专利名称：一种计算机图形用户界面的输入设备和方法
技术领域：
本发明涉及电子领域，可以用于个人计算机、手机、PDA、便携式游戏机、便携式导 航设备、P0S机、家用电器、工业仪表、可穿戴计算机等所有使用图形用户界面(GUI)的 设备实现人机交互。
背景技术：
目前现有的实现人机交互的装置主要有，鼠标器、触摸屏以及触摸板，下面分别对上 述装置进行描述。
鼠标器又称鼠标，按其工作原理的不同可以分为机械鼠标和光电鼠标。机械鼠标主要 由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成。当拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊柱转 动，装在辊柱端部的光栅信号传感器产生的光电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向 的位移变化，再通过电脑程序的处理和转换来控制屏幕上光标的移动。光电鼠标器是通过 检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕 上的鼠标箭头的移动。光电鼠标用光电传感器代替了滚球。鼠标器的缺点主要是，鼠标的 移动主要是靠手掌整体移动，手掌控制光标移动精度有限；使用时间较长容易导致手腕酸 痛；需要放在平面上，使用场合受限。
触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸4全测部件安装在显示器屏幕前面， 用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器，而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点 检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU。触摸屏的缺点主要是， 对于大屏幕显示器，触摸屏的成本较高；使用手指直接点击时候，精度有限；操作方式单 一，难以实现双击，右键，滚轮等功能。
触摸板是目前每一款笔记本电脑都必备的输入设备，对于大部分的用户来说，触摸板 无疑是鸡肋的代名词，不仅华而不实、徒有虚名，而且用起来非常辛苦，导致工作效率低 下，白白浪费了宝贵的工作时间，因此他们都会选择更好用的外接光电鼠标。触摸板的缺 点主要是，使用手指直接点击时候，精度有限；操作方式单一，难以实现双击，右键等功 能。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，为计算机(和其它使用GUI的设备)提 供一种比现有技术更方便、更高效的输入设备，提高用户与计算机交互的效率。
本发明提供一种计算机图形用户界面的输入设备，由轨迹棒、摄像头以及轨迹及4嫩 信息解析装置构成。其中轨迹棒用以接收用户操作以生成按键信息，并且受用户控制在摄 像区域内的三维空间中移动以提供运动轨迹；才聂像头用以拍摄含有轨迹灯的画面；轨迹及 按键信息解析装置用以解析轨迹信息及按键信息并将结果传送给计算机。
所述轨迹棒由轨迹灯、按键信息处理装置、滚轮、左键、右键以及外壳构成。其中轨 迹灯发出可见光、红外线或者紫外线，用以提供轨迹灯光；按键信息处理装置用以处理位 于轨迹棒上的按键输入的信息；滚轮用以提供滚轮移动信息；左键用以提供左键点击信息； 右键用以提供右键点击信息。本发明所提供的输入设备，其中，所述轨迹棒和所述轨迹及按键信息解析装置可以采 用电缆连接，所述按键信息处理装置检测左键、右键以及滚轮的动作并转换成电信号，然 后通过电缆传送给轨迹及按键信息解析装置，然后再传送给计算机，实现计算机对按键信 息的4会取。
本发明所提供的输入设备，其中，所述轨迹棒和轨迹及按键信息解析装置之间也采用 无线通信方式连接，所述按键信息处理装置检测左键和右键和滚轮的动作并转换成电信 号，然后通过无线通信装置传送给轨迹及^^信息解析装置，然后再传送给计算机，实现 计算机对按4囊信息的拾取。
本发明所提供的输入设备，还可以采用控制轨迹灯闪烁频率的方法来传递皿信息。 所述按键信息处理装置能够识别按键信息，并根据按键信息调制轨迹灯的频率。所述轨迹 及按键信息解析装置能够从连续拍摄的图像中提取出轨迹灯当前闪烁的频率并识别出左 键、右键、滚轮的各种动作，然后再传送给计算机，实现计算机对按键信息的拾取。
本发明所述轨迹及按键信息解析装置可以是一个独立的硬件装置，也可以是计算机或 手机等应用本发明的设备中已有的硬件装置，来实现该部分的功能。
本发明还提供了 一种计算机图形用户界面的输入方法，由含有轨迹灯及^4建信息处理
装置的轨迹棒提供运动轨迹及按键信息，并由摄像头接收上述信息并将上述信息传送给轨 迹及按键信息解析装置，由轨迹及按键信息解析装置对上述信息进行解析并转换成坐标信 息及按键信息传送给计算机，计算机根据接收到的坐标信息在屏幕上相应位置显示光标并 根据接收到的按键信息执行相应的操作。
本发明所提供的输入方法，其中，所述轨迹棒与所述轨迹及按键信息解析装置之间可 以采用电缆连接。
本发明所提供的输入方法，其中，所述轨迹棒与所述轨迹及按键信息解析装置之间也 采用无线方式连接。
本发明所提供的输入方法，其中，还采用控制所述轨迹棒上的轨迹灯的闪烁频率的方 法来识别按键信息 轨迹棒上的按键信息处理装置能够识别按键信息，并根据按键信息调 制轨迹灯的频率。所述轨迹及4緣信息解析装置能够从连续拍摄的图像中提取出轨迹灯当 前闪烁的频率并识别出左键、右键、滚轮的各种动作，然后再传送给计算才几，实现计算机
对^4建信息的拾取。
本发明所提供的输入方法，其中，当所述轨迹及^4建信息解析装置是一个独立的硬件 装置时，该装置解析轨迹信息及皿信息并将结果传送给计算机。
本发明所提供的输入方法，其中，当所述轨迹及##信息解析装置是计算机或手机等 应用本发明的设备中已有的硬件装置时，由计算机或手机等应用本发明的设备中已有的该 硬件装置实现从图像中提取坐标信息及^^;信息，再进一步实现光标控制和按键动作。
使用本发明可以实现个人计算机、手机、PDA、便携式游戏机、便携式导航设备、P0S 机、家用电器、工业仪表、可穿戴计算机等所有使用图形用户界面(GUI)的设备获取光标 位置和4g信息，实现类似鼠标、触摸板和触摸屏的功能。
与现有技术相对比，本发明具有以下优点。与鼠标器相比，用户可以用手或者手指移动控制光标，更加符合人体工程学原理，提
高操作效率；如果将摄像头放在合适的位置，可以避免长时间操作而使手腕酸痛；本发明 提供的输入设备不需要》史在平面上，直接在三维空间中画出轨承，降低了使用条件限制， 可以适应多种条件不便的环境。
与触摸屏及触摸板相比，用户不需要使用手指直接点击屏幕，提高了定位精度；操作 方式丰富，可以实现双击，右键，滚轮等功能，这是触摸屏和触摸板所不能提供的。
本发明的其它的方面和优点将结合实施例在下面的描述中阐明，并且从下文的描述或 者从本发明的实施例中，上述优点将变得显而易见。
图1是本发明实施例提供的输入设备的总体结构示意图2是本发明实施例提供的输入设备实现位置信息输入的工作流程图3是本发明实施例提供的输入设备实现按键信息输入的工作流程图4是本发明实施例中提供的输入设^ft为个人计算机的输入设备应用时的示意图5是本发明实施例中提供的作为使用投影仪做PPT讲解时的输入设备应用时的示意
图6是本发明实施例中提供的作为手机的输入设备应用时的示意图； 图7是本发明实施例中提供的作为电视机的输入设备应用时的示意图。
具体实施例方式
本发明提供一种计算机图形用户界面的输入设备。所有使用图形用户界面(GUI)的设 备都可以使用本发明，下面将参照附图描述本发明的具体实施例，包括但不限于以下实施 例。
图1示出了本发明提供的输入设备的总体构成，如图1所示，该输入设备由轨迹棒1、 摄像头2、轨迹及按键信息解析装置3构成。其中所述轨迹棒1由轨迹灯4、 M信息处 理装置5、滚轮6、左键7、右键8、外壳9构成。轨迹棒l的按键可以根据应用的需要做 适当的扩展。
其中轨迹棒1用以接收用户操作以生成按键信息，以及受用户控制在摄像区域内移 动；摄像头2用以拍摄含有轨迹灯的画面；轨迹及,信息解析装置3用以解析轨迹信息 及按键信息；轨迹灯4用以提供轨迹灯光；M信息处理装置5用以处理位于轨迹棒1上 的按键输入的信息；滚轮6用以提供滚轮移动信息；左键7用以提供左键点击信息；右键 8用以提供右键点击信息。
图2示出了本发明提供的输入设备实现位置信息输入的工作流程，其中所述轨迹棒1 由用户操作，如图2所示
步骤21'开始。
在步骤22中，本发明提供的输入设备中的轨迹棒1上的轨迹灯4点亮，用户操作轨 迹棒1使其朝向摄像头2方向，在三维空间内移动轨迹棒1,产生移动轨迹。在步骤23中，由于轨迹棒1移动产生了移动轨迹，因此摄像头2拍摄到轨迹棒移动 的画面，该画面中含有專九迹灯的画面。
在步骤24中，摄像头2将步骤23中拍摄到的画面传送给轨迹和按键解析装置3。
在步骤25中，轨迹和按键解析装置3接收摄像头2拍摄的画面，并从该画面中解析 出轨迹灯4的位置并转换成坐标信息传送给计算机。
在步骤26中，计算机接收步骤25中轨迹和按键解析装置3转换后的坐标信息，并根 据该坐标信息在屏幕上相应位置显示光标。
步骤27'结束。
按照以上步骤，当轨迹棒1处于撮像区域内并且轨迹灯4朝向摄像头2在三维空间移 动时，屏幕上的光标随之移动，通过这种方式可以实现控制屏幕光标的目的。
图3示出了本发明提供的输入设备实现按键信息输入的工作流程，如图3所示
步骤31，开始。
在步骤32中，用户操作轨迹棒l上的滚轮6、左键7或者右键8，产生按键信息。
在步骤33中，轨迹棒1上的按键信息处理装置5根据步骤32中产生的按键信息检测 到动作类型。
在步骤34中，按键信息处理装置5根据检测到的动作类型，对轨迹灯4的闪烁频率 进行调制，控制轨迹灯4以对应于各种动作的特定频率闪烁。
在步骤35中，摄像头2连续拍摄到包含轨迹灯4的闪烁信息的图片并传送给轨迹及 按键信息解析装置3。
在步骤36中，轨迹及^^:信息解析装置3接收到步骤35中连续拍摄到的图片，并根 据该图片计算出闪烁频率，从而识别按键动作类型。
在步骤37中，轨迹及4嫂信息解析装置3将识别出的,信息传送给计算机。
在步骤38中，计算机接收步骤37中轨迹及^^走信息解析装置3识别出的按键信息， 并根据该信息执行相应的操作。
步骤39，结束。
在图3所示的工作流程中，通过控制轨迹灯4以特定频率闪烁，并将摄像头2拍摄到 的连续图片提交给轨迹及按键信息解析装置3,以通过计算识别出特定频率所代表的按键 信息，使轨迹棒1上的按键信息传送到计算机并执行相应操作。在本发明未示出的其他实 施例中，可以通过轨迹棒1到计算机之间的直接电缆连接或者无线通信方式(例如蓝牙) 的连接，使轨迹棒l上的按键信息传送到计算机并执行相应操作。这些方式相对筒单，因 此在这里不再——阐明。
本实施例中提供的计算机图形用户界面的输入设备，可以在例如个人计算机、手机、 PDA、便携式游戏机、便携式导航设备、P0S机、家用电器、工业仪表、可穿戴计算机等 所有使用图形用户界面(GUI)的设备中获取光标位置和按键信息，实现类似鼠标、触摸板 和触摸屏的功能。如图4所示，本实施例中提供的计算机图形用户界面的输入设备可以应用在个人计算 机中，用以替代鼠标器、触摸板或者触摸屏。
如图5所示，本实施例中提供的计算机图形用户界面的输入设备可以在利用个人计算 机进行PPT讲解时应用，用以替代鼠标器、触摸板或者触摸屏的功能。
如图6所示，本实施例中提供的计算机图形用户界面的输入设备可以应用在手机中， 用以替代按键或者触摸屏的功能。并且根据同样的原理，也可以用于PDA、便携式游戏机、 便携式导航设备、P0S机、工业仪表、可穿戴计算机等设备中，用以提供图形用户界面输 入。
如图7所示，本实施例中提供的计算机图形用户界面的输入设备可以在电视机中应 用，用以替代遥控器的功能。并且根据同样的原理，也可以用于家庭影院等影像设备中， 用以替代遥控器的功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不 脱离本发明原理的前提下，还可以根据设计需要和其它因素，进行各种修改、组合、次组 合以及替换，这些修改、组合、次组合以及替换也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种计算机图形用户界面的输入设备，包括轨迹棒，用以接收用户操作以生成按键信息，以及受用户控制在摄像区域内的三维空间中移动，用以提供运动轨迹；摄像头，用以拍摄含有轨迹灯的画面；以及轨迹及按键信息解析装置，用以解析轨迹信息及按键信息并将结果传送给计算机，本装置可以是一个独立的硬件装置，也可以是计算机或手机等应用本发明的设备中已有的硬件装置，来实现该部分的功能。
2. 如权利要求1所述的输入设备，其中所述轨迹棒进一步包括 轨迹灯，发出可见光、红外线或者紫外线，用以提供轨迹灯光； 按键信息处理装置，用以处理位于轨迹棒上的按键输入的信息； 滚轮，用以提供滚轮移动信息；左键，用以提供左键点击信息； 右键，用以提供右键点击信息；以及 外壳。
3. 如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述轨迹棒由用户操作，轨迹灯朝 向摄像头方向，在摄像区域内的三维空间中移动轨迹棒，摄像头拍摄到含有轨迹灯的画面 后，将画面传送给所述轨迹及按键信息解析装置，轨迹及按键信息解析装置从拍摄的画面 中解析出轨迹灯^位置并转换成坐标信息传送给计算机，计算机根据^收到的坐标在屏幕 上相应位置显示光标。
4. 如权利要求1或2之一所述的输入设备，其特征在于，所述轨迹棒和所述轨迹及 按键信息解析装置采用电缆连接，所述按键信息处理装置^r测左键、右键以及滚轮的动作 并转换成电信号，然后通过电缆传送给轨迹及^^:信息解析装置，然后再传送给计算机， 实现计算机对按键信息的拾取。
5. 如权利要求1或2之一所述的输入设备，其特征在于，所述轨迹棒和轨迹及按键 信息解析装置之间采用无线通信方式连接，所述按键信息处理装置检测左键和右键和滚轮 的动作并转换成电信号，然后通过无线通信装置传送给轨迹及按键信息解析装置，然后再 传送给计算机，实现计算机对按键信息的拾取。
6. 如权利要求1或2之一所述的输入设备，其特征在于，采用控制轨迹灯闪烁频率 的方法来传递按键信息，所述按键信息处理装置能够识别掩建信息，并根据按键信息调制 轨迹灯的频率，所述轨迹及^^信息解析装置能够从连续拍摄的图像中提取出轨迹灯当前 闪烁的频率并识别出左键、右键、滚轮的各种动作，然后再传送给计算机，实现计算机对 ^4定信息的拾取。
7. 如权利要求1或2之一所述的输入设备，所述轨迹棒的按键可以根据应用的需要 做适当的扩展。
8. 如权利要求1或2之一所述的输入设备，所述轨迹棒也可以是其他形状，并不一 定限定于棒形。
9. 一种计算机图形用户界面的输入方法，由含有轨迹灯及4^4龛信息处理装置的轨迹 棒提供运动轨迹及按键信息，并由摄像头接收上述信息并将上述信息传送给轨迹及按键信 息解析装置，由轨迹及按键信息解析装置对上述信息进行解析并转换成坐标信息及按键信 息传送给计算机，计算才几才艮据接收到的坐标信息在屏幕上相应位置显示光标并根据接收到 的按键信息执行相应的操作。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述轨迹棒与所述轨迹及按键信息解析 装置之间采用电缆连接。
11. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述轨迹棒与所述轨迹及^4建信息解析装置之间采用无线方式连接。
12. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，采用控制所述轨迹棒上的轨迹灯的闪烁频率的方法来识别按键信息，轨迹棒上的按键信息处理装置能够识别掩建信息，并根据按 键信息调制轨迹灯的频率，所述轨迹及按键信息解析装置能够从连续拍摄的图像中提取出 轨迹灯当前闪烁的频率并识别出左键、右键、滚轮的各种动作，然后再传送给计算机，实 现计算机对^^信息的拾取。
13. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，当所述轨迹及4^:信息解析装置是一个独立的硬件装置时，由该装置解析轨迹信息及按键信息并将结果传送给计算机。
14. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，当所述轨迹及按键信息解析装置是计算 机或手机等应用本发明的设备中已有的硬件装置时，由计算机或手机等应用本发明的设备 中已有的该硬件装置实现从图像中提取坐标信息及按键信息，再进一步实现光标控制和按 键动作，也属于本专利的保护范围之内。
全文摘要
本发明公开了一种计算机图形用户界面的输入设备，由轨迹棒、摄像头、轨迹及按键信息解析装置构成；其中所速轨迹棒由轨迹灯、按键信息处理装置、滚轮、左键、右键、外壳构成。可以用于个人计算机、手机、PDA、便携式游戏机、便携式导航设备、POS机、家用电器、工业仪表、可穿戴计算机等所有使用图形用户界面(GUI)的设备实现人机交互。提供一种比现有技术更高效的输入设备，提高用户与计算机交互的效率。本发明还公开了一种相应的计算机图形用户界面的输入方法。
文档编号G06F3/048GK101604222SQ20091005502
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者程宇航 申请人:程宇航