專利名稱：處理由狹長物體的姿態(tài)獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及一種用于處理從具有與平坦表面接觸的尖部的狹長物體 的姿態(tài)獲得的處理數(shù)據(jù)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
當物體相對于諸如地面、固定點、線或基準表面的靜止基準移動時，物體 相對于這些基準的傾斜度的認識可被用來獲得其多種運動和姿態(tài)參數(shù)。隨著時 間的流逝，已研究出許多有用的坐標系統(tǒng)和方法以跟蹤物體的姿態(tài)并對它們的 平衡運動進行參數(shù)化。作為理論背景，讀者參閱有關(guān)經(jīng)典機械學的教科書，例如Goldstein等的經(jīng)典機械學、第三版、Addison Wesley2002。在具體領(lǐng)域，在物體尖部接觸平坦表面的同時，了解物體的姿態(tài)以獲得其 尖部的位置是重要的。各種狹長物體能受益于它們的姿態(tài)和它們尖部的位置的 獲知，并且當尖部與平坦表面接觸時，能更精確地獲得其尖部的絕對位置(以 世界坐標形式)。這些物體包括與地面接觸時的手杖(walking cane)，與顯 示器或投影表面接觸的定位器，與書寫表面接觸的書寫裝置以及與輸入屏幕接 觸的指示筆。在諸如筆和指示筆的輸入領(lǐng)域內(nèi)會深切地體會到確定尖部或尖端絕對位 置的必要性。這里必須了解尖部的絕對位置以分析由使用者在書寫表面上寫入 或跟蹤的信息?，F(xiàn)有技術(shù)中對筆和相關(guān)輸入裝置的提供相對尖部位置和絕對尖 部位置的多個公開內(nèi)容進行了討論。這些公開內(nèi)容中的一些取決于包括 6492981、 6212296、 6181329、 5981884、 5902968號美國專利所述的陀螺儀和 加速度計的慣性導航設(shè)備。其它技術(shù)如6081261、 5434371號美國專利所述的 將慣性導航與力檢測結(jié)合。現(xiàn)有技術(shù)還在5548092號美國專利中提出將施加于 筆尖的力捕獲和分析。其余的技術(shù)基于使用信號接收器和在書寫表面上或附近 的輔助裝置的三角測量，這在6177927、 6124847、 6104387、 6100877、 5977958、 5484966號美國專利中能夠找到。要注意已提出將包括短射頻(RF)脈沖、紅 外(IR)脈沖和超聲脈沖的各種形式的輻射用于三角測量和相關(guān)技術(shù)。釆用數(shù) 字化儀或書寫板的其它方案的一些例子在6050490、 5750939、 4471162號美國 專利中有記載?，F(xiàn)有技術(shù)還提到使用光學系統(tǒng)以提供表面上的筆或指示筆的尖部的相對 位置并且在某些情況下提供絕對位置。例如，6153836號美國專利公開了將兩 道光束從指示筆發(fā)射至接收器，該接收器確定了相對于定義在表面內(nèi)的二維坐 標系統(tǒng)的角度。借助這些角度和接收器位置的知識而找到指示筆的尖部位置。 6044165號美國專利公開了用具有定位在世界坐標中并朝向筆和紙的攝像機的 光學成像系統(tǒng)檢測筆尖處力的合成。其它公開內(nèi)容使用觀察筆尖及其附近位置 的光學系統(tǒng)。這些公開內(nèi)容包括6031936、 5960124、 5850058號美國專利。根 據(jù)其它的方法，5103486號美國專利公開提出在筆中使用光學球珠。更近一些， 使用將光引導至紙上的光源的光學系統(tǒng)被提出，例如6650320、 6592039號美 國專利以及W0 00217222和2003 — 0106985、 2002 — 0048404號美國專利申請 中記載的那樣。在一些現(xiàn)有技術(shù)方法中，書寫表面被提供有光學系統(tǒng)能識別的特別標志。 在書寫表面上使用特別標志的筆的早期例子包括5661506、 5652412號美國專 利。更近一些，該方法被公開于2003 — 0107558號美國專利申請和相關(guān)文獻中。 作為另一參照文獻，讀者可參閱10/640942和10/745371號美國專利申請以及 其中引用的參考文獻。上述現(xiàn)有技術(shù)的大多數(shù)方法的局限性在于它們在書寫表面上產(chǎn)生尖部的 相對位置。書寫板和數(shù)字化儀獲得絕對位置但它們體積大并且不便攜帶。使用 光學系統(tǒng)而不使用書寫板而提供尖部的絕對位置的方法多數(shù)依靠對提供在書寫表面上的標志和筆尖的關(guān)系進行觀察而實現(xiàn)。該方法的局限性在于它要求作為準書寫板的特定標記的書寫表面。除了麻煩外，利用光學系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的筆和指示筆經(jīng)常產(chǎn)生有限的數(shù)據(jù) 集。事實上，多數(shù)僅提供與橫跨書寫表面的軌跡對應(yīng)的數(shù)據(jù)。同時，許多應(yīng)用
能從來自指示筆的大量數(shù)據(jù)流中獲益。事實上，現(xiàn)有技術(shù)指出在利用筆或指示 筆的使用者和諸如計算機的及其之間的交互的許多情況是有局限性的。作為能 從來自筆或指示筆的更多數(shù)據(jù)流獲益的應(yīng)用和系統(tǒng)的一些例子，讀者可參閱6565611、 6502114、 6493736、 6474888、 6454482、 6415256、 6396481號美國 專利和2003 — 0195820、 2003 — 0163525、 2003 — 10107558、 2003 — 0038790、 2003 — 0029919、 2003 — 0025713、 2003 — 0006975、 2002 — 0148655、 2002 — 0145587號美國專利申請以及6661920號美國專利。發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種用于處理從諸如速記工 具、手杖、定位器或機械手的狹長物體的姿態(tài)獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)的裝置和方法。 具體地說，本發(fā)明的一個目的是提供用于處理以這種方式獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)和姿 態(tài)數(shù)據(jù)子集的識別以在應(yīng)用場合中用作控制數(shù)據(jù)或輸入數(shù)據(jù)。結(jié)合附圖對詳細說明進行閱讀，這些和其它多個優(yōu)點將變得明顯。本發(fā)明提供用于處理從狹長物體的姿態(tài)獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)的方法，該狹長物 體的尖部與具有一個或多個不變特征的平坦表面接觸。根據(jù)該方法，尖部被置 于表面上并且通過不變特征的幫助而從板上狹長物體光學地測量狹長物體的 物理姿態(tài)。準備與姿態(tài)對應(yīng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)并識別該姿態(tài)數(shù)據(jù)的子集。該子集被傳 送到諸如用戶應(yīng)用程序的應(yīng)用程序，在那里子集作為命令數(shù)據(jù)或輸入數(shù)據(jù)。狹 長物體經(jīng)歷運動，同時其尖部接觸一個表面。因此，在較佳實施例中，該方法 周期地在測量時間ti測量姿態(tài)數(shù)據(jù)以使用連續(xù)測量時間ti的姿態(tài)數(shù)據(jù)以所需 的時態(tài)分辨率描述運動。子集可包括描述狹長物體在空間中的方向的所有方向數(shù)據(jù)或部分方向數(shù)據(jù)。方向數(shù)據(jù)可包括在適當坐標(例如極坐標)中表述方向的傾角e或任何角 度或一組角度?；蛘?，子集可包括表面上的尖部的所有或部分位置數(shù)據(jù)。位置 可以是尖部相對于包含一個或多個不變特征的特征的相對位置或表面上的尖 部在世界坐標中的絕對位置。子集也可包含方向和位置數(shù)據(jù)的混合。在一個實施例中，狹長物體的方向由歐拉角表示而姿態(tài)數(shù)據(jù)的子集包括至少一個歐拉角。事實上，在該實施例中，傾角e可以使單純的第二歐拉角。另外，子集可包括滾動角V (第三歐拉角)以及旋轉(zhuǎn)角4> (第一歐拉角)。所含 方向數(shù)據(jù)可用作任何形式的輸入。例如，方向數(shù)據(jù)可表示用來執(zhí)行應(yīng)用程序中 的命令的控制數(shù)據(jù)或輸入到應(yīng)用程序中或以適當格式簡單存儲的輸入數(shù)據(jù)。當 然，位置數(shù)據(jù)也能被用作任何形式的輸入，包括控制數(shù)據(jù)和輸入數(shù)據(jù)。要注意 子集還可包括所有姿態(tài)數(shù)據(jù)，例如當應(yīng)用程序是運動捕捉應(yīng)用程序時。不變特征可以是永久的或臨時的，空間的或時間的。平坦表面可以是使用 者進行速記操作的速記表面，例如紙表面、屏幕、書寫板、墊或其它形式的表 面。在該實施例中，狹長物體較佳地是諸如筆、鉛筆或指示筆的速記工具。一 般來說，狹長物體還可以是定位器、機械手或手杖。事實上，狹長物體是其姿 態(tài)可用來導出輸入數(shù)據(jù)的任何物體。本發(fā)明還提供一種用于處理表述其尖部與表面接觸的狹長物體的運動的 姿態(tài)數(shù)據(jù)的裝置。該裝置具有光學地測量來自板上狹長物體的姿態(tài)的測量配 置。該測量可以在測量時間ti內(nèi)周期地進行并且該測量周期視應(yīng)用和分辨率 (例如姿態(tài)或所要求姿態(tài)數(shù)據(jù)的時間分辨率)而定。該裝置具有處理器以準備 與姿態(tài)對應(yīng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)并識別姿態(tài)數(shù)據(jù)的子集。提供通信鏈路以將子集傳送給 應(yīng)用程序。處理器較佳地被安裝在狹長物體上。在由處理器執(zhí)行大量數(shù)據(jù)處理的場合 下，處理器可以是遠程的。通信鏈路較佳地是無線通信鏈路。根據(jù)運行將子集用作輸入數(shù)據(jù)的用戶應(yīng)用程序的主機所在位置，通過使用 相同或不同通信鏈路，由處理器從姿態(tài)數(shù)據(jù)分離出來的子集被傳送到應(yīng)用程序 以進一步處理子集，例如將其作為輸入數(shù)據(jù)。例如，主機是計算機而應(yīng)用程序 是數(shù)據(jù)文件。在該例中，子集可將輸入數(shù)據(jù)包含入數(shù)據(jù)文件?；蛘?，主機是數(shù) 字設(shè)備而用戶應(yīng)用程序是用于執(zhí)行命令的可執(zhí)行文件，并且子集包含控制數(shù) 據(jù)。應(yīng)用程序也可以是用來捕獲狹長物體運動的運動捕捉應(yīng)用程序或用來捕捉 表面上運動中的狹長物體的尖部所表述的軌跡的軌跡捕捉應(yīng)用程序。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的細節(jié)進行詳細說明。


圖1是表述尖部正與一表面接觸的狹長物體的運動的本發(fā)明的裝置的三 維視圖。圖2是示出本文中所使用的歐拉旋轉(zhuǎn)規(guī)則的圖解。圖3是示出將姿態(tài)數(shù)據(jù)格式化或準備至子集中的方框圖。圖4是具有用于測量姿態(tài)的成像系統(tǒng)的狹長物體的三維圖。 圖5是具有用于測量姿態(tài)的掃描系統(tǒng)的狹長物體的三維視圖。 圖6是表示狹長物體是在平坦表面上速記的速記工具的較佳應(yīng)用的三維 視圖。圖7是示出經(jīng)由通信鏈路將姿態(tài)數(shù)據(jù)與遠程裝置通信的速記工具的圖解。 圖8是從圖7的速記工具的姿態(tài)數(shù)據(jù)獲得的命令和輸入數(shù)據(jù)的使用的方框圖。圖9是示出本發(fā)明裝置的又一實施例的圖解。
具體實施方式
通過首先參閱圖1,本發(fā)明將變得最明顯，圖1示出和用于處理從狹 長物體14的姿態(tài)獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)12的范例性裝置10。狹長物體14移動的 同時，其尖部16與平坦表面18接觸。裝置10在多個測量時間處理描述狹 長物體14的姿態(tài)的姿態(tài)數(shù)據(jù)12。因此，姿態(tài)數(shù)據(jù)12表述狹長物體14作出 的運動或當尖部16接觸表面18時由使用者作出的運動。當尖部16與表面 18接觸時，例如壓電器件或任何其它適合的傳感器20可用于探知。狹長物體14是當物體14處于靜止或運動時其姿態(tài)產(chǎn)生有用的姿態(tài)數(shù) 據(jù)12的任何形式的一般狹長物體。例如，狹長物體14是用于行走支持的 手杖而表面18是行走表面，或狹長物體14是機械手而表面18是工作表面。 在另一情況下，狹長物體14是定位器而表面18是屏幕，或狹長物體14是 諸如筆、鉛筆或指示筆的速記工具，而表面8是速記表面。在本實施例中， 狹長物體14是定位器而表面18是屏幕或跟蹤表面。
狹長物體14具有板上測量配置22，用來通過表面18上的一個或多個不變特征32、 34、 36光學地測量其姿態(tài)。在該情況下，所有特征32、 34、 36均在表面18上。然而，如果在表面18上存在足夠數(shù)量的特征，則一般 來說可使用不處于表面18的平面中的特征。在本實施例中，不變特征是邊緣32、基準點34和表面結(jié)構(gòu)36。這些 不變特征僅為能時態(tài)或永久關(guān)聯(lián)于表面18并用于測量物體14姿態(tài)的多種 類型特征的范例。不變特征32、 34、 36用于獲取尖部16在表面18上的相 對位置或絕對位置并用于測量姿態(tài)的剩余部分，例如定位器14的方向。較 佳地，不變特征32、 34、 36的位置由世界坐標(X。、 Y。、 Z。)定義。另夕卜， 如果可能，不變特征32、 34、 36的位置的較佳形式為使它們的至少一個 子集令希望呈現(xiàn)物體14的所有姿態(tài)對配置22變得可見?？刹捎猛ㄟ^板上配置22以重現(xiàn)物體14姿態(tài)的多種光學測量方法。在 這些方法的任何一種中，配置22使用板上器件根據(jù)包括幾何不變性、三角 測量、定距、路徑積分和運動分析的任何公知的姿態(tài)重現(xiàn)技術(shù)來獲得姿態(tài) 數(shù)據(jù)12。在較佳實施例中，配置22是諸如安裝于定位器14上的成像系統(tǒng) 或掃描系統(tǒng)的光學測量配置，用來以表面18上的一個或多個不變特征32、 34、 36為基準在板上確定姿態(tài)。裝置10具有用于預(yù)備與定位器14的姿態(tài)對應(yīng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)12以及用于 識別應(yīng)用程序28所要求的姿態(tài)數(shù)據(jù)12的子集48的處理器26。具體地說， 應(yīng)用程序28使用包含所有姿態(tài)數(shù)據(jù)12或少于所有姿態(tài)數(shù)據(jù)12的子集48。 注意處理器26可位于定位器14上或者是遠程的，就象本實施例中那樣。提供通信鏈路24以將姿態(tài)數(shù)據(jù)12傳送給應(yīng)用程序28。較佳地，通信 鏈路24是通過安裝在定位器14上的無線發(fā)射機30建立的無線通信鏈路。 在將處理器26和應(yīng)用程序28安裝在定位器14上的實施例中，通信鏈路24 可以是電氣連接。在其它實施例中，通信鏈路24可以是有線的遠程鏈路。在操作過程中，使用者38手持定位器14。使用者38將定位器14的 尖部16置于具有不變特征32、 34、 36的表面18上并進行移動以使定位器 14實現(xiàn)運動40。為了更好地表現(xiàn)，運動40以虛線42、 44表示，該虛線42、44標志出運動40過程中由尖部16或定位器14的端部呈現(xiàn)的位置。為便于 解釋本發(fā)明，線42被稱為尖部16的軌跡。另外，為便于解釋本發(fā)明，當 尖部16停止接觸表面18的時候，運動40被定義成結(jié)束。運動40可不產(chǎn)生端部46或尖部16的移動，即沒有軌跡42。事實上， 運動40不局限于任何參數(shù)，除尖部16必須保持與表面18接觸外。因此， 定位器14的方向改變就象表面18上的尖部16的位置改變那樣(即x、 y 坐標的改變)也被認為是運動40。在這種情況下，定位器14的方向由以定 位器14的中軸線C.A為基準的傾斜角8 、旋轉(zhuǎn)角4>和滾動角V表述。這些 角中的至少一個的變化即構(gòu)成運動40。在這種情況下，尖部16在點48處向下接觸表面18。在向下接觸的同 時，定位器14的的中軸線C.A以等于e。的傾角9與表面法線Z'斜交。此 外，旋轉(zhuǎn)角4)和滾動角w分別等于d)。和v。。為方便起見，本實施例中的角 度e、 (t)和w為歐拉角。當然，其它角度可用來表述定位器14的方向。事 實上，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解任何表述定位器16旋轉(zhuǎn)的規(guī)則均可用于本 說明書。例如，可采用四個凱力來克雷恩(Caylyle — Klein)角或四元組。圖2A—圖2C示出使用歐拉角表述定位器14方向的規(guī)則。定位器14 具有如圖2A所示、在無旋轉(zhuǎn)物體坐標(X'、 Y'、 Z')的原點處從尖部16測 得的長度1。中軸線C. A共線于Z'軸并且它經(jīng)過尖部16和無旋轉(zhuǎn)物體坐標 (X，、 Y，、 Z，)的原點。在本文所使用的無功旋轉(zhuǎn)規(guī)則中，物體坐標系依附 于定位器14，同時定位器14從初始向上位置開始旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在，圖2A示出繞Z，軸以物體坐標系(X'、 Y'、 Z')的第一歐拉角4> 的第一逆時針旋轉(zhuǎn)。物體坐標系的旋轉(zhuǎn)不影響Z'軸，因此一次旋轉(zhuǎn)后，Z" 軸與未經(jīng)旋轉(zhuǎn)的Z'軸共線(Z"=Z')。另一方面，軸X'和Y'旋轉(zhuǎn)第一歐拉 角4)以產(chǎn)生一次旋轉(zhuǎn)后的軸X"和Y"。圖2B示出作用于一次旋轉(zhuǎn)的物體坐標系(X"、 Y"、 Z")以第二歐拉角 e的第二逆時針旋轉(zhuǎn)。該第二旋轉(zhuǎn)繞一次旋轉(zhuǎn)的X"軸進行并因此不影響"X" 軸(X"，=X，，)。另一方面，軸Y"和Z"旋轉(zhuǎn)第二歐拉角9以產(chǎn)生二次旋轉(zhuǎn)軸 Y"，和Z"'。該第二旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)于包含一次旋轉(zhuǎn)的軸Y"、 Z"和二次旋轉(zhuǎn)軸Y'"、 z'"的面n中。注意定位器14的軸c. A在面n內(nèi)逆時針旋轉(zhuǎn)第二歐拉角e并 保證與二次旋轉(zhuǎn)軸z"，共線。圖ic示出以第三歐拉角v的第三逆時針旋轉(zhuǎn)被作用于二次旋轉(zhuǎn)的物 體坐標系(x"，、 Y，"、 z"')。旋轉(zhuǎn)v繞已與由所有三個歐拉角旋轉(zhuǎn)的物體軸Z共線的二次轉(zhuǎn)軸Z'"進行。同時，二次旋轉(zhuǎn)軸X"'、 Y"'轉(zhuǎn)過v以產(chǎn)生轉(zhuǎn)過所有三個歐拉角的物體軸x、 y。轉(zhuǎn)過所有三個歐拉角d)、 e和v的物體軸X、 Y、 Z定義歐拉旋轉(zhuǎn)的物體坐標系(X、 Y、 Z)。注意在歐拉旋轉(zhuǎn)過程 中，定位器14的尖部16保持在所有物體坐標系的原點。現(xiàn)在回過頭來參閱圖1，定位器14的姿態(tài)包括其方向，即歐拉角(4>、 6、 V)，而尖部16的位置，即尖部16接觸表面16的點的坐標(x、 y、 z)。為方便起見，定位器14的方向和尖部16的位置以世界坐標(X。、 Y。、 Z。)表示。世界坐標(X。、 Y。、 Z。)具有能用來表述表面18上的尖部16的 絕對位置的世界原點(0、 0、 0)。事實上，世界坐標(X。、 Y。、 Z。)可用于 定位器14姿態(tài)的任何參數(shù)的絕對測量?；蛘?，可以相對方式對定位器14 姿態(tài)的任何參數(shù)進行表述，例如參照非靜止或相對坐標(Xi、 Y" Z》或簡 單地相對于前一姿態(tài)。為了表述定位器14的絕對姿態(tài)，將表述定位器14方向的歐拉旋轉(zhuǎn)的 物體坐標關(guān)聯(lián)于世界坐標(X。、 Y。、 Z。)是方便的。為此，要注意物體軸Z' 沿世界坐標(X。、 Y。、 Z。)的方向在三次歐拉旋轉(zhuǎn)前是垂直于平面(X。、 Y。) 的。第二歐拉角e僅定義物體坐標系不繞物體軸Z的逆時針旋轉(zhuǎn)(第二旋 轉(zhuǎn)繞x'^x"，軸而不是z，、 z"或z"，)。因此，歐拉角e是經(jīng)完全旋轉(zhuǎn)的物體軸z或軸C. A和原始物體軸Z'之間的傾角，它在尖部16的接觸點處垂直于 平面(X。、 Y。)。光學測量配置22在測量時間ti測量定位器14在運動40過程中的姿態(tài) 并且處理器26準備相應(yīng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)12。姿態(tài)數(shù)據(jù)12由測量時間ti時所測 得的參數(shù)值(4>、 9、 V、 x、 y、 z)組成。位置定義于世界坐標(X。、 Y。、 Z。)中的不變特征32、 34、 36被光學測量配置22采用以表示世界坐標(X。、 Y。、 Z。)中的姿態(tài)數(shù)據(jù)12。周期性測量的頻率取決于姿態(tài)數(shù)據(jù)12的使用和
所要求的性能，即時間分辨率。要注意周期性測量不局限于任何預(yù)定時間 或頻率機制。換句話說，任何兩個連續(xù)姿態(tài)測量之間的次數(shù)可以是任意的。 然而，較佳地是配置22以足夠高的頻率測量姿態(tài)以獲得以應(yīng)用程序28所要求的時間分辨率表述運動40的姿態(tài)數(shù)據(jù)12。通信鏈路24的無線發(fā)射機30將測量時間ti收集的姿態(tài)數(shù)據(jù)12或參數(shù)(d)、 9、 V、 x、 y、 z)傳送給處理器26。姿態(tài)數(shù)據(jù)12可在任意或預(yù)設(shè) 時間或根據(jù)其它需要以連續(xù)、突發(fā)、部分的形式傳送。處理器26準備姿態(tài) 數(shù)據(jù)12的子集48，例如尖部16的絕對位置(x、 y)并將其送至應(yīng)用程序 28。應(yīng)用程序28使用測量時間ti時的尖部16的絕對位置(x、 y)以在定 位器14進行運動40時描繪出表面18上的尖部16的軌跡42。換句話說， 單元28恢復(fù)與尖部16的移動對應(yīng)的軌跡42。注意由單元28恢復(fù)的軌跡 42的分辨率可通過增加姿態(tài)測量數(shù)或增加測量時間ti的頻率而提高。要注 意應(yīng)將姿態(tài)數(shù)據(jù)12格式化以實現(xiàn)發(fā)射機30、處理器26和應(yīng)用程序28之間 正當?shù)耐ㄐ?。任何適當?shù)耐ㄐ藕透袷交瘶藴?，例如IEEE接口標準可用來實 現(xiàn)這些目的。作為格式化標準的特定例子，讀者可參閱Rick Polyner， LGC/Telegraphic， "Wintab Interface Spcificication: 16 —bit and 32 —bit API Reference" ， 1996年5月9日修訂；通用串行總線(USB)，"Device Class Definition for Human Interface Devices (HID)，，， 固件規(guī)范，USB實施者論壇，2001年7月27日以及Ulrica Larsson和 Johanna Pettersson的六自由度接口 、 "Development and evaluation of a 6D0Finterface to be used in a medical application" 、 Linkopings 大學、科學技術(shù)系的論文，2002年6月5日。剩余的姿態(tài)數(shù)據(jù)12，即(4>、 0、 V、 z)可用于本實施例。具體地 說，處理器26可準備額外的子集或?qū)⑺惺Ｓ嗟淖藨B(tài)數(shù)據(jù)作為單個子集傳 送給應(yīng)用程序28或傳送給為不同功能服務(wù)的不同應(yīng)用程序或裝置。從姿態(tài) 數(shù)據(jù)12獲取的方向數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)的任何組合可用于子集48中。事實上， 在一些實施例中處理器26將所有姿態(tài)數(shù)據(jù)12保持在子集48中，以使所有 姿態(tài)數(shù)據(jù)12可由應(yīng)用程序28使用。當應(yīng)用程序28必須重構(gòu)整個運動40
而不只是表面18上的尖部16的軌跡時完成上述動作。例如當應(yīng)用程序28包括運動捕捉應(yīng)用程序時完成該動作。此外，可通過增加測量時間ti的頻率而提高運動40的時間分辨率。要注意在這種情況下，緩慢變化的姿態(tài)數(shù) 據(jù)12的參數(shù)被過采樣。還應(yīng)當注意表面18為平面并因此參數(shù)值z不發(fā)生改變。因此，z被設(shè) 置在固定值，例如z-O，并省去姿態(tài)數(shù)據(jù)12以減少需要由發(fā)射機30發(fā)送 的數(shù)據(jù)量。在圖3中， 一方框圖更詳細地示出由處理器26對姿態(tài)數(shù)據(jù)12的處理 以及應(yīng)用程序28對其的使用。在第一步驟50中，姿態(tài)數(shù)據(jù)12通過通信鏈 路24由處理器26接收。在第二步驟52中，處理器26確定需要姿態(tài)數(shù)據(jù) 12的子集48的哪一部分?？苫趹?yīng)用程序28作出選擇。例如，當應(yīng)用程 序28是描繪軌跡42的軌跡捕捉程序，則子集48中僅需包括尖部16的位 置數(shù)據(jù)，即(x、 y)。另一方面，當應(yīng)用程序28為運動捕獲應(yīng)用程序時， 則需要將所有姿態(tài)數(shù)據(jù)12包含在子集48中。在步驟58中，所有姿態(tài)數(shù)據(jù)12被選擇并前進至子集格式化或預(yù)備步 驟60A。在步驟60A中，由應(yīng)用程序28根據(jù)需要將數(shù)據(jù)12以子集48A的形 式預(yù)備。例如姿態(tài)數(shù)據(jù)12以特別順序被配置并提供以合適的腳注、標頭和 冗余位(未圖示)，或如由諸如RickPoyner、 LGC/Telegraphics (op. cit)的數(shù)據(jù)端口傳送標準規(guī)定的其它形式。在步驟62中，僅選擇姿態(tài)數(shù)據(jù)12的一部分。下面示出了部分選擇的 三種情況。在第一種情況下，應(yīng)用程序28只要求位置數(shù)據(jù)。因此。在步驟 59B，僅選擇位置數(shù)據(jù)(x、 y、 z)并且丟棄剩余姿態(tài)數(shù)據(jù)。在后續(xù)步驟60B 中，應(yīng)用程序28根據(jù)需要將位置數(shù)據(jù)(x、 y、 z)以子集48B和/或由端口 傳送標準規(guī)定的形式預(yù)備。在第二種情況下，在步驟59C中，僅選擇方向 數(shù)據(jù)(4>、 9、 MO并將其余姿態(tài)數(shù)據(jù)12丟棄。然后，在步驟60C中，方 向數(shù)據(jù)(4>、 9、 UO以子集48C的形式被準備以供應(yīng)用程序28使用。在 第三種情況下，在步驟5卯，包括一些位置數(shù)據(jù)和一些方向數(shù)據(jù)的姿態(tài)數(shù)據(jù) 12的組合在步驟60D中被相應(yīng)地選擇和處理以準備子集58D。
本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以理解所述功能可在處理器26和應(yīng)用程序28之間進行共享，例如根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)端口傳送標準的需要。例如， 一旦接收，即可通過應(yīng)用程序28對子集48進行某些準備。另外還要注意在某 些實施例中，姿態(tài)數(shù)據(jù)12可由發(fā)射機30預(yù)處理或根據(jù)任何合適算法、在 準備相應(yīng)子集48前后的任何時間進行后處理。例如，可將諸如最小二乘擬 合的統(tǒng)計算法應(yīng)用于在不同測量時間ti獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)12或連續(xù)的子集 48。此外，諸如姿態(tài)數(shù)據(jù)12的任何參數(shù)或所有參數(shù)的時間導數(shù)的量值，即 計算(dx/dt dy/dt dz/dt d 4>/dt d 9 /dt d v/dt)。另外可使用例如過采樣的各種采樣技術(shù)。子集48經(jīng)由通信信道72被傳送到應(yīng)用程序28。應(yīng)用程序28將子集 48作為根據(jù)其用途處理或路由的輸入接收。例如，在步驟64中，子集48 被用作控制數(shù)據(jù)。因此，子集48被解釋為可執(zhí)行命令66或作為可執(zhí)行命 令的一部分。另一方面，在步驟68中，子集48被用作輸入數(shù)據(jù)并被存儲 到數(shù)據(jù)文件70中。在一個實施例中，應(yīng)用程序28將信息傳送給處理器26以改變對子集 48的選擇標準。該信息可經(jīng)由通信信道72或其它鏈路(例如反饋鏈路74) 傳送。例如，應(yīng)用程序28請求將要發(fā)送的子集48A并將子集48A用作用于 數(shù)據(jù)文件70的輸入數(shù)據(jù)。在其它時間，應(yīng)用程序28請求將要發(fā)送的子集 48C并將子集48C用作為可執(zhí)行命令66的命令數(shù)據(jù)?；蛘?，處理器26可先 驗地指示是否應(yīng)將任何子集48A作為輸入數(shù)據(jù)還是控制數(shù)據(jù)處理。在又一 選擇中，使用者38可借助于獨立的裝置(例如安裝在定位器14上的開關(guān) (未圖示))指示是否希望將子集48作為控制數(shù)據(jù)或輸入數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域內(nèi) 技術(shù)人員將發(fā)現(xiàn)存在大量主動和被動的方法以確定解釋和處理由處理器26 和應(yīng)用程序28以子集48的形式傳送的數(shù)據(jù)。一般來說，由板上光學測量配置執(zhí)行的光學測量可以多種方式實現(xiàn)。 例如，圖4示出尖部102與被賦予不變特征106的平坦表面104接觸的狹 長物體IOO。不變特征106是表面104上方向、尺寸和位置已知的多邊形。 要注意僅示出物體100的一部分以便更好地表示。物體100沿Z軸對齊，Z 軸與用作世界坐標系基準的中軸線C.A共線(未圖示)。光學測量系統(tǒng)108被安裝在物體100上以執(zhí)行姿態(tài)的板上光學測量。事實上，系統(tǒng)108是成像系統(tǒng)或圖像捕獲系統(tǒng)，它藉由不變特征106光學 地測量物體100的姿態(tài)。成像系統(tǒng)108具有透鏡110和以位于由透鏡110 所界定的成像平面114中的電子光學傳感器或像素陣列的形式出現(xiàn)的圖像 捕獲裝置112。較佳地，透鏡IIO具有寬視域O并且基本上是單視點的，以 保留對附近環(huán)境的3D立體信息。透鏡110可包括各種光學器件，包括折射、 反射和/或配有光中繼器、鏡面、孔徑、白場透鏡、導像裝置和其它器件的 兼反射光及折射光的光學器件，正如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所能理解的。事實 上，可恰當?shù)貙⑼哥RIIO選擇作為用于成像表面104。陣列112具有位于由正交軸X1、 Y'界定的成像平面114內(nèi)的成像像素 116。這些軸平行于經(jīng)旋轉(zhuǎn)的物體坐標系的X軸和Y軸。從無旋轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)物 體坐標的歐拉角如圖所示。在工作時，諸如太陽光或人工照明的輻射118入射到表面104上。輻 射118的散射部分118'以與中軸線C. A呈e ,入射角的角度行進至狹長物體 110。更具體地說，例如沿從不變特征106角部的點Pp開始散射的路徑120 傳播的散射部分118'到達立體角9內(nèi)并由成像系統(tǒng)108成像在成像平面 114的圖像點P'上。來自點Pp和來自特征106和平面104剩余部分的散射 部分118，或它們的部分帶有其圖像信息。該空間強度變化或圖像信息被用 來根據(jù)用于恢復(fù)來自表面104的圖像的位置的技術(shù)以及在陣列112的成像 像素116上產(chǎn)生的特征106來確定物體100的姿態(tài)。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員會 了解立體成像特別適用于實現(xiàn)該目的。讀者可參閱10/640942號美國專利 申請以獲得合適的成像光學器件和方法的更多信息。實現(xiàn)板上光學測量配置的另一種選擇如圖5所示。這里，尖部132與 被賦予不變特征136的平坦表面134接觸的狹長物體130將掃描系統(tǒng)138 作為其板上光學測量配置。從無旋轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)物體坐標的歐拉角如圖所示。 不變特征136包括四邊形136A和直線136B，其在世界坐標系(X。、 Y。、 Z。) 中的尺寸、方向和位置均為己知尺寸。
掃描系統(tǒng)138具有探針輻射142的源140、臂144以及用來測量表面 134處的探針輻射142的掃描鏡146。掃描系統(tǒng)138使用驅(qū)動器以驅(qū)動掃描 鏡146以掃描表面134和不變特征136。例如，掃描鏡146是由雙軸驅(qū)動器 驅(qū)動的雙軸掃描鏡。鏡146以相對于鏡軸線M.A(在本實施例中為平行于物 體130的中軸線C.A)的掃描角o引導輻射142。驅(qū)動器根據(jù)掃描圖案148 改變掃描角o以實現(xiàn)表面134和特征136的掃描。輻射142沿特定掃描角 度o在特殊點P。入射到表面134上并與表面134形成入射角或傾斜角S 。 點P0根據(jù)由驅(qū)動器和物體姿態(tài)130規(guī)定的掃描圖案148移過表面134和特 征136。探針輻射142基于探針輻射142對表面134的入射方向、探針輻射142 的頻率f以及表面134和不變特征136的物理特性在點P。處散射。由此可 通過掃描發(fā)生時背散射部分142，的強度的時間改變來表述探針輻射142的 背散射部分H2，對表面134和特征136的響應(yīng)?？偟貋碚f，背散射部分142， 對表面134和特征136的響應(yīng)不僅包括強度改變還包括基于極化的響應(yīng)。 這種探針輻射142對表面134以及不變特征的背散射部分142'的響應(yīng)被用 來測量物體130的姿態(tài)。要注意可使用任何不變特征，它們產(chǎn)生對探針輻 射142的可探測響應(yīng)并且在世界坐標中的位置是固定的。3-D空間中的物體130的姿態(tài)包括表面134上尖部132的位置以及狹 長物體130在三維空間中的方向。在該實施例中，尖部132在世界坐標系 (X。、 Y。、 Z。)中的位置由矢量D。表示并且方向由歐拉角((J)、 9、 v)表 示。這是非常方便的，由于狹長物體130對由物體130的軸線(在該例中 為軸線C.A)以及表面134的法線(即軸Z')之間的傾斜角e界定的平面 表面134的傾斜度與第二歐拉角e是相等的。表面134和不變特征136A、 136B對應(yīng)于橫貫它們的探針輻射142的掃 描點P。而造成背散射部分142'中的時間強度變化。背散射部分142'的時間 強度變化由檢測器150測得。在本實施例中，檢測器150和諸如分束器142， 的光學器件152被設(shè)置在物體130上以將探針輻射142的背散射部分142， 引導至檢測器150以檢測強度變化。物體130的姿態(tài)根據(jù)任何合適的時間
一空間掃描技術(shù)從掃描圖案148、表面134和不變特征136的知識而獲得。 附加的知識諸如傾斜角e或第二歐拉角和第三歐拉角v可應(yīng)用于獲得尖部 132的絕對位置。角度e和v可通過傾角計(未圖示)或任何其它設(shè)備和/ 或方法獲得。讀者可參閱10/745371號美國專利申請而獲知用于測量物體 130姿態(tài)的掃描特征的某些例子。在又一實施例中，板上光學測量配置可將成像和掃描器件組合在混合 系統(tǒng)中。例如，可使用具有被動成像像素和主動照明像素的像素陣列來形 成混合的成像和掃描器件。另外，可使用具有不同視點的系統(tǒng)來實現(xiàn)立體 成像和掃描技術(shù)。在又一其它實施例中，可使用具有工作在投影模式而不 是成像模式下的像素陣列的光學系統(tǒng)，即與該系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的光學器件不僅實 現(xiàn)成像還投影來自像素陣列的輻射。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員能發(fā)現(xiàn)存在大量構(gòu) 造光學測量配置的替代性選擇。圖6是一較佳實施例的三維視圖，其中狹長物體200是諸如筆、鉛筆 或指示筆的速記工具。特別地，速記工具200是一種筆，其尖部202是與 桌面208上的紙板206的平面表面204接觸的書寫尖部。筆200具有與歐 拉旋轉(zhuǎn)的筆坐標(X、 Y、 Z)對齊的中軸線C.A。與第二歐拉角對應(yīng)的傾斜 角e被表示為相對于還表示表面法線的Z，軸。殼體210被安裝在筆200的頂端212。殼體210具有光學測量配置214 以光學地測量來自板上筆200的筆200的姿態(tài)。光學測量配置214是成像 系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)或混合系統(tǒng)。紙206的表面204具有以紙邊緣形式出現(xiàn)的 不變特征216A、 216B、 216C和216D。特征216由光學測量配置214使用以 測量筆200的姿態(tài)。殼體210支承處理器218以準備與由光學測量配置214測量的姿態(tài)對 應(yīng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)并識別姿態(tài)數(shù)據(jù)的子集220。發(fā)射機222被設(shè)置在殼體210 內(nèi)以經(jīng)由無線通信鏈路226將子集220傳送給應(yīng)用程序224。由于殼體210 中的器件及其操作己在前面進行說明，因此在本實施例中就不詳細解釋了 。使用者將筆200握在手228中并在與表面204接觸的同時移動它，以 例如產(chǎn)生表征手寫的標志。手228以虛線輪廓表示以便更好地理解。壓力
傳感器或其它裝置(未圖示)確定尖部202和表面204之間的接觸。在使 用者速記的同時，光學測量裝置周期地測量筆200的姿態(tài)。特別地，當筆 200處于與速記對應(yīng)的運動時，光學測量配置214在測量時間ti周期地測 量姿態(tài)以使姿態(tài)數(shù)據(jù)以應(yīng)用程序224可用的足夠詳細程度描述筆200的運 動。例如，當應(yīng)用程序224為一般運動捕獲程序時，測量時間L的頻率在 75Hz數(shù)量級上。在要求精確地獲知運動筆200以獲取手229的生物統(tǒng)計的 諸如生物統(tǒng)計應(yīng)用程序的某些運動捕捉應(yīng)用程序中，可使用100Hz以上的 更高頻率測量時間ti。尤其當生物統(tǒng)計應(yīng)用程序是使用者鑒別應(yīng)用程序時， 這種精確知識是必須的。在另一實施例中，應(yīng)用程序224是用于捕獲由筆 200標記在紙206上的軌跡230A、 230B和230C的軌跡捕捉應(yīng)用程序。更準 確地說，應(yīng)用程序224是在線或離線手寫鑒別應(yīng)用程序，它要求測量時間 ti在100Hz數(shù)量級上(At二l/100s)以正確地識別手寫。另一應(yīng)用程序224 要求尖部202在連續(xù)測量之間在紙表面204上移動的距離As在1/200英寸 或大約O. 12mm的數(shù)量級。在又一實施例中，軌跡捕捉應(yīng)用程序可以是簽名 校驗應(yīng)用程序，它要求比手寫辨認更高的精確度。要注意生物統(tǒng)計應(yīng)用程 序也可進行使用者識別和/或簽名校驗。在本實施例中，應(yīng)用程序224是在 線手寫鑒別應(yīng)用程序并且測量時間t以100Hz數(shù)量級的頻率重復(fù)。在操作中，使用者移動手228并將其轉(zhuǎn)化成筆200的運動，這產(chǎn)生在 紙206表面204上的墨跡230。當尖部202在運動期間在書寫點處接觸表面 204時，產(chǎn)生軌跡230。光學測量配置214借助于不變特征216在測量時間 t,周期地測量筆200的姿態(tài)，同時產(chǎn)生軌跡230。第一書寫點p^，有時稱之為下筆，以及最后書寫點P，，有時稱之為 提筆，被指示在筆200運動期間尖部202產(chǎn)生的軌跡230A上。另外還指示 了中間寫入點P,它是尖部202在特定測量時間U所處的位置。在連續(xù)測 量時間t。和1+1處的兩個寫入點也被示出，并且作為例示，它們之間的時 間間隔為At。軌跡230B出現(xiàn)于由使用者書寫過程中。軌跡230C已被寫入， 并且在連續(xù)測量時間仁和t。+J寸的兩寫入點被表示成分開距離As。
應(yīng)用程序224是在線手寫鑒別應(yīng)用程序并因此在每個軌跡230A、 230B 和230C的下筆和提筆點之間測量時間ti的頻率在100Hz的數(shù)量級，因此 時間間隔厶t為大約1/100s。因此，筆200的姿態(tài)由配置214用大約1/lOOs 的時態(tài)分辨率進行測量。處理器218根據(jù)由下臂和提筆點之間執(zhí)行的運動中的筆200呈現(xiàn)的連 續(xù)姿態(tài)對應(yīng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)。處理器218還識別子集220中所需的姿態(tài)數(shù)據(jù)以 運行應(yīng)用程序224。在某些手寫鑒別應(yīng)用程序中，子集220僅需包含尖部 202在與書寫點Pwi對應(yīng)的測量時間ti時的絕對位置。換句話說，子集220 僅包含表面204上的尖部202的位置數(shù)據(jù)，而不是筆200的方向數(shù)據(jù)。此 外，書寫點Pwi的位置由在紙206右上角具有原點的全球坐標(X。、 Y。、 Z。) 中的相應(yīng)矢量Di表示。在另一實施例中，手寫鑒別應(yīng)用程序224要求在子集220中的方向數(shù) 據(jù)。例如，在線手寫識別應(yīng)用程序224要求子集220中包含傾斜角e 。應(yīng) 注意傾斜角6也是第二歐拉角。又一種書寫識別應(yīng)用程序224要求子集220 包含更多或甚至全部方向數(shù)據(jù)，即所有三個歐拉角。事實上，應(yīng)用程序224 例如經(jīng)由通信鏈路226告知處理器218在任何給定時間它關(guān)于子集220的 特殊要求。在子集220包含額外信息的情況下，諸如位置和方向數(shù)據(jù)的任 意組合或全部位置和方向數(shù)據(jù)的 一 階或高階導數(shù)，例如二階導數(shù) (dVdt d2y/dt d2z/dt "/dt d2 9 /dt d、/dt)，它們或由處理 器218計算得到并包含在機制220中，或由應(yīng)用程序224計算得到。在另一實施例中，筆200是不留下軌跡230的指示筆。換句話說，尖 部202是不作出標志的點。在該實施例中，表面204不一定是紙表面；可 由其上可進行速記的任何平坦表面代替。本方法的其它方面與上述內(nèi)容相 同。圖7示出用于處理從具有尖部252的狹長物體250的姿態(tài)獲得的姿態(tài) 數(shù)據(jù)的裝置248的另一實施例。物體250是尖部252不產(chǎn)生軌跡的指示筆。 物體250具有包含光學測量配置和處理器(未圖示)的殼體254。無線發(fā)射 機262被提供以用來通信。
尖部252被置于具有不變特征258A、 258B、 258C和258D的平坦表面 256上。測量配置依賴特征258以當尖部252接觸表面256時，在測量時間 ti周期地測量指示筆250的姿態(tài)。處理器準備與姿態(tài)對應(yīng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)并識 別將被傳送的子集260。在本例中，子集260包含所有姿態(tài)數(shù)據(jù)并在每個測 量時間ti后以時戳被發(fā)送，時戳也以ti為基準。位置數(shù)據(jù)以由光學測量配 置選擇的世界坐標(X。、 Y。、 Z。)中的矢量Di的形式表達。方向數(shù)據(jù)以歐拉 角的形式表達。發(fā)射機262經(jīng)由通信鏈路264A、 264B、 264C和264D將子集260傳送 給駐有要求子集260的應(yīng)用程序的各裝置。具體地說，鏈路264A連接于網(wǎng) 絡(luò)266并依次連接于運行要求子集260的應(yīng)用程序270的計算機268(例如 個人計算機)。網(wǎng)絡(luò)266可以是任何類型的網(wǎng)絡(luò)，包括互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)(LAN)、 電話網(wǎng)絡(luò)或能夠傳送子集260的任何網(wǎng)絡(luò)。鏈路264B連接于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)274 與計算機268通信的主機272 (例如主機計算機)。要注意應(yīng)用程序270 可共享于計算機268和本地主機272之間，或者每個能分別使用其獨立應(yīng) 用程序的集260?；蛘?，本地主機272可僅用作中繼式計算機。鏈路264C 直接連接于計算機268并可以是短距離鏈路，例如僅當指示筆250工作在 計算機26B附近時才被激活的鏈路。鏈路264D連接于運行其它程序278的 裝置276。例如，裝置276是個人數(shù)字助理(PDA)或蜂窩電話。事實上， 鏈路264D可以是紅外鏈路或超聲鏈路，在這種情況下相應(yīng)的發(fā)射機被用來 代替無線發(fā)射機262。要注意指示筆250可經(jīng)由任何鏈路264與在任何給定 時間需要與之通信的任何裝置的組合而進行通信。該裝置可使用鏈路264 以在任何時間將它們的可用性和子集偏好與指示筆250通信。在工作時，指示筆250可將絕對位置數(shù)據(jù)中或由世界坐標系中表示的 矢量Di包含在子集260中?；蛘?，指示筆250可將相對坐標(Xr、 Yr、 Z》 中的相對位置數(shù)據(jù)或矢量Dh包含在子集260中。在又一選擇中，子集260 包括就前一位置的相對位置數(shù)據(jù)，即矢量AD二Dh — Dh-i。那是因為某些應(yīng) 用程序僅要求獲知尖部252的相對位置。另外要注意姿態(tài)數(shù)據(jù)的處理和子 集260的識別是可在筆250和任何其它裝置之間共享的任務(wù)。事實上，用
來處理姿態(tài)以獲得姿態(tài)數(shù)據(jù)并識別子集260的處理器可整個地置于另一裝置上，例如在計算機268上。圖7是示出使用來自速記工具250的子集260的命令和輸入數(shù)據(jù)的一 些例子的方框圖。在第一步驟280中，子集260經(jīng)由通信鏈路264由本地 主機或網(wǎng)絡(luò)接收。如果子集260要用于遠程主機，則在步驟282將其傳送 到遠程主機。在第二步驟284中，在預(yù)定主機(根據(jù)情況可以是本地主機或遠程主 機)中的處理器確定對子集260的要求。選擇可基于預(yù)定應(yīng)用程序300而 作出。例如，當應(yīng)用程序300僅需要已包含于子集260中的參數(shù)時，則將 子集260傳送到步驟286以準備和直接使用?；蛘?，當應(yīng)用程序300要求 額外參數(shù)時，子集260被傳送到步驟288以導出這些額外參數(shù)。例如，額外參數(shù)是子集260中的一個或多個參數(shù)的導數(shù)。因此，子集 260被傳送到微分模塊290并隨后被傳送到準備模塊292以為子集260提供 導數(shù)。在所示例子中，要求歐拉角4)、 e的時間導數(shù)并因此所補充和準備 的子集260'包含這些時間導數(shù)?；蛘咭笥嘘P(guān)一個或多個子集260中的參 數(shù)的統(tǒng)計信息。因此，將子集260傳送給統(tǒng)計模塊295并隨后傳送給預(yù)備 模塊296以為統(tǒng)計信息補充子集260。在本例中，統(tǒng)計信息是第二歐拉角9 的標準方差。因此，經(jīng)補充和預(yù)備的子集260"包含子集260的參數(shù)和角e 的標準方差。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將會理解可例如根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)端口傳送標準 的需要、在本地和遠程主機以及應(yīng)用程序300之間共享所述功能。例如， 子集260的一些準備和補充可在接收時由應(yīng)用程序300執(zhí)行。子集260被傳送給應(yīng)用程序300以用作輸入并根據(jù)其用途被處理或路 由。例如在步驟302，子集260'被用作控制數(shù)據(jù)。因此，子集260'被解釋 為可執(zhí)行命令304或解釋為可執(zhí)行命令的一部分并用于可執(zhí)行文件310中。 另一方面，在步驟306中，子集260"被用作輸入數(shù)據(jù)并被存儲至數(shù)據(jù)文件 308。在一個具體應(yīng)用程序中，應(yīng)用程序300是軌跡捕捉應(yīng)用程序而子集260' 被用作根據(jù)標準布爾邏輯的控制數(shù)據(jù)。具體地說，應(yīng)用程序包括布爾邏輯符號再格式化功能以將控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為布爾邏輯命令，即0R、 AND或X0R。 圖9是示出本發(fā)明又一實施例的圖解。在該實施例中，狹長物體320 是用于具有不變特征324A、 324B的速記表面322上的速記工具。速記表面 322可以是屏幕、墊、紙表面或任何其它適宜表面，通過它們速記工具320 可通過根據(jù)上述原理的板上光學測量配置確定姿態(tài)。速記工具320是筆、 鉛筆或指示筆。使用者326通過將速記工具320的尖部328置于表面322上并作出運 動，從而利用速記工具320以產(chǎn)生姿態(tài)數(shù)據(jù)。姿態(tài)數(shù)據(jù)被處理成子集并被 傳送至多個用戶裝置，包括但不局限于大型計算機330、操縱桿332、蜂窩 電話334、個人計算機336和個人數(shù)字助理338。這些裝置的每一個使用子 集的合適部分。例如，操控桿332剝離除歐拉角4)、 e外的所有參數(shù)并將 它們用作控制數(shù)據(jù)?；蛘?，操縱桿332保留歐拉角v并將其用作控制數(shù)據(jù) 以模擬激活按鈕功能。另一方面，蜂窩電話334使用歐拉角以選擇撥出號 碼和并將位置數(shù)據(jù)作為控制數(shù)據(jù)以執(zhí)行撥號命令。要注意狹長物體可以是任何種類的狹長裝置，其物理姿態(tài)可產(chǎn)生有用 的數(shù)據(jù)。因此，盡管上面的例子示出狹長物體是速記工具、定位器、手杖 或機械手，但也能使用其它的狹長物體。另外從姿態(tài)數(shù)據(jù)識別的子集可補 充以從不是板上狹長物體的其它裝置獲得的各種額外數(shù)據(jù)。此外，如有需 要，為了保護使用者或?qū)崿F(xiàn)其它目的，可對子集中的姿態(tài)數(shù)據(jù)和或數(shù)據(jù)加 密。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員很清楚本發(fā)明可包括各種其它實施例。因此，其范 圍可由其權(quán)利要求及其合法的等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種用于處理來自具有尖部的狹長物體的姿態(tài)導出的姿態(tài)數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括(a)將所述尖部置于具有不變特征的平坦表面上；(b)利用所述不變特征從板上的所述狹長物體光學地測量所述姿態(tài)；(c)準備對應(yīng)于所述姿態(tài)的姿態(tài)數(shù)據(jù)(d)識別所述姿態(tài)數(shù)據(jù)的子集；以及(e)將所述子集傳送給應(yīng)用程序。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述狹長物體經(jīng)歷運動并且在測以使所述姿態(tài)數(shù)據(jù)表述所述運動。 其特征在于，所述子集包括方向數(shù)據(jù)。 其特征在于， 其特征在于， 其特征在于，量時間ti周期地進行所述測量
3. 如權(quán)利要求1所述的方法
4. 如權(quán)利要求3所述的方法
5. 如權(quán)利要求3所述的方法
6. 如權(quán)利要求3所述的方法 和輸入數(shù)據(jù)中選擇的輸入。
7. 如權(quán)利要求2所述的方法 面上的位置數(shù)據(jù)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法 所述不變特征的位置。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法 述表面上的絕對位置。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法所述子集包括傾斜角e 。 所述子集包括至少一個歐拉角。 所述方向數(shù)據(jù)被用作從控制數(shù)據(jù)其特征在于，所述子集包括所述尖部在所述表其特征在于，所述位置數(shù)據(jù)包括所述尖部相對其特征在于，所述位置數(shù)據(jù)包括所述尖部在所其特征在于，所述位置數(shù)據(jù)包括所述尖部在所 述表面上相對于所述尖部之前的絕對位置的位置。
11. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述位置數(shù)據(jù)被用作從由控制數(shù) 據(jù)和輸入數(shù)據(jù)中選擇的輸入。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述平坦表面包括速記表面而所 述狹長物體是速記工具。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述速記表面是從屏幕、寫字 板、墊和紙表面中選擇的。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述狹長物體是從速記工具、定 位器、機械臂和手杖中選擇的。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述速記工具是從筆、鉛筆和指示筆中選擇的。
16. —種用于處理從具有尖部的狹長物體的姿態(tài)得出的姿態(tài)數(shù)據(jù)的裝置，所述裝置包括(a) 用于使所述尖部置于其上的平坦表面，所述平坦表面具有不變特征；(b) 利用所述不變特征光學地測量來自板上的所述狹長物體的所述姿態(tài)的光學測量裝置；(c) 用于準備與所述姿態(tài)對應(yīng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)并識別所述姿態(tài)數(shù)據(jù)的子集的 處理器；以及(d) 用于將所述子集傳送給應(yīng)用程序的通信鏈路。
17. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述光學測量裝置包括用于在測量時間ti處周期地測量所述姿態(tài)的周期性測量裝置。
18. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述處理器被安裝在所述狹長 物體上。
19. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述通信鏈路是無線通信鏈路。
20. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述狹長物體是從速記工具、 定位器、機械手和手杖中選擇的。
21. 如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述速記工具是從筆、鉛筆和 指示筆中選擇的。
22. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述應(yīng)用程序包括數(shù)據(jù)文件而 所述子集包括對所述數(shù)據(jù)文件的輸入數(shù)據(jù)。
23. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述應(yīng)用程序包括可執(zhí)行文件 而所述子集包括對所述可執(zhí)行文件的控制數(shù)據(jù)。
24. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述應(yīng)用程序包括運動捕獲應(yīng) 用程序。
25. 如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，所述運動捕獲應(yīng)用程序包括生 物統(tǒng)計應(yīng)用程序。
26. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，所述生物統(tǒng)計應(yīng)用程序包括用 戶校驗應(yīng)用程序。
27. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述應(yīng)用程序包括軌跡捕捉應(yīng) 用程序。
28. 如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述軌跡捕捉應(yīng)用程序包括手 寫識別應(yīng)用程序。
29. 如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述軌跡捕捉應(yīng)用程序包括簽 名校驗應(yīng)用程序。
30. 如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述軌跡捕捉應(yīng)用程序包括布 爾邏輯符號重格式化功能。
全文摘要
一種用于處理從諸如速記工具、定位器、機械手或手杖的具有尖部的狹長物體(10)的姿態(tài)導出的姿態(tài)數(shù)據(jù)的裝置和方法。狹長物體(10)帶有與具有一個或多個不變特征的平坦表面接觸的尖部(12)。狹長物體(10)的姿態(tài)由光學測量藉助于不變特征而從板上光學地測量得到。該姿態(tài)被用來準備相應(yīng)的姿態(tài)數(shù)據(jù)而姿態(tài)數(shù)據(jù)的子集被識別并傳送到諸如用戶應(yīng)用程序的應(yīng)用程序，在那里子集作為命令數(shù)據(jù)或輸入數(shù)據(jù)。由于狹長物體移動的同時其尖部接觸表面，其姿態(tài)在足夠頻率的測量時間ti下周期地測量，從而以所要求的時間分辨率表述運動。子集可包括表述狹長物體在空間中方向的方向數(shù)據(jù)和/或表面上尖部(12)的位置數(shù)據(jù)的全部或其一部分。該位置可以是尖部相對于任何特征或其先前位置的相對位置，或世界坐標系中的絕對位置。該子集可包含方向和位置數(shù)據(jù)的混合。
文檔編號G06F3/033GK101107649SQ200580003400
公開日2008年1月16日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者G·G·張, H·H·岡薩雷斯-班諾斯, M·J·曼德拉, S·R·卡爾 申請人:電子手寫產(chǎn)品公司