術人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關硬件完成，所述程序可以存儲于計算機可讀存儲介質中，如只讀存儲器、磁盤或光盤等。可選地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現。相應地，上述實施例中的各模塊/單元可以采用硬件的形式實現，也可以采用軟件功能模塊的形式實現。本發明不限制于任何特定形式的硬件和軟件的結合。
[0271]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。根據本發明的
【發明內容】
，還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種三維空間坐標的檢測方法,包括: 由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并使用得到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
2.如權利要求1所述的方法，包括: 所述測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 針對每一超聲波測距裝置，發射超聲波并開始計時；記錄在有效測量時長內收到的第一個反射波的時間點Tl及在所述有效測量時長內接收到的最后一個反射波的時間點T2 ；其中，所述有效測量時長的值等于2倍的超聲波測距裝置的最大測量有效距離與超聲波波速的商； 根據所述T1、T2及開始計時時的時間點Τ0，計算得到所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離；其中，所述擬手指目標物的近點距離等于Tl與TO的差與超聲波波速的一半的乘積；所述擬手指目標物的遠點距離等于Τ2與TO的差與超聲波波速的一半的乘積。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于: 若所述超聲波測距裝置在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點Τ2的值置為TO與所述有效測量時長的和。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于: 所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 各超聲波測距裝置在所述移動終端的控制下，按照一定次序輪流測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
5.如權利要求1或4所述的方法，其特征在于: 所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 所述設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別使用不同的發射波頻率測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于: 在計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標之前，還包括:分別判斷各組得到的近點距離和遠點距離的測量超聲波測距裝置是否為前端點； 所述計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標，具體包括: 使用前端點測量出的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
7.—種三維輸入方法,包括: 當檢測到預置觸發動作被觸發時，由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置啟動跟蹤測量擬手指目標位的三維空間坐標，對應顯示到所述移動終端中。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于: 所述檢測到預置觸發動作被觸發，包括以下任意一種方式: 檢測到所述擬手指目標物點擊在所述移動終端正面的顯示觸摸屏上顯示的三維輸入應用的開始圖標；或者， 檢測到所述擬手指目標物點擊在所述移動終端正面上設定為啟動三維輸入應用的按鍵；或者， 檢測到所述擬手指目標物懸停于所述移動終端正面指定位置持續一段時間；或者， 檢測到所述擬手指目標物在所述移動終端正面畫出一個預置圖形。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于: 所述測量擬手指目標物的三維空間坐標，具體包括: 在每一次測量過程中，所述三組以上的超聲波測距裝置分別測量出所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并使用得到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于: 所述測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 針對每一超聲波測距裝置，發射超聲波并開始計時；記錄在有效測量時長內收到的第一個反射波的時間點Tl及在所述有效測量時長內接收到的最后一個反射波的時間點T2 ；其中，所述有效測量時長的值等于2倍的超聲波測距裝置的最大測量有效距離與超聲波波速的商； 根據所述T1、T2及開始計時時的時間點Τ0，計算得到所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離；其中，所述擬手指目標物的近點距離等于Tl與TO的差與超聲波波速的一半的乘積；所述擬手指目標物的遠點距離等于Τ2與TO的差與超聲波波速的一半的乘積。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于: 若所述超聲波測距裝置在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點Τ2的值置為TO與所述有效測量時長的和。
12.如權利要求9所述的方法，其特征在于: 所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 各超聲波測距裝置在所述移動終端的控制下輪流測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
13.如權利要求9或12所述的方法，其特征在于: 所述由設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 所述設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置分別使用不同的發射波頻率測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
14.如權利要求9所述的方法，其特征在于: 在計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標之前，還包括:分別判斷各組近點距離和遠點距離的測量方超聲波測距裝置是否為前端點； 所述計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標，具體包括: 使用前端點測量出的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
15.一種三維空間坐標的檢測裝置，包括:超聲波定位模塊及控制和處理模塊； 所述超聲波定位模塊中包含設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置，各組超聲波測距裝置分別用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并發送給所述控制和處理模塊； 所述控制和處理模塊用于使用接到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
16.如權利要求15所述的裝置，其特征在于: 所述超聲波測距裝置用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 所述超聲波測距裝置用于發射超聲波并開始計時；記錄在有效測量時長內收到的第一個反射波的時間點Tl及在所述有效測量時長內接收到的最后一個反射波的時間點T2 ;其中，所述有效測量時長的值等于2倍的超聲波測距裝置的最大測量有效距離與超聲波波速的商； 還用于根據所述T1、T2及開始計時時的時間點T0，計算得到所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離；其中，所述擬手指目標物的近點距離等于Tl與TO的差與超聲波波速的一半的乘積；所述擬手指目標物的遠點距離等于Τ2與TO的差與超聲波波速的一半的乘積。
17.如權利要求16所述的裝置，其特征在于: 所述超聲波測距裝置還用于若在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點Τ2的值置為TO與所述有效測量時長的和。
18.如權利要求15所述的裝置，其特征在于: 所述各組超聲波測距裝置分別用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 所述各組超聲波測距裝置用于在所述控制和處理模塊的控制下，按照一定次序輪流測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
19.如權利要求15或18所述的裝置，其特征在于: 所述各組超聲波測距裝置分別用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 所述各組超聲波測距裝置分別使用不同的發射波頻率測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
20.如權利要求15所述的裝置，其特征在于: 所述控制和處理模塊還用于在計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標之前，分別判斷各組得到的近點距離和遠點距離的測量超聲波測距裝置是否為前端點； 所述控制和處理模塊用于計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標，具體包括: 所述控制和處理模塊用于使用前端點測量出的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
21.—種三維輸入裝置，包括: 控制和處理模塊，用于在獲知預置觸發動作被觸發時，控制設置在移動終端四周的、三組以上的不在同一直線上的超聲波測距裝置啟動跟蹤測量擬手指目標位的三維空間坐標；還用于接收各組超聲波測距裝置發來的測量結果，進行相應計算后發送到所述移動終端側； 各組超聲波測距裝置，用于在所述控制和處理模塊的控制下，跟蹤測量擬手指目標位的三維空間坐標，并將測量結果發送到所述控制和處理模塊。
22.如權利要求21所述的裝置，其特征在于: 所述控制和處理模塊獲知所述預置觸發動作被觸發，包括以下任意一種方式: 所述控制和處理模塊獲知所述擬手指目標物點擊在所述移動終端正面的顯示觸摸屏上顯示的三維輸入應用的開始圖標；或者， 所述控制和處理模塊獲知所述擬手指目標物點擊在所述移動終端正面上設定為啟動三維輸入應用的按鍵；或者， 所述控制和處理模塊獲知所述擬手指目標物懸停于所述移動終端正面指定位置持續一段時間；或者， 所述控制和處理模塊獲知所述擬手指目標物在所述移動終端正面畫出一個預置圖形。
23.如權利要求21所述的裝置，其特征在于: 所述各組超聲波測距裝置用于測量擬手指目標物的三維空間坐標，具體包括: 所述各組超聲波測距裝置用于在每一次測量過程中，分別測量出所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離，并作為所述測量結果上報給所述控制和處理模塊； 所述控制和處理模塊還用于接收各組超聲波測距裝置發來的測量結果，進行相應計算，具體包括: 所述控制和處理模塊還用于使用得到的三組以上的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
24.如權利要求23所述的裝置，其特征在于: 所述各組超聲波測距裝置用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 所述各組超聲波測距裝置發射超聲波并開始計時；記錄在有效測量時長內收到的第一個反射波的時間點Tl及在所述有效測量時長內接收到的最后一個反射波的時間點T2 ;其中，所述有效測量時長的值等于2倍的超聲波測距裝置的最大測量有效距離與超聲波波速的商；根據所述Tl、T2及開始計時時的時間點T0，計算得到所述擬手指目標物的近點距離和遠點距離；其中，所述擬手指目標物的近點距離等于Tl與TO的差與超聲波波速的一半的乘積；所述擬手指目標物的遠點距離等于T2與TO的差與超聲波波速的一半的乘積。
25.如權利要求24所述的裝置，其特征在于: 所述各組超聲波測距裝置還用于若在有效測量時長內僅接收到一個反射波，則將時間點T2的值置為TO與所述有效測量時長的和。
26.如權利要求25所述的裝置，其特征在于: 所述各組超聲波測距裝置分別用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 所述各組超聲波測距裝置用于在所述控制和處理模塊的控制下輪流測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
27.如權利要求23或25所述的裝置，其特征在于: 所述各組超聲波測距裝置分別用于測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離，具體包括: 所述各組超聲波測距裝置分別使用不同的發射波頻率測量出擬手指目標物的近點距離和遠點距離。
28.如權利要求23所述的裝置，其特征在于: 所述控制和處理模塊還用于在計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標之前，分別判斷各組近點距離和遠點距離的測量方超聲波測距裝置是否為前端點； 所述控制和處理模塊用于計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標，具體包括:所述控制和處理模塊用于使用前端點測量出的近點距離和遠點距離，結合對應的超聲波測距裝置的空間坐標，計算得到所述擬手指目標物的計算中心點坐標。
【文檔編號】G06F3/01GK104298342SQ201310306094
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月19日 優先權日:2013年7月19日
【發明者】李小建 申請人:中興通訊股份有限公司