CN1863225B - 具有运动检测功能的便携式终端及用于其的运动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有运动检测功能的便携式终端及用于该便携式终端的运动检测方法。通过测量便携式终端沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度来输入便携式终端的运动。通过使用沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度计算便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴相对于便携式终端的基本姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角，来计算便携式终端的当前姿态。使用旋转角将沿着每个轴的加速度转换为等价的沿着每个轴的基本姿态加速度。使用沿着每个轴的基本姿态加速度来识别便携式终端的检测的运动。

Description

具有运动检测功能的便携式终端及用于其的运动检测方法

本申请要求于2005年5月12日在韩国知识产权局提交的名称为“PortableTerminal Having Motion Detection Function And Motion Detection MethodTherefor”(具有运动检测功能的便携式终端及用于其的运动检测方法)的第2005-39910号申请的优先权，该申请的内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明总体上涉及一种具有运动检测功能的便携式终端及用于其的运动检测方法，更具体地讲，涉及一种具有运动检测器和控制器的便携式终端及用于该便携式终端的运动检测方法，所述运动检测器用于测量便携式终端沿着其X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度，所述控制器用于使用测量的加速度计算便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴相对于便携式终端的基本姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角，使用旋转角将沿着每个轴的加速度转换为沿着每个轴的基本姿态加速度，并基于沿着每个轴的基本姿态加速度识别便携式终端的运动。

背景技术

近年来，移动电话和PDA(个人数字助理)的使用急剧增加。对这些便携式终端的应用增加，所述增加的应用包括除进行基本电话呼叫或日程安排之外的使用装备的数字相机进行图像捕获、卫星广播接收和游戏。

此外，已将上述便携式终端制造成包括运动检测器，从而手机本身的运动或倾斜可被用作操作的方式，而不用按下具有按钮的键区或触碰触摸屏。

因此，通过使便携式终端运动而不用在键区上一个接一个地按下电话号码的数字就可进行呼叫。

例如，通过上下摇动两次具有运动检测器的便携式终端就可以删除非索要呼叫或非索要消息。如果用户使用便携式终端绘制数字，则可通过使用绘制的数字简略拨号来进行呼叫。此外，用户可通过摇动便携式终端来演奏象小手鼓的打击乐器或创建多种差拍振动盒效应。具体地，使用便携式终端来绘制‘0’或‘1’可调用在线游戏中或在使用的由字符组成的图释中的例如“是”或“否”的说法。此外，在使用MP3功能期间通过便携式终端的简单的上下运动可选择歌曲。

通常，用户使便携式终端进行有意图的运动，同时保持便携式终端处于用于运动检测的基本姿态。这种传统的运动检测方法忽略了由于用户持握便携式终端而使便携式终端处于三维空间中的不同姿态的事实。

基本姿态指当使便携式终端运动时用户应该使便携式终端保持的姿态，用于便携式终端的运动检测。

上述运动检测方法忽略了便携式终端的其它姿态，增加了用户不方便性，并降低了运动检测率。

发明内容

本发明的目的是至少基本解决上述问题和/或缺点，并且提供至少下面的优点。因此，本发明的目的是提供一种用于不仅检测在预定的基本姿态下进行的运动而且检测在任何其它输入姿态下进行的运动的便携式终端及用于该便携式终端的运动检测方法。

本发明的另一目的是提供一种通过计算便携式终端的旋转角不仅检测在预定的基本姿态下进行的运动而且检测在任何其它输入姿态下进行的运动的便携式终端。

本发明的另一目的是提供一种用于便携式终端的运动检测方法，在该方法中，通过计算便携式终端的旋转角不仅检测在预定的基本姿态下进行的运动而且检测在任何其它输入姿态下进行的运动。

通过提供一种具有运动检测功能的便携式终端及用于该便携式终端的运动检测方法来实现上述目的。

根据本发明的一方面，在一种具有运动检测功能的便携式终端中，运动检测器测量所述便携式终端沿着每个轴的加速度。控制器使用所述沿着每个轴的加速度计算便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴相对于便携式终端的基本姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角，使用旋转角将沿着每个轴的加速度转换为等价的沿着每个轴的基本姿态加速度，并且使用沿着每个轴的基本姿态加速度，来识别便携式终端的运动。

根据本发明的另一方面，在一种用于便携式终端的运动检测方法中，通过测量便携式终端沿着每个轴的加速度来输入便携式终端的运动。通过使用沿着每个轴的加速度计算当前姿态下的X-轴和Z-轴相对于基本姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角，来计算便携式终端的当前姿态。使用旋转角将沿着每个轴的加速度转换为等价的沿着每个轴的基本姿态加速度。使用沿着每个轴的基本姿态加速度识别便携式终端的运动。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明实施例的能够提高运动输入的便携式终端的框图；

图2是表示根据本发明实施例的用于检测在任意姿态下便携式终端进行的运动的操作的流程图；

图3A表示根据本发明实施例的沿着其测量便携式终端的加速度的便携式终端的基本姿态下的轴；

图3B表示根据本发明实施例的便携式终端相对于其基本姿态下的Z-轴旋转-90°的状态下的轴的方向；

图4A是表示根据本发明实施例的沿着便携式终端相对于Z-轴旋转-90°的状态下的三个轴测量的加速度的曲线图；

图4B是表示根据本发明实施例的从在便携式终端相对于Z-轴旋转-90°的状态下测量的三轴加速度转换的基本姿态下的三轴加速度的曲线图；

图5是根据本发明实施例的将转换为基本姿态的姿态与没有转换为基本姿态的姿态相比较的列表。

具体实施方式

下面将参照附图在此描述本发明的优选实施例。在下面的描述中，由于公知功能或结构可使本发明在不必要的细节上不清楚，所以将不对其进行详细描述。

在下面的描述中，三个轴是互相垂直的X-轴、Y-轴和Z-轴，并且三轴加速度指沿着相应三个轴的加速度。

图1是根据本发明实施例的能够提高运动输入的便携式终端的框图。

参照图1，便携式终端包括控制器100、显示器102、键区104、存储器106、运动检测器108、发送器/接收器110、天线112、CODEC(编码解码器)114、麦克风116和扬声器118。

控制器100提供用于操作便携式终端的全部控制。例如，控制器100处理并控制语音呼叫和数据通信。根据本发明，控制器100除具有其一般功能之外，还使用运动检测器108将便携式终端的任意姿态下的运动转换为处于运动检测中的基本姿态的运动。

此外，在按下运动键之后，当加速度低于极限加速度时，控制器100就使用沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度，来计算便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴相对于便携式终端的基本姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角。所述控制器100使用旋转角将在加速度高于极限加速度的时间和运动完成时间之间测量的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度转换为等价的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态的加速度。并且控制器100通过识别具有加速度的运动数据库中的相应的运动来识别便携式终端的运动，所述加速度与沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度对应。

控制器100通过下面的等式计算便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴旋转角：

其中， _x、

_y和 _z分别是当加速度低于极限加速度时沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度A_x、A_y和A_z的平均值。

控制器100通过下面的等式将沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度转换为等价的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度：

用于Z轴的转换：

用于X轴的转换：

$\left[\begin{array}{c}{A}_{x1}\\ A_{y1}\\ A_{z1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\φ}& -\sin \mathrm{\φ}\\ 0& \sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{A}_x\\ A_y\\ A_z\end{array}\right]......\left(2\right)$

其中，是沿着Z-轴的旋转角，φ是沿着X-轴的旋转角，A_x、A_y和A_z是沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度，A_x1、A_y1和A_z1是沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度。

这里将不提供对控制器100的一般处理和控制操作的描述。

显示器102显示在便携式终端操作期间产生的状态信息(或指示符)、有限的数字和字符、运动画面、静止图像等。彩色LCD(液晶显示器)可用作显示器102。

键区104包括数字键0到9和例如菜单键、取消(清除)键、OK键、讲话键、结束键、互联网键和导航键(▲/

/

/

)等的功能键。键区104除具有其一般功能之外，还具有被指定为指示便携式终端的运动的开始和结束的运动键，键区104还提供将与用户按下的键对应的数据输入到控制器100的键。运动键启动便携式终端的运动识别。

存储器106存储用于控制便携式终端的全部操作的程序，临时存储在便携式终端操作期间产生的数据，并存储将被保持的数据(例如，电话号码，SMS消息，图像数据等)。根据本发明，存储器106存储具有与便携式终端的运动相关的运动信息的运动数据库。运动数据库存储具有相应加速度的运动的信息，所述相应加速度与沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度对应。

运动检测器108测量便携式终端的运动状态。优选地，运动检测器108是一种测量沿着三个轴X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度并基于加速度的变化而感测便携式终端的倾斜和运动的加速度测量器。

发送器/接收器110对通过天线112接收的RF(射频)信号下变频，并在接收期间对下变频的信号进行解扩和信道解码。为了发送，发送器/接收器110对发送的数据进行信道编码和扩频，将扩频的信号上变频为RF信号，并通过天线112发送RF信号。发送器/接收器110也接收导频信道的基站ID(标识符)。

连接到控制器100的CODEC 114以及连接到CODEC 114的麦克风116和扬声器118共同形成用于语音呼叫的语音输入/输出块。CODEC 114将从控制器100接收的PCM(脉冲编码调制)数据转换为模拟语音信号并通过扬声器118将所述语音信号输出。CODEC 114也将从麦克风116接收的语音信号转换为PCM数据并将所述PCM数据提供给控制器100。

参照图2将描述上述根据本发明的用于便携式终端的运动检测方法。

图2是表示根据本发明实施例的用于检测在任意姿态下便携式终端进行的运动的操作的流程图。

参照图2，在步骤200中，用户通过操作运动键使便携式终端运动以识别运动启动。在步骤202中，便携式终端(控制器100)将便携式终端的基本姿态与便携式终端的输入姿态相比较，并计算输入姿态下的便携式终端的旋转状态。或者在操作运动键之后，当加速度低于极限加速度时，便携式终端(控制器100)就使用沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度计算便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴相对于便携式终端的基本姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角。使用下面的等式(3)执行所述计算。将参照图3A和图3B描述所述计算。

图3A表示根据本发明实施例的沿着其测量便携式终端的加速度的便携式终端的基本姿态下的轴，图3B表示根据本发明实施例的便携式终端相对于其基本姿态下的Z-轴旋转-90°的状态下的轴的方向。

其中，

_x、 _y和

_z分别是沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度A_x、A_y和A_z的平均值。Y-轴与重力方向一致，沿着Y-轴的旋转不引起其它轴的加速度的变化。因此，Y-轴旋转是无意义的。

在步骤202中测量便携式终端(控制器100)的旋转状态之后，在步骤204中，通过等式(4)将旋转状态下的三轴加速度转换为三轴基本姿态加速度。或者使用旋转角来执行将在加速度高于极限加速度的时间和运动完成时间之间测量的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度转换为等价的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度。

在本发明中，三轴基本姿态加速度指通过等式(4)被转换为等价的基本姿态下的三轴加速度的任意姿态下的沿着三个轴的加速度。

用于Z轴的转换：

用于X轴的转换：

$\left[\begin{array}{c}{A}_{x1}\\ A_{y1}\\ A_{z1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\φ}& -\sin \mathrm{\φ}\\ 0& \sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{A}_x\\ A_y\\ A_z\end{array}\right]......\left(4\right)$

其中，

是沿着Z-轴的旋转角，φ是沿着X-轴的旋转角，A_x、A_y和A_z是沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度，A_x1、A_y1和A_z1是沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度。

在步骤206中，根据三轴基本姿态加速度从运动数据库检测和识别运动。或者通过识别具有加速度的运动数据库中的相应的运动来执行对便携式终端的运动的识别，所述加速度与沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度对应。

图4A是表示沿着便携式终端相对于Z-轴旋转-90°的状态下的三个轴测量的加速度的曲线图，图4B是表示从在便携式终端相对于Z-轴旋转-90°的状态下测量的三轴加速度转换的等价的三轴基本姿态加速度的曲线图。

也就是说，图4A中所示的曲线图表示在图3B中所示的状态下进行的特定运动的三轴加速度，图4B中所示的曲线图表示与图4A中测量的加速度等价的基本姿态下的三轴加速度，即，在图3A中所示的状态下进行的特定运动的三轴加速度。

图5是根据本发明实施例的将转换为基本姿态的姿态与没有转换为基本姿态的姿态相比较的列表。所述表格列出在便携式终端沿着Z-轴旋转-90°的状态下的14种运动的299或300个测试(收集的DB中的数据数量)的结果。运动检测率根据是否应用本发明而不同。在应用本发明之前，平均运动检测率仅为23.36％，但是在应用本发明之后，平均运动检测率为94.35％。提高约71％。

可对导致便携式终端沿着图3A的基本姿态下的X-轴和Z-轴旋转特定角度的任一姿态进行姿态转换，也可对导致便携式终端沿着图3B所示的Z-轴旋转-90°的姿态进行姿态转换，即，对于导致便携式终端仅沿着一个轴旋转的姿态进行姿态转换。

如上所述，本发明提供一种能够进行运动检测的便携式终端及用于该便携式终端的运动检测方法。在该便携式终端中，运动检测器测量便携式终端的三轴加速度，控制器计算便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴相对于便携式终端的基本姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角，使用旋转角将测量的三个轴的加速度转换为等价的三轴基本姿态加速度，并使用三轴基本姿态加速度识别便携式终端的运动。因此，提高了运动检测率和用户方便性。

虽然已参照本发明的特定优选实施例表示和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节上的各种变化。

Claims (6)

1.一种具有运动检测功能的便携式终端，所述便携式终端包括：

运动检测器，用于测量所述便携式终端沿着X-轴，Y-轴和Z-轴的加速度；

运动键，用于启动所述便携式终端的运动识别；

运动数据库，用于存储运动信息；

控制器，用于在按下所述运动键之后，当所述加速度低于极限加速度时，就使用所述沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度计算便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴相对于便携式终端的基本姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角，使用所述X-轴和Z-轴的旋转角将在所述加速度高于极限加速度的时间和运动完成时间之间测量的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度转换为等价的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度，并且通过识别存储在运动数据库中的具有相应加速度的运动的信息来识别所述便携式终端的运动，所述相应加速度与沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度对应。

2.如权利要求1所述的便携式终端，其中，所述控制器通过下面的等式计算便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角：

其中，

和

分别是当所述加速度低于极限加速度时沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度A_x、A_y和A_z的平均值。

3.如权利要求1所述的便携式终端，其中，所述控制器通过下面的等式将沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度转换为等价的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度：

用于Z轴的转换：

用于X轴的转换：

$\left[\begin{array}{c}{A}_{x1}\\ A_{y1}\\ A_{z1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\φ}& -\sin \mathrm{\φ}\\ 0& \sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{A}_x\\ A_y\\ A_z\end{array}\right]$

其中，

是沿着Z-轴的旋转角，φ是沿着X-轴的旋转角，A_x、A_y和A_z是沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度，A_x1、A_y1和A_z1是沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度。

4.一种用于便携式终端的运动检测方法，包括下面的步骤：

测量所述便携式终端沿着X-轴，Y-轴和Z-轴的加速度；

操作运动键以启动所述便携式终端的运动识别；

在按下所述运动键之后，当所述加速度低于极限加速度时，就使用所述沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度计算便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴相对于便携式终端的基本姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角；

使用所述X-轴和Z-轴的旋转角将在所述加速度高于极限加速度的时间和运动完成时间之间测量的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度转换成等价的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度；

通过识别存储在运动数据库中的具有相应加速度的运动的信息来识别所述便携式终端的运动，所述相应加速度与沿着X-轴，Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度对应。

5.如权利要求4所述的运动检测方法，其中，通过下面的等式执行对所述便携式终端的当前姿态下的X-轴和Z-轴的旋转角的计算：

其中，和

分别是当所述加速度低于极限加速度时沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度A_x、A_y和A_z的平均值。

6.如权利要求4所述的运动检测方法，其中，通过下面的等式执行将在所述加速度高于极限加速度的时间和运动完成时间之间测量的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度转换为等价的沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度：

用于Z轴的转换：

用于X轴的转换：

$\left[\begin{array}{c}{A}_{x1}\\ A_{y1}\\ A_{z1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\φ}& -\sin \mathrm{\φ}\\ 0& \sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{A}_x\\ A_y\\ A_z\end{array}\right]$

其中，

是沿着Z-轴的旋转角，φ是沿着X-轴的旋转角，A_x、A_y和A_z是沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的加速度，A_x1、A_y1和A_z1是沿着X-轴、Y-轴和Z-轴的基本姿态加速度。

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