专利名称：交互系统和用于控制交互系统的方法
交互系统和用于控制交互系统的方法 本发明涉及一种交互系统和用于控制交互系统的方法。最近几年，通信电子学领域中的快速技术进步已导致开发出交互 系统，所迷交互系统可以与其用户进行交互。通常来说，交互系统经 由一种或更多输入和输出模式与其环境进行通信.其系统行为可以是 对可允许输入的固定且预定的响应，也可以是随时间变化的响应，并 且可以依赖于系统过去的经历和当前的情况而变化.在当前可得到的 广泛使用的交互系统当中，语音对话系统尤其能够解释用户语音并例 如通过执行任务或通过输出可视或声学数据来对其作出反应.除语音 对话系统之外，全世界现在正集中开发例如装备有作为交互装置的传 感器、显示器和摄影机的类似机器人的交互系统.开发交互系统的 一个目标是设计一种最直观和最自然的与用户进 行交互的方式和方法。已经为此目的创建了可用性实验室，在其中观 察并分析用户与最新开发的交互系统的交互以便最优化交互系统的行 为，从而最好地适应用户的需求。迄今的开发通常被限制到以容易被用户理解的形式呈现交互系统 的输出，并使用户选择的输入尽可能地容易，用户和交互系统的接口 被称为人机接口。这强调了当前的开发仍集中在改进人类和机器之间 的交互的事实。本发明的 一个目的是提供一种用户友好的交互系统和用于控制交 互系统的方法。为此，根据本发明的交互系统包括一个交互装置和一个用于控制 该交互装置的控制装置。该控制装置对包括一个或多个继承参数(inherited parameter)和一个或多个交互参数的控制参数作出响应. 所述继承参数是恒定的，而所述交互参数受外部因素影响。外部因素 对交互参数的影响至少部分地(或全部)依赖于继承参数。该交互装置优选地包括拟人描绘设备。其可以包括用来描绘人、 动物、乃至想象图形(例如机器人)的装置，
优选地描绘人脸，由此该描绘在外表上可以是写实的或仅仅是象 征性的，在象征性表示的情况下，可以只呈现眼睛、鼻子或嘴巴等的 轮廓。如果将这种描绘显示在计算机监视器上，可以很容易地改变交 互装置的外表，例如面部参数、颜色、发型等等。如果这种描绘是物 理实体，例如以木偶的形式，则可以对交互装置的外表进行物理调整。 例如，可以通过调整电压而在"头发"中引发化学反应从而改变发色 和发型，同时可以通过机械装置来调整面部构造.所述交互装置可以是机械可移动的，并且在一个实施例中作为用 户的对话伙伴。这种交互装置的实际物理形式可以具有多种不同的实 施例。其例如可以是与交互系统的主外壳不同的、以某种可移动的方 式提供的外壳或外軍.该交互装置可以将一个可识别的正面呈现给用 户，当这个正面面向用户时，用户会感觉该设备正在"注意"，即可 以对所说出的命令作出响应。该交互装置优选地可以以某种方式确定用户的位置。这可以借助 于声学或光学传感器来实现.然后控制该交互装置的动作，以使得该 交互装置的正面移动到面向该用户。因而用户会感觉该交互系统正在 注意及"倾听"，优选地，该交互装置还包括一个用来输出语音信号的装置.语音 识别与解释用于控制电子设备的输入命令相关，同时使用 一个语音输出装置来发出应答、确认和请求.这可以是先前存储的语音信号或者 新合成的语音的榆出。通过使用语音榆出装置，可以实现完整的对话 控制。也可以为了娱乐而与用户进行对话。在本发明的一个优选实施例中，所述交互装置包括多个麦克风和/ 或至少一个摄影机。可以用单个麦克风来实现对语音输入信号的记 录，然而，通过利用多于一个麦克风来记录用户的语音，精确定位该 用户的位置变成可能.摄影机允许观察周围环境.对由摄影机拍摄的 画面的适当图像处理允许对用户的位置进行定位，在交互装置被配置 为模仿人类头部的情况下，可以将摄影机安装在专用于"眼晴"的位 置处，可以将扬声器放置在"嘴巴"中，并将麦克风放置在"耳朵" 中。所述交互系统可以是电子设备的一部分.这种设备可以是例如家庭娱乐电子设备(例如TV、 VCR、卡带录音机)或电子玩具。在这种
情况下，将交互系统优选地实现为该设备的用户接口。该设备也可以 具有另外的用户接口，比如键盘.作为选择，根据本发明的交互系统 可以是充当控制设备的独立设备，以用来控制一个或更多单独的电子 设备.在这种情况下，将被控制的设备具有电控制接口 (例如，无线 电控制的、无线、或借助于合适的控制总线)，其中交互系统通过该 电控制接口来根据用户发出的命令(说出的或以其它方式给出的命 令)控制所述设备。特别地，本发明的交互系统充当用户与用于数据存储和/或检索的 装置之间的接口。在这里，数据存储/检索装置优选地具有本地数据存 储器容量，或者可以例如通过计算机网络或经由因特网连接到外部数 据存储器。借助于适当的对话，用户可以存储数据(例如电话号码、备忘录等等)，或者可以检索数据(例如时间、新闻项、当前TV节目 表等等).
通过两种类型的控制参数(恒定的继承参数和可变的交互参数) 以类似于它们对人类行为的影响的方式来实现对本发明的交互装置的 控制.特别在初始化之后、重新初始化之后或者复位之后，继承参数保 持恒定，因此适于描迷在外部影响下也保持不变的类人的特征.短语 "继承参数"想要表示从一个设备向另一个传递的或者在制造过程期 间写入设备的存储器中的所有类型的参数。
如果交互装置包括类人或类动物的交互形态，例如人或动物的头 部或面部或者其中的诸如鼻子、眼睛、头发、嘴唇等部位，则继承参 数特别适于生物统计参数的表示，例如鼻子的长度和形状、眼睛颜色、 头发颜色、嘴唇大小等等.
依赖于交互装置的类型和范围，继承参数也适于表示诸如自然攻 击性、自然内向性、学习能力等继承特性，或者交互装置对外部影响 的自然反应。
另一方面，可变的交互参数可以受外部因素影响，并适于描绘也 可以被外部因素修改的类人特征.依赖于交互装罝的类型和范围，例 如下面的类人特征可以由交互参数表示情绪、词汇、社交风格，其 可以依赖于交互系统当前交互的对象、交互系统看起来的变化(例如 唇裂、由于愤怒而脸色变红)或者听起来的变化(例如快速高声的呼
吸表示吃力)。例如通过交互装置、特别是传感器来对外部因素进行 登记. 一种特定类型的外部因素是用户的行为或另一个交互设备的交 互装置的行为.在后一种情况下，带有特定优选特性的交互系统可被 用来"培养"或"养育"另一个交互系统。不同于旨在改进人类和机器之间的交互的其它已知的交互系统， 本发明在交互系统以类人方式工作的情境中示范了交互系统的控制装 置的构造。因此，与用户和机器之间的接口相比较，本发明的更着重 于交互系统。与在迄今的开发中所采取的方向相比，采用了一种新的 并且更基本的方法。本发明允许交互系统展示出类人特征，这导致本 发明的交互系统的类人行为.这自动导致交互系统和用户之间的更自 然、直观并且用户友好的接口。本发明允许创建多种交互系统，其中 每一种都是唯一的，并且有其独特的方式来学习以及适应其环境.继承参数的初始化或者重新初始化优选地基于一个或更多另外的 交互系统的继承参数.因此，交互系统的类人特征基于继承信息，在 这种情况下就是一个或更多的其它交互系统给予所讨论的交互系统的 继承参数。通过这种方式，可以创建新的交互系统，其特性和行为类 似于现有的交互系统.这使用户更容易从熟悉的交互系统变换到新的 交互系统，其具有用户可以以现在惯用的方式与新的交互系统交互的 特定优点，并可以照常操作该新的交互系统.根据本发明的其它实施例，继承参数的初始化基于两个或更多另 外的交互系统的继承参数的随机组合，或者继承参数的初始化基于另一个交互系统的随机修改。这样做具有下迷优点没有一个交互系统 4象另一个一样工作。类似于关于交互系统的继承参数的初始化的可能性，例如可以在 购买时将交互参数初始化，但是也可以不同于继承参数，即稍后由外 部因素来修改交互参数.连同交互系统，本发明还包括一种用于控制交互系统的方法。相 应于系统权利要求书的从属权利要求的方法权利要求的进一步扩展也 落在本发明的范围内.参照下面与附困一起考虑的详细描述，本发明的其它目的和特征 将变得明显.然而应当理解，附图只是为图解而设计，并不是为了限 定本发明的范围，对本发明的限定应当参考所附权利要求书.
图l是交互系统的框图，图2示出分布函数P(X<x)=f(x)， 图3示出累积分布函数g(x)。
图1的框图示出一个包括交互装置2和控制装置6的交互系统1。 交互装置2包括一个输入传感器子系统3和一个输出模式子系统4,输 入传感器子系统3由例如麦克风的用于语音的输入设备、例如摄影机 的用于视频信号的输入设备、以及例如键盘的文字输入设备组成.输 出模式子系统4由例如扬声器的用于语音的输出、例如图形显示器的 视频输出、以及例如人工手指、激光指针等的用于指示设备的输出组 成.此外，给输出模式子系统4赋予某种类人的物理特征(头发颜色，肤色、气味等等)。将输入传感器子系统3的输入信号提供到输入分析模块5进行语 音分析、姿势分析和/或内容分析。从输入信号中提取或推导出相应的 外部因素EF并将其提供到控制装置6.为了交互管理的目的，实质上将控制装置6分成逻辑功能块"知 识表示"、"输入响应计划"、以及"情绪和内部状态管理"。主要 由处理器装置7和相关的存储器设备8来实现控制装置6,将交互参数和继承参数存储在存储器设备8中.根据当前的外部 因素EF、由上述各功能块持续地或以固定的或可变的离散时间间隔来 更新交互参数EP.被持续更新的交互参数EP连同存储在存储器中的 继承参数1P—起给出控制参数CP的至少一个子集，其被应用在输出 管理模块9中来控制该交互装置。控制参数CP借此影响交互装置2以 及整个交互系统1的特性和行为.例如，为了控制交互装置2的输出词汇，将同义词权重参数提供 作为交互参数EP，其确定一个单词的若干可能的同义词当中的哪一个 将被使用，例如large、 huge、 gigantic、 humungous, mega、 whopping. 而上述外部因素EF又影响所述权重参数.同样的，将句子结构参数提供作为交互参数EP，以确定哪些语法 结构是优选的，以及是否将它们应用于文本和/或语音输出.通过用外 部因素EF来适配句子结构参数，交互系统可以学习并应用与例如人类
用户的交互伙伴相同的语法。将情绪参数用作交互参数以便影响交互系统的下一个内部状态变 化。例如，情绪参数可以确定用户的命令是否可以被忽略、接收到粗 鲁的应答、或得到有礼貌的应答。情绪参数也可以用来影响诸如同义 词权重参数或句子结构参数之类的其它交互参数。作为交互参数的意见参数例如可以描述交互系统关于用户、关于 某一主题、或者关于其应当完成的某一任务的意见。意见参数例如可 以影响情绪，以及因此还影响同义词权重参数或句子结构参数.另一 方面，情绪参数也可以影响意见参数.还提供影响先前描述的交互参数的自然特性参数。例如，情绪变 动参数描述情绪变动大概多久发生一次以及到何种程度。攻击性参数 描述交互系统展现出攻击性行为的可能性，服从性参数确定交互系统服从用户以及学习理解用户需要的程度.IQ参数表示交互系统的智 能，从而表示交互系统学习得有多快以及有多好.外表参数例如表示 面部尺寸、颜色、发型等等.借助于参数接口 10，可以例如在购买交互系统时将继承参数IP初 始化，或者可以在之后的某一天将其重新初始化到某些其它的值或者 将其复位到原始值。为了这种初始化，本发明提供下面的实施例 -继承参数是另一个现有交互系统的直接拷贝。 -在没有来自亲代交互系统的输入时随机设置继承参数。 -将继承参数设置为一组标准交互系统当中的一个的继承参数， -继承参数是一个亲代交互系统的继承参数的随机修改拷贝. -以限定的方式(无随机化)组合两个亲代交互系统的继承参数， -以随机的方式(特别是在星星、太阳和行星位置的某种影响下) 组合来自两个亲代交互系统的继承参数。这意味着交互系统继承来自 其亲代交互系统的特性，但不同于它们。同样，由于随机成分，相同 的两个亲代系统的每一个"孩子"都是不同的。在根据上一个例子的方法中的继承参数产生的可能实现方式中， 在随机化之前使用一个合并步猓。然后用一个输入参数组来执行随机 化。这借助于下面的例子进行描迷.为了简单起见，只考虑一个继承 参数(例如，鼻子长度)的情况.将随机变量X定义为具有如图2所 示的累积分布函数P(X〈x)-f(x)的继承参数(鼻子长度).函数f(x)给
出随机变量在整个总体中的分布，固2示出关于一个参数的累积分布 函数，其概率分布呈现矩形的形式。诸如鼻子长度之类的许多继承函 数优选地用高斯概率分布来表示.然而，为了清楚起见，将在下面假 定如图2所示的累积分布函数合并步骤包括下面的部分步骤 笫一亲代交互系统的继承参数xl给出参数xl， xl，=f(xl),第二亲代交互系统的继承参数x2给出参数x2， x2，=f(x2)。使用xl，和x2，，中间的合并继承参数m，由下面的等式确定 m，=(xl，+x2，)/2.将f(x)的反函数应用于m，以导出合并的继承参数m: m-f1(111，)。总之，可以如下表示合并的继承参数 m-f、(f(xl)+f(x2))/2)。以这种方式使用累积分布函数确保合并的继承函数的实际值。当然也可以使用反映继承参数在总体之中的分布的其它分布函数。基于高斯分布的分布函数特别适于描述类人特征在总体之中的出现概率。 在第二步骤中，这个合并的参数m被随机化.为了在随机化之后产生一个合并的参数y，设想m，-f(m)。现在从 具有如图3所示的累积分布函数g(m)的分布中提取y，并规定y-fi(y，)， 以找到带有接近m的值的随机化的合并继承参数.上一个随机化步骤也可以被用来对仅从一个亲代交互系统取得的 继承参数进行随机化，而不考虑是从哪一个亲代交互系统取得的。为了创建基于两个其它交互系统的继承参数的若干继承参数，可 以实现所给出的一个参数例子的多維版本.于是函数f和g是多于一个 变量的函数。可以在为此目的特别设计的继承参数产生单元中完成对继承参数 的初始化，其从各亲代交互系统中接收输入继承参数并给出新的子代 继承参数以作为输出。同样地，可以仅使用没有附加硬件的各亲代交 互系统和各子代交互系统来物理地实现对交互系统的继承参数的初始 化，其前提是对各交互系统进行相应的装配.可以以红外、蓝牙或实
际的物理参数接口 IO来实现在子代交互系统、亲代交互系统或继承参数产生单元之间的继承参数的传递.这种物理参数接口可以具有特殊 的结构，以便以更为图形化的方式创建新系统继承参数。有时也希望 覆盖或者调整某些继承参数。
尽管已经以各优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是应 当理解，也可以在不背离本发明范围的情况下作出许多附加的修改或 变化，例如，所描述的分布函数仅仅是例子，在不脱离本发明范闺的 情况下可以由本领域技术人员对其进行适配或修改.
为了清楚起见，应当理解，遍及本申请的"一个"不排除多个的 情况，并且"包括" 一词不排除其它步稞或元件。
权利要求
1、 一种交互系统(1)，-该交互系统(l)包括交互装置(2)和用于控制该交互装置(1) 的控制装置(6)，-该控制装置(6)对控制参数(CP)作出响应， -所述控制参数包括继承参数(IP)和交互参数(EP)， -其中继承参数(IP)是恒定的， -其中交互参数(EP)受外部因素(EF)影响，以及 -其中外部因素(EF)对交互参数(EP)的影响依赖于继承参数 (IP),
2、 如权利要求l所述的系统，其中所述继承参数(IP)在初始化 之后是恒定的，
3、 如权利要求2所述的系统，其中所述继承参数(IP)的初始化基于一个或更多其它的交互系统的继承参数(IP)。
4、 如权利要求3所述的系统，其中随机组合包括一个合并步骤，在该合并步骤中将两个或更多其它的交互系统的继承参数(IP)进行 合并。
5、 如权利要求3或4所迷的系统，其中所述继承参数(IP)的初始化基于两个或更多其它的交互系统的继承参数(IP)的随机组合。
6、 如权利要求3、 4或S所述的系统，其中所迷继承参数(IP)的初始化基于对另一个交互系统的继承参数(IP)的随机修改。
7、 一种用于控制交互系统(1)的方法，该交互系统(1)包括交 互装置(2)和用于控制该交互装置(2)的控制装置(6),-其中该控制装置(6)对控制参数作出响应，陽其中所述控制参数包括继承参数(IP)和交互参数，-其中继承参数(IP)是恒定的，-其中交互参数受外部因素(EF)影响，以及-其中外部因素(EF)对交互参数的影响依赖于继承参数(IP),
8、 一种机器人设备，其包括交互装置(2)和用于控制该交互装 置(2)的控制装置(6)，该控制装置(6)被安排成-该控制装置(6)对控制参数作出响应，-所迷控制参数包括继承参数(IP)和交互参数，-继承参数(IP)是恒定的，-交互参数受外部因素(EF)影响，并且外部因素(EF)对交互参数的影响依赖于继承参数(IP)。
全文摘要
本发明描述了一种交互系统(1)，其包括交互装置(2)和用于控制该交互装置(2)的控制装置(6)。该控制装置(6)对控制参数作出响应。所述控制参数包括继承参数(IP)和交互参数，其中继承参数(IP)是恒定的，交互参数受外部因素(EF)影响，并且其中外部因素(EF)对交互参数的影响依赖于继承参数(IP)。
文档编号G06F3/01GK101124528SQ200480031790
公开日2008年2月13日 申请日期2004年10月19日 优先权日2003年10月28日
发明者E·特伦, M·D·哈里斯, V·费洛明 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司