專利名稱：無(wú)手動(dòng)指示器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制光標(biāo)在一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上移動(dòng)的新穎性系統(tǒng)、方法和設(shè)備。具體地，本發(fā)明涉及用于控制指示器在一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上移動(dòng)的新穎性無(wú)手動(dòng)系統(tǒng)、方法和設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及用于操作者在他或她的監(jiān)視器上控制指示器以及指示器在一個(gè)或多個(gè)監(jiān)視器上顯示的情況下的無(wú)手動(dòng)指示器系統(tǒng)、方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
一些不同類型的定向設(shè)備允許基于手動(dòng)用戶輸入指向顯示的圖像上的所選目標(biāo)。 這樣的指示器設(shè)備的實(shí)例包括傳統(tǒng)的鍵盤和諸如鼠標(biāo)的定向設(shè)備或傳統(tǒng)的激光指示器。絕大多數(shù)輸入設(shè)備需要某種程度的手的靈活性。身體殘疾的用戶(例如，沒(méi)有手的用戶或臨時(shí)或永久喪失運(yùn)動(dòng)技能的用戶)可能很困難來(lái)操作傳統(tǒng)的鍵盤或定向設(shè)備。用戶還可能由于同時(shí)執(zhí)行另外的任務(wù)而遭遇難題，例如醫(yī)生對(duì)病人動(dòng)手術(shù)而其他人開(kāi)車或操作機(jī)器。在許多外科手術(shù)期間，外科醫(yī)生(指導(dǎo)者)由助手(受訓(xùn)者)和/或外科住院醫(yī)生(其也進(jìn)行培訓(xùn))陪伴。手術(shù)本身需要指導(dǎo)者以及受訓(xùn)者緊密配合來(lái)工作以及處于經(jīng)常聯(lián)系中。在先進(jìn)的微創(chuàng)外科手術(shù)(腹腔鏡或機(jī)器人輔助外科手術(shù))期間，在一些視頻監(jiān)視器上觀測(cè)手術(shù)部位同時(shí)經(jīng)由小的切口進(jìn)行手術(shù)。典型地，在這些手術(shù)期間，指導(dǎo)者和受訓(xùn)助手可能均雙手占有外科器械。此外，雙方均可能有在上面顯示手術(shù)圖像的自己的操作監(jiān)視器。迄今為止，在指導(dǎo)期間，指導(dǎo)者將不得不放下他或她的器械之一而通過(guò)手指或其他機(jī)械指示器指向受訓(xùn)者的監(jiān)視器以提供指導(dǎo)。一些人為此而采用激光指示器，允許指導(dǎo)者不用放下手中器械，但是這仍然需要指導(dǎo)者離開(kāi)自己的監(jiān)視器而指向受訓(xùn)者的監(jiān)視器。這是耗時(shí)的、失去方向感，甚至潛在是不舒適的實(shí)踐。允許無(wú)手動(dòng)控制顯示的圖像的已知類型的定向設(shè)備包括語(yǔ)音-文本轉(zhuǎn)換器。還存在各種類型的頭部跟蹤技術(shù)，其基于用戶頭部運(yùn)動(dòng)而控制顯示的圖像。Zhang 等白勺"Human—computer interaction system based on nosetracking (L. Jacko(Ed.), Human Computer Interaction, Part III，HCII 2007，LNCS 4552，第 769-778 頁(yè)，2007 年)和 Gorodnichy 等(Image and VisionComputing，第 22 卷，第 931-942 頁(yè)，2004 年)引入跟蹤系統(tǒng)，其允許用戶通過(guò)其鼻子來(lái)控制指示器。這種類型的技術(shù)使用校準(zhǔn)相機(jī)和圖像處理來(lái)實(shí)時(shí)識(shí)別鼻子的位置。這些是基于特征識(shí)別的無(wú)手動(dòng)系統(tǒng)，可以與語(yǔ)音識(shí)別組合。類似地,Atienza 等(Image Processing and Communications,第 6 卷，No. 3-4,第 47-60頁(yè)，2001年)描述了基于跟蹤面部特征的無(wú)手動(dòng)接口。Felzer 等(SIGACCESS newsletter，88，第 1918 頁(yè)，2007 年 6 月)介紹了無(wú)手動(dòng)控制來(lái)幫助殘疾人。無(wú)手動(dòng)指示器控制系統(tǒng)允許通過(guò)基于肌肉的接口來(lái)控制計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上的指示器，該接口包括綁在前額上的帶子。市場(chǎng)上可獲得的用于無(wú)手動(dòng)指示器控制的系統(tǒng)包括SmartNavTM系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用紅外(IR)光來(lái)跟蹤反射點(diǎn)的位置。使用頂光的問(wèn)題是其使用易受眩光的影響(J. Hargra ve-ffright,“ Improvements inhands-free access to computers," Joint Information Systems Committee (JISC) Technology and Standards Watch, Report#TSW 02-06, 0ctober2002. Available :http://www, iisc.ac.uk media documents/techwatch/ tsw 02)。其他的無(wú)手動(dòng)指示器控制系統(tǒng)包括Madentrc 所有的HeadmouseExtreme 和 Tracker Pro 。另外的系統(tǒng)Boost Tracer 使用陀螺儀來(lái)檢測(cè)頭部運(yùn)動(dòng)并控制計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上的指示器。Jayaraman等還描述了使用相機(jī)來(lái)跟蹤放在外科醫(yī)生面罩上的標(biāo)記的位置的無(wú)手動(dòng)指不器(Scientific Session of the Society of AmericanGastrointestinal and Endoscopic Surgeons(SAGES), Philadelphia, PA, USA, Abstract#19547， P236, April 9-12，2008)。該系統(tǒng)說(shuō)明了若干困難，包括對(duì)目標(biāo)部位處的指示器的準(zhǔn)確定位、圖像質(zhì)量和大小的退化、和所需設(shè)備的棘手和復(fù)雜的安裝。現(xiàn)有技術(shù)的指示器系統(tǒng)的不足如下手持激光指示器系統(tǒng)是笨重的，只能用于一次指向一個(gè)監(jiān)視器；沒(méi)有用于外科訓(xùn)練的其他市場(chǎng)可用的系統(tǒng)；為了遠(yuǎn)程合作開(kāi)發(fā)的指示器系統(tǒng)需要使用手或手指來(lái)激活；大部分無(wú)手動(dòng)系統(tǒng)為殘疾人而設(shè)計(jì)，需要一定肌肉的運(yùn)動(dòng)或圖像處理來(lái)識(shí)別用戶面部上的某些特征，由于外科醫(yī)生帶有面罩、眼部護(hù)具和頭燈從而沒(méi)有露出面部特征以進(jìn)行跟蹤，所以該無(wú)手動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于外科應(yīng)用不切實(shí)可行；雖然在外科訓(xùn)練中精度是非常重要的，但是基于陀螺儀或加速計(jì)的系統(tǒng)具有較低的分辨率，以及以低速來(lái)控制；基于紅外光的系統(tǒng)易受眩光或在處于光源的視場(chǎng)的其他物體上出現(xiàn)的反射的影響，將導(dǎo)致潛在重大錯(cuò)誤；當(dāng)前沒(méi)有可用的系統(tǒng)組合標(biāo)記跟蹤技術(shù)與慣性傳感器；以及沒(méi)有系統(tǒng)解決速度相關(guān)運(yùn)動(dòng)控制提供低速的準(zhǔn)確指示器控制和高速的大指示器位移的問(wèn)題。此外，沒(méi)有上述無(wú)手動(dòng)設(shè)備適用于諸如視頻輔助可操作的手術(shù)(例如腹腔鏡外科和機(jī)器人輔助外科)期間的具體的情況，其中外科醫(yī)生的手被占用來(lái)操作手術(shù)工具，以及外科醫(yī)生和受訓(xùn)者可使用不同的監(jiān)視器來(lái)進(jìn)行指導(dǎo)。因此，需要一種系統(tǒng)、設(shè)備和方法來(lái)提供對(duì)顯示設(shè)備上的光標(biāo)(例如在監(jiān)視器上的指示器)的無(wú)手動(dòng)控制，來(lái)克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。還需要無(wú)手動(dòng)指示器，其提供準(zhǔn)確跟蹤和快速移動(dòng)指示器穿越監(jiān)視器的場(chǎng)的能力。此外，無(wú)手動(dòng)指示器必須不易受到來(lái)自外科環(huán)境中的其他設(shè)備的干擾，例如其他光以及眩光。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用于提供一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的光標(biāo)的精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的新穎性系統(tǒng)、設(shè)備和方法。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于控制光標(biāo)相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上顯示的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括a.跟蹤裝置，用于跟蹤操作者相對(duì)于所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，所述跟蹤裝置可操作為生成由所述操作者的運(yùn)動(dòng)確定的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)； b.處理裝置，用于鏈接所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和從所述目標(biāo)采集的至少一個(gè)信號(hào)以生成鏈接的數(shù)據(jù)，其中所述鏈接的數(shù)據(jù)用于控制所述光標(biāo)相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的另外的方面，提供一種在用于控制光標(biāo)相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上顯示的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)中由操作者使用的跟蹤設(shè)備，其特征在于，所述跟蹤設(shè)備包括跟蹤裝置，適于跟蹤所述操作者相對(duì)于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，所述跟蹤裝置可操作為生成由所述操作者的運(yùn)動(dòng)確定的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。在本發(fā)明另外的方面，提供一種用于控制光標(biāo)相對(duì)于在一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟a.提供跟蹤裝置，其用于跟蹤操作者相對(duì)于所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，所述跟蹤裝置可操作為生成由所述操作者的運(yùn)動(dòng)確定的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)；b.使用處理裝置，其用于鏈接所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和從所述目標(biāo)采集的至少一個(gè)信號(hào)以生成鏈接的數(shù)據(jù)，其中所述鏈接的數(shù)據(jù)用于控制所述光標(biāo)相對(duì)于所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)； 以及c.顯示所述光標(biāo)相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。在此描述的至少一些方面的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)包括(1)提供無(wú)手動(dòng)控制顯示設(shè)備上的對(duì)象(例如指示器)的系統(tǒng)，⑵提供對(duì)各種速度的對(duì)象的較高跟蹤精度的系統(tǒng)，⑶ 不易受外界干擾影響的系統(tǒng)，(4)小型的易安裝的系統(tǒng)，(5)不導(dǎo)致由于增加對(duì)象而造成圖像分辨率的損失的系統(tǒng)，(6)不需要個(gè)人計(jì)算機(jī)或膝上型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)。


圖1例示了用于將可跟蹤的標(biāo)記與相應(yīng)于多于一個(gè)顯示設(shè)備的指示器鏈接的系統(tǒng)。圖2例示了合并之前在圖1中示出的覆蓋系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。圖3例示了用于顯示視頻圖像和在其上覆蓋指示器的閉環(huán)系統(tǒng)。圖4例示了可稱為加速計(jì)/陀螺儀(A/G)信號(hào)和視頻信號(hào)的備選的合并。圖5例示了可稱為A/G和視頻信號(hào)的可協(xié)做合并。圖6例示了跟蹤誤差的估計(jì)。
具體實(shí)施例方式MM本發(fā)明涉及用于控制光標(biāo)相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上顯示的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。該目標(biāo)可以是例如，在顯示設(shè)備上顯示的圖像的感興趣的區(qū)域。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了其運(yùn)動(dòng)和位置需要被控制的光標(biāo)的無(wú)手動(dòng)控制器。光標(biāo)包括任何針對(duì)顯示設(shè)備的計(jì)算機(jī)化參考點(diǎn)，包括例如，文本光標(biāo)、指針、交叉絲、點(diǎn)、箭頭、平面指示器、三角或中空?qǐng)A圈。此外，光標(biāo)的屬性可以是可調(diào)整的，包括例如方向、大小、顏色和形狀。光標(biāo)還可以是可為各個(gè)運(yùn)動(dòng)和調(diào)整獨(dú)立激活的多個(gè)光標(biāo)。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于控制光標(biāo)相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上顯示的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括跟蹤裝置，其跟蹤操作者相對(duì)于所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。所述跟蹤裝置可操作為基于所述運(yùn)動(dòng)生成運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。還提供處理裝置，用于鏈接所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和從所述目標(biāo)采集的至少一個(gè)信號(hào)以生成鏈接的數(shù)據(jù)。所述鏈接的數(shù)據(jù)用于控制所述光標(biāo)相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的另外的方面，可以提供一個(gè)或多個(gè)光標(biāo)。在此描述的所述系統(tǒng)可以是多個(gè)這樣的系統(tǒng)，其每個(gè)可操作為按照需要控制一個(gè)光標(biāo)或多個(gè)光標(biāo)?？梢蕴峁┮粋€(gè)或多個(gè)跟蹤裝置和一個(gè)或多個(gè)處理裝置，其中每個(gè)跟蹤裝置和/或每個(gè)處理裝置可以被配置為控制一個(gè)或多個(gè)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。可以提供所述一個(gè)或多個(gè)跟蹤裝置來(lái)跟蹤一個(gè)或多個(gè)操作者的運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明另外的方面，提供了一種無(wú)手動(dòng)激活的視頻指示器或?qū)\(yùn)動(dòng)和位置需要被控制的任意其他視頻顯示的光標(biāo)的無(wú)手動(dòng)控制器的系統(tǒng)，其中所述視頻指示器或光標(biāo)可以同時(shí)顯示在一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上(例如在活動(dòng)空間可用的視頻監(jiān)視器或投影顯示器)，以及可以使用多個(gè)身體運(yùn)動(dòng)由操作者準(zhǔn)確控制。本發(fā)明可以用于指導(dǎo)或引導(dǎo)受訓(xùn)者(例如醫(yī)科學(xué)生、住院醫(yī)生和同伴)，其中指導(dǎo)者由于同時(shí)執(zhí)行另外的任務(wù)而遭遇問(wèn)題。遇到問(wèn)題的指導(dǎo)者的實(shí)例可以包括進(jìn)行手術(shù)的醫(yī)生、開(kāi)車的人、操作機(jī)械的指導(dǎo)者或身體殘疾的指導(dǎo)者。本發(fā)明還可以用于在多任務(wù)情境中指向以及選擇顯示設(shè)備上的目標(biāo)，其中用戶需要使用他/她的手來(lái)操作設(shè)備，與此同時(shí)還指向目標(biāo)。非限制性的實(shí)例包括打計(jì)算機(jī)游戲和游戲應(yīng)用?？煽刂乒鈽?biāo)相對(duì)于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。用戶使得標(biāo)記相對(duì)于目標(biāo)移動(dòng)，以及跟蹤裝置從所述標(biāo)記生成運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。將運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)鏈接到來(lái)自所述目標(biāo)的信號(hào)數(shù)據(jù)(例如目標(biāo)的圖像)，以顯示所述目標(biāo)和光標(biāo)。下面的說(shuō)明和實(shí)例將本發(fā)明的應(yīng)用集中在外科訓(xùn)練情境中，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的這些和其他備選的實(shí)現(xiàn)作為本發(fā)明的自然的擴(kuò)展。為了最好地示出本發(fā)明，假定使用體態(tài)(更具體地操作者的頭部姿勢(shì))來(lái)控制光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樵诶绲湫偷耐饪魄榫持胁僮髡叩碾p手被占用時(shí)這能夠?qū)崿F(xiàn)該設(shè)備的最佳使用。頭部姿勢(shì)可以包括例如點(diǎn)頭、搖頭和/或從左到右旋轉(zhuǎn)，反之亦然。作為實(shí)例使用典型的外科情境，光標(biāo)可以顯示在手術(shù)室中的所有顯示設(shè)備(例如顯示來(lái)自內(nèi)診鏡的圖像的監(jiān)視器)的視頻圖像上，允許可能雙手被占用執(zhí)行外科手術(shù)的指導(dǎo)者/操作者在手術(shù)期間通過(guò)指向病人的重要的解剖特征(目標(biāo))來(lái)提供指導(dǎo)，其圖像也顯示在顯示裝置上。然而，應(yīng)該理解本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)為跟蹤器，用于除了頭部姿勢(shì)之外的其他操作模式中，例如包括眨眼、踏腳、肩部運(yùn)動(dòng)等。在另外的方面，本發(fā)明還可用于使用無(wú)手動(dòng)裝置在虛擬環(huán)境中控制光標(biāo)。因此，根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明可用于在操作者/指導(dǎo)者位于距離受訓(xùn)者相當(dāng)遠(yuǎn)的地方但可以提供與受訓(xùn)者處于相同房間的可獲得的類似的訓(xùn)練的情況下提供訓(xùn)練或指導(dǎo)。本發(fā)明的該方面的實(shí)例包括遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)或遠(yuǎn)程手術(shù)。在本發(fā)明的另外的方面，提供用于控制光標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)作為到典型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接口。因此，可以提供本發(fā)明的系統(tǒng)作為小型的易安裝的設(shè)備。因此不需要個(gè)人計(jì)算機(jī)或膝上型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)施本發(fā)明的系統(tǒng)。此外，使用本發(fā)明可允許諸如外科環(huán)境中的腹腔鏡或內(nèi)診鏡的相機(jī)、或與計(jì)算機(jī)附接的視頻相機(jī)、或能夠采集目標(biāo)的圖像的任意其他相機(jī)來(lái)維持其分辨率并提供目標(biāo)的實(shí)時(shí)圖像?？梢酝ㄟ^(guò)將光標(biāo)覆蓋在目標(biāo)圖像上而將光標(biāo)與目標(biāo)圖像鏈接。換而言之，沒(méi)有由于增加無(wú)手動(dòng)指示器造成的分辨率的損失，以及本發(fā)明的系統(tǒng)對(duì)外科相機(jī)的信號(hào)不增加任何延時(shí)。
跟蹤裝置根據(jù)本發(fā)明，在其一個(gè)方面，操作者/指導(dǎo)者可以使用適于由操作者穿戴的設(shè)備， 例如戴在操作者頭上，包括一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記(有源的和/或無(wú)源的)和/或慣性傳感器(加速計(jì)和/或陀螺儀)，其與下面將更詳細(xì)描述的系統(tǒng)組合來(lái)工作。本發(fā)明可以使用多個(gè)不同的感測(cè)模式以確保準(zhǔn)確和最佳跟蹤指導(dǎo)者的頭部運(yùn)動(dòng)而不管速度如何。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)益處是，操作者的運(yùn)動(dòng)指引視頻光標(biāo)而非物理對(duì)象或指示器，意味著指引的視頻光標(biāo)可以同時(shí)出現(xiàn)在鏈接于捕獲目標(biāo)的視頻圖像的相機(jī)的所有監(jiān)視器上。通過(guò)簡(jiǎn)單移動(dòng)他或她的頭，操作者可以移動(dòng)視頻光標(biāo)并指向感興趣的圖像以提供無(wú)手動(dòng)指導(dǎo)。這比當(dāng)前可用的系統(tǒng)更符合人體工學(xué)以及更有效，因?yàn)椴僮髡卟辉傩枰獙⑺蛩囊暰€離開(kāi)自己的監(jiān)視器來(lái)例如指導(dǎo)受訓(xùn)者。跟蹤設(shè)備可包括戴在指導(dǎo)者身體的任意適當(dāng)部分(例如操作者的頭部)上的一個(gè)或多個(gè)跟蹤裝置。跟蹤裝置的一個(gè)或多個(gè)組件可以是頭帶、帽子或附接于傳統(tǒng)的頭燈或口罩(例如外科口罩)的夾具的形式?？纱魇礁櫻b置還可以放置于眼鏡或頭部耳機(jī)或耳機(jī)上?？蛇x地，一個(gè)或多個(gè)跟蹤裝置以平衡其重量以增加舒適性和可戴性的方式處于可戴式組件上。可選地，跟蹤裝置的部分可放置于可戴部分以及通過(guò)有線或無(wú)線鏈接到不在該可戴部分上的跟蹤設(shè)備的其他部分。這可有助于減少可戴部分的重量。跟蹤裝置可包括一個(gè)或多個(gè)組件。跟蹤設(shè)備的一個(gè)組件可以是一個(gè)或多個(gè)可跟蹤標(biāo)記，例如為一個(gè)或多個(gè)反射點(diǎn)和 /或一個(gè)或多個(gè)嵌入式有源標(biāo)記。有源標(biāo)記可結(jié)合檢測(cè)標(biāo)記的位置的裝置(例如一個(gè)或多個(gè)基于視頻的跟蹤相機(jī))來(lái)使用。有源標(biāo)記可結(jié)合窄波長(zhǎng)調(diào)制光源和檢測(cè)裝置來(lái)使用，由于可減少來(lái)自例如可在手術(shù)室中出現(xiàn)的其他光或眩光的潛在干擾將是有益方面?？商峁┮粋€(gè)或多個(gè)有源標(biāo)記，用于最大化至少一個(gè)標(biāo)記對(duì)于檢測(cè)器是可見(jiàn)的可能性。運(yùn)動(dòng)信息還可使用一個(gè)或多個(gè)典型的紅外相機(jī)或其他類似技術(shù)來(lái)提供。使用標(biāo)記可確保不管處于指導(dǎo)者面部的裝備(例如面罩、護(hù)目鏡或其他光)，跟蹤系統(tǒng)總有固定的標(biāo)記來(lái)追蹤。跟蹤設(shè)備的其他組件可以是一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)和/或一個(gè)或多個(gè)陀螺儀，來(lái)提供關(guān)于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和跟蹤設(shè)備的速度以及相應(yīng)的操作者的頭的信息。使用加速計(jì)和陀螺儀(其中陀螺儀提供角加速度而加速計(jì)提供線性加速度)通常對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。在本發(fā)明的情境中，加速計(jì)和/或陀螺儀可使本發(fā)明的系統(tǒng)能夠感測(cè)運(yùn)動(dòng)的方向和速度，其可使得指示器系統(tǒng)較之現(xiàn)有技術(shù)中的指示器系統(tǒng)以相對(duì)高的精度和分辨率顯示光標(biāo)。此外，加速計(jì)和陀螺儀通常不受遮擋視線或光噪音(反射或眩光)的影響、跟蹤裝置的另外的組件可以是無(wú)線收發(fā)器(在無(wú)線單元的情況下)和電源，來(lái)提供與處理裝置的無(wú)線通信?？蛇x地，跟蹤裝置可使用有線收發(fā)器系統(tǒng)與處理裝置關(guān)聯(lián)。有線和無(wú)線收發(fā)器系統(tǒng)以及用于無(wú)線收發(fā)器的電源對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。跟蹤裝置的兩個(gè)主要的輸出信號(hào)可以由加速計(jì)/陀螺儀(A/G)組合以及基于視頻的跟蹤相機(jī)來(lái)提供。為了光標(biāo)控制，其自己可使用加速計(jì)，其自己可使用陀螺儀，或可一起使用兩者。當(dāng)附接于指導(dǎo)者頭部時(shí)，例如每個(gè)傳感器能夠獨(dú)立測(cè)量頭部的加速度。他們可一起提供所有自由度(或基于使用的組件的所希望的許多自由度)的加速度信息。來(lái)自A/G 的輸出可以是電壓(Vout)，與這些信號(hào)成比例，例如民省江只系Y) = f(Vim,)。結(jié)果，不管運(yùn)動(dòng)的方向可測(cè)量加速度，該運(yùn)動(dòng)可包括旋轉(zhuǎn)頭、左右運(yùn)動(dòng)、前向/后向運(yùn)動(dòng)或上下運(yùn)動(dòng)。可選地，可提供硬件或軟件濾波器來(lái)過(guò)濾出震動(dòng)和其他小的頭部運(yùn)動(dòng)以增加準(zhǔn)確度?？墒褂梅蔷€性彈道方案來(lái)將慣性傳感器和視覺(jué)傳感器兩者的運(yùn)動(dòng)映射為光標(biāo)的本地監(jiān)視器坐標(biāo)的二維位移。為了配置彈道特征，相應(yīng)的彈道曲線的形狀可以被配置以及可選地經(jīng)由本發(fā)明的用戶接口來(lái)存儲(chǔ)。曲線上的節(jié)點(diǎn)可以被增加、去除或被配置以配置想要的特征。跟蹤裝置還可包括一個(gè)或多個(gè)相機(jī)，其可跟蹤(例如附接于指導(dǎo)者頭部的)一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的位置。每個(gè)相機(jī)可處于固定位置，從而轉(zhuǎn)換標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)。分析來(lái)自相機(jī)或其他傳感器的視頻信號(hào)，能夠在二維下確定標(biāo)記的位置?？捎梢粋€(gè)或多個(gè)三維顯示設(shè)備和虛擬環(huán)境提供三維成像。如果使用立體或其他“測(cè)距”相機(jī)，則可以支持三維定位。可提供兩個(gè)或更多個(gè)標(biāo)記的使用以通過(guò)單個(gè)或立體相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)三維跟蹤。還可以提供多自由度的慣性傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)三維跟蹤。相機(jī)可以設(shè)置有濾波器，例如紅外通濾波器，該濾波器過(guò)濾出不與標(biāo)記對(duì)應(yīng)的光以快速檢測(cè)紅外標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)，并在計(jì)算上便于有效的閾值分割和blob檢測(cè)算法?？商鎿Q地，標(biāo)記離相機(jī)的距離可以通過(guò)測(cè)量其外觀尺寸來(lái)確定。當(dāng)標(biāo)記靠近時(shí)它可顯得更大，而當(dāng)標(biāo)記遠(yuǎn)離時(shí)，它可顯得較小。不管使用何種方法，標(biāo)記的位置可定義運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，其可以是其相對(duì)于相機(jī)的三維坐標(biāo)的函數(shù)9T(X，y，z)。處理裝置可以提供處理裝置來(lái)解釋由通過(guò)跟蹤裝置提供的各種輸入所提供的信息。圖3示出了用于顯示圖像以及在其上覆蓋光標(biāo)的閉環(huán)無(wú)手動(dòng)系統(tǒng)。處理裝置11 可包括控制硬件，其本身可包括輸入/輸出(I/O)裝置13和/或接口裝置27。I/O 13或接口裝置27可包括能夠處理從跟蹤裝置接收的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的中央處理裝置。中央處理裝置還可包括用于獲得從目標(biāo)采集的至少一個(gè)信號(hào)的裝置。例如，信號(hào)可以是圖像信號(hào)，以及中央處理裝置可包括接收來(lái)自諸如例如視頻相機(jī)17(例如外科內(nèi)診鏡)的成像裝置的圖像的、通常稱為幀抓收器的裝置。處理裝置11還可包括與一個(gè)或多個(gè)監(jiān)視器21關(guān)聯(lián)的輸出裝置。輸出裝置可包括圖像覆蓋裝置19，其可操作為鏈接運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和從目標(biāo)采集的至少一個(gè)信號(hào)。輸出裝置還可包括接口裝置，用于將處理裝置與一個(gè)或多個(gè)監(jiān)視器21關(guān)聯(lián)。因此目標(biāo)圖像可以顯示在監(jiān)視器21上，其上覆蓋有光標(biāo)位置信息。因此，當(dāng)用戶移動(dòng)標(biāo)記時(shí)，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)可以覆蓋在顯示設(shè)備上以提供相對(duì)于目標(biāo)圖像的運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋的圖像可以通過(guò)將視頻覆蓋板(例如Matr0XTMVi0TM板)合并到控制系統(tǒng)中來(lái)提供。視頻板可實(shí)時(shí)流出來(lái)自相機(jī)的視頻而不影響圖像的分辨率以及不產(chǎn)生任何顯著的時(shí)延。視頻板還可在視頻圖像之上實(shí)時(shí)覆蓋光標(biāo)的圖像。也可以預(yù)想覆蓋兩個(gè)圖像的其他方法。處理裝置11可接收來(lái)自跟蹤裝置的信息，其可用于確定顯示設(shè)備(監(jiān)視器)上的光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)和位置。用戶23可查看監(jiān)視器21上的光標(biāo)的位置以及根據(jù)光標(biāo)移動(dòng)的方向來(lái)調(diào)整其頭部位置直到它停止移動(dòng)。通過(guò)融合來(lái)自不同傳感器的信息，可以獲得對(duì)用戶23的頭部運(yùn)動(dòng)的最準(zhǔn)確、健壯和可靠的估計(jì)，以及用其來(lái)指引在視頻監(jiān)視器21上的光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。處理裝置11可使用來(lái)自標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)作為一個(gè)輸入，以相對(duì)于監(jiān)視器21定向光標(biāo)。當(dāng)操作者跨越相機(jī)或其他傳感器移動(dòng)其頭時(shí)，可校準(zhǔn)光標(biāo)位置。此外，由于一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)和一個(gè)或多個(gè)陀螺儀可以包括在跟蹤設(shè)備15中，可以調(diào)整光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)以使用對(duì)于高速和低速是最優(yōu)的控制方案來(lái)關(guān)聯(lián)頭部運(yùn)動(dòng)的速度。例如，低速頭部運(yùn)動(dòng)可以與精準(zhǔn)光標(biāo)方位關(guān)聯(lián)，而高速頭部運(yùn)動(dòng)可以與監(jiān)視器區(qū)域之上的光標(biāo)快速運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)。在現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有描述這種精細(xì)/粗略控制和定位方法，而其可以在訓(xùn)練或計(jì)算機(jī)游戲情境中具有巨大的優(yōu)點(diǎn)。圖1例示了用于將可跟蹤標(biāo)記鏈接到與多于一個(gè)監(jiān)視器相應(yīng)的光標(biāo)的系統(tǒng)，其中視頻相機(jī)用于生成在監(jiān)視器上顯示的目標(biāo)的圖像?？梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的裝置來(lái)在監(jiān)視器25、31上提供光標(biāo)。如上所述的跟蹤設(shè)備15可由操作者戴上，以及可以提供也如上所述的相應(yīng)的處理裝置11來(lái)跟蹤所述跟蹤設(shè)備15的運(yùn)動(dòng)。僅通過(guò)移動(dòng)頭，指導(dǎo)者可以指引圖像四上的光標(biāo)，并提供無(wú)手動(dòng)指導(dǎo)。這種激勵(lì)的方法比現(xiàn)有的方法更符合人體工學(xué)， 因?yàn)橹笇?dǎo)者不再需要其視線離開(kāi)自己的監(jiān)視器31。圖2例示了合并之前例示的圖1中的光標(biāo)覆蓋系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。除了將視頻輸出到指導(dǎo)者的監(jiān)視器31，還可以包括發(fā)射器33，用于與覆蓋到處于受訓(xùn)者參與的位置的遠(yuǎn)程接收器37的光標(biāo)一起發(fā)射視頻圖像35。處理裝置可使用A/G或視頻信號(hào)來(lái)控制監(jiān)視器上或三維虛擬環(huán)境中的光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。然而，當(dāng)控制監(jiān)視器上或虛擬環(huán)境中的光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，本發(fā)明還可使這兩種運(yùn)動(dòng)信號(hào)能夠使用以進(jìn)行彼此補(bǔ)償?？梢酝ㄟ^(guò)下面更詳細(xì)描述的選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩種信號(hào)的集成，但是本發(fā)明不限于這些集成選項(xiàng)。控制系統(tǒng)可以經(jīng)常監(jiān)控這兩種信號(hào)，以及基于單獨(dú)使用每個(gè)信號(hào)或一起使用這兩種信號(hào)來(lái)比較可達(dá)到的精度。然而，本發(fā)明不限于A/G和視頻信號(hào)。如果使用其他信號(hào)(不是A/G和視頻信號(hào))，該其他信號(hào)可以以如下更詳細(xì)描述的相同方式來(lái)組合。有多個(gè)選擇來(lái)合并A/G和視頻信號(hào)。此外，這些控制循環(huán)中的一些可以根據(jù)需要
組合在一起。圖4例示了可以稱為A/G和視頻信號(hào)的備選的合并的實(shí)例。如果來(lái)自A/G信號(hào)39 的加速度高于41給定的關(guān)鍵值或閾值71，該A/G信號(hào)可用于移動(dòng)光標(biāo)43。該加速度可以進(jìn)行二次積分45以獲得位置信息，以及當(dāng)這是用于控制光標(biāo)的位置的信號(hào)時(shí)光標(biāo)可相對(duì)快速地移動(dòng)。如果加速度信號(hào)低于47給定的關(guān)鍵值或閾值71，則來(lái)自相機(jī)的跟蹤標(biāo)記49 的信息可用于調(diào)整光標(biāo)位置51。在這種情況下，光標(biāo)可使用屏幕上的較高的分辨率以相對(duì)低的速度移動(dòng)，從而可以準(zhǔn)確放置光標(biāo)。輸入信號(hào)39、49兩者可以被過(guò)濾53、55，以及在需要時(shí)可以使用加權(quán)函數(shù)57、59來(lái)修改這些信號(hào)。加權(quán)函數(shù)57、59和用于加速度的關(guān)鍵值或閾值71可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，以及可以設(shè)置為固定值、函數(shù)、模糊表達(dá)式或其組合。他們還可以依據(jù)系統(tǒng)的性能來(lái)實(shí)時(shí)(即自適應(yīng)地)調(diào)整。圖5例示了稱為A/G和視頻信號(hào)的可協(xié)做合并的實(shí)例。A/G 39和視頻信號(hào)49可以在任何時(shí)間以這種方式組合。加速度39可以積分一次61以確定光標(biāo)移動(dòng)的速度，而光標(biāo)需要移動(dòng)的方向通過(guò)來(lái)自基于圖像的跟蹤系統(tǒng)的位置信息49來(lái)確定。速度信息還可以與光標(biāo)運(yùn)動(dòng)的步長(zhǎng)相關(guān)當(dāng)來(lái)自A/G的速度信號(hào)減少時(shí)，光標(biāo)移過(guò)屏幕的光標(biāo)的步長(zhǎng)可以變得更小，反之亦然。跟蹤和處理裝置還可以用于自評(píng)估，或重新校準(zhǔn)以估計(jì)通過(guò)信號(hào)可如何滿意跟蹤運(yùn)動(dòng)。圖6例示了跟蹤誤差的估計(jì)。來(lái)自A/G信號(hào)39的加速度可以積分兩次63以獲得位置信號(hào)?？梢詮膩?lái)自基于圖像的跟蹤系統(tǒng)49的位置信息67中減去合成信號(hào)以獲得誤差測(cè)量69。這種估計(jì)可以用于評(píng)估感測(cè)的信息的保真度。如果誤差69太高，則其可以指示一個(gè)或兩個(gè)信號(hào)沒(méi)有被適當(dāng)?shù)馗?，以及可需要重新校?zhǔn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，還可以使用組合A/G和視頻信號(hào)的任意其他功能性方法。在本發(fā)明的一個(gè)方面，可以初始根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定關(guān)鍵值或閾值，以及之后使用優(yōu)化技術(shù)(例如旨在最小化圖6中所示的最大跟蹤誤差的極大極小值優(yōu)化)或使用學(xué)習(xí)策略 (例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、模糊神經(jīng)系統(tǒng)等)細(xì)化。使用任意上述方法，可以可選地過(guò)濾這兩種信號(hào)以取出與診斷和噪聲相關(guān)的高頻信號(hào)。此外，在任何可能的故障情況下，如果沒(méi)有所述信號(hào)之一，可以專用另一個(gè)信號(hào)作為方向信息和速度的唯一提供者。例如，在標(biāo)記被遮擋的情況下，加速度信息可以積分一次以獲得速度以及再次積分以獲得位置?？扇缟纤鍪褂眠@兩個(gè)信號(hào)以移動(dòng)光標(biāo)，盡管典型地當(dāng)精度不能像理想情況一樣高時(shí)這需要使用來(lái)僅作為臨時(shí)測(cè)量。本發(fā)明的另外的實(shí)現(xiàn)可以包括語(yǔ)音識(shí)別裝置。例如，除了通過(guò)單個(gè)用戶使用的控制系統(tǒng)功能，當(dāng)多于一個(gè)外科專家示范外科技術(shù)時(shí)可使用語(yǔ)音識(shí)別。任何用戶可提供語(yǔ)音命令來(lái)操作光標(biāo)的一個(gè)或單個(gè)功能。例如，用于各個(gè)外科專家的每個(gè)的光標(biāo)可以由當(dāng)時(shí)說(shuō)話的外科專家啟動(dòng)以及控制。這還可以用于視頻游戲應(yīng)用，其中基于語(yǔ)音提示在游戲者之間切換光標(biāo)控制?？稍谶h(yuǎn)程鏈路上發(fā)生這樣的應(yīng)用，其中每個(gè)用戶(外科醫(yī)生/游戲者) 配備有麥克風(fēng)，可選地有揚(yáng)聲器或頭部耳機(jī)，用于提供語(yǔ)音命令。用于控制系統(tǒng)功能的語(yǔ)音識(shí)別可包括語(yǔ)音激活功能，例如顯示/隱藏光標(biāo)；分配光標(biāo)顏色、形狀、大小等；鎖定/解鎖光標(biāo)位置；和/或激活/去活/改變?cè)诖嗣枋龅娜魏喂δ?。還可以提供鎖定功能。例如，光標(biāo)可以被鎖定到顯示的圖像的特定特征。當(dāng)用戶或相機(jī)移動(dòng)時(shí)，光標(biāo)可以保持鎖定到該特征。當(dāng)顯示的圖像移動(dòng)時(shí)，于是與該特征一起移動(dòng)光標(biāo)。如果需要，諸如圖形處理單元(GPU)的處理器可提供來(lái)處理圖像以及保持實(shí)時(shí)跟蹤。本發(fā)明的其他修改和變形也是可能的?？上嘈派鲜鲂薷暮妥冃温淙胗伤綑?quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍中。
權(quán)利要求
1.一種用于控制光標(biāo)相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上顯示的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括a.跟蹤裝置，用于跟蹤操作者相對(duì)于所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，所述跟蹤裝置可操作為生成由所述操作者的運(yùn)動(dòng)確定的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)；b.處理裝置，用于鏈接所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和從所述目標(biāo)采集的至少一個(gè)信號(hào)以生成鏈接的數(shù)據(jù)，其中所述鏈接的數(shù)據(jù)用于控制所述光標(biāo)相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述跟蹤裝置包括可由所述操作者移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)可跟蹤的標(biāo)記和可操作為跟蹤所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)相機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記中的每個(gè)從包括反射點(diǎn)和激活的標(biāo)記的組中選擇。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述跟蹤裝置包括一個(gè)或多個(gè)陀螺儀。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述跟蹤裝置包括一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)。
6.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述跟蹤裝置還包括一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)和一個(gè)或多個(gè)陀螺儀。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述跟蹤裝置包括兩個(gè)或更多個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊，以及所述處理裝置能夠選擇性地鏈接僅來(lái)自一個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)或鏈接來(lái)自所述兩個(gè)或更多個(gè)不同運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的組合。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個(gè)或更多個(gè)不同運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊包括加速計(jì)、陀螺儀和相機(jī)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，從所述目標(biāo)采集的信號(hào)包括通過(guò)視頻相機(jī)獲取的目標(biāo)的圖像。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括無(wú)線裝置來(lái)提供所述跟蹤裝置、所述處理裝置和所述一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備之間的無(wú)線通信。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光標(biāo)用做選擇或指向所述一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的所述目標(biāo)的裝置。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括發(fā)射器和接收器，所述發(fā)射器可操作為將所述鏈接的數(shù)據(jù)發(fā)射到所述接收器以控制所述光標(biāo)相對(duì)于鏈接到所述接收器的一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括語(yǔ)音識(shí)別裝置，其中所述操作者可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)語(yǔ)音命令控制所述系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)功能。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述語(yǔ)音識(shí)別裝置使一個(gè)或多個(gè)額外的操作者能夠提供語(yǔ)音命令以使得多個(gè)操作者能夠相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)控制一個(gè)或多個(gè)光標(biāo)。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)可操作為在三維下跟蹤所述操作者的運(yùn)動(dòng)。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)可操作為提供鏈接的數(shù)據(jù)以控制所述光標(biāo)相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)三維的顯示設(shè)備上的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括虛擬環(huán)境，以及其中所述系統(tǒng)可操作為提供鏈接的數(shù)據(jù)，用于控制所述光標(biāo)相對(duì)于在所述虛擬的環(huán)境中的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
19.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述跟蹤裝置包括處理器，用于生成所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，使用彈道方案以通過(guò)將所述操作者的運(yùn)動(dòng)映射為二維位移來(lái)生成所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。
21.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理裝置基于所述一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)和一個(gè)或多個(gè)陀螺儀的所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)施精細(xì)/粗略控制。
22.—種在用于控制光標(biāo)相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上顯示的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)中由操作者使用的跟蹤設(shè)備，其特征在于，所述跟蹤設(shè)備包括跟蹤裝置，適于跟蹤所述操作者相對(duì)于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，所述跟蹤裝置可操作為生成由所述操作者的運(yùn)動(dòng)確定的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)。
23.如權(quán)利要求22所述的跟蹤設(shè)備，其特征在于，所述跟蹤裝置包括可由所述操作者移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)可跟蹤標(biāo)記和可操作為跟蹤所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)相機(jī)。
24.如權(quán)利要求23所述的跟蹤設(shè)備，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的每個(gè)從包括反射點(diǎn)和激活的標(biāo)記的組中選擇。
25.如權(quán)利要求22所述的跟蹤設(shè)備，其特征在于，所述跟蹤裝置包括一個(gè)或多個(gè)陀螺儀。
26.如權(quán)利要求22所述的跟蹤設(shè)備，其特征在于，所述跟蹤裝置包括一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)。
27.如權(quán)利要求22所述的跟蹤設(shè)備，其特征在于，所述跟蹤裝置包括一個(gè)或多個(gè)陀螺儀和一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)。
28.一種用于控制光標(biāo)相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟a.提供跟蹤裝置，其用于跟蹤操作者相對(duì)于所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，所述跟蹤裝置可操作為生成由所述操作者的運(yùn)動(dòng)確定的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)；b.使用處理裝置，其用于鏈接所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和從所述目標(biāo)采集的至少一個(gè)信號(hào)以生成鏈接的數(shù)據(jù)，其中所述鏈接的數(shù)據(jù)用于控制所述光標(biāo)相對(duì)于所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)；以及c.顯示所述光標(biāo)相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的所述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
29.如權(quán)利要求觀所述的方法，其特征在于，所述跟蹤裝置包括可由所述操作者移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)可跟蹤標(biāo)記和可操作為跟蹤所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)相機(jī)。
30.如權(quán)利要求四所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的每個(gè)從包括反射點(diǎn)和激活的標(biāo)記的組中選擇。
31.如權(quán)利要求觀所述的方法，其特征在于，所述跟蹤裝置包括一個(gè)或多個(gè)陀螺儀。
32.如權(quán)利要求觀所述的方法，其特征在于，所述跟蹤裝置包括一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)。
33.如權(quán)利要求觀所述的方法，其特征在于，所述跟蹤裝置包括一個(gè)或多個(gè)陀螺儀和一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)。
34.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述跟蹤裝置包括兩個(gè)或更多個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊，以及所述處理裝置能夠選擇性地鏈接僅來(lái)自一個(gè)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)或鏈接來(lái)自所述兩個(gè)或更多個(gè)不同運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的組合。
35.一種用于控制指示器相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上顯示的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)的圖像的運(yùn)動(dòng)的無(wú)手動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備，其特征在于，所述無(wú)手動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備包括a.無(wú)手動(dòng)可跟蹤標(biāo)記，適于由一個(gè)或多個(gè)訓(xùn)練者的體態(tài)相對(duì)于所述一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)的圖像進(jìn)行移動(dòng)；b.一個(gè)或多個(gè)相機(jī)，可操作為跟蹤所述可跟蹤標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)以及生成運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)；以及c.用于基于所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)生成所述指示器的圖像的裝置；以及d.圖像覆蓋裝置，用于在所述一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)的圖像上覆蓋所述指示器的圖像以在所述一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上顯示。
36.如權(quán)利要求35所述的無(wú)手動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備，其特征在于，其還包括從包括一個(gè)或多個(gè)陀螺儀和一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)的所述組中選擇的至少一個(gè)附加模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制光標(biāo)在一個(gè)或多個(gè)顯示設(shè)備上的運(yùn)動(dòng)的無(wú)手動(dòng)系統(tǒng)。包括可跟蹤標(biāo)記和一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)和陀螺儀的跟蹤設(shè)備用于跟蹤所述標(biāo)記相對(duì)于感興趣的目標(biāo)的位置和加速度。處理裝置處理來(lái)自跟蹤設(shè)備的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以確定操作者的監(jiān)視器上的光標(biāo)的位置，其還可以在多個(gè)監(jiān)視器上顯示。跟蹤設(shè)備可以由操作者戴上，優(yōu)選地戴在操作者頭上。操作者的頭部運(yùn)動(dòng)確定光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G09B5/02GK102282527SQ200980154807
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者A·L·特雷霍斯, C·M·施拉赫塔, M·D·納什, R·V·帕特爾 申請(qǐng)人:倫敦健康科學(xué)中心研究公司