[发明专利]一种基于运动传感器的可穿戴式鼠标控制方法

摘要

本发明公开了一种基于运动传感器的可穿戴式鼠标控制方法，通过数据采集、动作定义、数据预处理、特征提取、动作分类、动作分割、数据与训练个错误矫正等八步骤，利用从可穿戴式设备中的传感器传送来的头部动作运动数据，在确保不影响正常视物和操作简便的同时，实现了使用头部动作对鼠标的高精度控制。相较于市面上已经出现的眼控类、脚控类和呼气控制类鼠标，本发明操作更简便，识别更精准。另外，本发明应用广泛，不仅可以方便无臂人士使用，也可以帮助一些正常人解放双手。本发明具有普遍的适用性，不仅可以用于控制电脑，还可以控制其他任何电子设备。

主权项

一种基于运动传感器的可穿戴式鼠标控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：进行数据采集，具体包括：步骤1.1：选择蓝牙或Wifi热点连接嵌入式穿戴式设备和被控制的电脑，建立Socket连接来传递数据；端口设置为8088；步骤1.2：将从加速计和陀螺仪得到的三个方向的运动数据分别依次存储；当接收到的数据数大于窗口长度时则去除最先的数据；采样率设置为每秒40次；步骤2：动作定义，具体包括以下子步骤：步骤2.1：定义使用者一开始正对着屏幕，将初始的头部所在位置成为中间区域；步骤2.2：定义单击操作；将头部快速向下，然后快速返回到中间区域的动作定义为单击操作；步骤2.3：定义方向动作；将头部从中间区域转向左，保持一段时间至光标达到期望位置后转回中间区域定义为左移动作；将头部从中间区域转向右，保持一段时间至光标达到期望位置后转回中间区域定义为右移动作；将头部从中间区域转向上，保持一段时间至光标达到期望位置后转回中间区域定义为上移动作；将头部从中间区域转向下，保持一段时间至光标达到期望位置后转回中间区域定义为下移动作；步骤3：消除噪声的去除齿波的数据预处理；步骤4：特征提取，具体包括以下子步骤：步骤4.1：因在加速计的x轴方向，单击操作比另外四个方向的动作特征更为显著，所以可以使用加速计x轴方向的值来将单击动作和方向动作区分开来；步骤4.2：因在陀螺仪的x轴方向，左右移动比上下移动动作特征更为显著，所以可以使用陀螺仪x轴方向的值来将左右动作和上下动作区分开来；又因左右动作特征正好相反，故也可将左右动作区分开来；步骤4.3：因在陀螺仪的z轴方向，上下移动比左右移动动作特征更为显著，所以可以使用陀螺仪z轴方向的值来将上下动作和左右动作区分开来；又因左右动作特征正好相反，故也可将上下动作区分开来；步骤5：动作分类，具体实现包括以下子步骤：步骤5.1：定义atnx，gtnx，gtxx，gtnz，gtxz分别为加速计x轴方向的下阈值、陀螺仪x、z轴方向的上下阈值；阈值的值由预训练步骤决定，作为决策树的判定数据；定义aix，gix，giz为当前时间i的加速计x轴方向、陀螺仪x轴方向、陀螺仪z轴方向的值；检查当前时间加速计x轴方向的值，如果aix<atnx，则头部开始点击动作，否则，进入步骤5.2；步骤5.2：检查当前时间陀螺仪x轴方向的值，如果gix<gtnx或者gix>gtxx，头部则开始左或右动作，进入步骤5.3；否则，进入步骤5.4；步骤5.3：如果gix<gtnx，则头部开始向左移动，屏幕上的光标向左移动；否则，头部向右移动，屏幕上的光标也向右移；步骤5.4：检查当前时间陀螺仪z轴方向的值，如果giz<gtnz或者giz>gtxz，头部则开始上或下动作，进入步骤5.5；否则，在当前时间没有动作发生；步骤5.5：如果giz<gtnz，则头部开始向上移动，屏幕上的光标向上移动；否则，头部开始向下移动，屏幕上的光标也向右移；步骤5.6：一旦动作被识别了，光标便会在屏幕上执行相应动作直至动作的终止，步骤6：动作分割，得到的原始数据是时间连续数据，动作分割将这些时间连续的数据分割成块，每一块包含的数据代表一个动作；依据动作的定义，每一个动作都包含两个相反的部分；例如，向左动作首先将头部从中间区域转向左，随后再由左转回中间区域；结果是，在同一方向上有相反的两个波形；定义在一个方向上有两个阈值Tn，Tp来决定动作的开始和结束；其中，Tn是下阈值，Tp是上阈值；步骤7：数据预训练，具体实现包括以下子步骤：步骤7.1：用户在使用之前依次做5个定义的动作5次；步骤7.2：提取得到的数据的5对极值，将得到的最低波峰和最高波谷乘以某一系数k作为训练出的个性化阈值；步骤8：错误矫正，当用户使用时，用户可以看见屏幕上光标的实时移动；当错误发生时，用户可以知道发生了一个错误，并可以立即开始矫正；如果光标向错误的方向移动，用户可以执行同样的动作，然后进行接触；例如，当用户向左时，发现光标向右移动，用户可以也执行一次向右动作来矫正这个错误；用这个方法，当前一个动作结束了，后续动作不会受之前的错误影响。