基于无接触手势的存取控制的制作方法

本发明涉及存取控制，具体地说，涉及使用非接触手势以存取安全环境。

背景技术：

可以多种方式限制存取。通常可使用某一类型的机械或电子锁来限制对仅具有适当机械键、锁组合、个人识别号码(pin)等的存取。机械锁(可通过键及/或旋转轮组合存取)已使用多年且早于电子锁定构件。计算机、自动提款机、电子存取面板等可使用数字及/或字母的独有组合(其必需由想要存取独有组合所保护的内容的个人键入)。

然而，全部这些存取限制装置遭受未经授权的人能够战胜钥匙、组合及/或码(其应该使这些限制存取装置安全)的能力。举例来说，将细小不可见粉末(仅用特殊光或化学品可见)喷撒于键盘可损及小键盘存取系统。接着，一旦数字已知，尝试其所有潜在组合是简单的事情。另外可用相机及/或双目望远镜观察小键盘，且记录在经授权用户输入正确码时所按的数字。将小键盘放置在不显眼位置可使用户难以看见所述小键盘及/或在易于发生抢劫的区域中损及用户的情境感知。

机械组合锁使用噪声翻转机构，其允许未经授权的人收听所述翻转机构，且由此确定锁组合。基于钥匙的存取控制机构遭受未经授权的人“撬”锁或利用“撞”匙(bumpkey)战胜所述锁的能力。手及眼扫描仪可用作为安全装置但是昂贵及机械复杂的。可因用户的眼球的移除或手的切断而受损。经授权用户可留下手印的物理证据。

技术实现要素：

因此，需要一种存取安全环境(其较不易于被未经授权的人突破)的更安全且秘密的方式。

根据实施例，一种用于使用手势进行存取控制的方法可包括以下步骤：提供包括至少一个发射电极及多个接收电极的结构；从所述至少一个发射电极产生交流电场；通过在所述电场中放置对象以修改所述交流电场；在所述多个接收电极中的每一者处测量所述交流电场；比较在所述多个接收电极中的每一者处的所述经测量交流电场与数字信号处理器(dsp)的存储器中的手势库的预定义电场值；从所述多个接收电极中的每一者处的所述经测量交流电场与所述预定义电场值的所述比较确定多个手势；比较所述经确定多个手势与预期多个手势，其中，如果所述经确定多个手势可基本上与所述预期多个手势相同，那么发出存取接受命令，且如果否，那么不进行任何操作。

根据所述方法的进一步实施例，当未经识别对象可能紧密接近所述多个接收电极中的至少一者时，停用比较所述经测量交流电场的步骤。根据所述方法的进一步实施例，所述多个手势可选自由下列任何两者或两者以上组成的群组：上位置(positionup)、下位置(positiondown)、右位置(positionright)、左位置(positionleft)、内位置(positionin)、外位置(positionout)、顺时针运动、逆时针运动、向上运动、向下运动、向右运动、向左运动、向内运动、向外运动。根据所述方法的进一步实施例，所述多个手势可包括至少一个手势运动及至少一个手势位置。根据所述方法的进一步实施例，所述多个手势可包括多个手势运动。根据所述方法的进一步实施例，所述多个手势可包括多个手势位置。

根据另一实施例，一种用于使用手势进行存取控制的系统可包括：结构，其包括电绝缘体、至少一个发射电极，及多个接收电极；手势感测控制器，其具有至少一个发射输出(其经耦合到所述至少一个发射电极，用于产生交流电场)，及多个接收输入(其经耦合到所述多个接收电极中的相应者，用于接收所述交流电场)；其中所述手势感测控制器在所述多个接收电极处测量经接收交流电场；所述手势感测控制器从所述所接收电场确定多个手势；及受保护存取设备，其用于比较由所述手势感测控制器确定的所述多个手势与预期多个手势，其中，如果所述经确定多个手势可基本上与所述预期多个手势相同，那么发出存取接受命令，且如果否，那么不进行任何操作。

根据进一步实施例，所述结构可基本上平坦，且所述至少一个发射电极及所述多个接收电极可为在所述基本上平坦结构的相对面上。根据进一步实施例，所述结构可为基本上平坦，且所述至少一个发射电极及所述多个接收电极可被嵌入所述基本上平坦结构的相对面中。根据进一步实施例，所述结构可具有经定义长度、宽度及高度。根据进一步实施例，所述结构可为油画。根据进一步实施例，所述结构可为图片。根据进一步实施例，所述结构可为塑像。根据进一步实施例，所述结构可为灯。

根据进一步实施例，所述手势感测控制器可包括：模拟前端(afe)，其包括至少一个发射输出及多个接收输入；数字信号处理器，其经耦合到所述afe，用于接收所接收电场的值，以确定其交流电场测量；存储器，其包括手势库且经耦合到所述数字信号处理器，其中所述数字信号处理器在确定所述多个手势时使用所述手势库；及通信接口，其经耦合于所述数字信号处理器与所述受保护存取设备之间。

根据进一步实施例，所述结构上方的盖可经提供以在多个手势的执行期间阻挡对所述多个手势的观察。根据进一步实施例，包壳可经提供以含有所述结构，且在多个手势的执行期间阻挡对所述多个手势的观察。根据进一步实施例，所述多个接收电极可为五个接收电极。根据进一步实施例，所述至少一个发射电极可为一个发射电极。

附图说明

可通过结合附图参考以下描述来获得对本发明的更透彻理解，其中：

图1说明根据本发明的教示的无失真电场的等位线的示意图；

图2说明根据本发明的教示的失真电场的等位线的示意图；

图3说明根据本发明的特定实例实施例的经连接到手势感测电极及受保护存取设备的手势感测控制器的示意框图；

图4说明根据本发明的特定实例实施例的具有框形电极的手势感测面板的示意平面图及正面图；

图5说明根据本发明的教示的图4中展示的手势感测面板及可能手势运动的示意平面图；及

图6说明根据本发明的另一特定实例实施例的具有圆形电极且经定位于视觉屏蔽内部的手势感测结构的示意图。

虽然本发明易于以多种修改及替代形式呈现，但已在图式中展示且在本文中详细描述其特定实例实施例。然而，应理解，特定实例实施例的本文中描述并非旨在将本发明限制于本文中揭示的特定形式，相反地，本发明涵盖如由所附权利要求书定义的所有修改及等效物。

具体实施方式

根据本发明的教示，可使用手势以键入经授权用户的身体的部分(例如，手)的位置及/或移动的独有组合，以键入位置/移动的正确组合以在未与监测进入点接触的情况下进行存取。举例来说，经授权用户可将他/她的手放置于位置/移动检测器上方且执行一系列移动/手势以解锁保护机构，例如，门锁、保险箱(moneykiosk)、金库门、车门、计算机程序等等。这些手势可为相对手移动的组合，因此所述手的绝对位置可不必要，仅相对运动的正确组合。此特征无需视觉反馈，但其可用于辅助解锁/存取操作。

因为经授权用户无需触碰进入点机构，所以未留下安全组合的物理证据。进入点机构中缺乏移动零件防止收听附件发现存取码。可将视觉屏蔽放置于所述进入点机构上方，使得可防止视觉上拦截经编码位置/移动。举例来说，含有位置/移动检测器的包壳，在执行所需手势位置/移动之前手可插入所述包壳中且从视图屏蔽所述手。可使用顺时针及逆时针旋转运动手势以允许模拟传统翻转锁组合以解锁保护机构。可类似地使用向上、向下、向右、向左、向内及/或向外运动的序列以解锁保护机构。因为未使用钥匙，所以撬锁或撞匙攻击是不可行的，且在外来对象紧密接近所述保护机构的情况下，此(此类)对象的存在可防止存取。

根据本发明的教示，为进行此安全存取手势，三维(3d)传感器技术利用电场(e-field)以感测电场中的对象的位置及移动。此3d传感器技术通过检测、跟踪及(举例来说，但不限于)自由空间中用户的手或手指运动的分类来实现新用户接口应用。电场是由电荷产生且在携带所述电荷的对象的表面周围三维地传播。施加直流(dc)电压到电极导致恒定电场。施加交流(ac)电压使电荷及因此电场随着时间改变，且因此使用ac励磁。当电荷随着频率f正弦改变时，所得电磁波是由波长λ＝c/f(其中c为波传播速度—在真空中为光速)来描述。在其中波长λ远大于电极几何形状的情况中，磁分量实际上为零，且未发生波传播。结果是准静态电近场，其可用于感测电场中的导电对象，例如人体的部分，例如手指、手等等。

射频发射器可产生在从大约44千赫(khz)到大约115khz的范围中的频率。举例来说，(但不限于)大约100khz，其具有大约三千米的波长。在具有通常小于14*14厘米的电极几何形状的情况下，此波长相较之下更大。如果人的手或手指侵入电场，那么所述电场变得失真。电场线归因于人体自身的导电性而被手吸引且分流到地面。三维电场局部地减小。可使用多个接收器(rx)电极以通过测量从接收变化信号起电场失真的起点(三维位置)来检测不同位置处的电场变动。可使用此信息以计算位置、跟踪移动及对对象移动图案(手势)分类。

现参考图式，示意性说明特定实例实施例的细节。图式中的相同元件将由相同数字表示，且类似元件将由具有不同小写字体字母下标的相同数字来表示。

参考图1及2，描绘根据本发明的教示的无失真电场(图1)及失真电场(图2)的等位线的示意图。最高场强度是在发射电极102与接收电极104之间的板中，但电场的显著部分还可被包含于杂散电场中。发射电极102及接收电极104可经定位而接近且平行于接地平面106。图2展示身体的接地部分(手及手指)108对电场的影响。手及手指108的接近引起等位线的压缩(变形)，且使接收电极信号电平偏移到可经测量及量化的较低电位。

根据本发明的教示，针对微芯技术公司手势技术(microchiptechnologyincorporatedgesturingtechnology)的相关背景文件是(举例来说，但不仅限于)“mgc3130技术快速启动向导(mgc3130technologyquickstartguide)”、“设计向导：电极及系统设计mgc3130(designguide：electrodesandsystemdesignmgc3130)”及本文引用的全部其它mgc3130文件(如在www.microchip.com在针对由微芯技术公司(microchiptechnologyincorporated)制造的mgc3130装置的产品数据表单及应用笔记中更全面解释)，其中全部文件针对所有目的特此以引用方式并入本文中。是微芯技术公司，特拉华州公司，法律部，西钱德勒大道2355，钱德勒，亚利桑那州85224-6199(microchiptechnologyincorporated,corporationdelaware,legaldepartment,2355westchandlerboulevard,chandler,arizona85224-6199)的注册商标。

参考图3，描绘根据本发明的特定实例实施例的连接到手势感测电极及受保护存取设备的手势感测控制器的示意框图。基于电场(e-field)的三维(3d)跟踪及手势感测控制器320可包括：模拟前端(afe)310、数字信号处理器(dsp)或数字信号控制器(dsc)312、存储器314(其含有操作程序及手势库)及通信接口316。通信接口316可将手势感测控制器介接到受保护存取设备318。afe310可耦合到至少一个发射电极102及多个接收电极104(手势传感器)。afe310可包括非常敏感接收通道，其能够检测对应于在毫微微法拉(1ff＝10¹⁵法拉)范围中的电容变化的发射电场失真。为发射及接收电场，电极102及104必须分别连接到afe310的发射信道及接收信道。电极104的布置允许确定电场(e-field)失真的重心且由此跟踪此失真的原因，例如在电场检测空间中用户的手或手指。基于电场的3d跟踪及手势感测控制器312可为举例来说(但不限于)通过本申请案的受让人微芯技术公司制成的mgc31303d手势感测控制器。

参考图4，描绘根据本发明的特定实例实施例的具有框形电极的手势感测面板的示意平面图及正面图。手势感测面板(其整体上通过数字400表示)可包括至少一个发射电极102、多个接收电极(手势传感器)104、介于所述至少一个发射电极102与所述多个接收电极(手势传感器)104之间的电隔离绝缘410及接地平面106。手势感测面板400可耦合到手势感测控制器320，这可在手势感测面板400周围引起电场，如图1中展示，且当将对象插入到电场中时，可如图2中展示那样表示电场失真。

参考图5，描绘根据本发明的教示的图4中展示的手势感测面板及可能手势运动的示意平面图。afe310从多个接收电极(手势传感器)104接收电场信号，且dsp312处理这些电场信号以确定多种手势输入。因此，可检测及辨识手108的不同运动，例如手108的右、左、上、下、内(接近)、外(远离)、顺时针及逆时针旋转。通过按某个顺序使用这些手运动中的任何一或多者，可使用其循序组合以存取(解锁)安全系统。与手势感测面板400的物理接触是非所需或非所要的，因此，用户未留下物理证据。可使用手势的组合以产生多个安全组合。手108的手势可模拟与计算机一起使用的二维或三维“空中”鼠标及/或手势感测面板400可与计算机显示器整合是可预期的且在本发明的范围内。由此允许除更传统二维触控屏幕操作之外的3d手势输入。

参考图6，描绘根据本发明的另一特定实例实施例的具有圆形电极且定位于视觉屏蔽内部的手势感测结构的示意图。手势感测结构(其整体上通过数字612表示)可包括至少一个发射电极602、多个接收电极(手势传感器)604，在所述至少一个发射电极602与所述多个接收电极(手势传感器)604之间具有电隔离绝缘(未展示)。手势感测结构612可耦合到手势感测控制器320，这可在所述手势感测结构612周围引起电场，如图1中展示，且当将对象插入到所述电场中时，可如图2中展示那样表示电场失真。此外，手势感测结构612可被围封于盖或腔室614(其阻挡由手108执行经编码解锁功能所需的手势运动的任何可见度)。盖或腔室614有效防止在存取(解锁)程序期间手108的手势运动的观察(例如，双目望远镜、相机等等)。

手势感测结构612的形状或大小未经限制且可包括任何三维形状的对象，只要在所述对象上及/或对象中存在用于产生及接收电场的电极。此三维对象甚至可装扮为一件艺术品(例如，塑像、油画、图像、邮票等)；电器(例如，灯、烤箱、开罐器、化妆镜、收音机、电视、立体声、游戏机及其遥控器等)。

多个接收电极(手势传感器)604及至少一个发射电极602可在木材、gorilla玻璃、塑料等后面或嵌入木材、gorilla玻璃、塑料等中。无需眼-手协调，因此手势感测结构612及视情况盖或腔室614可安装在举例来说(但不仅限于)腰部，由此淡出窥视眼睛的视线。可使用额外度量以增加手势组合的安全(例如，运动改变的时序)。可远程改变安全组合。可远程监测任何手势活动且相应地处理未经授权存取的尝试。

因此，可检测及辨识手势感测结构612上方及/或周围的手108的不同运动，例如手108的右、左、上、下、内(接近)、外(远离)、顺时针及逆时针旋转。通过按某个顺序使用此类手运动中的任何一或多者，可使用其循序组合以存取(解锁)安全系统。

虽然已描绘、描述且通过参考本发明的实例实施例定义本发明的实施例，但此类参考并未暗示对本发明的限制，且未推断此限制。如在相关技术中且得益于本发明的一般技术者将想到，所揭示的目标在形式及功能上可具有大幅修改、替代及等效物。本发明的所描绘及描述实施例仅为实例，且并非本发明的详尽范围。