KR102262425B1 - 센서 시스템을 위한 연속적인 원형 제스처 검출 - Google Patents

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Abstract

연속적인 원형 제스처를 검출하기 위한 방법 및 디바이스는: 오브젝트 검출 유닛에 의해 오브젝트 움직임을 나타내는 벡터들을 수신하는 것; 수신된 시퀀스 속도 벡터들로부터 속도 벡터들의 시퀀스 또는 속도 벡터들의 근사값을 결정하는 것; 후속 속도 벡터들 사이의 각도를 추정하는 것; 및 회전 방향을 결정하는 것을 포함한다.

Description

센서 시스템을 위한 연속적인 원형 제스처 검출{CONTINUOUS CIRCLE GESTURE DETECTION FOR A SENSOR SYSTEM}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2013년 10월 4일 출원된 미국 가출원 번호 61/886,904 호의 이익을 주장하며, 상기 미국 가출원은 그 전체가 본 출원에 통합된다.
기술 분야
본 개시는 휴먼 인터페이스를 위한 방법 및 디바이스에 관한 것으로, 특히, 센서 시스템용 연속적인 원형 제스처 검출 방법에 관한 것이다.
소비자 가전 제품들에서 멀티-레벨 제어, 예컨대 볼륨 제어 또는 스크린/광 밝기 제어용으로 알려진 시스템들은 (흔히 노트북의 키보드 위에 장착된) 원형 터치-패드들 또는 용량성 선형 슬라이더들을 이용하거나, 손가락이 전용 슬라이더 영역에서 예를 들어 터치패드의 오른쪽 테두리 상에서 움직일 때 일반 노트북 터치패드로부터 터치 정보를 이용한다.
이 센서들은 손가락 끝(finger tip)에 관한 절대 위치 정보를 제공하고, 따라서 원형 터치패드 상의 손가락 끝의 각도 또는 슬라이더 상의 위치 - 간단한 방법으로 제어 레벨에 직접 또는 차별적으로(differentially) 매핑될 수 있는 정보를 제공한다.
특히, 원형 터치패드에 있어서는, 손가락 끝 위치와 터치패드의 기하학적 중심이, 예를 들어 패드의 가장자리에서, 기준 위치와의 각도를 만드는 것이 중요하고, 이 각도는 평가될 수 있다.
고정 기준 위치가 없이 원형 제스처를 인식할 때에는, 원형 이동의 각도를 결정하는 것이 더 이상 간단하지 않다. 이것은, 예를 들면, 근접장 용량성 센서 시스템들을 이용하여 2D/3D 자유-공간(free-air) 제스처들을 갖거나 또는 비디오나 적외선 카메라 시스템들과 같은 중거리(mid)/원거리(far) 필드 센서 시스템들을 갖는 일반 비(non)원형 터치패드에 있어서 그러하다.
원형 이동이 시계 방향이나 반시계 방향일 수 있음이 고려되어야 하며, 그것은 고정 시작(fix start) 또는 정지 위치를 갖는 것으로 한정되지 않을 것이다. 원형 이동 동안 매번, 실시간 애플리케이션에서 현재까지 얻어진 데이터만이, 즉 부분 제스처 패턴들만이 평가될 수 있다. 그려진 원의 중심을 모른다면, 이동의 시작시 검출 유닛은 원의 방향을 알 수 없다: 예를 들면, 좌우 이동은 시계방향 원의 최상부에서 나타날 뿐 아니라 반시계 방향 원의 최하부에서도 나타난다.
실시예에 따르면, 연속적인 원형 제스처를 검출하기 위한 방법은: 오브젝트 검출 유닛에 의해 오브젝트 움직임을 나타내는 벡터들의 시퀀스를 수신하는 단계; 상기 수신된 벡터들의 시퀀스로부터 속도 벡터들의 시퀀스 또는 속도 벡터들의 근사값을 결정하는 단계; 후속(subsequent) 속도 벡터들 사이의 각도를 추정하는 단계; 및 회전 방향을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 상기 수신된 벡터들의 시퀀스는 오브젝트 움직임의 (x n ,y n ) 위치 벡터들일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 속도 벡터들이 후속 위치 벡터들의 차로서 계산될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 수신된 벡터들의 시퀀스는 시간들(k)에서 전극들(i)의 측정값들(m k ( i ))을 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 4개의 측정 전극들이 제공될 수 있고, 상기 속도 벡터들( v k )은
Figure 112016025719117-pct00001
에 의해 결정된다.
추가 실시예에 따르면, 2개의 후속 속도 벡터들(
Figure 112016025719117-pct00002
및
Figure 112016025719117-pct00003
) 사이의 상기 각도는
Figure 112016025719117-pct00004
에 의해 결정될 수 있고, S∈{±1}은 회전 방향이고, T는 벡터 전치를 나타내고, 바(bar)는 벡터의 정규화를 나타내는데, 즉
Figure 112016025719117-pct00005
이고,
Figure 112016025719117-pct00006
은 벡터 길이를 나타낸다. 추가 실시예에 따르면,
Figure 112016025719117-pct00007
이다. 추가 실시예에 따르면, 2개의 후속 속도 벡터들( v new 및 v old ) 사이의 상기 각도는 대략
Figure 112016025719117-pct00008
에 의해 결정될 수 있고, S∈{±1}은 회전 방향이다. 추가 실시예에 따르면, 2개의 후속 속도 벡터들( v new 및 v old ) 사이의 상기 각도(φ)는 대략
Figure 112016025719117-pct00009
에 의해 결정될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 속도 벡터들은 v new = v k 및 v old = v k - 1 이도록 연속적(consecutive)이다. 추가 실시예에 따르면, 두 개의 벡터들의 시퀀스 내의 각각의 속도 벡터( v new 및 v old )는 동일한 값(
Figure 112016025719117-pct00010
또는
Figure 112016025719117-pct00011
)에 의해 정규화될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 후속 속도 벡터들의 쌍들 사이의 상기 각도들을 적분(integrating)하여 원형 카운터가 실현될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 원형 카운터는
Figure 112016025719117-pct00012
가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우에만 업데이트될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 위치 벡터들, 상기 속도 벡터들 및 상기 원형 카운터들 중 적어도 하나는 저역-통과 필터링될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 센서 시스템은 2차원 터치 포지셔닝 시스템, 근접장(near-field) 센서 시스템, 또는 중거리(mid)/원거리(far) 필드 센서 시스템일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 근접장 센서 시스템은 준 정적(quasi-static) 전기장 측정들에 근거한 용량성 비접촉 센서 시스템일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 근접장 용량성 센서 시스템은 직사각형 펄스 트레인 신호로 여기되는(excited) 하나 이상의 송신 전극들, 및 상기 하나 이상의 송신 전극들과 용량성으로(capacitively) 결합되는 복수의 수신 전극들을 포함할 수 있다.
또 하나의 실시예에 따르면, 휴먼 디바이스 인터페이스는, 제스처 검출 시스템에 의해 추적되는 오브젝트 움직임을 나타내는 벡터들의 시퀀스를 발생시키는 인터페이스; 및 처리 유닛을 포함할 수 있고, 상기 처리 유닛은, 수신된 상기 벡터들로부터 속도 벡터들의 시퀀스 또는 속도 벡터들의 근사값을 결정하고, 후속 속도 벡터들 사이의 각도를 추정하고, 그리고 회전 방향을 결정하도록 구성되고, 상기 처리 유닛은 추가로 원형 카운터를 구현하고, 상기 회전 방향에 따른 부호를 갖는 상기 추정된 각도를 추가함으로써 상기 원형 카운터의 값들을 업데이트한다.
상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 상기 벡터들의 시퀀스는 오브젝트 움직임의 (x n , y n ) 위치 벡터들일 수 있다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 속도 벡터들이 후속 위치 벡터들의 차로서 계산될 수 있다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 상기 수신된 벡터들의 시퀀스는 시간들(k)에서 전극들(i)의 측정값들(m k ( i ))을 포함할 수 있다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 4개의 측정 전극들이 제공될 수 있으며, 상기 속도 벡터들( v k )은
Figure 112016025719117-pct00013
에 의해 결정된다.
상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 2개의 후속 속도 벡터들(
Figure 112016025719117-pct00014
및
Figure 112016025719117-pct00015
) 사이의 상기 각도는
Figure 112016025719117-pct00016
에 의해 결정될 수 있고, S∈{±1}은 회전 방향이고, T는 벡터 전치를 나타내고, 바(bar)는 벡터의 정규화를 나타낸다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 2개의 후속 속도 벡터들( v new 및 v old ) 사이의 상기 각도(φ)는 대략
Figure 112016025719117-pct00017
에 의해 결정될 수 있고, S∈{±1}은 회전 방향이다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면,
Figure 112016025719117-pct00018
이다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 2개의 후속 속도 벡터들( v new 및 v old ) 사이의 상기 각도는 대략
Figure 112016025719117-pct00019
에 의해 결정될 수 있다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 속도 벡터들은 v new = v k 및 v old = v k - 1 이도록 연속적이다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 두 개의 벡터들의 시퀀스 내의 각각의 속도 벡터( v new 및 v old )는 동일한 값(
Figure 112016025719117-pct00020
또는
Figure 112016025719117-pct00021
)에 의해 정규화될 수 있다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 후속 속도 벡터들의 쌍들 사이의 상기 각도들을 적분하여 원형 카운터가 실현될 수 있다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 상기 원형 카운터는
Figure 112016025719117-pct00022
가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우에만 업데이트될 수 있다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 상기 휴먼 디바이스 인터페이스는 상기 수신된 시퀀스를 필터링하도록 구성된 제 1 저역 통과 필터, 상기 속도 벡터들을 필터링하도록 구성된 제 2 저역 통과 필터 및 상기 원형 카운터를 필터링하도록 구성된 제 3 저역 통과 필터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 상기 인터페이스는 2차원 터치 포지셔닝 시스템, 근접장 센서 시스템, 또는 중거리/원거리 필드 센서 시스템을 포함할 수 있다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 상기 근접장 센서 시스템은 준 정적 전기장 측정들에 근거한 용량성 비접촉 센서 시스템일 수 있다. 상기 휴먼 디바이스 인터페이스의 추가 실시예에 따르면, 상기 근접장 용량성 센서 시스템은 직사각형 펄스 트레인 신호로 여기되는 하나 이상의 송신 전극들, 및 상기 하나 이상의 송신 전극들과 용량성으로 결합되는 복수의 수신 전극들을 포함할 수 있다.
다른 또 하나의 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 위에 설명된 휴먼 디바이스 인터페이스를 포함할 수 있으며, 상기 원형 카운터는 볼륨 제어, 디머(dimmer), 속도 제어, 에어컨 온도, 또는 기계 운동 기능들 용으로 사용된다.
상기 전자 디바이스의 추가 실시예에 따르면, 상기 원형 카운터는 LED 바(bar)를 구동한다.
도 1은 개별(discrete) 시간 인스턴스(n = k,k-1,k-2,...)로 샘플링된 2D 원형 제스처의 위치 벡터들 및 속도 벡터들을 도시한 도면이다.
도 2는 좌표계의 원점에서 시작하는 정규화된 속도 벡터들을 갖는 단위 원을 도시한 도면이다.
도 3은 트랙(track) 패드 또는 터치 스크린과 같은 2D 검출 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 예시적인 3D 제스처 검출 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 준 정적(quasi-static) 전기장 검출 방법을 이용하는 4개의 프레임 수신 전극들을 갖는 특정 표준 제스처 검출 전극 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 실시예의 4개의 전극들(310-340)에 의해 정의된(defined) 검출 공간 내의 원형 경로 상에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 움직이는 손가락 위치를 도시한 도면이다.
도 7은 에어휠(AirWheel) 알고리즘의 출력 값에 대한 시각화 접근 방법을 도시한 도면이다.
다양한 실시예들에 따르면, 관측되는 원형 제스처(또는 패턴)가 식별될 것이다. 따라서, 일부 실시예들에 따르면, 두 개의 후속적인(subsequent) 속도 벡터들로부터, 원형 카운터를 업데이트하기 위해 이 벡터들 사이의 회전 방향과 각도가 결정된다. 이하에서, 이 제스처는 또한 에어휠(AirWheel) 제스처로 언급될 것이다. "후속적인"의 용어는 명세서 전반에 걸쳐 사용되고, 시간상 이격되는 요소들 또는 이벤트들을 지정하도록 정의된다. 그것들은 그 사이에 다른 요소나 이벤트가 없다면 연속적(consecutive)일 필요가 없다. 따라서, "연속적인"의 용어는 명세서 전반에 걸쳐 사용되고, 시간에 관하여 인접하는 요소들 또는 이벤트들을 지정하도록 정의된다.
이 부분(this part)에서 일반적인 접근 방법으로는, 타겟 포인트의 추정값들에 대응하거나 그 추정값들인 (x n , y n ) 위치 벡터들의 시퀀스가 제공된다고 가정될 것인데, 예를 들면, 손가락 끝은 2차원(2D) 평면에서 후속의 개별 시간 인스턴스들(n)로 원형 제스처를 수행한다. 시간 인스턴스들은 연속적일 필요가 없지만, 하나의 벡터가 다른 벡터보다 새롭도록 시간상 이후라야 한다. 예를 들면, 후속 벡터들( v new 및 v old )이 사용될 수 있고, 굵은 글씨는 변수가 벡터임을 나타낸다. 도 3은 예를 들어, 처리 시스템(130)과 연결된 2D 인터페이스(110)와 결합된 트랙 패드/터치 스크린(120)을 포함하는 예시적인 2차원 시스템(100)을 보여준다. 두 개의 위치 벡터들 간의 차는 예를 들어 두 개의 후속 위치 벡터들에 대한 속도 벡터로서, 다음과 같다.
Figure 112016025719117-pct00023
이 벡터는 시간 'old'와 시간 'new' 사이의 움직임의 방향과 크기를 포함한다. 다음의 연속적인 벡터들에서는, old=k-1 및 new=k가 되도록 가정될 것이다. 하지만, 위에 언급된 바와 같이, 이것은 필요 조건이 아닐 수 있다. 그것은 반드시 최후의(latest) 속도 벡터 및 이 속도 벡터 바로 이전의 속도 벡터일 필요가 없다. 우선은, 하나가 다른 것보다 더 많은 최근 데이터를 포함하는 것이 중요하다. 또한, 이 속도 벡터들은 이미 저역 통과 필터링과 같은 어떤 종류의 사전-처리를 경험했을 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 두 개의 이러한 속도 벡터들(예컨대, v k 및 v k -1 )을 고려하면, 각도(φ)가 그들 사이에 정의될 수 있다. 회전 방향이 (시계 방향 원형 제스처와 같은) 오른쪽 회전이면, φ>0이다. 회전 방향이 (반시계 방향 원형 제스처와 같은) 왼쪽 회전이면, φ<0이다. 연속적인 속도 벡터들의 쌍들 간의 각도들(φ)을 통합하여 원형 카운터가 실현될 수 있다.
문제는 각도(φ) 또는 유사한 측정값을 어떻게 얻을 것인지이며, 여기서 φ의 관심 값 범위는
Figure 112016025719117-pct00024
이라고 가정된다. 이를 위해, v k 및 v k -1 은 도 2에 도시된 바와 같은 단위 벡터들
Figure 112016025719117-pct00025
로 정규화되며, 여기서
Figure 112016025719117-pct00026
은 벡터의 길이를 나타낸다.
Figure 112016025719117-pct00027
에 있어서, 정확한 해는
Figure 112016025719117-pct00028
에 의해 주어지고, 여기서 S∈{±1}은 회전 방향이고 아래에서 결정될 것이고, T는 벡터 전치를 나타낸다.
하지만,
Figure 112016025719117-pct00029
(현(chord))의 길이에 의해(즉,
Figure 112016025719117-pct00030
), 또는 그것의 사인(sine)에 의해(즉,
Figure 112016025719117-pct00031
) (단위 원의 호와 동일한 값인) 각도(φ)를 어림함으로써 계산적으로 복잡한 아치형(arcus) 코사인 함수가 회피될 수 있고, 여기서 S∈{±1}은 회전 방향이고, 아래에서 결정될 것이다. x,y,z 성분들(각각 a x ,a y ,a z 및 b x ,b y , b z )을 갖는 3차원 벡터들( a 및 b )에 있어서, 그것은 다음과 같이 표시된다.
Figure 112016025719117-pct00032
여기서, ×는 다음과 같이 정의되는 외적(cross product)(벡터 곱)을 나타낸다.
Figure 112016025719117-pct00033
2D 벡터들에 있어서는, 벡터의 외적은 위와 같이 정의되지 않는다. 하지만, 2D (x/y) 평면이 제 3의 차원인 z-차원에 의해 확장되고, 임의의 상수 z 값(바람직하게, z=0)이 속도 벡터들에 할당되면, 벡터 외적은 결과로 얻어지는 3D 속도 벡터들에 적용될 수 있고, 이 벡터들의 z 성분이 관심 값이 된다.
Figure 112016025719117-pct00034
을 사용하여, 다음을 얻는다.
Figure 112016025719117-pct00035
따라서,
Figure 112016025719117-pct00036
여기서,
Figure 112016025719117-pct00037
은 스칼라의 절대값을 나타낸다.
벡터 외적의 z-성분의 부호는 회전 방향이고, 따라서
Figure 112016025719117-pct00038
이고 최종적으로 다음과 같다.
Figure 112016025719117-pct00039
이하에서, 다양한 실시예들에 구현될 수 있는 추가 가능한 개선 사항들이 논의될 것이다. 따라서, 다양한 가능한 개선 사항들이 개별적으로 또는 결합되어 사용될 수 있다.
정규화(Normalization)
실제로, 제곱근의 계산을 회피하여 복잡성을 줄이기 위해서, 벡터들( v k 및 v k-1 ) 둘 다는 (샘플 주파수가 충분히 높다면) 전형적으로 실현 가능한 효과도 없이 동일한 값(
Figure 112016025719117-pct00040
또는
Figure 112016025719117-pct00041
)에 의해 정규화될 수 있는데, 즉
Figure 112016025719117-pct00042
이고, 여기서 p∈{k,k-1}이다.
지터 억제(Jitter Suppression)
지터 억제를 위해, 원형 카운터는 예를 들어, 최소량의 움직임이 검출될 때에만, 예를 들어
Figure 112016025719117-pct00043
가 임계값을 초과할 때에만 업데이트될 수 있다. 이로 인해 슬립을 갖는 원형 카운터는 차등(differential) 업데이트를 얻는다.
평활화(Smoothness)
위치 벡터들 및/또는 속도 벡터들 및/또는 출력 카운터에 저역 통과 필터링을 적용하여 원형 카운터의 평활화가 향상될 수 있다.
입력 데이터
기본(underlying) 센서 시스템에 따라, x/y 위치 추정은 다수의 처리 단계들의 적용을 받을 수 있고, 그것은 다수의 구성 파라미터들에 의존할 수 있으며, 각각의 처리 단계는 에러들의 위험 및 계산 복잡도를 추가한다. 하지만, 입력 데이터가 2차원 벡터이기 때문에, 모든 제안된 알고리즘이 실제로 필요하며, 여기서 (적어도 대략) 그것의 제 1 차원의 값은 타겟 포인트가 제 1 기하학적 차원에서 이동할 때 증가/감소하고, 제 2 차원은 타겟 포인트가 제 2 기하학적 차원에서 이동할 때 증가/감소한다.
전형적인 3차원(3D) 제스처 검출 시스템(200)이 도 4에 도시되어 있다. 처리 시스템(130)에 다시 연결되는 각각의 3D 검출 인터페이스(220)와 결합된 센서 배열을 또한 포함할 수 있는 검출 공간의 접지면(210)이 도시되어 있다. 시스템(200)에 사용되는 센서 배열 대신에, 또한, 광학 3D 시스템 내의 각각의 적합한 위치에 배치된 광학 검출 수단이 있을 수 있다. 다른 3D 검출 시스템들은 다양한 실시예들에 공급될 추적 포인트들을 생성하는데 사용될 수 있다.
준-정적 교류 전기장을 이용하는 3차원 제스처 검출 시스템과 같은 비-터치식(touch-free) 제스처 시스템의 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같은 4-프레임 전극 레이아웃이 제공된다. 여기서 4개의 수신 전극들(310, 320, 330 및 340)이 동일한 평면에 배열되고 직사각형 영역을 정의한다. 더 많거나 적은 수신 전극들을 갖는 다른 전극 배열들 및/또는 다른 기하학적 배열들이 다른 실시예들에 따라 사용될 수 있다. 도면 부호(305)는 예를 들어 30-200 kHz 구형파 신호가 공급될 수 있는 기본(underlying) 송신 전극을 나타낸다. 하지만, 다른 실시예들에 따르면, 송신 층(305)은 수신 전극들(310-340)과 동일한 평면에 배열될 수 있고 서로 다른 형상을 가질 수 있거나, 또는 다수의 Tx 전극들이 사용될 수 있다. 송신 전극은 위로 향하여 확장되는 준 정적 전기장을 발생시켜서 전극 평면 위로 10-15cm까지 확장될 수 있는 검출 공간을 정의한다. 원치 않는 영역들로의 필드의 확장을 억제하는데에는 접지 실드(ground shield)(미도시됨)가 사용될 수 있다. 시스템 접지뿐만 아니라 송신 전극과 수신 전극들 간의 용량성 결합은 검출 공간에 들어오는 전기 전도성 오브젝트에 의해 방해될 것이다. 수신 전극들에서 측정된 방해로부터, 오브젝트의 움직임의 방향 및/또는 위치가 추정될 수 있다. 예를 들면, 적어도 3개의 이러한 수신 전극들의 측정값들로부터, 3차원 위치가 추정될 수 있으며, 시간에 대한 3차원 위치의 도함수는 속도 벡터이다. 예를 들어 출원인에 의해 제조된 MGC 3130과 같은 집적 회로(350)가 사용될 수 있다. 2013년 11월 19일 발행된 데이터 시트 "MGC 3130 Single-Zone 3D Tracking and Gesture Controller Data Sheet"는 출원인으로부터 입수할 수 있으며 본 출원에 참조로 통합된다. 수신 처리 디바이스(360) 또는 인터페이스 칩은 집적 회로(350)와 결합될 수 있다.
다른 3차원 검출 시스템들이 샘플 포인트들을 제공하는데 사용될 수 있고, 본 실시예들은 위에 논의된 특정 실시예로 한정되지 않는다. 하지만, 여기서 논의된 방법은 특히 이러한 3차원 비-터치식 제스처 검출 시스템에 유익할 수 있다.
위에 논의된 4개의 프레임 전극 설계(300)를 사용하여, 오브젝트가 310 내지 340에 의해 스팬된(spanned) 영역 내에서 이동할 때 속도 벡터들( v k )에 대한 대략적(coarse)이지만, 그래도 기능적인 근사값은 아래의 식 (2)와 같이 주어진다.
Figure 112016025719117-pct00044
(2)
여기서, m k ( i )(i = 1,2,3,4)는 시간 k에서 전극 i의 시스템 측정값이고, 이 측정값은 손가락-전극 간 거리를 감소시킴에 따라 증가하며, 여기서 전극들(1,2,3,4)은 각각 도 5의 320, 330, 340, 310에 대응한다. 하나 이상의 전극들(i)에 대해 대응 측정값이 손가락-전극 간 거리의 감소에 따라 단조 감소할 때에 이 근사값도 또한 작용한다. 그리고 나서 m k-1 ( i ) 및 m k ( i )의 부호들은 이 전극들(i)에 대해 반전될 필요가 있다.
도 6은 도 5의 실시예의 4개의 전극들(310-340)에 의해 정의된 검출 영역 내에서 원형 경로 상의 시계 방향 또는 반시계 방향으로 움직이는 손가락 위치를 보여준다. 이러한 시스템에서는, 일반적으로 송신 전극이 예를 들어 마이크로컨트롤러 포트에 의해 발생된 예를 들어 30-200 kHz 직사각형 펄스 트레인 신호를 이용하여 전기장을 발생시키는데 사용되고, 오브젝트가 준-정적 전기장에 들어올 때 복수의 수신 전극들의 측정 신호들로부터 필드 내의 교란이 검출될 수 있다. 모든 전극들로부터의 데이터가 동일한 부호를 갖는 경우, 즉 손가락이 모든 전극들에 접근/떠나는 경우의 제스처 검출 샘플들은 원형 카운터를 업데이트하기 위해서는 무시될 수 있다. 하지만, 위에 언급된 바와 같이, 상기 방법은 또한 다양한 다른 2차원 또는 3차원 제스처 검출 시스템들에 적용될 수 있다.
시작/정지 조건
에어휠과 병렬로 동작하는 은닉 마르코프 모델(Hidden-Markov-Model; HMM) 기반 자동 제스처 인식 엔진을 고려하면, 원형 카운터를 시작/출력하기 위한 하나의 가능한 시작 조건은 HMM 기반 제스처 인식 시스템의 시작 검출 기능을 공유하고, 그리고 전용 HMM이 가장 가능성 있는 모델이 될 때 원형 카운팅을 트리거하는 것이다. 예를 들면, 본원과 함께 출원된 US-2014-0050354-A1 호에 보다 상세히 설명된 바와 같이 시계 방향 및/또는 반시계 방향 제스처 이벤트들을 위한 HMM들은 이러한 전용 HMM들이 되기에 적합하고, 상기 출원은 그 전체가 본 출원에 참조로 통합된다.
대안적으로, 원형 카운팅은 표면에 나서지 않고 영구적으로 실행될 수 있지만, 하나의 회전 방향으로의 특정 양의 카운트들이 제한된 양의 시간 이내에 도달되거나, 주어진 양의 시간 내에서 하나의 회전 방향 및 반대 회전 방향으로의 카운트들의 비율이 임계값들을 초과하거나 미만이 될 때, 카운터 업데이트들의 출력이 단지 활성화된다.
"평활화" 개선부의 저역 통과 필터들에 의해 도입된 메모리에 의존하여, 그것들의 메모리를 소거하고, 그리고 원형 카운터를 실제로 출력하기 전의 어떤 시간에 아마도 원형 카운터의 추적을 시작하는 것이 유용하거나 필요할 수 있다.
정지 조건은 예를 들어, 손가락이 활성 공간(준 정적 전기장 측정들을 이용하는 3D 제스처 검출 시스템 내의 수신 전극들에 의해 스팬된 영역 위의 공간)을 떠나거나 2D-시스템 내의 터치 패드를 떠나는 것일 수 있다. 또 하나의 정지 조건은 손가락이 쉬고 있는 것, 즉 검출된 손가락 움직임 - 예를 들어 속도 벡터들의 절대값들에 의해 정량화된 손가락 움직임 - 이 정의된 시간의 양 동안 정의된 임계값 미만에 있는 것일 수 있다.
알고리즘
(단순화/확장 없는) 제안된 알고리즘의 예시적인 의사 코드가 아래의 목록 1에 나타나있고, 여기서 정규화된 속도 벡터들의 외적의 z-요소를 계산하고 그것을 출력 값일 수 있는 어큐뮬레이터 '원형 카운터'에 추가함으로써 각도(φ)는 sin(φ)에 가까워진다.
목록 1
Figure 112016025719117-pct00045
다양한 애플리케이션들
원형 제스처는 HiFi 세트의 가상 볼륨 제어 휠과 유사하다: 시계방향 움직임은 볼륨을 증가시키고, 반시계 방향 움직임은 볼륨을 감소시킨다.
설계 제안이 도 7에 제공되는데, 도 7은 에어휠 볼륨 제어, 볼륨 휠, 및 최소값(예컨대, 0) 및 최대값(예컨대, 63)에서 포화되는 볼륨 레벨 디스플레이를 위한 시각화 접근 방법을 보여준다.
그것은 위상 표시기를 갖는 볼륨 제어 휠, 및 점등된 LED들의 바의 높이가 볼륨을 나타내는 LED 디스플레이를 보여준다. 점등된 LED가 0개라면 음소거에 해당하며, 모든 LED들이 점등되면 최대 볼륨에 해당한다. 원형 손가락 움직임에 의해 볼륨 휠을 돌리는 것은 볼륨을 증가/감소시키고, 휠이 정의된 양만큼, 예컨대 π만큼 돌아갈 경우에 또는 원형 카운터가 정의된 양만큼 변화할 경우에는 각각, 하나의 LED가 켜지거나 꺼진다. 볼륨 휠은 이론적으로 무한 양만큼 돌려질 수 있지만, LED 막대 그래프는 음소거 또는 최대 볼륨에서 포화 상태가 된다.
이러한 에어휠은 매우 다양한 애플리케이션들에 사용될 수 있다. 예를 들면:
- 원형 터치패드들로부터 알려진 임의의 미디어-플레이어 제어 유형 기능성
- 광 스위치의 디머(dimmer), 또는 예를 들어 속도 제어, 에어컨 온도, 기계 운동 기능들 등과 같은 다양한 다른 어플라이언스 기능들의 제어
- PC 마우스의 스크롤 휠의 대체
- 센서 시스템들 / 측정 입력 디바이스들의 유형들 (예)
1. 2D 터치 패널들 / 터치 디스플레이들, 2D 비디오 카메라들
2. 3D 비디오 카메라들, 3D 용량성 센서 시스템들
기타 모드들
2D 또는 3D 포지셔닝 시스템(예컨대, 카메라 기반 또는 용량성 센서 시스템)이 제공되면, 예를 들어 이미지 처리 기술을 이용하여 부분 패턴들(예컨대, 부분적으로 그려진 원)을 평가하는 것도 또한 가능하다. 하지만, 이것은 추가 알고리즘 머신(스케일링, 회전, 새로운 거리 측정들)을 필요로 할 것이다.

Claims (38)

  1. 연속적인 원형 제스처를 검출하기 위한 방법으로서,
    오브젝트 검출 유닛에 의해 오브젝트 움직임을 나타내는 벡터들의 시퀀스를 수신하는 것;
    상기 수신된 벡터들의 시퀀스로부터 속도 벡터들의 시퀀스 또는 속도 벡터들의 근사값을 결정하는 것;
    후속(subsequent) 속도 벡터들 사이의 각도(φ)를 추정하는 것; 및
    회전 방향을 결정하는 것을 포함하고,
    상기 수신된 벡터들의 시퀀스는 오브젝트 움직임의 위치 벡터들이고,
    속도 벡터들은 후속 위치 벡터들의 차로써 계산되고, 그리고
    상기 수신된 벡터들의 시퀀스는 시간들(k)에서의 전극들(i)의 측정값들(mk ( i ))을 포함하고,

    2개의 후속 속도 벡터들(
    Figure 112020117696411-pct00097
    및
    Figure 112020117696411-pct00098
    ) 사이의 상기 각도(φ)는
    Figure 112020117696411-pct00099
    에 의해 결정되고,
    상기 회전 방향은 상기 각도(φ)의 부호에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    4개의 측정 전극들이 제공되고, 상기 속도 벡터들( v k )은
    Figure 112019093573382-pct00075
    에 의해 결정되는, 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 속도 벡터들은 v new = v k 및 v old = v k-1 인, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    2개의 벡터들의 시퀀스 내의 각각의 상기 속도 벡터( v new 및 v old )는 동일한 값(
    Figure 112019093573382-pct00083
    또는
    Figure 112019093573382-pct00084
    )에 의해 정규화되는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 후속 속도 벡터들의 쌍들 사이의 상기 각도들, 또는 상기 각도들의 근사값들을 적분(integrating)하여 원형 카운터가 실현되는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 원형 카운터는
    Figure 112019093573382-pct00085
    가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우에만 업데이트되는, 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 수신된 시퀀스, 상기 속도 벡터들 및 상기 원형 카운터들 중 적어도 하나는 저역-통과 필터링되는, 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 2차원 터치 포지셔닝 시스템, 근접장(near-field) 센서 시스템, 또는 중거리(mid)/원거리(far) 필드 센서 시스템에서 실행되는 것인, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 근접장 센서 시스템은 준 정적(quasi-static) 전기장 측정들에 근거한 용량성 비접촉 센서 시스템인, 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 근접장 용량성 센서 시스템은 직사각형 펄스 트레인 신호로 여기되는(excited) 하나 이상의 송신 전극들, 및 상기 하나 이상의 송신 전극들에 용량성으로(capacitively) 결합되는 복수의 수신 전극들을 포함하는, 방법.
  16. 휴먼 디바이스 인터페이스로서,
    제스처 검출 시스템에 의해 추적되는 오브젝트 움직임을 나타내는 벡터들의 시퀀스를 발생시키는 인터페이스; 및
    처리 유닛을 포함하고,
    상기 처리 유닛은,
    수신된 상기 벡터들로부터 속도 벡터들의 시퀀스 또는 속도 벡터들의 근사값을 결정하고,
    후속 속도 벡터들 사이의 각도(φ)를 추정하고, 그리고
    회전 방향을 결정하도록 구성되고,
    상기 처리 유닛은 추가로 원형 카운터를 구현하고, 상기 회전 방향에 따른 부호를 갖는 상기 추정된 각도를 추가함으로써 상기 원형 카운터의 값들을 업데이트하고,
    상기 수신된 벡터들의 시퀀스는 오브젝트 움직임의 위치 벡터들이고,
    속도 벡터들은 후속 위치 벡터들의 차로써 계산되고,
    상기 수신된 벡터들의 시퀀스는 시간들(k)에서의 전극들(i)의 측정값들(mk ( i ))을 포함하고,

    2개의 후속 속도 벡터들(
    Figure 112020117696411-pct00100
    및
    Figure 112020117696411-pct00101
    ) 사이의 상기 각도(φ)는
    Figure 112020117696411-pct00102
    에 의해 결정되고,
    상기 회전 방향은 상기 각도(φ)의 부호에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 휴먼 디바이스 인터페이스.
  17. 제 16 항에 있어서,
    4개의 측정 전극들이 제공되고, 상기 속도 벡터들( v k )은
    Figure 112019093573382-pct00086
    에 의해 결정되는, 휴먼 디바이스 인터페이스.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 속도(v) 벡터들은 v new = v k 및 v old = v k-1 인, 휴먼 디바이스 인터페이스.
  24. 제 16 항에 있어서,
    2개의 벡터들의 시퀀스 내의 각각의 상기 속도 벡터( v new 및 v old )는 동일한 값(
    Figure 112019093573382-pct00094
    또는
    Figure 112019093573382-pct00095
    )에 의해 정규화되는, 휴먼 디바이스 인터페이스.
  25. 제 16 항에 있어서,
    후속 속도 벡터들의 쌍들 사이의 상기 각도들, 또는 상기 각도들의 근사값들을 적분하여 원형 카운터가 실현되는, 휴먼 디바이스 인터페이스.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 원형 카운터는
    Figure 112019093573382-pct00096
    가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우에만 업데이트되는, 휴먼 디바이스 인터페이스.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 수신된 시퀀스를 필터링하도록 구성된 제 1 저역 통과 필터, 상기 속도 벡터들을 필터링하도록 구성된 제 2 저역 통과 필터 및 상기 원형 카운터를 필터링하도록 구성된 제 3 저역 통과 필터 중 적어도 하나를 더 포함하는 휴먼 디바이스 인터페이스.
  28. 제 16 항에 있어서,
    상기 인터페이스는 2차원 터치 포지셔닝 시스템, 근접장 센서 시스템, 또는 중거리/원거리 필드 센서 시스템을 포함하는, 휴먼 디바이스 인터페이스.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 근접장 센서 시스템은 준 정적 전기장 측정들에 근거한 용량성 비접촉 센서 시스템인, 휴먼 디바이스 인터페이스.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 근접장 용량성 센서 시스템은 직사각형 펄스 트레인 신호로 여기되는 하나 이상의 송신 전극들, 및 상기 하나 이상의 송신 전극들에 용량성으로 결합되는 복수의 수신 전극들을 포함하는, 휴먼 디바이스 인터페이스.
  31. 제 16 항 내지 제17항 및 제23항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 휴먼 디바이스 인터페이스를 포함하는 전자 디바이스로서,
    상기 원형 카운터는 볼륨 제어, 디머(dimmer), 속도 제어, 에어컨 온도, 또는 기계 운동 기능들 용으로 사용되는, 전자 디바이스.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 원형 카운터는 LED 바(bar)를 구동하는, 전자 디바이스.
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