一种电子设备的输入装置及字符输入方法

1.一种电子设备的输入装置，其特征在于，所述输入装置包括重力感应模块、数据采样模块、数据转换模块、字符识别模块和输入功能开启/关闭模块；其中：
所述输入功能开启/关闭模块用来向所述数据采样模块发送控制指令，控制所述数据采样模块对所述重力感应模块输出的电子设备运动轨迹数据进行采样；
所述重力感应模块用来感应所述电子设备输入装置的运动轨迹，向所述数据采样模块输出所述电子设备输入装置的运动轨迹数据；
所述数据采样模块用来对所述电子设备输入装置的运动轨迹数据进行采样，获取所述电子设备输入装置在采样点时的坐标数据，并用来将采样获取的坐标数据传输到所述数据转换模块；
所述数据转换模块用来根据所述的坐标数据生成运动轨迹图像，将所述运动轨迹图像传输到所述字符识别模块；
所述字符识别模块用来识别出所述运动轨迹图像对应的字符；
所述重力感应模块包括重力感应器，所述重力感应器用来感应所述电子设备输入装置的运动轨迹，向所述数据采样模块输出所述电子设备输入装置在三维空间X、Y、Z轴三个方向上的加速度数据；
所述数据采样模块用来对所述电子设备输入装置在三维空间X、Y、Z轴三个方向上的加速度数据进行采样，并用来根据所述加速度数据计算出所述电子设备在采样点时的三维坐标数据，根据微积分理论，将电子设备的运动轨迹分为若干采样点时间足够小的小段轨迹：
设定一个初始坐标点（0, 0, 0），该点为电子设备运动的起始点，然后在下一个采样点T1再采集电子设备的三维坐标数据，从而得出该采样点时候的坐标（X1, Y1, Z1），然后在下一个采样点T2进行采样，从而得出该采样点时候的坐标（X2, Y2, Z2）……，在Tn采样点时采样到电子设备的三维坐标数据（Xn, Yn, Zn）……，一直到电子设备停止运动为止；
并将各小段轨迹视为直线，将电子设备在该小段轨迹内的运动视为匀加速运动，根据匀加速运动的位移公式将加速度数据计算出电子设备在采样点时的三维坐标数据；
所述数据转换模块用来将所述三维坐标数据转换成二维坐标数据，根据所述的二维坐标数据生成所述运动轨迹图像；
所述数据转换模块用来将判断所述三维坐标数据中哪一维的坐标数据变化幅度最小，将所述三维坐标数据对应的曲线投影到该坐标数据变化幅度最小的一维坐标轴的垂直面上，获取所述三维坐标数据对应的曲线在所述垂直面上的坐标数据，作为所述二维坐标数据；
所述输入功能开启/关闭模块包括按键，所述按键被按下时，所述输入功能开启/关闭模块用来向所述数据采样模块发送控制指令，控制所述数据采样模块对所述重力感应模块输出的电子设备运动轨迹数据进行采样，所述按键被松开时，所述输入功能开启/关闭模块用来向所述数据采样模块发送控制指令，控制所述数据采样模块停止对所述重力感应模块输出的电子设备输入装置运动轨迹数据进行采样；
所述按键松开后持续的时间达到预设的阈值T0时，所述输入功能开启/关闭模块用来向所述数据转换模块发送控制指令，控制所述数据转换模块根据所述的坐标数据生成所述运动轨迹图像。
2.根据权利要求1所述的输入装置，其特征在于，所述电子设备为移动终端。
3.根据权利要求1所述的输入装置，其特征在于，所述输入装置与所述电子设备设计为一体。
4.根据权利要求1所述的输入装置，其特征在于，所述输入装置为独立的装置，与所述电子设备通过有线或者无线的方式连接。
5.一种电子设备字符输入方法，所述的方法包括：
a、感应电子设备输入装置在空中的运动轨迹，获取所述电子设备输入装置的运动轨迹对应的坐标数据；
b、根据所述的坐标数据生成运动轨迹图像，识别出所述运动轨迹图像对应的字符；
其中步骤a具体包括：
a1、通过重力感应模块感应所述电子设备输入装置在空中的运动轨迹，获取所述电子设备输入装置的运动轨迹数据；
a2、对所述运动轨迹数据进行采样，获取所述电子设备输入装置在采样点时的坐标数据；
所述坐标数据为三维坐标数据，根据微积分理论，将电子设备的运动轨迹分为若干采样点时间足够小的小段轨迹：
设定一个初始坐标点（0, 0, 0），该点为电子设备运动的起始点，然后在下一个采样点T1再采集电子设备的三维坐标数据，从而得出该采样点时候的坐标（X1, Y1, Z1），然后在下一个采样点T2进行采样，从而得出该采样点时候的坐标（X2, Y2, Z2）……，在Tn采样点时采样到电子设备的三维坐标数据（Xn, Yn, Zn）……，一直到电子设备停止运动为止；
并将各小段轨迹视为直线，将电子设备在该小段轨迹内的运动视为匀加速运动，根据匀加速运动的位移公式将加速度数据计算出电子设备在采样点时的三维坐标数据，其中步骤b具体包括：
b1、将所述三维坐标数据转换成二维坐标数据，根据所述的二维坐标数据生成所述运动轨迹图像，识别出所述运动轨迹图像对应的字符；
所述电子设备输入装置包括输入功能开启/关闭模块，所述输入功能开启/关闭模块包括按键，其中步骤a具体包括：
a1、当所述按键被按下时，感应所述电子设备输入装置在空中的运动轨迹，获取所述电子设备输入装置的运动轨迹数据；
a2、对所述运动轨迹数据进行采样，获取所述电子设备输入装置在采样点时的坐标数据；
a3、当所述按键被松开持续的时间大于预设的阈值T0时，停止感应所述电子设备输入装置在空中的运动；
其中步骤a3还包括：
当所述按键被松开持续的时间小于或者等于所述阈值T0时，继续感应所述电子设备输入装置在空中的运动，获取所述电子设备输入装置的运动轨迹数据；其中步骤b具体包括：
b、停止生成所述运动轨迹图像。

一种电子设备的输入装置及字符输入方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于控制技术领域，尤其涉及一种电子设备的输入装置及字符输入方法。\n背景技术\n[0002] 目前，电子设备现有的输入方法有键盘输入、触摸屏软键盘输入方法、触摸屏手写识别输入方法等，如移动终端，都必须借助键盘或者触摸屏来实现用户指令的输入。\n[0003] 传统输入方法必须借助键盘和触摸屏，有一些局限性，在光线比较暗的时候或者在一些小型电子设备不具备触摸屏或者键盘的时候必然导致输入不方便。\n[0004] 重力感应器又叫G-sensor，又被称为加速度传感器，它的功能就是感应重力加速度的变化，物体在加速过程中作用在物体上的力，比如晃动、跌落、上升、下降等各种移动变化都能被G-sensor转化为电信号，然后通过微处理器的计算分析后，就能够完成程序设计好的功能，比如MP3能根据使用者的甩动方向，前后更换歌曲，放进衣袋的时候也能够计算出使用者的前进步伐。\n[0005] 如图1所示，G-sensor一般是输出X、Y、Z三个方向上的加速度，从这3个方向，我们就可以得到物体三维的运动轨迹、速度和时间等，然后可以计算出各种需要的参数。\n[0006] 但是，如何利用重力感应器的功能来实现对电子设备的字符输入，是现有技术尚未解决的问题。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的在于提供一种电子设备的输入装置及字符输入方法，旨在解决对电子设备输入字符的问题。\n[0008] 本发明是这样实现的，一种电子设备的输入装置，所述输入装置包括重力感应模块、数据采样模块、数据转换模块、字符识别模块和输入功能开启/关闭模块；其中：\n[0009] 所述输入功能开启/关闭模块用来向所述数据采样模块发送控制指令，控制所述数据采样模块对所述重力感应模块输出的电子设备运动轨迹数据进行采样；\n[0010] 所述重力感应模块用来感应所述电子设备输入装置的运动轨迹，向所述数据采样模块输出所述电子设备输入装置的运动轨迹数据；\n[0011] 所述数据采样模块用来对所述电子设备输入装置的运动轨迹数据进行采样，获取所述电子设备输入装置在采样点时的坐标数据，并用来将采样获取的坐标数据传输到所述数据转换模块；\n[0012] 所述数据转换模块用来根据所述的坐标数据生成运动轨迹图像，将所述运动轨迹图像传输到所述字符识别模块；\n[0013] 所述字符识别模块用来识别出所述运动轨迹图像对应的字符。\n[0014] 更具体的，所述重力感应模块包括重力感应器，所述重力感应器用来感应所述电子设备输入装置的运动轨迹，向所述数据采样模块输出所述电子设备输入装置在三维空间X、Y、Z轴三个方向上的加速度数据。\n[0015] 更具体的，所述数据采样模块用来对所述电子设备输入装置在三维空间X、Y、Z轴三个方向上的加速度数据进行采样，并用来根据所述加速度数据计算出所述电子设备在采样点时的三维坐标数据。\n[0016] 更具体的，所述数据转换模块用来将所述三维坐标数据转换成二维坐标数据，根据所述的二维坐标数据生成所述运动轨迹图像。\n[0017] 更具体的，所述数据转换模块用来将判断所述三维坐标数据中哪一维的坐标数据变化幅度最小，将所述三维坐标数据对应的曲线投影到该坐标数据变化幅度最小的一维坐标轴的垂直面上，获取所述三维坐标数据对应的曲线在所述垂直面上的坐标数据，作为所述二维坐标数据。\n[0018] 更具体的，所述输入功能开启/关闭模块包括按键，所述按键被按下时，所述输入功能开启/关闭模块用来向所述数据采样模块发送控制指令，控制所述数据采样模块对所述重力感应模块输出的电子设备运动轨迹数据进行采样，所述按键被松开时，所述输入功能开启/关闭模块用来向所述数据采样模块发送控制指令，控制所述数据采样模块停止对所述重力感应模块输出的电子设备输入装置运动轨迹数据进行采样。\n[0019] 更具体的，所述按键松开后持续的时间达到预设的阈值T0时，所述输入功能开启/关闭模块用来向所述数据转换模块发送控制指令，控制所述数据转换模块根据所述的坐标数据生成所述运动轨迹图像。\n[0020] 更具体的，所述电子设备为移动终端。\n[0021] 更具体的，所述输入装置与所述电子设备设计为一体。\n[0022] 更具体的，所述输入装置为独立的装置，与所述电子设备通过有线或者无线的方式连接。\n[0023] 本发明还提供了一种电子设备字符输入方法，所述的方法包括：\n[0024] a、感应电子设备输入装置在空中的运动轨迹，获取所述电子设备输入装置的运动轨迹对应的坐标数据；\n[0025] b、根据所述的坐标数据生成运动轨迹图像，识别出所述运动轨迹图像对应的字符。\n[0026] 更具体的，其中步骤a具体包括：\n[0027] a1、通过重力感应模块感应所述电子设备输入装置在空中的运动轨迹，获取所述电子设备输入装置的运动轨迹数据；\n[0028] a2、对所述运动轨迹数据进行采样，获取所述电子设备输入装置在采样点时的坐标数据。\n[0029] 更具体的，所述坐标数据为三维坐标数据，其中步骤b具体包括：\n[0030] b1、将所述三维坐标数据转换成二维坐标数据，根据所述的二维坐标数据生成所述运动轨迹图像，识别出所述运动轨迹图像对应的字符。\n[0031] 更具体的，所述电子设备输入装置包括输入功能开启/关闭模块，所述输入功能开启/关闭模块包括按键，其中步骤a具体包括：\n[0032] a1、当所述按键被按下时，感应所述电子设备输入装置在空中的运动轨迹，获取所述电子设备输入装置的运动轨迹数据；\n[0033] a2、对所述运动轨迹数据进行采样，获取所述电子设备输入装置在采样点时的坐标数据；\n[0034] a3、当所述按键被松开持续的时间大于预设的阈值T0时，停止感应所述电子设备输入装置在空中的运动。\n[0035] 更具体的，其中步骤a3还包括：\n[0036] 当所述按键被松开持续的时间小于或者等于所述阈值T0时，继续感应所述电子设备输入装置在空中的运动，获取所述电子设备输入装置的运动轨迹数据；其中步骤b具体包括：\n[0037] b、停止生成所述运动轨迹图像。\n[0038] 本发明提供的电子设备的输入装置，利用重力感应的方式获取输入装置的运动轨迹数据，根据运动轨迹数据得到输入装置的运动轨迹图像，然后识别出运动轨迹图像对应的字符。用户需要对电子设备输入字符时，可以手持输入装置，按照需要输入字符的笔画在空中划动输入装置，则输入装置的运动轨迹与用户需要输入的字符对应，输入装置识别出其运动轨迹对应的字符。本发明提供的电子设备输入装置可以运用在大量电子设备上，比如手机、MID(移动互联网设备)、电脑、游戏机等等，并且结构简单，成本较低。\n附图说明\n[0039] 图1是重力感应器感应物体移动轨迹的坐标示意图；\n[0040] 图2是本发明实施例电子设备的输入装置的原理框图；\n[0041] 图3是本发明实施例的电子设备的输入装置记录运动轨迹的坐标示意图；\n[0042] 图4是本发明实施例的电子设备的输入装置连体输入的轨迹示意图；\n[0043] 图5A是本发明实施例的电子设备的输入装置运动轨迹示意图；\n[0044] 图5B是本发明实施例的电子设备的输入装置轨迹图像示意图；\n[0045] 图6是本发明实施例流程图。\n具体实施方式\n[0046] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。\n[0047] 本发明实施例提供的电子设备的输入装置的原理框图如图2所示，包括重力感应模块、数据采样模块、数据转换模块、字符识别模块和输入功能开启/关闭模块。其中：\n[0048] 输入功能开启/关闭模块与数据采样模块相连，用来控制电子设备输入装置的输入功能的开启/关闭；具体实现时，输入功能开启/关闭模块包括按键和对应的控制电路，当按键被按下时，输入功能开启/关闭模块输出控制信号给数据采样模块，数据采样模块对重力感应模块输出的运动轨迹数据进行采样，当按键被松开时，输入功能开启/关闭模块输出控制信号给数据采样模块，数据采样模块停止对重力感应模块的运动轨迹数据进行采样；\n[0049] 重力感应模块与数据采样模块相连，用来感应电子设备的运动，向数据采样模块输出电子设备的运动轨迹数据，如在三维空间X、Y、Z三个方向上的加速度数据；当用户需要对电子设备进行输入时，可以手持电子设备，按下输入功能开启/关闭模块的按键，控制电子设备运动，将电子设备当作笔在空中划动，电子设备的运动轨迹对应用户想要输入的字符，重力感应模块感应电子设备的运动，向数据采样模块输出电子设备的运动轨迹数据；\n[0050] 数据采样模块与数据转换模块相连，用来对重力感应模块输出的电子设备的运动轨迹数据进行采样，获取电子设备在各个采样点时的三维坐标数据；数据采样模块将采样获取的三维坐标数据传输到数据转换模块；\n[0051] 数据转换模块与文字识别模块相连，用来将电子设备运动轨迹的三维坐标数据转换成二维坐标数据，根据转换的二维坐标数据生成运动轨迹图像，将运动轨迹图像传输到字符识别模块；\n[0052] 字符识别模块用来根据轨迹图像识别出对应的字符。\n[0053] 具体来说，重力感应模块可以感应到电子设备在X、Y、Z三个方向上的重力加速度，数据采样模块据此可计算出电子设备的运动轨迹。首先，假设电子设备在空中运行了一段距离S，所花费时间为T，这段距离可能并不是规则的直线，而可能是一段比较弯曲的线，与数字、字母以及中文文字等的笔画对应。根据微积分原理，如果时间T越小，则S的轨迹则越可能接近直线，只要能保证该时间T能达到所要求的精度，比如0.1秒，在这0.1秒内电子设备运动的轨迹基本上可以视为直线运动，就可以很简单的把这段轨迹S计算出来。\n那么在很长的一段时间内，电子设备运动的轨迹曲线根据微积分的原理分成若干很小的部分，则所有若干很小的距离的总和即为电子设备运动的轨迹。\n[0054] 在实际应用中，当输入功能开启/关闭模块的按键被按下时，数据采样模块得到控制指令开始采样，在每个采样点采集重力感应模块获取的电子设备运动轨迹数据，主要是X、Y、Z上的重力加速度和角度值，从而确定该采样点时电子设备的三维坐标数据，数据采样模块将各个采样点采样的电子设备的三维坐标数据传输到数据转换模块。如，设定一个初始坐标点(0，0，0)，该点为电子设备运动的起始点，然后在下一个采样点T1再采集电子设备的三维坐标数据，从而得出该采样点时候的坐标(X1，Y1，Z1)，然后在下一个采样点T2进行采样，从而得出该采样点时候的坐标(X2，Y2，Z2)......，在Tn采样点时采样到电子设备的三维坐标数据(Xn，Yn，Zn)......，一直到电子设备停止运动为止。\n[0055] 如图3所示的三维坐标图形，图中X、Y、Z分别为三维的方向，图中A1到Ai为电子设备的三维运动曲线，根据微积分理论，将该段运动轨迹分为若干小段轨迹，只要采样点时间足够小，则该小段距离可以视为直线，并且由于时间足够小，则该段距离内可以认为是匀加速度运动，对于匀加速度运动来说，距离等于加速度乘以时间平方的结果再除以2，即：\n2\nS＝A T/2。其中，S代表距离，A代表加速度，T代表运动的时间(两个采样点之间的时间间隔)。重力感应模块感应到电子设备在X、Y、Z三个方向的重力加速度(即A)，数据采样模块根据该公式即可计算出电子设备在各个采样点的三维坐标数据。\n[0056] 对应于图3中的轨迹，可以得到如下的数据：\n[0057] 在T1时刻，电子设备的三维坐标为(X1，Y1，Z1)；\n[0058] 在T2时刻，电子设备的三维坐标为(X2，Y2，Z2)；\n[0059] 在T3时刻，电子设备的三维坐标为(X3，Y3，Z3)；\n[0060] 在T4时刻，电子设备的三维坐标为(X4，Y4，Z4)；\n[0061] 在Ti时刻，电子设备的三维坐标为(Xi，Yi，Zi)；\n[0062] 具体实现时，各个采样点之间的间隔可以尽量缩小，即增加采样次数，以确保数据的精度。\n[0063] 如上所述，数据采样模块采样得到的是三维坐标数据，而字符识别模块主要是针对二维坐标数据的，因此，数据采样模块将三维坐标数据传输到数据转换模块，由数据转换模块将三维坐标数据转换成二维坐标数据。具体的转换可以采用如下的方案：用户手持电子设备在空中划动时，电子设备的运动轨迹与用户需要输入字符的笔画对应，则电子设备基本上只是在相对的一个平面进行移动，所以从三维坐标分析，必然有其中一维的坐标数据变化幅度相对较小，因此可以将该三维坐标数据对应的曲线投影到该变化幅度相对较小的一维坐标轴的垂直面上。例如图3中，Z1到Z4的变化幅度小于X1到X4和Y1到Y4，则将三维坐标数据对应的曲线投影到Z轴的垂直面上，得到该曲线投影后在X、Y构成的二维平面坐标数据，如坐标A1(X1，Y1)，A2(X2，Y2)、A3(X3，Y3)、A4(X4，Y4)......，Ai(Xi，Yi)所示的二维坐标数据。除此之外，数据转换模块还用来根据转换后的二维坐标数据生成对应的运动轨迹图像，将运动轨迹图像传输到字符识别模块。\n[0064] 字符识别模块根据运动轨迹图像识别出字符，包括汉字、字母和数字等，这种识别技术已经是成熟的现有技术，此不赘述。\n[0065] 具体实现本发明提供的技术方案时，输入功能开启/关闭模块的按键的按下/松开分别对应数据采样的开始/停止，中间过程的间歇性采样的时间间隔可以由系统控制。\n但考虑到字符的特殊性，如汉字，同一个字的很多笔画是独立的，不同的汉字之间也需要相对独立，用户在控制电子设备运动时，电子设备的运动轨迹却是连续的。如果在对电子设备的运动轨迹的采样过程中不区别对待，则传输给字符识别模块的运动轨迹图像将是连体的，这样字符识别模块的识别难度将很大，识别的速度和效率将降低。如图4所示，为用户输入草体字符的情况，由于草体输入都是连笔，使用简易方便，在(1)点时候按下按键，开始记录电子设备的运动轨迹，当运行到(2)点的时候松开按键，则判断一个字符输入完成。\n[0066] 为降低字符识别模块识别的难度，具体应用本发明提供的技术方案时，可以将输入功能开启/关闭模块与数据转换模块连接，输入功能开启/关闭模块的按键被按下或者松开时，将发送控制信号给数据转换模块，同时在系统中设置一个阈值T0，系统根据该阈值T0用来控制数据转换模块的运行。\n[0067] 具体来说，当用户需要输入一个字符时，首先按下输入功能开启/关闭模块的按键，如果用户输入时，采用的是草体，字符的各个笔画连笔，则在每一个笔画输入完成后，短时间松开输入功能开启/关闭模块的按键(该按键被松开持续的时间小于阈值T0)，则系统默认此时按键松开只是同一字符不同笔画之间的过渡，并不是一个字符输入完成。在该按键被短时间松开的时间段内，数据采样模块保持对重力感应模块输出数据的采样，并且将采样得到的三维坐标数据传输到数据转换模块。数据转换模块由于接收到输入功能开启/关闭模块发送的控制信号，在按键短时间松开的时间段内，停止将三维坐标数据转换成二维坐标数据，也停止根据二维坐标数据生成运动轨迹图像。这样，同一个字符不同笔画之间的连笔(过渡笔画)则不会体现在最后生成的运动轨迹图像中。当用户将一个字符的所有笔画都输入完毕时，松开按键(该按键被松开持续的时间大于阈值T0)，则系统默认此时按键被松开代表一个字符所有笔画输入完成，数据采样模块停止对重力感应模块输出数据的采样，直到用户需要输入下一个字符，重新按下按键时为止。。\n[0068] 图5A为电子设备实际运动轨迹图，图5B为最后生成的电子设备运动轨迹图像，在图5B中，由于用户在同一字符各个笔画完成时短时间松开按键，如点(1)时按下按键，点(2)时松开按键，然后在点(3)按下按键，点(4)时松开按键，点(5)时按下，点(6)是松开，点(7)时按下，点(8)时松开，只要保证点松开后下次按下按键的时间间隔小于上述的阈值T0即可。在点(8)后，松开按键，当持续的时长达到阈值T0，则判断输入完成。图6是本发明实施例流程图，具体包括如下的步骤：\n[0069] 1、按下电子设备的输入功能开启/关闭模块的按键，控制电子设备在空中划动；\n[0070] 2、重力感应模块感应到电子设备的运动轨迹数据，将感应到的运动轨迹数据传输到数据采样模块；\n[0071] 3、数据采样模块对电子设备的运动轨迹数据进行采样，获取电子设备在各个采样点的三维坐标数据，将三维坐标数据传输到数据转换模块；\n[0072] 4、数据转换模块将三维坐标数据转换成二维坐标数据；\n[0073] 5、输入完成，输入功能开启/关闭模块的按键被松开？如果是，转步骤6，否则转步骤2；\n[0074] 6、数据转换模块根据转换后的二维坐标数据生成轨迹图像，将轨迹图像传输到字符识别模块；\n[0075] 7、字符识别模块识别出轨迹图像对应的字符。\n[0076] 本发明实施例提供的电子设备输入装置可以与电子设备设计成一个整体，对于小的电子设备，如手机等，用户可以直接控制电子设备的运动，藉此完成字符的输入，如上述的实施例所述；也可以将电子设备输入装置设计成独立的部件，与电子设备通过有线或者无线方式连接，用户在输入字符时，只需要控制独立的输入装置即可。\n[0077] 本发明提供的电子设备输入装置可以运用在大量电子设备上，比如手机、MID(移动互联网设备)、电脑、游戏机等等，并且结构简单，成本较低。\n[0078] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，例如，输入功能开启/关闭模块对采样的控制并不局限于上述实施例所述的笔画内控制，也可以是以字为单位进行控制，这样识别出的字可能存在多种可能，可以通过使用者选取的方式最后确定输入的字符等。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。