CN104834371A - 3d手势旋钮模块和智能控制终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D手势旋钮模块和智能控制终端，该3D手势旋钮模块，包括电极传感单元与所述电极传感单元相连的处理器单元；所述电极传感单元，包括电极发射端和与所述电极发射端配合以形成准静态电磁场的至少四个电极接收端；所述处理器单元，用于采集用户手势在所述准静态电磁场中的电场失真变化信息，并根据所述电场失真变化信息确定所述用户手势对应旋钮功能。该3D手势旋钮模块使旋钮的外观更完整美观，而且在灰尘多、潮湿、油性大环境下也能长期使用；并可提高手势识别的分辨率，不易损坏，无噪音，功能更多样化。

Description

3D手势旋钮模块和智能控制终端

技术领域

本发明涉及人机交互领域，尤其涉及一种3D手势旋钮模块和智能控制终端。

背景技术

传统旋钮是用手控转的手动元件。传统旋钮可根据功能要求分为定位旋转和连续多次旋转，旋转角度可达到360°。还可根据旋钮头的形状可分为圆形旋钮、多边旋钮、指针旋钮、手动转盘等。还可根据实现方式分为接触式旋钮、电位器旋钮和旋转编码器旋钮；其中，接触式旋钮是一个触头和多个触点，通过触头与触点的接触来判断旋转值；电位器旋钮设有三个引出端和阻值可按某种变化规律调节的电阻元件，通过判断元件的电阻值区别旋转值；旋转编码器用于配合PWM技术以实现快速测量旋转值。

传统旋钮从其结构来看，其必须配置一个旋钮头，从而破坏了结构的完整性与美观性，更加影响了整机的电气性能，在整机制造过程中需进行防潮防电防灰等设计；而且因其结构缺陷，在灰尘多、潮湿、油性大等环境都不适合长期使用。从功能上来看，传统旋钮存在精度低、易损坏、有噪音、功能单一等不足。

随着触控屏技术的不断推广，用户已经适应并逐渐熟悉了与机器的互动， 当前人机互动技术已迈上更高的台阶，进入手势识别时代，而且手势识别技术长期一直以来采用2D手势识别技术，未能向3D手势识别发展，不能解决当前传统旋钮存在的不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种3D手势旋钮模块和智能控制终端。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种3D手势旋钮模块，包括电极传感单元与所述电极传感单元相连的处理器单元；

所述电极传感单元，包括电极发射端和与所述电极发射端配合以形成准静态电磁场的至少四个电极接收端；

所述处理器单元，用于采集用户手势在所述准静态电磁场中的电场失真变化信息，并根据所述电场失真变化信息确定所述用户手势对应旋钮功能。

优选地，所述处理器单元包括信息处理子单元和手势识别子单元(122)，所述信息处理子单元用于采集用户手势在所述准静态电磁场中的电场失真变化信息；所述手势识别子单元用于存储电场失真变化信息与旋钮功能对应关系的旋钮手势关系表，所述信息处理子单元还用于根据接收到的所述电场失真变化信息查询所述旋钮手势关系表以确定所述用户手势对应旋钮功能。

优选地，所述用户手势包括划动手势，所述划动手势包括在所述准静态电磁场中单方向划动的若干单向划动手势，每一单向划动手势对应一旋钮功能。

优选地，所述用户手势包括画圈手势，所述画圈手势包括在所述准静态 电磁场中沿顺时针或逆时针方向画圈的若干画圈手势，每一画圈手势的画圈方向和圈数的结合对应一旋钮功能。

优选地，所述用户手势包括触摸手势，所述触摸手势包括短触摸、长触摸、单击或双击中的任一种。

本发明还提供一种智能控制终端，包括壳体、设置在所述壳体内的主控模块、前述的3D手势旋钮模块，所述主控模块与所述3D手势旋钮模块电性连接。

优选地，所述3D手势旋钮模块与所述主控模块放置在同一平面。

优选地，所述壳体包括触控面板，所述3D手势旋钮模块集成到所述触控面板的ITO导电玻璃层中。

本发明与现有技术相比具有如下优点：实施本发明，通过采用3D手势旋钮模块，可保护外观的完整性，在灰尘多、潮湿、油性大环境下也能长期使用；而且可提高手势识别的分辨率，不易损坏，无噪音，功能更多样化。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例中3D手势旋钮模块的原理框图。

图2a是模拟准静态电磁场的示意图。

图2b是模拟人体对进入准静态电磁场的示意图。

图3是本发明一实施例中3D手势旋钮模块的原理图。

图4是本发明一实施例中智能控制终端的原理框图。

图中：100、3D手势旋钮模块；110、电极传感单元；111、电极发射端；112、电极接收端；120、处理器单元；121、信息处理子单元；122、手势识 别子单元；123、通信子单元；200、主控模块；300、壳体。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例中的3D手势旋钮模块100包括电极传感单元110与电极传感单元110相连的处理器单元120。

具体地，电极传感单元110包括电极发射端111和与电极发射端111配合以形成准静态电磁场的至少四个电极接收端112；四个电极接收端112可以设置在电极发射端111的四个角上。可以理解地，该3D手势旋钮模块100主要利用准静态电磁场(E-field)进行高级接近传感，可通过检测、跟踪和分类用户的手或手指在自由空间中的移动(即手势)来实现新用户界面应用。

具体地，准静态电磁场由电荷产生，分布在表面带电荷的三维空间。对电极发射端111施加直流电压(DC)会产生持续电场；施加交流电压(AC)时电荷会随着时间变化，从而产生准静态电磁场。图2a模拟准静态电磁场的示意图，图2b模拟人体对进入准静态电磁场的示意图。当电荷随着频率f按照正弦曲线变化时，产生的电磁波特性波长λ＝c/f，其中c是波速——真空中的光速。如图2a所示，在波长比电极几何大小大很多的情况下，磁分量实际为零，且不会传播电波；此时形成准静态电磁场，可用于感应如人体等导电物体。例如：当电极发射端111使用100kHz范围内的发送(Tx)频率，会反射出大约3km的波长；电极几何大小通常小于14 x 14cm，相比而言波长较大。如图2b所示，在人手或手指进入电场时，人体的接近会导致等电 位线的压缩，使其电场会失真；由于人体本身的导电性，因此电场线会沿着手部分流到地面，使其三维电场减小，此时可通过电极接收端112将接收到的电极信号电平转为较低的可能值，以便于测量。本实施例中，使用最少4个电极接收器(Rx)检测不同位置的电场变化，以测量电场失真的根源，即偏离所接收到的电场失真变化信息；处理器单元120对该电场失真变化信息进行计算位置、跟踪移动和分类移动模式(即手势识别)处理。

如图3所示，电极传感单元110包括电极发射端eTx、电极接收端eRx、连接在电极发射端eTx和电极接收端eRx之间的电容CRxTx，其中，电极发射端eTx通过电容CTxG接地，电极接收端eRx分别通过电容CRx和可变电容CH接地；可以理解地，电极发射端eTx与交流电VTx相连，电极接收端eRx与处理器单元120相连，当交流电VTx给电极发射端eTx供电时，电极发射端eTx与电极接收端eRx之间形成准静态电磁场，人的手或手指靠近准静态电磁场并在准静态电磁场上运动时，产生电场失真变化信息并通过电极接收端eRx发送给处理器单元120。

处理器单元120，用于采集用户手势在准静态电磁场中的电场失真变化信息接收电场失真变化信息，并根据电场失真变化信息确定用户手势对应旋钮功能。具体地，所述处理器单元120包括信息处理子单元121和手势识别子单元122和通信子单元123。信息处理子单元121用于采集用户手势在准静态电磁场中的电场失真变化信息；手势识别子单元122用于存储电场失真变化信息与旋钮功能对应关系的旋钮手势关系表，信息处理子单元121还用于根据接收到的电场失真变化信息查询旋钮手势关系表以确定用户手势对应旋钮功能；通信子单元123用于与外部设备通信相连。

可以理解地，处理器单元120中的信息处理子单元121首先需进行接近检测，即根据笛卡尔坐标系(x,y,z)所定义的原点提供确定绝对位置数据；再进行位置跟踪，即将连续采集到的绝对位置数据，以确定电场失真变化信息；再通过手势识别子单元122进行手势识别，即通过手势识别子单元122将检测并分类在感应区域(即准静态电磁场)内的手的移动模式进行手势识别，以确定手势为划动手势、画圈手势、触摸手势中的任一种。

具体地，用户手势包括划动手势，划动手势包括在准静态电磁场中单方向快速划动的若干单向划动手势，每一单向划动手势对应一旋钮功能，如感应在准静态电磁场内手从西到东或从南到北的移动。

具体地，用户手势包括画圈手势，画圈手势包括在准静态电磁场中沿顺时针或逆时针方向画圈的若干画圈手势，每一画圈手势的画圈方向和圈数的结合对应一旋钮功能。可以理解地，画圈手势是一种带方向的圆形手势移动，无特定起点，包括Discrete Circles和AirWheel两种。具体地，Discrete Circles是在检测区域内执行手移动后识别的，用于识别结果(方向：顺时针/逆时针)在手移动停止或手离开检测区域时提供，Discrete Circles通常用作专用的应用控制命令。AirWheel是识别手在检测区域内连续画圈的方法，并实时提供画圈方向信息。它在识别了圆圈的1/4后被识别，并根据移动方向(顺时针/逆时针)连续递增或递减计数器信息。可调节AirWheel以便于在各种应用中使用即音量控制、灵敏度调节或调光。

具体地，用户手势包括触摸手势，触控手势是一种多区域手势识别手势，最多能报告***电极上同时执行的5个触摸手势。具体地，触摸手势包括短触摸、长触摸、单击或双击中的任一种。其中，短触摸和长触摸是传感器触 摸指示，电极被触摸的事件。单击和双击会指示对每个***电极的短击和双击。点击的时长和双击的时间间隔可调，包括单击延时和双击延时。单击延时是首先触摸电极表面，然后将手划出触摸区域后检测到单击。可以理解地，只有在触摸事件的触摸和释放之间的时间小于经调节的延时时，才能检测到单击，而且延长该时间允许用户有更多时间执行单击。具体地，单击延时时经调节的延时范围在0至1秒之间。双击延时是在经调节的延时内执行两次点击时检测到双击。具体地，双击延时时经调节的延时范围在0至1秒之间。可以理解地，选定的延时越短，执行两次点击的速度就要越快。

可以理解地，本实施例所提供的3D旋钮模块可保持外观的完整性，在灰尘多、潮湿、油性大等环境下长期使用；而且具有较高的分辨率，不易损坏，没噪音，功能更多样化的特点，完全可以替代现有传统的机械旋钮。

本发明还提供一种智能控制终端，包括壳体300、设置在壳体300内的主控模块200以及3D手势旋钮模块100，主控模块200与3D手势旋钮模块100电性连接。具体地，3D手势旋钮模块100的通信子单元123与主控模块200相连。可以理解地，该壳体300可以是触控面板。具体地，3D手势旋钮模块100可以与主控模块200放置在同一平面；也可以集成到触控面板的ITO导电玻璃层中。由于3D手势旋钮模块100有效的保护了外壳的完整性，这使得外观在设计上有了更大的自由空间，更整洁、美观；而且没有电气部分裸露，用电安全性更高。又因3D手势旋钮模块100的检测原理是检测电场改变，在灰尘，潮湿，油渍等不良环境下相对机械旋钮，不会因为其机械性能，电气性能，表面脏而无从下手等情况而影响使用，故具有功能上，精度低、易损坏、有噪音、功能单一等优点。

3D手势旋钮模块100使用的3D传感技术，空间分辨率可达100dpi以上，精度高；因其没有机械特性，所以也不存在易损坏和噪音等问题。3D手势旋钮模块100除了能提供旋转值，单击等功能外，还能快速定位，不需要像传统按钮那样需要旋转多少角度才能定位，而且还能根据客户要求，定制不同的手势。

本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (8)

1.一种3D手势旋钮模块，其特征在于，包括电极传感单元（110）与所述电极传感单元（110）相连的处理器单元（120）；

所述电极传感单元（110），包括电极发射端（111）和与所述电极发射端（111）配合以形成准静态电磁场的至少四个电极接收端（112）；

所述处理器单元（120），用于采集用户手势在所述准静态电磁场中的电场失真变化信息，并根据所述电场失真变化信息确定所述用户手势对应旋钮功能。

2.根据权利要求1所述的3D手势旋钮模块，其特征在于，所述处理器单元（120）包括信息处理子单元（121）和手势识别子单元（122），所述信息处理子单元（121）用于采集用户手势在所述准静态电磁场中的电场失真变化信息；所述手势识别子单元（122）用于存储电场失真变化信息与旋钮功能对应关系的旋钮手势关系表，所述信息处理子单元（121）还用于根据接收到的所述电场失真变化信息查询所述旋钮手势关系表以确定所述用户手势对应旋钮功能。

3.根据权利要求2所述的3D手势旋钮模块，其特征在于，所述用户手势包括划动手势，所述划动手势包括在所述准静态电磁场中单方向划动的若干单向划动手势，每一单向划动手势对应一旋钮功能。

4.根据权利要求2所述的3D手势旋钮模块，其特征在于，所述用户手势包括画圈手势，所述画圈手势包括在所述准静态电磁场中沿顺时针或逆时针方向画圈的若干画圈手势，每一画圈手势的画圈方向和圈数的结合对应一旋钮功能。

5.根据权利要求2所述的3D手势旋钮模块，其特征在于，所述用户手势包括触摸手势，所述触摸手势包括短触摸、长触摸、单击或双击中的任一种。

6.一种智能控制终端，其特征在于，包括壳体（300）、设置在所述壳体（300）内的主控模块（200）、权利要求1-5任一项所述的3D手势旋钮模块（100），所述主控模块（200）与所述3D手势旋钮模块（100）电性连接。

7.根据权利要求6所述的智能控制终端，其特征在于，所述3D手势旋钮模块（100）与所述主控模块（200）放置在同一平面。

8.根据权利要求6所述的智能控制终端，其特征在于，所述壳体（300）包括触控面板，所述3D手势旋钮模块（100）集成到所述触控面板的ITO导电玻璃层中。