[发明专利]借助指示器的姿态的测量控制光标的方法及实施所述方法的指示器

说明书

技术领域

本发明涉及一种在显示表面上控制光标的移动和取向(orientation)的方法，例如在诸如电视屏幕、PC屏幕等的平表面上。借助本发明的方法和设备，光标在任意形状的非平表面显示表面上的位移的控制也是可能的。坐标化的平表面屏幕的组件例如可以构成非平表面(球表面、圆柱表面等)。显示表面被赋予了度量坐标系。配备了以用于测量移动的装置为工具的指示器(pointer)和控制按钮的用户从而可以例如，借助工具化指示器在3D空间中的位移来控制光标在显示一个或多个软件应用程序的图形界面的显示表面上的位移和/或位置和/或取向。控制指示器因而可以触发通过指示器的位置和/或位移和/或取向、和/或通过使用为此在指示器上提供的控制而选择的编程功能的执行。

背景技术

这类设备旨在代替远程控制，在远程控制中，命令不能在显示表面上连续控制光标，并且由与用户按压的按钮相关的代码列表组成，所述代码经由红外链路或最近的无线电链路发送到待控制的设备。

由专利US5,440,326公开了此类第一设备之一。在这个设备中，陀螺仪提供角速度的两个测量(按照俯仰(pitch)和偏转(yaw))，将它们转换为与显示表面的两个轴相关的光标命令。但此类设备在其人体工程学方面呈现出局限，因为它仅基于指示器相关于2个轴的旋转速度(在指示器的坐标系中测量)，不是基于设备在显示坐标系中的取向。例如，这些测量对于由用户所持的指示器的取向(没有测量第三角，滚动或倾斜)敏感。实际上，当用户借助它们手腕的扭曲的角度(所谓的滚动)来保持远程控制时，会发现光标在不期望的方向上移动(见D5的解释)。而且，局限于两个测量轴使得对于大角度的远程控制的使用复杂化，从而影响了指点(pointing)的人体工程学。

为了应对这些影响，可以借助机械手段，将陀螺仪安装在平衡环(gimbal)上，来执行测量的稳定性。然而，该机械稳定性一方面局限于小角度的滚动(机械限位)，还由于平衡环的惯性而存在缺陷。而且，这样的校正不适用于小型设备。

这些缺陷在某些程度上可以由设备来克服，在这些设备中，针对由使用二维旋转矩阵的加速度计测量的滚动角度来校正由小型陀螺仪提供的偏转和俯仰的旋转速度的测量。此类设备特别地由美国专利5,598,187(Ide)和7,158,118(Liberty)公开。在此类设备中，必须基于不同传感器的测量实际计算各种角度。在属于本申请的申请人的国际申请公布WO2009/156476(Mathews)中，在不预先计算滚动角的情况下应用校正。滚动角校正实际上依赖于以下原理：在加速度计也对于起因于运动的加速度敏感的方面来说，滚动角校正基本上是有缺陷的，从而不可避免地干扰滚动角的估计并给出关于显示表面上光标轨迹的不准确结果。最后，指示器的某些取向(例如接近于垂直)使得不再可能计算滚动角，因为后者不再由加速度计测量。因此滚动补偿函数在此时引入了最初未存在于借助运动的光标控制的人体工程学中的缺陷。

克服角度的分离估计的缺陷的一种方式已经由国际申请公布WO2009/156499公开，其一个所有人是本申请的所有人，在其中，通过使用包括一阶微分方程的状态模型，来将扩展的卡尔曼滤波器应用于实施状态变量的联合估计。然而，这个滤波的实现方式局限于随着指示器运动而改变的光标运动的控制的单一模式，并且在计算能力方面要求也很高。

专利申请US2004/070564公开了一种用于在屏幕上指点的设备，其基于指示器所带有的向量与屏幕的相交的坐标，来计算光标在所述屏幕上的位移。专利US7102616公开了一种用于在配备了与所述指示器通信的源的屏幕上指点的设备，其基于指示器在屏幕坐标系中的角速度来计算指示器的位移。这些文献中没有一篇公开了用于设计可参数化的随应用环境而改变的指示器在光标上的位置和/或取向的模态。

发明内容

本发明通过提出了一种用于计算光标在显示表面(或所指表面)上的位移的过程而可以克服这个现有技术的缺陷，该过程基于投影在所选中间表面上的指示器姿态测量，该中间表面不同于显示表面，并且可任选地，不是平面。