專利名稱：：使用加速度計(jì)的用戶界面裝置和方法相關(guān)申請本申請涉及2003年10月23日提交的、題為“使用加速度計(jì)的用戶界面裝置”的第60/513,869號美國臨時專利申請并要求其優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容合并于此作為參考。本申請還涉及2004年4月30日提交的、題為“自由空間定位裝置”的第60/566,444號美國臨時專利申請并要求其優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容合并于此作為參考。另外，本申請還涉及2004年9月23日提交的、題為“自由空間定位裝置及方法”的第60/612,571號美國臨時專利申請并要求其優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容合并于此作為參考。
背景技術(shù)：
：本發(fā)明描述了可用于多種不同應(yīng)用的自由空間定位裝置，所述應(yīng)用包括，例如，用于組織、選擇和啟動媒體項(xiàng)目的構(gòu)架。與信息的通信相關(guān)的技術(shù)在過去的幾十年里有了迅速的發(fā)展。電視、蜂窩電話、互聯(lián)網(wǎng)和光學(xué)通信技術(shù)(這里僅列出幾樣)結(jié)合起來將消費(fèi)者淹沒在可得到的信息和娛樂選擇中。以電視為例，最近30年來已經(jīng)引入了有線電視服務(wù)、衛(wèi)星電視服務(wù)、按次計(jì)費(fèi)電影和視頻點(diǎn)播。然而，20世紀(jì)60年代的電視觀眾在他們的電視機(jī)上通常只能夠接收到也許是四或五個無線TV頻道，今天的電視觀眾有機(jī)會在數(shù)以百、千計(jì)和潛在的數(shù)以百萬計(jì)的節(jié)目和信息頻道中選擇。目前主要在旅館等中使用的視頻點(diǎn)播技術(shù)提供了一種用于從數(shù)以千計(jì)的電影節(jié)目單中進(jìn)行家庭娛樂選擇的潛能。為終端用戶提供如此多信息和內(nèi)容的能力的技術(shù)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和服務(wù)供應(yīng)商提供了機(jī)會和挑戰(zhàn)。一個挑戰(zhàn)是，盡管終端用戶通常更愿意擁有更多的選擇而不愿意選擇變少，但這種喜好與他們希望的即快速又簡單的選擇處理所相背。不幸的是，終端用戶通過其來訪問媒體節(jié)目的系統(tǒng)和界面的發(fā)展使得選擇處理既不快速又不簡單。再次考慮電視節(jié)目的例子。在電視處于初期時，確定看哪一個節(jié)目是相對簡單的事情，這是因?yàn)榭蛇x擇的數(shù)目較少。人們可以查閱印制的節(jié)目指南，該節(jié)目指南被格式化為例如一系列的行和列，這些行和列顯示出了在(1)鄰近的電視頻道、(2)被傳輸?shù)竭@些頻道的節(jié)目以及(3)日期和時間之間的對應(yīng)關(guān)系。通過調(diào)節(jié)調(diào)諧鈕，電視被調(diào)諧到所需的頻道，并且觀眾觀看到所選擇的節(jié)目。在這之后，允許觀眾遠(yuǎn)距離調(diào)諧電視的遙控裝置被引入。這種對用戶-電視交互的增添產(chǎn)生了被稱為“頻道沖浪”的現(xiàn)象，借此，觀眾能夠迅速地觀看在大量頻道中廣播的短片段，從而可以快速得知在任意給定的時間什么節(jié)目是可看的。盡管存在頻道的數(shù)量和可觀看的內(nèi)容急劇增加的事實(shí)，但通?？傻玫降挠糜陔娨暤挠脩艚缑妗⒖刂圃O(shè)備選擇和架構(gòu)在過去的30年里沒有改變太多。印制的節(jié)目指南仍然是用于傳遞節(jié)目信息的最流行的機(jī)制。具有上下箭頭的多按鈕遙控器仍然是最流行的頻道/內(nèi)容選擇裝置。設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)TV用戶界面的人對可得到的媒體內(nèi)容的增加的反應(yīng)已經(jīng)成為現(xiàn)存的選擇處理和界面對象的直接延伸。這樣，印制的節(jié)目指南中的行數(shù)被增加以容納更多的頻道。遙控裝置中的按鈕的數(shù)目也被增加以支持附加的功能和內(nèi)容處理，例如，像圖1所示的那樣。然而，這種方法大大增加了觀眾瀏覽可得到信息所需的時間和執(zhí)行選擇所需動作的復(fù)雜度。有爭議的是，現(xiàn)存界面的麻煩的本質(zhì)阻礙了一些服務(wù)(例如視頻點(diǎn)播)的商業(yè)應(yīng)用，這是由于消費(fèi)者反對給在他們看來已經(jīng)是太慢和太復(fù)雜的界面再增加復(fù)雜度的新服務(wù)。除了在帶寬和內(nèi)容方面增加之外，技術(shù)的集成還加劇了用戶界面的瓶頸問題。消費(fèi)者正在積極地做出反應(yīng)要選擇購買集成系統(tǒng)而不是大量可分離組件。這種趨勢的一個例子是電視/VCR/DVD的組合，其中的三個組成部分以前是三個獨(dú)立的組件，如今則作為一個集成單元而被頻繁購買。這種趨勢會延續(xù)下去，潛在的最終結(jié)果是，目前在家庭中可以找到的大部分(如果不是全部的話)通信設(shè)備將會組合在一起作為集成單元，例如，電視/VCR/DVD/互聯(lián)網(wǎng)接入/收音機(jī)/立體聲單元。即便是那些繼續(xù)購買分離組件的人們也會期望上述單獨(dú)組件的無縫控制和這些分立組件之間的互相交互。隨著這種集成度的增長，產(chǎn)生了使用戶界面更加復(fù)雜的潛在可能。例如，在所謂的“通用”遙控單元(例如TV遙控單元和VCR遙控單元功能的組合)被提出時，這些通用遙控單元上的按鈕的數(shù)目通常多于單個TV遙控單元或VCR遙控單元上的按鈕數(shù)目。如果不能準(zhǔn)確地找到該遙控裝置中的正確按鈕，這些增加了數(shù)目的按鈕和功能使人除了只能在控制TV或VCR的最簡單的方面外很難控制其它任何事情。許多時候，這些通用的遙控裝置不能提供足夠的按鈕以訪問某些TV所特有的許多層面上的控制或特性。在這種情況下，仍然需要原始設(shè)備的遙控單元，并且由于集成的復(fù)雜度導(dǎo)致的用戶界面問題，所以處理多遙控的最初爭論仍然存在。一些遙控單元通過增加可用專家命令編制的“軟”按鈕解決了這個問題。這些軟按鈕有時具有附隨的LCD顯示裝置來指示它們的動作。這種方式也具有缺陷，即，如果不將視線從TV轉(zhuǎn)移到遙控裝置，它們就難以使用。這些遙控單元的另一個缺陷是采用了多模式，以試圖減少按鈕個數(shù)。在這些“模式化”的通用遙控單元中，存在專門的按鈕來選擇該遙控裝置是否與TV、DVD播放器、有線機(jī)頂盒和VCR等通信。這產(chǎn)生了許多使用性的問題，包括發(fā)送命令到錯誤的裝置、迫使用戶通過觀看遙控裝置來確信其是否處于正確的模式，并且它不能給多裝置的集成提供任何的簡化。這些通用遙控單元的最大好處是，它可通過允許用戶將用于多個裝置的命令序列編制到遙控裝置中來提供一定的集成度。這是一個較困難的任務(wù)，以至于許多用戶雇傭?qū)I(yè)安裝人員來對他們的通用遙控單元進(jìn)行程序編制。人們還做出了一些嘗試來使終端用戶和媒體系統(tǒng)之間的屏幕界面適應(yīng)現(xiàn)代需求。然而，除了其它缺點(diǎn)之外，這些嘗試具有不能夠容易地在媒體項(xiàng)目的大集合和媒體項(xiàng)目的小集合之間調(diào)整比例(scale)的問題。例如，依賴于節(jié)目列表的界面可以為小的媒體節(jié)目集合很好地工作，但是對于瀏覽大的媒體節(jié)目集合卻是冗長乏味的。與列表界面相比，依賴于分等級的導(dǎo)航(navigation)(例如樹結(jié)構(gòu))的界面對于大媒體節(jié)目集合可具有更快的遍歷速度，但是不太適于小的媒體節(jié)目集合。另外，用戶趨向于失去選擇處理的興趣，其中，用戶不得不在樹結(jié)構(gòu)中移動經(jīng)過三層或更多層。對于所有的這些情況，目前的遙控單元通過迫使用戶反復(fù)地按壓上按鈕和下按鈕來遍歷上述列表或分級結(jié)構(gòu)，使得這些選擇處理更冗長乏味。在可以使用選擇跳躍控制時(例如上翻頁和下翻頁)，用戶經(jīng)常不得不注視該遙控裝置，以找到這些具體的按鈕，或不得不經(jīng)過訓(xùn)練來得知它們恰好存在。本說明書所關(guān)心的問題在于能夠與所述框架以及其他應(yīng)用和系統(tǒng)配合使用的遙控裝置。如以上并入本文的申請中所述，各種不同類型的遙控裝置可與所述框架一起使用，所述框架包括，例如跟蹤球、“鼠標(biāo)”型定位裝置、光筆等。然而，可與所述框架(以及其他應(yīng)用)一起使用的其他類型的遙控裝置包括自由空間定位裝置。詞語“自由空間定位”在本說明書中是指輸入設(shè)備能夠在例如顯示屏前面的空氣中在三維(或更多維)的方式移動能力，以及用戶界面將這些運(yùn)動直接轉(zhuǎn)換為用戶界面指令(例如顯示屏上的光標(biāo)移動)的相應(yīng)能力。與自由空間定位裝置之間的這種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以無線地執(zhí)行，或者通過自由空間定位裝置與其他裝置之間的連線來執(zhí)行。因此，“自由空間定位”與例如傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)定位技術(shù)不同，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)定位技術(shù)是利用表面(例如桌面或者鼠標(biāo)墊)作為輔助表面，鼠標(biāo)在輔助表面上的相對運(yùn)動被轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)顯示屏上的光標(biāo)移動。在第5,440,326號美國專利中可以找到自由空間定位裝置的一個示例。除了其他的內(nèi)容外，所述5,440,326號專利還描述了一種垂直陀螺儀，其適于用作用于控制計(jì)算機(jī)顯示器上的光標(biāo)位置的定位裝置。位于陀螺儀中心的電機(jī)通過兩對正交的平衡環(huán)(gimbal)相對于手持控制裝置懸掛，并且通過擺動裝置與其旋轉(zhuǎn)軸垂直線標(biāo)稱定向。當(dāng)用戶操縱手持控制裝置時，光電軸角度譯碼器感測其方位，并且將產(chǎn)生的電輸出轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可通過其控制計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上的光標(biāo)移動的格式。然而，目前仍然需要成本較低、精確的以及用戶界面友好的自由空間定位裝置。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法通過提供一種自由空間定位裝置和自由空間定位方法來滿足這一需求和其他方面的要求，其將自由空間定位裝置的運(yùn)動精確轉(zhuǎn)換為用戶界面的指令，例如光標(biāo)移動。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，自由空間定位裝置包括多個加速度計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施方案，一種手持的用戶界面裝置，包括多個加速度計(jì)，各個所述加速度計(jì)提供與所述裝置的運(yùn)動相關(guān)的加速度數(shù)據(jù)；處理單元，用于將所述加速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠產(chǎn)生二維光標(biāo)運(yùn)動數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)；其中，所述處理單元進(jìn)一步處理所述加速度數(shù)據(jù)，以確定所述手持的用戶界面裝置何時處于靜態(tài)，并且當(dāng)所述手持的用戶界面裝置處于靜態(tài)時，對所述手持的用戶界面裝置重新校準(zhǔn)。附圖簡要說明附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，其中圖1描繪了娛樂系統(tǒng)的傳統(tǒng)遙控單元；圖2描繪了一種示例性媒體系統(tǒng)，在其中可以使用本發(fā)明的示例性實(shí)施方案；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的自由空間定位裝置；圖4示出了圖4中的包括兩個轉(zhuǎn)動傳感器和一個加速度計(jì)的自由空間定位裝置的局部剖視圖；圖5是示出了對與根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的自由空間定位裝置相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方框圖；圖6(a)-6(d)示出了傾斜的效果；圖7描繪了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的自由空間定位裝置的硬件結(jié)構(gòu)；圖8是描繪了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的靜態(tài)檢測裝置的狀態(tài)圖；圖9示出了與本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施方案相關(guān)聯(lián)的六個自由度；圖10描繪了用于對根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施方案的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的算法；圖11描繪了根據(jù)圖10中的示例性實(shí)施方案的自由空間定位裝置的硬件結(jié)構(gòu)；圖12描繪了根據(jù)圖10中的示例性實(shí)施方案的自由空間定位裝置的軟件結(jié)構(gòu)；圖13從算法的角度示出了圖9和圖10的示例性實(shí)施方案。具體實(shí)施例方式以下參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。不同附圖中的相同標(biāo)號表示相同或類似的元件。另外，以下詳細(xì)描述并非對本發(fā)明的限制。相反，本發(fā)明的范圍在所附權(quán)利要求中限定。為了給以下討論提供更好的上下文關(guān)系，首先參照圖2對在其中可以實(shí)施本發(fā)明的示例性集合媒體系統(tǒng)200進(jìn)行描述。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識到，本發(fā)明并不限制于在這一類型的媒體系統(tǒng)中實(shí)施，并且其中可以包括更多或更少的組件。其中，輸入/輸出(I/O)總線210將媒體系統(tǒng)200中的系統(tǒng)組件連接在一起。I/O總線210表示用于在媒體系統(tǒng)組件之間傳送信號的任何大量的不同的裝置和技術(shù)。例如，I/O總線210可以包括適當(dāng)數(shù)量的傳送音頻信號的獨(dú)立音頻“插塞式(patch)”電纜，傳送視頻信號的同軸電纜，傳送控制信號的雙線串行線或者紅外或射頻收發(fā)器，傳送其他類型信號的光纖或者任何其他傳送裝置。在本示例性實(shí)施方案中，媒體系統(tǒng)200包括與I/O總線210耦合的電視/監(jiān)測器212、盒式磁帶錄像機(jī)(VCR)214、數(shù)字視頻光盤(DVD)錄制/播放裝置216、音頻/視頻調(diào)諧器218以及光盤播放器220。VCR214、DVD216和光盤播放器220可以是單張盤或單盒帶裝置，或者可選地可以是多張盤或多盒帶裝置。以上裝置可以是獨(dú)立的單元或者整合在一起。另外，媒體系統(tǒng)200包括麥克風(fēng)/揚(yáng)聲器系統(tǒng)222、攝像機(jī)224和無線I/O控制裝置226。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，無線I/O控制裝置226是根據(jù)以下描述的示例性實(shí)施方案之一的自由空間定位裝置。無線I/O控制裝置226可通過例如IR或RF發(fā)送器或收發(fā)器與娛樂系統(tǒng)200通信?？蛇x地，I/O控制裝置可通過線與娛樂系統(tǒng)200相連接。娛樂系統(tǒng)200還包括系統(tǒng)控制器228。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施方案，系統(tǒng)控制器228用于存儲和播放可從多個娛樂系統(tǒng)數(shù)據(jù)源得到的娛樂系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以及控制與各個系統(tǒng)組件相關(guān)聯(lián)的更廣泛的特征變型。如圖2所示，如果需要，系統(tǒng)控制器228直接或間接地通過I/O總線210與各個系統(tǒng)組件耦合。在一個示例性實(shí)施方案中，除了I/O總線210之外、或者用于替代I/O總線210，系統(tǒng)控制器228設(shè)置有無線通信發(fā)送器(或收發(fā)器)，其能夠通過IR信號或者RF信號與系統(tǒng)組件通信。不管控制媒介如何，系統(tǒng)控制器228被構(gòu)造為通過以下所述的圖形用戶界面來控制媒體系統(tǒng)200的媒體組件。如圖2中進(jìn)一步所示，媒體系統(tǒng)200可被構(gòu)造為從各種媒體源和服務(wù)提供者處接收媒體項(xiàng)目。在本示例性實(shí)施方案中，媒體系統(tǒng)200從以下源中的任意一個或者全部接收媒體輸入，以及可選地向其發(fā)送信息，所述源包括電纜廣播230、衛(wèi)星廣播232(例如通過圓盤式衛(wèi)星電視天線)、廣播電視網(wǎng)234的甚高頻(VHF)或者超高頻(UHF)射頻通信(例如通過天線)、電話網(wǎng)絡(luò)236和線纜調(diào)制解調(diào)器238(或者其他的互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容源)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識到，關(guān)于圖2所示出和描述的媒體組件和媒體源僅是示例性的，并且該媒體系統(tǒng)200可以包括更多或更少的組件。例如，系統(tǒng)的其他類型的輸入包括AM/FM無線電廣播以及衛(wèi)星無線電廣播。在上述合并作為參考的美國專利申請“用于組織、選擇和啟動媒體項(xiàng)目的帶有可縮放的圖形用戶界面的控制架構(gòu)”中可以找到本示例性娛樂系統(tǒng)的更多細(xì)節(jié)以及與之相關(guān)的構(gòu)架?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明的遙控裝置也可結(jié)合其他系統(tǒng)使用，比如包括例如顯示器、處理器和存儲系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或者各種其他系統(tǒng)和應(yīng)用。如在
背景技術(shù)：
：部分所述，本說明書特別關(guān)注于用作自由空間指示器的遙控裝置。所述裝置使得能夠?qū)⑦\(yùn)動(例如手勢)轉(zhuǎn)換為用戶界面的指令。圖3中描繪了一種示例性的自由空間定位裝置400。其中，自由空間定位的用戶移動可由例如自由空間定位裝置400的x軸的姿勢(搖擺)、y軸的高度(俯仰)和/或z軸的方向(偏航)運(yùn)動的結(jié)合來定義。另外，本發(fā)明的某些示例性實(shí)施方案也可以測量自由空間定位裝置400沿著x、y和z軸的線性運(yùn)動，以產(chǎn)生光標(biāo)移動或者其他用戶界面指令。在圖3的示例性實(shí)施方案中，自由空間定位裝置400包括兩個按鈕402和404，以及滾輪406，而其他的示例性實(shí)施方案將包括其他的物理結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，按照預(yù)期，自由空間定位裝置400由在顯示器408前方的用戶握住，并且自由空間定位裝置400的運(yùn)動將被自由空間定位裝置轉(zhuǎn)換為輸出，所述輸出可用于對顯示器408上顯示的信息產(chǎn)生作用，例如，移動顯示器408上的光標(biāo)410。舉例來說，自由空間定位裝置400繞著y軸的轉(zhuǎn)動可由自由空間定位裝置400感測到，并轉(zhuǎn)換為可用于系統(tǒng)以沿著顯示器408的y2軸移動光標(biāo)410的輸出。類似地，自由空間定位裝置408繞著z軸的轉(zhuǎn)動可由自由空間定位裝置400感測到，并轉(zhuǎn)換為可用于系統(tǒng)以沿著顯示器408的x2軸移動光標(biāo)410的輸出。應(yīng)該意識到，自由空間定位裝置400的輸出能夠用來以不同于光標(biāo)移動的許多方式或者除了光標(biāo)移動之外的許多方式作用于顯示器408，例如，其可以控制光標(biāo)淡入，音量或者媒體傳送(播放、暫停、快進(jìn)和后退)。輸入指令可以包括除了光標(biāo)移動以外的操作，例如，在顯示器上特定區(qū)域上的放大或縮小。光標(biāo)可以是可見的或者不可見的。類似的，可以利用除了繞y軸和/或z軸轉(zhuǎn)動之外的(或者作為一種選擇)、所感測到自由空間定位裝置400繞著其x軸的轉(zhuǎn)動以提供對于用戶界面的輸入。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施方案，在圖4所示的自由空間定位裝置400中可以使用兩個轉(zhuǎn)動傳感器502和504以及一個加速度計(jì)506作為傳感器。轉(zhuǎn)動傳感器502和504可以使用例如模擬裝置公司(AnalogDevice)制造的ADXRS150傳感器。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠意識到，可以使用其他類型的轉(zhuǎn)動傳感器作為轉(zhuǎn)動傳感器502和504，而ADXRS150僅是一個示例。與傳統(tǒng)的陀螺儀不同，ADXRS150轉(zhuǎn)動傳感器利用MEMS技術(shù)來提供共振塊，其附著在框架上，從而可以僅沿著一個方向共振。當(dāng)傳感器所附接的主體繞傳感器感測軸線轉(zhuǎn)動時，共振塊被移位。利用科里奧利加速度效應(yīng)可對所述移位進(jìn)行測量，以確定與沿著感測軸線的轉(zhuǎn)動相關(guān)的角速度。如果轉(zhuǎn)動傳感器502和504具有單一的感測軸線(例如ADXRS150)，那么可將其安裝在自由空間定位裝置400中，使得它們的感測軸線與待測量的轉(zhuǎn)動對準(zhǔn)。對于本發(fā)明的本示例性實(shí)施方案，這表示轉(zhuǎn)動傳感器502被安裝為其感測軸線與y軸平行，而轉(zhuǎn)動傳感器504被安裝為其感測軸線與z軸平行，如圖4所示。然而，應(yīng)該注意到，不需要將轉(zhuǎn)動傳感器502和504的感測軸線平行于所期望的測量軸線對準(zhǔn)，因?yàn)楸景l(fā)明的示例性實(shí)施方案還提供了用于對軸線之間的偏移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。在實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的示例性自由空間定位裝置400時，所要面對的一個挑戰(zhàn)是組件的使用，例如轉(zhuǎn)動傳感器500和502，其并非非常昂貴，但是其同時在自由空間定位裝置400的運(yùn)動之間提供了高的相關(guān)度，以及用戶對于用戶界面如何對自由空間定位裝置的特定運(yùn)動進(jìn)行響應(yīng)、和用戶界面響應(yīng)于所述運(yùn)動的實(shí)際的性能的期望。例如，如果自由空間定位裝置400沒有運(yùn)動，那么用戶將會期望光標(biāo)不會在屏幕上漂移。類似地，如果用戶只繞著y軸轉(zhuǎn)動自由空間定位裝置400，他或她將期望不會看見光標(biāo)在顯示器408上產(chǎn)生包含了任何顯著的X2軸分量的運(yùn)動。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的這些和其他方面，通過手持裝置400執(zhí)行了各種測量和計(jì)算，以調(diào)整一個或多個傳感器502、504和506的輸出、和/或作為處理器用來根據(jù)傳感器502、504和506的輸出確定用于用戶界面的合適輸出的輸入的一部分。所述測量和計(jì)算用于對以下因素進(jìn)行補(bǔ)償，其大體分為兩類(1)自由空間定位裝置400的固有因素，例如與裝置400中所用的特定傳感器502、504和506或者傳感器在裝置400上的安裝方式相關(guān)的誤差，以及(2)并非自由空間定位裝置400固有的、但是與用戶使用自由空間定位裝置400的方式相關(guān)的因素，例如，線性加速度、傾斜以及顫動。以下將描述用于處理這些效應(yīng)的示例性技術(shù)。圖5中示出了一種處理模塊600，其描繪了根據(jù)本發(fā)明一個示例性實(shí)施方案的自由空間定位裝置的一般操作。轉(zhuǎn)動傳感器502和504，以及加速度計(jì)506產(chǎn)生周期性采樣(例如200次/秒)的模擬信號。出于本次討論的目的，一組輸入應(yīng)表示為(x，y，z，αy，αz)，其中x、y、z是示例性的三軸加速度計(jì)506的采樣輸出值，其分別與自由空間定位裝置在x軸、y軸和z軸方向的加速度相關(guān)，αy是與自由空間定位裝置繞著y軸的轉(zhuǎn)動相關(guān)的轉(zhuǎn)動傳感器502的采樣輸出值，αz是與自由空間定位裝置400繞著z軸的轉(zhuǎn)動相關(guān)的轉(zhuǎn)動傳感器504的采樣輸出值。加速度計(jì)506提供輸出，并且如果加速度計(jì)506的輸出為模擬輸出的話，其輸出將被采樣并且由A/D轉(zhuǎn)換器(未示出)數(shù)字化，以產(chǎn)生采樣的加速度計(jì)輸出602。采樣的輸出值由原始單位被轉(zhuǎn)換為加速度單位，例如重力(g)，由轉(zhuǎn)換功能模塊604表示。加速度校準(zhǔn)模塊606提供了供轉(zhuǎn)換功能模塊604使用的值。加速度計(jì)輸出模塊602的這一校準(zhǔn)可以包括，例如對一個或多個與加速度計(jì)506相關(guān)的比例(scale)、偏移和軸對準(zhǔn)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。對于加速度計(jì)數(shù)據(jù)的示例性轉(zhuǎn)換可通過以下方程來實(shí)現(xiàn)A＝S*((M-P).*G(T))(1)其中M是由采樣輸出值(x，y，z)組成的3×1列向量，P是傳感器偏移的3×1的列向量，S是包括比例、軸失準(zhǔn)以及傳感器轉(zhuǎn)動補(bǔ)償?shù)?×3矩陣。G(T)是作為溫度函數(shù)的增益系數(shù)。算符“*”表示矩陣相乘，算符“.*”表示元素相乘。示例性的加速度計(jì)506具有示例性的滿量程+/-2g。傳感器偏移P表示加速度計(jì)測量為0g時的傳感器輸出M。比例表示采樣的單位值和g之間的轉(zhuǎn)換因子。由于例如制造過程中的不同，任何給定的加速度計(jì)實(shí)際的比例可能會偏離標(biāo)稱比例值。因此，以上方程中的比例因子將與所述偏離成比例。可通過例如沿著一個軸線施加1g的力并測量結(jié)果R1來測得加速度計(jì)506比例和偏差。然后，施加-1g的力以產(chǎn)生測量值R2。單獨(dú)的軸比例s和單獨(dú)的軸偏移p可如下計(jì)算s＝(R1-R2)/2(2)p＝(R1+R2)/2(3)在這種簡單的情況下，P是對于各個軸的p的列向量，S是的對于各個軸的l/s的對角矩陣。然而，除了比例和偏移之外，加速度計(jì)506所產(chǎn)生的讀數(shù)也受到交叉軸(cross-axis)效果的影響。交叉軸效果包括軸的失準(zhǔn)，例如，當(dāng)加速度計(jì)506安裝在自由空間定位裝置400中時，其一個或多個感測軸線未與參考慣性坐標(biāo)系中的相應(yīng)的軸線對準(zhǔn)；或者與加速度計(jì)506本身的加工相關(guān)的機(jī)械誤差，例如，即使在軸完全對準(zhǔn)的情況下，單純的y軸加速度力可能會產(chǎn)生沿著加速度計(jì)506的z軸的傳感器讀數(shù)。以上這些誤差都可以被測量，并且增加至由功能模塊606執(zhí)行的校準(zhǔn)。在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的示例性自由空間定位裝置中，加速度計(jì)506起到多種作用。舉例來說，如果轉(zhuǎn)動傳感器502和504通過上述示例性的科里奧利效應(yīng)轉(zhuǎn)動傳感器實(shí)現(xiàn)，那么轉(zhuǎn)動傳感器502和504的輸出將根據(jù)各個轉(zhuǎn)動傳感器所感測到的線性加速度變化。因此，加速度計(jì)506的一個示例性應(yīng)用是補(bǔ)償由線性加速度的變化而產(chǎn)生的、轉(zhuǎn)動傳感器502和504的讀數(shù)中的波動。這一點(diǎn)可以通過將轉(zhuǎn)換后的加速度計(jì)讀數(shù)乘以增益矩陣610以及從相應(yīng)的采樣轉(zhuǎn)動傳感器數(shù)據(jù)612中減去所得結(jié)果(或者將所得結(jié)果與相應(yīng)的采樣轉(zhuǎn)動傳感器數(shù)據(jù)612相加)來實(shí)現(xiàn)。舉例來說，對于線性加速度，可以在模塊614中對來自于轉(zhuǎn)動傳感器502的采樣的轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)αy進(jìn)行補(bǔ)償αy′＝αy-C*A(4)其中C是轉(zhuǎn)動傳感器對于沿著各個軸的線性加速度在給定的單位/g下的靈敏度的1×3行向量，A是校準(zhǔn)的線性加速度。類似地，可在模塊614中提供轉(zhuǎn)動傳感器504的采樣轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)αz的線性加速度補(bǔ)償。由于制造工藝中的差異，不同轉(zhuǎn)動傳感器的增益矩陣C是不同的。對于多個轉(zhuǎn)動傳感器，C可以利用平均值計(jì)算，或者可以對于各個轉(zhuǎn)動傳感器進(jìn)行特定計(jì)算。與加速度計(jì)數(shù)據(jù)類似，然后在功能模塊616處將采樣的轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)612從采樣的單位值轉(zhuǎn)換為與角旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的值，例如弧度/秒。這一轉(zhuǎn)換步驟還可以包括由功能模塊618提供的校準(zhǔn)，以對采樣的轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)的例如比例和偏移進(jìn)行補(bǔ)償。可以通過例如以下方程來進(jìn)行αy和αz的轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn)α弧度/秒＝(α′-偏移(T))*比例+d偏移(5)其中α′表示被轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn)的值，“偏移(T)”表示與溫度相關(guān)的偏移值，“比例”表示采樣的單位值與弧度/秒之間的轉(zhuǎn)換因子，“d偏移”表示動態(tài)偏移值。方程(5)可以作為矩陣方程被執(zhí)行，在這種情況下，除比例之外的所有變量均為向量。在矩陣方程形式下，比例對軸失準(zhǔn)和轉(zhuǎn)動偏移因子進(jìn)行校正。以下將對各個所述變量進(jìn)行詳細(xì)描述。偏移值“偏移(T)”和“d偏移”可以由多種方法確定。當(dāng)自由空間定位裝置400沒有在例如y軸方向轉(zhuǎn)動時，傳感器502將輸出其偏移值。然而，該偏移值會極大地受到溫度的影響，因此其很可能是變化的。偏移溫度校準(zhǔn)可以在工廠中進(jìn)行，在這種情況下，“偏移(T)”的值(s)可以預(yù)編程至自由空間定位裝置400內(nèi)，或者，可選地，也可以在裝置的使用壽命內(nèi)動態(tài)地學(xué)習(xí)偏移溫度校準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)動態(tài)偏移補(bǔ)償，在轉(zhuǎn)動校準(zhǔn)功能模塊618中使用來自于溫度傳感器619的輸入，以計(jì)算“偏移(T)”的當(dāng)前值。“偏移(T)”參數(shù)從傳感器讀數(shù)中去除了主要的偏移偏離。然而，在零運(yùn)動時去除幾乎所有的光標(biāo)漂移對于制造高性能的定位裝置是有用的。因此，可以在自由空間定位裝置400使用時動態(tài)地計(jì)算附加的因子“d偏移”。靜態(tài)(stationary)檢測功能模塊608確定手持裝置何時可能穩(wěn)定以及何時需要重新計(jì)算偏移。以下將描述實(shí)現(xiàn)靜態(tài)檢測功能模塊608的示例性技術(shù)以及其另外的用途?！癲偏移”計(jì)算的一個示例性實(shí)施方法利用了經(jīng)過低通濾波的校準(zhǔn)的傳感器輸出。靜態(tài)輸出檢測功能模塊608向轉(zhuǎn)動校準(zhǔn)功能模塊618提供指示以觸發(fā)例如低通濾波器輸出平均值的計(jì)算。靜態(tài)輸出檢測功能模塊608還可以控制何時將最新計(jì)算的平均值與現(xiàn)有的“d偏移”值相乘。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到，可以使用多種不同的技術(shù)來由現(xiàn)有的“d偏移”值計(jì)算新的“d偏移”值，而新的平均值包括但不限于簡單求平均值、低通濾波和卡爾曼濾波。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到，可以使用轉(zhuǎn)動傳感器502和504的多種不同的偏移補(bǔ)償。舉例來說，“偏移(T)”功能模塊可以具有恒定值(例如，溫度不變量)，對于偏移補(bǔ)償，可以使用多于兩個的偏移補(bǔ)償值，和/或僅計(jì)算/使用單個偏移值。在模塊616處進(jìn)行轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn)后，可在功能模塊620中對來自于轉(zhuǎn)動傳感器502和504的輸入進(jìn)行進(jìn)一步處理，以將這些輸入轉(zhuǎn)動到參考慣性坐標(biāo)系，即，對與使用者握持自由空間定位裝置400的方式相關(guān)的傾斜進(jìn)行補(bǔ)償。傾斜修正是本發(fā)明的某些示例性實(shí)施方案的另一個重要方面，其用意在于補(bǔ)償根據(jù)本發(fā)明的自由空間定位裝置使用模式中存在的不同。更具體地，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的傾斜修正的用意在于對這樣的事實(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，即，使用者在手中以不同的x軸轉(zhuǎn)動位置握住定位裝置，但是自由空間定位裝置400中的轉(zhuǎn)動傳感器502和504的感測軸是固定的。希望光標(biāo)穿過顯示器408的平移基本上不會受到使用者抓握自由空間定位裝置400的方式的影響，例如不考慮使用者握住自由空間定位裝置400的方向，以通常對應(yīng)于顯示器508的水平維度(x2軸)的方式來回轉(zhuǎn)動自由空間定位裝置400將使得光標(biāo)沿著x2軸平移，而以通常對應(yīng)于顯示器508的垂直維度(y2軸)的方式上下轉(zhuǎn)動自由空間定位裝置將使得光標(biāo)沿著y2軸平移。為了更好地理解根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的傾斜補(bǔ)償?shù)谋匾?，請參照圖6(a)中的示例。其中，使用者在示例性的參考慣性坐標(biāo)系中握住自由空間定位裝置400，其可被定義為在x軸上的轉(zhuǎn)動值為0度。所述參考慣性坐標(biāo)系可以(僅作為示例)對應(yīng)于圖6(a)中所示的方向，或者可以被定義為其他方向。自由空間定位裝置400在y軸或z軸方向上的轉(zhuǎn)動將分別由轉(zhuǎn)動傳感器502和504感測。舉例來說，自由空間定位裝置400繞著z軸所作的量為Δz的轉(zhuǎn)動(如圖6(b)所示)，將會產(chǎn)生光標(biāo)在顯示器408上的x2軸方向上的相應(yīng)平移Δx2(即，光標(biāo)410的虛線形式和實(shí)線形式之間的距離)。另一方面，如果使用者以不同的方向握住自由空間定位裝置400，例如相對于參考慣性坐標(biāo)系在x軸上有一定量的轉(zhuǎn)動，則傳感器502和504所產(chǎn)生的信息將不能(沒有傾斜補(bǔ)償)準(zhǔn)確地表示用戶想要實(shí)現(xiàn)的界面運(yùn)動。舉例來說，參照圖6(c)，考慮這樣一種情況，即使用者以相對于圖6(a)所示的示例性參考慣性坐標(biāo)系在x軸上具有45度轉(zhuǎn)動地握住自由空間定位裝置400。假定使用者進(jìn)行相同的z軸轉(zhuǎn)動Δz，光標(biāo)410將在x2軸和y2軸兩個方向上產(chǎn)生平移，如圖6(d)所示。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)動傳感器502的感測軸線被定向?yàn)樵趛軸和z軸之間(由使用者手中的裝置的方向所導(dǎo)致)。類似地，轉(zhuǎn)動傳感器504的感測軸線也被定向?yàn)樵趛軸和z軸之間(雖然是在不同的象限)。為了提供在自由空間定位裝置400是如何被握住的方面對于用戶是可知的界面，作為將來自于轉(zhuǎn)動傳感器502和504的讀數(shù)處理為表示自由空間定位裝置400的轉(zhuǎn)動運(yùn)動的處理過程的一部分，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的傾斜補(bǔ)償將來自于轉(zhuǎn)動傳感器502和504的讀數(shù)輸出轉(zhuǎn)換到參考慣性坐標(biāo)系中。返回到圖5，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，可以在功能模塊622通過利用接收自加速度計(jì)506的輸入y和z來確定自由空間定位裝置400的傾斜，從而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。更具體地，在如上所述地進(jìn)行了加速度數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和校準(zhǔn)后，可以在LPF624處對加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波，從而為傾斜確定功能模塊622提供平均的加速度(重力)值。然后可在功能模塊622中對傾斜θ計(jì)算如下θ=tan-1(yz)---(7)]]>值θ可由atan2(y，z)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，以防止除數(shù)為零并給出正確的符號。然后功能模塊620將利用以下方程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn)的輸入αy和αz的旋轉(zhuǎn)RR=cosθsinθ-sinθcosθ·αyαz---(8)]]>從而旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn)的輸入αy和αz，以補(bǔ)償傾斜θ。一旦對校準(zhǔn)的傳感器讀數(shù)進(jìn)行了線性加速度補(bǔ)償、并將其處理為表示自由空間定位裝置400的角旋轉(zhuǎn)的讀數(shù)、以及進(jìn)行了傾斜補(bǔ)償之后，即可在模塊626和628中進(jìn)行后處理。示例性的后處理可包括各種因素(例如人的顫動)的補(bǔ)償?？梢允褂枚喾N不同的方法來去除顫動，其中一種去除顫動的方法是利用滯后作用(hysteresis)。轉(zhuǎn)動功能模塊620所產(chǎn)生的角速度被積分以產(chǎn)生角位置。然后對角位置應(yīng)用校準(zhǔn)的量級的滯后作用。對滯后模塊的輸出求導(dǎo)以再次產(chǎn)生角速度。然后在功能模塊628處對得到的輸出進(jìn)行換算(例如根據(jù)采樣周期)，并利用所述輸出在界面內(nèi)產(chǎn)生結(jié)果，例如光標(biāo)410在顯示器408上的運(yùn)動。在提供了根據(jù)本發(fā)明的示例性自由空間定位裝置的處理過程描述之后，圖7示出了一種示例性的硬件結(jié)構(gòu)。其中處理器800與自由空間定位裝置的其他元件通信，包括滾輪802、JTAG804、LED806、開關(guān)矩陣808、IR光電探測器810、轉(zhuǎn)動傳感器812、加速度計(jì)814以及收發(fā)器816。滾輪802是可選的輸入部件，其使得用戶可以通過順時針或逆時針轉(zhuǎn)動滾輪802來為界面提供輸入。JTAG804為處理器提供界面的編程和調(diào)試。LED806為用戶提供可視化反饋，例如當(dāng)按鈕被按下時。開關(guān)矩陣808接收輸入，例如自由空間定位裝置400上的按鈕被按下或松開的指示，然后將其傳輸?shù)教幚砥?00?？梢栽O(shè)置可選的IR光電探測器810以使得示例性自由空間定位裝置可以從其他遙控裝置接收IR碼。轉(zhuǎn)動傳感器812為處理器800提供關(guān)于例如上述自由空間定位裝置的y軸和z軸轉(zhuǎn)動的讀數(shù)。加速度計(jì)814為處理器800提供關(guān)于自由空間定位裝置400的線性加速度的讀數(shù)，可以如上所述地利用線性加速度來進(jìn)行例如傾斜補(bǔ)償、或者例如對線性加速度引入到轉(zhuǎn)動傳感器812產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動讀數(shù)內(nèi)的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。收發(fā)器816用于與自由空間定位裝置400進(jìn)行信息通信，例如發(fā)送信息到系統(tǒng)控制器228或者與計(jì)算機(jī)相連的處理器。收發(fā)器816可以是(例如根據(jù)用于短程無線通信的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作的)無線收發(fā)器，或者紅外收發(fā)器?？蛇x地，自由空間定位裝置400可以通過有線連接與系統(tǒng)進(jìn)行通信。以上曾簡要提及的靜態(tài)檢測功能模塊608可用于確定自由空間定位裝置400是處于(例如)靜態(tài)還是動態(tài)(active)(運(yùn)動狀態(tài))。這一分類可通過多種不同的方法來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，一種方法是在預(yù)定的窗口(例如每秒的四分之一)內(nèi)計(jì)算所有輸入(x，y，z，αy，αz)的采樣輸入數(shù)據(jù)的變化。然后將所述變化與閾值進(jìn)行比較，以劃分空間定位裝置是處于靜態(tài)還是動態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的另一個靜態(tài)檢測技術(shù)包括通過例如對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)來將輸入轉(zhuǎn)換到頻域內(nèi)。然后，可以利用例如峰值檢測方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定自由空間定位裝置是處于靜態(tài)還是動態(tài)。另外，也可以區(qū)分出第三類，特別是在用戶握住自由空間定位裝置400但是并未移動它的情況下(在此也稱為穩(wěn)態(tài)(stable))。通過檢測當(dāng)自由空間定位裝置400被用戶握住時、由用戶手的顫動引入的自由空間定位裝置400的小的運(yùn)動，可以將所述第三類與靜態(tài)(未握住)和動態(tài)區(qū)分開來，也可由靜態(tài)檢測功能模塊608利用峰值檢測來進(jìn)行所述判定。人類顫動頻率范圍內(nèi)的峰值(例如通常為8-12Hz)將典型地超過裝置的噪聲層(裝置未靜止并且未被握住時的值)約20dB。在上述示例中，是在特定的頻率范圍內(nèi)感測頻域中的變化，然而待被監(jiān)測的并用于確定自由空間定位裝置400狀態(tài)的實(shí)際頻率范圍可以不同。舉例來說，根據(jù)例如人機(jī)工程學(xué)和自由空間定位裝置400的重量，標(biāo)稱的顫動頻率范圍可以從8-12Hz偏移到4-7Hz。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實(shí)施方案，靜態(tài)檢測功能模塊608可以包括狀態(tài)機(jī)。圖12中示出了示例性的狀態(tài)機(jī)。其中，在本示例中，動態(tài)為默認(rèn)狀態(tài)，在所述默認(rèn)狀態(tài)期間，自由空間定位裝置400被移動并被用于例如為用戶界面提供輸入。自由空間定位裝置400可以在裝置通電的狀態(tài)下進(jìn)入動態(tài)，其由復(fù)位輸入表示。如果自由空間定位裝置400停止移動，其將進(jìn)入非動態(tài)(INACTIVE)。圖12中所示的不同狀態(tài)轉(zhuǎn)換可以由多個不同的條件觸發(fā)，所述條件包括但不限于來自于轉(zhuǎn)動傳感器502和504中一個或兩個的數(shù)據(jù)輸出、來自于加速度計(jì)506的數(shù)據(jù)輸出、時域數(shù)據(jù)、頻域數(shù)據(jù)或者其任何的結(jié)合。在此一般提到的狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件按照慣例由“條件狀態(tài)A→狀態(tài)B”表示。舉例來說，當(dāng)具備條件動態(tài)→非動態(tài)時，自由空間定位裝置400將從動態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉莿討B(tài)。僅出于說明的目的，在示例性自由空間定位裝置400中，當(dāng)來自于轉(zhuǎn)動傳感器和加速度計(jì)的平均值和/或標(biāo)準(zhǔn)偏離值在第一預(yù)定時間周期的第一預(yù)定閾值之下時，認(rèn)為條件動態(tài)→非動態(tài)能夠發(fā)生。根據(jù)解析后的傳感器輸出，可通過大量不同的條件來確定狀態(tài)轉(zhuǎn)換。示例性的條件度量標(biāo)準(zhǔn)包括在時間窗口上解析的信號的變化，參考值和在時間窗口上解析的信號之間的閾值、參考值和在時間窗口上濾波的解析的信號之間的閾值、以及參考值和來自于起動時間的解析的信號之間的閾值可用于確定狀態(tài)轉(zhuǎn)換。這些條件度量標(biāo)準(zhǔn)的全部或其任意組合可用來觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換?？蛇x地，也可以使用其他度量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施方案，從非動態(tài)到動態(tài)的轉(zhuǎn)換在以下任意一種情況下發(fā)生(1)時間窗口上傳感器輸出的平均值大于預(yù)定閾值，或者(2)時間窗口上傳感器輸出值的變化大于預(yù)定閾值，或者(3)傳感器值之間的瞬間增量(Δ)大于預(yù)定閾值。非動態(tài)使得靜態(tài)檢測裝置608能夠區(qū)分暫停(暫停期間自由空間定位裝置400仍被使用，例如大約十分之一秒左右)與實(shí)際轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)或靜態(tài)情況。這樣使得以下所述的在穩(wěn)態(tài)和靜態(tài)期間執(zhí)行的功能不會在自由空間定位裝置使用期間被無意地執(zhí)行。當(dāng)條件非動態(tài)→動態(tài)發(fā)生時，例如，如果自由空間定位裝置400又開始移動，從而來自于轉(zhuǎn)動傳感器和加速度計(jì)的測量輸出在非動態(tài)內(nèi)的第二預(yù)定時間周期過去之前超過第一閾值，則自由空間定位裝置400將會轉(zhuǎn)換回動態(tài)。在第二預(yù)定時間周期經(jīng)過后，自由空間定位裝置400將會轉(zhuǎn)換至穩(wěn)態(tài)或靜態(tài)。如前所述，穩(wěn)態(tài)表示自由空間定位裝置400被人握住但是基本上沒有移動的狀態(tài)，而靜態(tài)表示自由空間定位裝置400未被人握住的狀態(tài)。因此，如果存在與手的顫動相關(guān)的最小化運(yùn)動，那么在第二預(yù)定時間周期經(jīng)過后，根據(jù)本發(fā)明的示例性狀態(tài)機(jī)能夠提供向穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)換，否則將轉(zhuǎn)換到靜態(tài)。穩(wěn)態(tài)和靜態(tài)限定了自由空間定位裝置400可在其內(nèi)執(zhí)行各種功能的時期。舉例來說，由于穩(wěn)態(tài)意為表示用戶握住自由空間定位裝置400但是未移動它的時期，則所述裝置可以例如通過存儲這一狀態(tài)內(nèi)轉(zhuǎn)動傳感器和/或加速度計(jì)的輸出，來記錄自由空間定位裝置400處于穩(wěn)態(tài)期間的運(yùn)動。這些存儲的測量結(jié)果可用于確定以下所述的特定的用戶的顫動模式。類似地，當(dāng)處于靜態(tài)時，自由空間定位裝置400可從轉(zhuǎn)動傳感器和/或加速度計(jì)獲取讀數(shù)以用于補(bǔ)償偏移，如上所述。如果自由空間定位裝置400在處于穩(wěn)態(tài)或靜態(tài)的情況下開始移動，則其可以觸發(fā)返回到動態(tài)。否則，在獲取了測量結(jié)果后，裝置可以轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)處于休眠狀態(tài)時，裝置可以進(jìn)入斷電模式，其中自由空間定位裝置的功率消耗降低，并且例如轉(zhuǎn)動傳感器和/或加速度計(jì)的采樣率也降低。也可以通過外部指令進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而用戶或者其他裝置可以發(fā)出指令使得自由空間定位裝置400進(jìn)入休眠狀態(tài)。在收到另一個指令后，或者如果自由空間定位裝置400開始移動時，所述裝置能夠從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變到喚醒狀態(tài)。和非動態(tài)一樣，喚醒狀態(tài)為裝置提供了確認(rèn)轉(zhuǎn)變到動態(tài)是否正確(例如，自由空間定位裝置400不是被無意地推動)的機(jī)會。用于狀態(tài)轉(zhuǎn)變的條件可以是對稱的，也可以是不同的。因此，與條件動態(tài)→非動態(tài)關(guān)聯(lián)的閾值可以同與條件非動態(tài)→動態(tài)關(guān)聯(lián)的閾值相同(或不同)。這就使得根據(jù)本發(fā)明的自由空間定位裝置能夠更加準(zhǔn)確地捕獲用戶的輸入。例如，包括狀態(tài)機(jī)的示例性實(shí)施方案尤其允許用于轉(zhuǎn)變到靜態(tài)的閾值不同于用于從靜態(tài)轉(zhuǎn)變出來的閾值。進(jìn)入或離開狀態(tài)還可以用來觸發(fā)裝置的其他功能。例如，用戶界面可以基于從任意狀態(tài)到動態(tài)的轉(zhuǎn)變而被通電。相反，自由空間裝置和/或用戶界面可以在自由空間裝置從動態(tài)(或穩(wěn)態(tài))轉(zhuǎn)變到靜態(tài)(或非動態(tài))時被關(guān)閉(進(jìn)入休眠模式)。作為一種選擇，光標(biāo)410可以基于自由空間定位裝置400從靜態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變或轉(zhuǎn)變到靜態(tài)，而顯示在屏幕上或從屏幕消失。如上所述，穩(wěn)態(tài)能夠用來記錄顫動數(shù)據(jù)。通常，每個用戶會具有不同的顫動模式。用戶顫動的這種屬性還可以用來識別用戶。例如，在需要用戶將自由空間定位裝置盡可能地保持穩(wěn)定(例如)20秒鐘的初始化處理過程當(dāng)中，系統(tǒng)可以記住用戶的顫動模式(要么存儲在自由空間定位裝置400中，要么傳輸?shù)较到y(tǒng)中)。該模式可以用來作為用戶獨(dú)特簽名來執(zhí)行各種用戶界面功能。例如，用戶界面可以通過將當(dāng)前的顫動模式與存儲在存儲器中的模式進(jìn)行比較來從用戶組中識別用戶。該識別可以接著被用來例如獲得與所識別出的用戶相關(guān)聯(lián)的偏好設(shè)置。例如，如果將自由定位裝置與通過引用而并入的專利申請中描述的媒體系統(tǒng)一起使用，則在系統(tǒng)通過對顫動模式進(jìn)行比較識別出用戶后，能夠激活與該用戶關(guān)聯(lián)的媒體選擇項(xiàng)目顯示偏好。使用顫動識別還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全，例如，基于在用戶拿起自由空間定位裝置400后對用戶的識別，可以禁止或限制其對系統(tǒng)的訪問。在圖4所示的示例性實(shí)施方案中，自由空間定位裝置400包括兩個轉(zhuǎn)動傳感器502和504，以及加速度計(jì)506。然而，根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性的實(shí)施方案，自由空間定位裝置可以可選地僅包括一個轉(zhuǎn)動傳感器(例如，用于測量在z軸方向的角速度)和加速度計(jì)。對于該示例性的實(shí)施方案，可以通過使用加速度計(jì)來確定上述轉(zhuǎn)動傳感器未感測的沿著軸線的角速度，而獲得上述相似的功能。例如，可以使用加速度計(jì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和下面的公式來計(jì)算繞y軸的旋轉(zhuǎn)速度ωγ=∂θγ∂t=∂∂ttan-1(xz)---(9)]]>此外，還可以去除轉(zhuǎn)動傳感器未測量的寄生加速度效應(yīng)。這些效應(yīng)包括實(shí)際的線性加速度、由于旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)加速度而產(chǎn)生的加速度、以及由于人為顫動而產(chǎn)生的加速。根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性的實(shí)施方案，用戶界面裝置僅使用加速度計(jì)。如圖9所示，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施方案的3-D手持裝置測量6個自由度(6DOF)，即，x、y、z、偏航、俯仰和搖擺。雖然圖9顯示了歐拉角(偏航、俯仰和搖擺)，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，該示例性的實(shí)施方案還包括其它的表示方式，例如四元方式(quaternion)。6DOF裝置能夠在顯示器和用戶輸入之間進(jìn)行自然的映射。例如，為了將指示器向上移動，用戶將手持裝置向上移動。根據(jù)該示例性實(shí)施方案的手持裝置還可以更加直觀地選擇對象。例如，用戶可以將手持裝置朝向或遠(yuǎn)離屏幕移動，而不是點(diǎn)擊按鈕。又例如，用戶可以簡單地朝前或向后傾斜鼠標(biāo)，而不是使用通用的屏幕上的前后按鈕?；谖C(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的精確和廉價(jià)的加速度計(jì)的出現(xiàn)，使家庭消費(fèi)者有可能使用這項(xiàng)技術(shù)。與測量角轉(zhuǎn)動的陀螺儀不同，加速度計(jì)測量線性加速度。傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航依賴于三個陀螺儀和三個加速度計(jì)，它們中的每一個都用于六個自由度。但是，傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的成本和尺寸都限制了消費(fèi)者的手持裝置。該示例性實(shí)施方案的手持裝置使用了三個三維加速度計(jì)的組合隨時確定其位置和方向。然而，可以使用相同的算法來使用其他的四元和加速度計(jì)結(jié)構(gòu)。根據(jù)示例性實(shí)施方案的手持裝置依賴于三點(diǎn)確定一個平面的基本幾何原理?？梢栽黾悠渌狞c(diǎn)來提高準(zhǔn)確性。三個加速度計(jì)共同的加速表示整個手持裝置在加速(以x、y或z方向移動)。加速度計(jì)之間的加速不同表示手持裝置的方向產(chǎn)生了改變(以偏航、俯仰和搖擺方向移動)。下面的幾個方面使得基于加速度計(jì)的6DOF系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)變得復(fù)雜。首先，因?yàn)閷铀俣冗M(jìn)行二重積分來計(jì)算位置，所以加速度測量誤差會導(dǎo)致二次冪的位置測量誤差。其次，必須精確地跟蹤重力矢量，這是因?yàn)橹亓κ窍鄬τ谑殖盅b置的方位進(jìn)行變化的常數(shù)加速度矢量。對于測量誤差來說，MEMS加速度計(jì)不是絕對準(zhǔn)確的，在計(jì)算位置時會引入誤差。然而，加速度中的線性不準(zhǔn)確并不重要。盡管位置誤差是二次冪的，但是根據(jù)該示例性實(shí)施方案的裝置可以使用絕對和相對坐標(biāo)系統(tǒng)。對于相對坐標(biāo)系統(tǒng)，實(shí)際移動距離(由英尺或米來表示)可以使用敏感設(shè)置(例如，像在鼠標(biāo)驅(qū)動中公知的那樣)來任意調(diào)整。然而，跟隨時間和溫度而產(chǎn)生的平均值不為零的非線性誤差(還被稱為“漂移”，其為MEMS加速度計(jì)的特性)會使得鼠標(biāo)產(chǎn)生恒定的加速度。不需要適當(dāng)?shù)奶幚恚瑢τ陟o態(tài)的手持裝置的指示器將出現(xiàn)以加速離開屏幕。在將原始的模擬加速度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號時，量化會引入測量誤差，從而使得計(jì)算更加困難。根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施方案的裝置包括的算法具有線性和非線性成分，來容忍和校正加速度計(jì)中的公知誤差模式，如圖10所示。其中，加速度數(shù)據(jù)采樣1000以例如3×3的矩陣形式提供到誤差過濾功能模塊1010。經(jīng)過過濾的值接著根據(jù)與比例和/或偏移相關(guān)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，從電壓單位/重力單位(V/g)轉(zhuǎn)換(模塊1020)為加速度單位(g)，例如上述示例性實(shí)施方案所描述的那樣。原始的加速度數(shù)據(jù)在模塊1030中通過減去與手持裝置的方位相關(guān)的重力值和加速度誤差(分別在模塊1040和1050中計(jì)算出)而精確化。重力是在用戶傾斜手持裝置時相對于手持裝置改變的常數(shù)加速度。如果重力被曲解為實(shí)際的加速度，則屏幕上的指示器將會不確定地加速。指示器的失控使得用戶界面將不再可用。這種示例性的實(shí)施方案使用向量操縱來將原始的加速度數(shù)據(jù)處理為方位。接著計(jì)算出重力向量，并從結(jié)果中將其減去。之后計(jì)算由重力向量測量產(chǎn)生的誤差，并將其從后面的測量中減去。然后，在模塊1060基于手持裝置的幾何狀態(tài)(geometry)，將經(jīng)過精確化的加速度值幾何地轉(zhuǎn)換。對模塊1060的輸出進(jìn)行校正，用于在模塊1090中根據(jù)加速度數(shù)據(jù)來確定實(shí)際的位置之前，進(jìn)行位置誤差估計(jì)(模塊1070和1080)。接著，在將位置數(shù)據(jù)輸出為速度信息之前，將其微分(模塊1100)，并且在模塊1110中對其進(jìn)行非線性處理。幾何轉(zhuǎn)換單元1060還可以將數(shù)據(jù)輸出到方位確定單元1020，方位確定單元1020以例如與上述方式相似的方式確定手持裝置的方位，從而為方位誤差估計(jì)單元1050和重力向量計(jì)算單元1040提供輸入，以及輸出手持裝置的角度方位的指示。上述算法能夠可選地結(jié)合用戶交互模式，以利用常規(guī)的用戶界面動作來再校準(zhǔn)手持裝置，如模塊1130和1140所示。例如，用戶在選擇物體或“點(diǎn)擊”之前，通常會停止移動指示器。在這種模式下，手持裝置的算法使用在特殊階段讀數(shù)的加權(quán)平均，來提供用于對重力和位置進(jìn)行再校準(zhǔn)的輸入。本發(fā)明的示例性實(shí)施方案能夠使算法處理在手持裝置(用于獨(dú)立的解決方案)或主機(jī)上執(zhí)行。手持裝置和主機(jī)之間的鏈路可以是下面任意技術(shù)中的一種(包括但不限于)RF、藍(lán)牙、Zigbee和IR，這些技術(shù)中的一些在圖11和12的示例性方框圖的硬件和軟件平臺中分別示出。在獨(dú)立的解決方案中，手持裝置向主機(jī)發(fā)送經(jīng)過處理的位置和方位信息。在主機(jī)執(zhí)行算法處理時，手持裝置將原始加速度數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)。圖13從算法的角度示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。在圖13中，灰色的三角1300表示出了在其拐角手持裝置具有三個加速度計(jì)(圓點(diǎn))。加速度計(jì)如上所述地測量手持裝置的加速度，例如通過箭頭A0-A3來表示。一對軸1302和1304分別表示手持裝置局部(locally)和相對于任意參考點(diǎn)的當(dāng)前方位。上述示例性實(shí)施方案用來作為本發(fā)明的示例，而不是對本發(fā)明加以限制。因此，本發(fā)明能夠在詳細(xì)實(shí)現(xiàn)時進(jìn)行多種變化，這些變化是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從包含在本申請中的說明中推導(dǎo)出的。例如，雖然前述的示例性實(shí)施方案使用了慣性傳感器來檢測裝置的運(yùn)動，但是可以使用來其他類型的傳感器(例如，超聲波、磁或光學(xué))替換慣性傳感器或作為慣性傳感器的添加，來配合進(jìn)行前述的信號處理。所有這些變化和修改應(yīng)該認(rèn)為是在所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。除非明確說明，否則在本申請的描述中，沒有哪個元件、動作或指令是關(guān)鍵和必要的。此外，在本文中，冠詞“一”意在包括一個或多個。權(quán)利要求1.一種用戶界面裝置，包括至少四個以非共面結(jié)構(gòu)排列的加速度計(jì)裝置，所述至少四個加速度計(jì)裝置中的每個分別輸出加速度數(shù)據(jù)；以及算法，所述算法將來自于所述至少四個加速度計(jì)裝置中每個的所述加速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維指示器運(yùn)動。2.如權(quán)利要求1所述的用戶界面裝置，其中，各個加速度計(jì)裝置包含兩個加速度計(jì)。3.如權(quán)利要求1所述的用戶界面裝置，其中，各個加速度計(jì)裝置包含三個加速度計(jì)。4.如權(quán)利要求1所述的用戶界面裝置，其中，所述算法通過限制基于用戶運(yùn)動特征的裝置的運(yùn)動來降低誤差。5.如權(quán)利要求4所述的用戶界面裝置，其中，利用用戶的指、腕、臂和肩中至少之一的用戶運(yùn)動的范圍來執(zhí)行限制。6.如權(quán)利要求4所述的用戶界面裝置，其中，利用用戶的顫動來執(zhí)行限制。7.如權(quán)利要求1所述的用戶界面裝置，其中，所述算法進(jìn)一步對姿勢進(jìn)行解析以產(chǎn)生鼠標(biāo)按鈕的單擊。8.如權(quán)利要求1所述的用戶界面裝置，其中，所述算法進(jìn)一步對姿勢進(jìn)行解析以產(chǎn)生鍵擊或者運(yùn)行系統(tǒng)消息。9.一種用戶界面裝置，包括多個加速度計(jì)，用于測量與所述用戶界面裝置相關(guān)的加速度；以及算法，其利用重力來隨著時間進(jìn)展穩(wěn)定方位測量。10.一種手持的用戶界面裝置，包括多個加速度計(jì)，用于測量與所述用戶界面裝置相關(guān)的加速度；以及算法，其檢測所述手持的用戶界面裝置何時處于靜態(tài)，以及當(dāng)檢測到所述靜態(tài)時對所述多個加速度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。11.一種手持的用戶界面裝置，包括多個加速度計(jì)，各個所述加速度計(jì)提供與所述手持的用戶界面裝置的運(yùn)動相關(guān)的加速度數(shù)據(jù)；處理單元，用于將所述加速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠產(chǎn)生二維光標(biāo)運(yùn)動數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)；其中，所述處理單元進(jìn)一步處理所述加速度數(shù)據(jù)，以確定所述手持的用戶界面裝置何時處于靜態(tài)，并且當(dāng)所述手持的用戶界面裝置處于靜態(tài)時，對所述手持的用戶界面裝置重新校準(zhǔn)。全文摘要根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法通過提供一種自由空間定位裝置和自由空間定位方法來滿足需求和其他方面的要求，其將自由空間定位裝置的運(yùn)動精確轉(zhuǎn)換為用戶界面的指令，例如光標(biāo)移動。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，自由空間定位裝置包括多個加速度計(jì)。文檔編號G09G5/00GK1942924SQ200480031397公開日2007年4月4日申請日期2004年10月25日優(yōu)先權(quán)日2003年10月23日發(fā)明者馬修·G·利伯蒂,丹尼爾·S·辛普金斯申請人:希爾克瑞斯特實(shí)驗(yàn)室公司