具有倾斜补偿和改进的可用性的自由空间定位装置

摘要

根据本发明的系统和方法，描述了一种自由空间定位装置，通过将感测的运动数据从第一参考系(例如，自由空间定位装置的本体)转换到第二参考系(例如，用户参考系)来提高其可用性。本发明示例性的实施方式去除了与使用者持握自由空间定位装置的倾斜方位相关的影响。

说明书

相关申请

本申请与2004年4月30日递交的题为“自由空间定位装置”的 第60/566,444号美国临时专利申请相关并要求其优先权，该申请的内 容通过引用并入本文。本申请还与2004年9月23日递交的题为“自 由空间定位装置和方法”的第60/612,571号美国临时专利申请相关并 要求其优先权，该申请的内容通过引用并入本文。本申请还与2005 年1月5日递交的题为“自由空间定位装置及其使用方法”的第 60/641,410号美国临时专利申请相关并要求其优先权，该申请的内容 并入本文作为参考。本申请还涉及与本申请同时递交的题为“用于去 除自由空间定位装置的无意运动的方法和装置”、“基于抖动识别用 户的方法和装置”、和“自由空间定位装置和方法”的三个美国专利 申请(申请号未知)，上述所有申请的内容通过引用并入本文。

背景技术

本发明一般涉及手持定位装置，尤其涉及自由空间定位装置以及 与其相关的倾斜补偿和改进的可用性技术。

在最近几十年内，与信息交换相关的技术已经得到快速发展。电 视、蜂窝电话技术、互联网和光通信技术(仅例举出几个)相结合， 将消费者淹没在可用信息和娱乐选择中。以电视为例，在最近三十年 内已经引入了有线电视服务、卫星电视服务、按次计费电影和视频点 播。二十世纪六十年代的电视收看者通常可在其电视机上接收约4个 或5个无线电视频道，然而当今的电视观众则有机会从数以百计、数 以千计甚至可能数以百万计的节目和信息频道中进行选择。当前主要 用于旅馆等的视频点播技术提供了从数以千计的电影标题中进行家庭 娱乐选择的可能性。

为最终用户提供如此大量信息和内容的技术能力为系统设计者和 服务提供商带来了机遇和挑战。一个挑战是，虽然最终用户通常更希 望具有较多选择而不是较少选择，但是这通常会与其希望选择过程又 快速又简单相冲突。不幸的是，最终用户访问媒体项目的系统和界面 的开发导致选择过程既不快速又不简单。再次以电视节目为例。当电 视在起步阶段时，确定观看哪个节目是相对简单的过程，这主要是由 于选择数目较小造成的。人们参考经过编排的印制节目表，例如，具 有显示以下项目的对应信息的行和列：(1)附近的电视频道，(2) 这些频道上传输的节目以及(3)日期和时间。通过调节调谐钮将电视 调到期望的频道，观看者就能观看选定的节目。然后，出现了遥控装 置，其使得观看者能够在较远距离外调谐电视频道。这种对用户电视 界面的增加产生了被称作“频道冲浪(channel surfing)”的现象，从 而观看者能够快速查看在多个频道上播出的较短片断，以快速地确定 任何给定时间的可看节目。

虽然频道数目和可看内容的数量急剧增加，但是在最近30年间， 用于电视的广泛可用的用户界面、控制装置选项和框架并没有明显变 化。印制节目表仍然是传递节目信息的最盛行方式。具有上下箭头的 多按钮遥控器仍然是最盛行的频道/内容选择方式。那些为增加电视用 户界面的媒体内容选择的设计及实施人员，对于此问题的反应是直接 扩充现有的选择方式及接口对象。因此，增加印制节目表的行数来容 纳更多的频道。增加遥控装置上的按钮数目来支持附加的功能和内容 操作，例如，如图1所示。但是，这一方法显著增加了观看者查看可 用信息所需的时间和执行选择所需动作的复杂性。由此看来，现有接 口复杂的特性妨碍了某些服务的商业实施，比如说视频点播。消费者 会抵触新的服务因为那样将会使接口(消费者认为这些接口已经过于 缓慢和复杂)更加复杂。

除了带宽和内容的增加之外，用户界面瓶颈问题还由于技术的集 合而得以加剧。消费者更倾向于选择购买集成系统而不是多个可分离 的组件。这一趋势的一个示例是电视/VCR/DVD的组合，三个之前独 立的组件在当今经常作为一个集成单元出售。这一趋势可能会继续， 其最终结果可能是，当今家庭中具有的大多数(如果不是所有的话) 通信设备将被包装到一起作为集成单元，例如，电视VCR/DVD/互联 网接入/收音机/立体音响单元。即使那些继续购买单独组件的人们也可 能希望得到对于单独组件的无缝控制及其之间的相互配合。上述集合 的增加可能使用户界面的复杂性进一步增加。例如，当引入所谓的“通 用”遥控单元以例如结合电视遥控单元和VCR遥控单元的功能时，这 些通用遥控单元上的按钮数目通常大于单独的电视遥控单元或者单独 的VCR遥控单元上的按钮数目。按钮数目和功能的增加使得如果没有 正确搜寻遥控器上的适当按钮的话将很难控制除了电视或VCR的最 简单方面之外的任何事。通常，这些通用遥控并没有提供足够的按钮 来实现多层控制或某些电视机的特定功能。在这种情况下，由于集合 的复杂造成的用户接口问题，还需要使用原遥控单元，并无法减少原 本使用多个遥控的麻烦。为了解决此问题，有些遥控单元增加了能够 用专用命令编程的“软”按钮。有时这些软按钮会附带LCD显示屏以 指示软按钮的功能。这些遥控单元的缺陷是如果不把视线从电视转到 遥控器将很难进行遥控。这些遥控单元的另一项缺陷表现在这些遥控 以“模式”的方法来减少按钮数量。在这些“模式”通用遥控单元上， 存在特定的按钮以选择遥控与电视机、DVD机、有线电视机顶盒、 VCR还是其他装置通信。这造成了很多使用问题，包括，把命令传送 给错误的装置，使用户不得不看着遥控以确保处于正确模式，还有它 本身并没对多装置集合一体的遥控进行任何简化。最先进的通用遥控 单元通过允许用户将多种装置的命令序列编程设置到遥控单元而实现 一定的集成。但是，这是一项困难的工作，很多用户雇请专业安装人 员来设置他们的通用遥控单元。

也进行了一些尝试来改进终端用户与媒体系统之间的屏幕界面。 但是，除了其它缺点之外，这些尝试一般都无法在较大的媒体项目集 合与较小媒体项目集合之间容易地调节(scale)。例如，基于项目列 表的界面适用于小媒体项目集合，但要阅览大的媒体项目集合时则变 得乏味冗长。而基于分级导航(树型结构)的界面与列表界面相比， 能够更快地遍历大的媒体项目集合，但并不适用于小媒体项目集合。 此外，当选择的过程需要穿过树型结构的三层或三层以上时，用户会 对选择过程失去兴趣。对于所有上述例子，现在的遥控单元使用户不 得不反复的按上下按钮来操作列表或分级导航，使得选择过程更加的 乏味冗长。尽管提供了跳跃控制如上一页，下一页，用户一般要看着 遥控单元或经过训练才知道它们的存在。因此，于2004年1月30日 提交的美国专利申请号为10/768,432，名称为“带有用于组织、选择、 启动媒体项目的可缩放图形用户接口的控制框架”的申请提出了这样 一种组织框架、技术和系统，其能够简化用户和媒体系统之间的控制 及屏幕界面并加快选择过程，同时允许服务提供商利用终端用户装置 的可用带宽的增长来促进为用户提供大量的媒体项目和新服务。其公 开的内容通过引用并入本申请。

本申请说明书特别关注的是可用来与上述框架以及其它应用和系 统进行交互的遥控装置。如以上并入本文的申请所提及，可以在该框 架下使用不同类型的遥控装置，比如跟踪球(trackball)，“鼠标”类 型的定位装置，光笔等。但是，可以在该框架(以及其他应用)下使 用的另一种遥控装置是自由空间定位装置。短语“自由空间定位”在 本说明书中代表输入装置在例如显示屏前的三维(或更多维)空间进 行移动的能力，以及相应地用户界面把那些动作直接转换成用户界面 命令(例如，光标在显示屏的移动)的能力。自由空间定位装置的数 据传递可以无线地实现、或通过将自由空间定位装置与其它装置连接 的有线来实现。因此，“自由空间定位”不同于例如需要使用平面(例 如，桌面或鼠标垫，该平面用作代理平面，鼠标在其上的移动被转换 为电脑显示屏上的光标移动)的常规电脑鼠标定位技术。这样的自由 空间定位装置的实例可以从美国专利5,440,326里找到。

在美国专利5,440,326专利中描述了将垂直的陀螺仪改装用来控 制计算机显示屏上光标的位置的定位装置。位于该陀螺仪核心处的电 机通过两对垂直的万向接头而悬挂于手持控制器装置，并标称地通过 悬垂装置使该电动机的转轴垂直。当用户在操作控制器时电光杆角编 码器感测手持控制器的方位，并且得到的电子输出被转换为计算机可 用的形式以控制电脑显示屏上光标的移动。

但是，自由空间定位的相应的自由度引出了新的挑战。比如，总 的来说并没有一个代理平面来放置自由空间定位装置，控制装置的方 位会因使用人的不同(甚至每次使用)而明显不同。如果一种自由空 间定位装置用来例如控制在屏幕上显示的光标的移动，那么需要在探 测到的手持装置的移动和屏幕上光标的移动之间执行某种映射。

一种执行这种映射的方法是，将装置的本体系作为用于把探测到 的自由空间定位装置的移动映射为光标的期望移动的参考系。术语“本 体系”是指与移动的对象的本体相关一组轴，下文将会详细描述。但 是用作为参考的本体系来映射也有它的缺点。例如，它需要用户以特 定方位来持握装置以得到他/她想要的光标移动。当用户横着拿装置， 并左右移动它，屏幕上的光标会上下而不是左右移动。

因此，本发明将会描述以这样一种方式来处理从传感器接收的数 据的方法和装置，其能够解决常规自由空间定位装置所面对的这样和 那样的问题。

发明内容

根据本发明的系统和方法，描述了一种自由空间定位装置，通过 将感测的运动数据从第一参考系(例如，自由空间定位装置的本体) 转换到第二参考系(例如，用户参考系)来提高其可用性。本发明示 例性的实施方式去除了与使用者持握自由空间定位装置的倾斜方位相 关的影响。

根据本发明的一个示例性实施方案，一种手持定位装置，包括： 第一转动传感器，用于确定所述定位装置关于第一轴线的转动并生成 与其相关的第一转动输出；第二转动传感器，用于确定所述定位装置 关于第二轴线的转动并生成与其相关的第二转动输出；加速度计，用 于确定所述定位装置的加速度并输出与其相关的加速度输出；以及处 理单元，接收所述第一和第二转动输出以及所述加速度输出，并用于： (a)将所述第一和第二转动输出以及所述加速度输出从与所述手持定 位装置相关的本体参考系转换到用户参考系，从而去除与使用者持握 所述手持定位装置方式相关的倾斜影响；以及(b)确定与X和Y坐 标相关并因此与屏幕光标运动相关的数据，所述数据基于所述转换后 的第一和第二转动输出以及所述转换后的加速度输出，其中所述转换 步骤使得所述屏幕光标的运动与用户持握所述手持装置的方位基本无 关。

根据本发明的另一个实施方案，一种使用自由空间定位装置的方 法，所述方法包括以下步骤：检测所述自由空间定位装置的运动；通 过将所述检测的运动从与所述自由空间定位装置相关的本体参考系转 换到惯性参考系，而对所述检测运动进行补偿。

根据本发明的另一个示例性实施方案，一种自由空间手持装置， 包括至少一个传感器，检测所述自由空间定位装置的运动；以及处理 单元，通过将所述检测的运动从与所述自由空间定位装置相关的本体 参考系转换到惯性参考系，而对所述检测运动进行补偿。

附图说明

附图描述了本发明的示例性的实施方式，其中：

图1显示了娱乐系统的常规遥控单元；

图2显示了本发明可实施的示例性实施方式的一种示例性的媒体 系统；

图3显示了根据本发明的示例性实施方式的自由空间定位装置；

图4显示了自由空间定位装置的剖面图，包括两个转动传感器及 一个加速器；

图5是说明根据本发明的示例性实施方式的、用于处理与自由空 间定位装置有关的数据的方框图；

图6(a)-6(d)显示了倾斜的影响；

图7显示了根据本发明的示例性实施方式的自由空间定位装置的 硬件结构；

图8是说明本发明的示例性实施方式的静态检测机制的状态图；

图9是示出了根据本发明一个示例性实施方案的、将检测的运动 数据由第一坐标系转换为第二坐标系的方框图；以及

图10用图表的方式示出了根据本发明一个示例性实施方案的、将 检测的运动数据由第一坐标系转换为第二坐标系的过程。

具体实施方式

下面将参考附图对本发明进行详细描述。相同的附图标记在不同的 附图里表示同样或相似的元件。应当理解，下面详细的描述不是对本发 明的限制。本发明的范围由所附的权利要求书来限定。

为了为以下讨论提供一些背景，先参考图2描述本发明可实施的 一个示例性的集合媒体系统200。本领域技术人员可以理解，本发明 并不局限于这类媒体系统的实施，而是可以在其中添加或减少部件。 其中，输入/输出(I/O)总线210将媒体系统200的各系统部件连接 到一起。I/O总线210代表用于对媒体系统部件间的信号进行路由的多 种不同机制和技术中的一种。例如，I/O总线210可以包括适当数量的， 对音频信号进行路由的独立音频“插接(patch)”电缆，对视频信号 进行路由的同轴线缆，对控制信号进行路由的双线式串行线或者红外 或射频收发器，以及对其他类型的信号进行路由的光纤或任何其他路 由机制。

在该示例性的实施方式中，媒体系统200包括连接到I/O总线210 的电视机/显示屏212、盒式磁带录象机(VCR)214、数据视频碟(DVD) 录制/重放装置216、音频/视频调谐器218和压缩光盘播放器220。VCR 214、DVD 216和压缩光盘播放器220可为单碟或单磁带装置，或多 碟或多磁带装置。他们可以视为独立的单元也可以是集成一体的。另 外，媒体系统200包括麦克风/扬声器系统222、摄影机224和无线I/O 控制装置226。根据本发明示例性的实施方式，无线I/O控制装置226 为自由空间定位装置，其相关的示例性的具体实施方式将在下文描述。 无线I/O控制装置226可通过红外线(IR)或射频(RF)发射器或收 发器与娱乐系统200进行通信。作为一种选择，I/O控制装置经由电线 连接到娱乐系统200。

娱乐系统200还包括系统控制器228。根据本发明示例性的实施 方式，系统控制器228操作以储存并显示来自多个娱乐系统数据源的 可用娱乐系统数据，并控制与各系统部件有关的大量功能。如图2显 示，系统控制器228通过I/O总线210直接或间接地连接各个系统部 件(如果需要)。在一个示例性的实施方式中，除了I/O总线210外 (或者作为替代)，系统控制器228还装备有无线通信发射器(或收 发器)，其能够通过IR信号或RF信号与系统部件进行通信。不管采 用何种控制媒体，系统控制器228被配置为通过如下描述的图形用户 界面来控制对媒体系统200的媒体部件。

如图2进一步所示，媒体系统200可配置为接收来自不同的媒体 源和服务提供商的媒体项目。在本示例性的实施方式中，媒体系统200 从以下来源之一或全部接收媒体输入，以及可选地向以下来源之一或 全部发送信息：有线广播230，卫星广播232(例如，通过圆盘式卫星 电视天线)，甚高频(VHF)或超高频(UHF)无线电频率通信(比 如，通过天线)的广播电视网络234，电话网236和有线调制调解器 238(或其他网络内容的来源)。本领域技术人员应当理解，这些参 考图2说明和描述的媒体部件和媒体来源仅为举例的作用，媒体系统 200可以包括更多或更少的媒体部件和媒体来源。比如，系统的其他 输入种类包括AM/FM收音机和卫星收音机。

关于这个示例性的娱乐系统及其相关的框架的更多细节可以从上 面提到的、并通过引用并入本文的美国发明申请“带有用于组织、选 择、启动媒体项目的可缩放图形用户接口的控制框架”中看出。或者， 本发明的遥控装置可以结合其他系统使用，比如，包括例如显示器、 处理器和存储系统或其他系统和应用程序计算机系统。

如背景技术中已经提到的，本说明书特别关注可以作为自由空间 定位的遥控装置。这些装置可以将手势类动作为转换为对用户界面发 出的命令。图3描述了一个示例性的自由空间定位装置400。其中自 由空间定位的用户动作可以被定义为自由空间定位装置400在x-轴高 度(滚动)，y-轴仰角(斜度)和/或z-轴去向(偏航)或其结合上的 运动。另外，本发明的一些示例性实施方式还可以测量自由空间定位 装置400沿x轴、y轴和z轴上的平移运动，以产生光标的移动或其 他用户界面的命令。在图3中的示例性实施方式中，自由空间定位装 置400包括两个按钮402和404以及滚轮406(其他的示例性实施方 式可以包括其他的物理设置)。根据本发明示例性的实施方式，可以 预料，使用者将在显示器408前持握自由空间定位装置400，并且自 由空间定位装置400将其运动转换为可用来与显示在显示器408上的 信息相互作用的输出(例如在显示器408上移动光标410)。例如， 自由空间定位装置400感测其关于y轴的转动并转换成系统可用的输 出，以沿显示器408的y₂轴移动光标410。同理，自由空间定位装置 400感测其关于z轴的转动并转换成系统可用的输出，以沿着显示器 408的x₂轴移动光标410。可以理解，除了移动光标以外(或者作为 替代)，自由空间定位装置400的输出还可以其他方法与显示器408 进行交互，比如自由空间定位装置可以控制光标亮度强弱、音量或媒 体的传递(播放、暂定、快进、倒回)。除光标移动外，输入命令可 以包括例如对显示器的特定区域进行缩放的操作。光标可以是可见或 不可见的。同样，自由空间定位装置400感测到的其沿x轴的转动可 被作为y轴和/或z轴以外(或附加于y轴和/或z轴)的转动，以提供 用户界面的输入。

根据本发明示例性的一个实施方式，如图4所示，自由空间定位 装置400采用两个转动传感器502及504和一个加速度计506作为传 感器。转动传感器502和504可以例如使用由模拟器件制造的 ADXRS150传感器或ADXRS401传感器来实现。本领域技术人员可以 理解，其他类型的转动传感器也可以作为传感器502和504使用，所 提ADXRS 150和ADXRS401只是为了用来说明的实施例。不同于传 统的陀螺仪，ADXRS150转动传感器使用微型机电系统(MEMS)技 术，提供附在框架上的共振物质，以使其只能沿一个方向共振。当附 着有传感器的本体沿传感器的感测轴线转动时，该共振物质将会移位。 可以通过科里奥利(Coriolis)加速度效应来测量出该移位，以确定与 沿感测轴转动相关的角速度。如果转动传感器502和504有一个感测 轴线(如ADXRS150一样)，那么他们将被安装在自由空间定位装置 400上使得他们的感测轴与待测的旋转对齐。在本发明的示例性的实 施方式中，这就意味着转动传感器504被安装以使其感测轴线与y轴 平行，转动传感器502被安装以使其感测轴线与z轴平行，如图4所 示。但是，应当注意，由于本发明示例性的实施方式中提供了用于对 轴线间偏移进行补偿的技术，所与并不是必须要求转动传感器502和 504的感测轴线与其期望的测量轴线平行。

根据本发明的示例性的自由空间定位装置400的实施所面临的挑 战是，使用不太贵的部件(比如，转动传感器502和504)，但同时又 要提供自由空间定位装置400的运动、用户期望用户界面对自由空间 定位装置的特定动作做出何种反应、以及响应于该动作的实际用户界 面执行之间的高度相关性。例如，如果自由空间定位装置400没有移 动，用户将会认为光标不应该在显示屏上飘移。同样，如果用户只沿 y轴转动自由空间定位装置400，他/她将不期望看见在显示器408上 的光标移动有任何明显的x₂轴分量。为实现这些及其他本发明示例性 的实施方式，手持装置400将执行各种测量和计算，这些测量和计算 被用来调整传感器502，504和506中的一个或多个的输出，和/或作 为处理器的输入的一部分根据传感器502，504和506的输出来确定用 户界面的适当的输出。这些测量和计算是用来补偿以下两种因素的： (1)自由空间定位装置400的固有因素，例如，与装置400中使用的 特定传感器502，504和506相关的误差，或者与传感器在装置400 中安装方式相关的误差，以及(2)自由空间定位装置400的非固有因 素，即与用户使用自由空间定位装置400的方式相关的因素，例如， 线性加速度、倾斜和抖动。下面将描述用于处理上述各因素的示例性 技术。

图5显示了根据本发明的示例性实施方式的处理模型600，其描 述了自由空间定位装置的常规操作。转动传感器502和504以及加速 度计506产生模拟信号，这些模拟信号将被周期性(例如，200采样/ 秒)地采样。为了便于讨论，通过符号(x，y，x，αy，αz)来表示一组这 样的输入，其中，x，y，z是示例性的三轴加速度计506的采样输出 值(分别与自由空间定位装置在x轴，y轴和z轴方向的加速度相关)， αy是来自转动传感器502的、与自由空间定位装置关于y轴转动相关 的采样输出值，αz是来自转动传感器504的、与自由空间定位装置400 关于z轴转动相关的采样输出值。

提供了加速度计506的输出。如果加速度计506提供的是模拟输 出，则通过模拟/数字(A/D)转换器(未示出)将该输出采样并数字 化以产生采样的加速度计输出602。如转换功能模块604所示，将采 样的输出值从原始单位转换为加速度单位，例如，重力(g)。加速度 校准模块606提供转换功能模块604所用数值。对加速度计输出602 的校准例如包括，对与加速度计506相关的标度、偏移和轴偏误差中 的一个或多个进行补偿。使用以下的公式来执行对于加速度计数据的 示例性的转换：

A＝S*((M-P).*G(T))       (1)

其中M为由采样的输出值(x，y，z)组成的3x1的列向量，其中，P 是3x1的传感器偏移列向量，S是包括标度、轴偏、以及传感器转动 补偿的3x3的矩阵。G(T)是增益系数，其为温度的函数。操作符“*” 代表矩阵的相乘，操作符“.*”代表元素相乘。示例性的加速度计506 具有示例的全部范围+/-2g。当加速度计的测量值为0g时，传感器偏 移P就是传感器输出M。标度是指采样的单位值与g之间的转换因数。 由于例如制造差异的原因，任何给定加速度计传感器的实际标度可能 会偏离那些标称的标度值。因此上述公式中的标度因数与该偏离成比 例。

加速度计506的标度和偏移的偏离可以通过如下方式测量，例如， 沿一个轴施加1g的力并得到测量结果R₁。然后，施加一个-1g的力并 得到测量结果R₂。通过以下的公式可以算出单轴的标度s和单轴的偏 移p：

$S=\frac{(R_1-R_2)}{2}---\left(2\right)$

$P=\left(\frac{R_1+R_2}{2}\right)---\left(3\right)$

在这个简单的例子中，P是由每个轴的p组成的列向量，S是由每个 轴的1/s组成的对角矩阵。

但是，除标度和偏移外，加速度计506生成的读出值也可能受到 交叉轴(cross-axes)的影响。交叉轴影响包括未对齐轴(例如，当将 加速度计506安装在自由空间定位装置400中时，加速度计506的一 个或多个感测轴与相应的参考惯性系中的轴未对齐)或与加速度计 506本身的加工相关的机械误差(例如，即使轴对齐了，但是单纯的y 轴加速度力有可能造成传感器沿加速度计506的z轴的读数)。这两 种影响都可以测量并加入到功能模块606执行的校准中。

加速度计506在根据本发明的示例性实施方案的示例性自由空间 定位装置中起到多个作用。例如，如果使用如上所述的示例性科里奥 利效应转动传感器来实现转动传感器502和504，则转动传感器502 和504的输出将基于每个转动传感器所经历的线性加速度而变化。因 此，加速度计506的一个示例性用途在于对转动传感器502和504产 生的读数的波动(其由线性加速度的变化而引起)进行补偿。这可通 过以下运算来实现：对经增益矩阵610变换的加速度计读数进行乘法 操作，然后用相应的采样转动传感器数据612减去上述结果或者将上 述结果与相应的采样转动传感器数据612相加。例如，来自转动传感 器502的采样转动数据αy可在模块614处根据如下公式被线性加速度 补偿：

αy′＝αy-C*A      (4)

其中，C是由对于沿每个轴线的线性加速度的、以/g为单位的转动传 感器敏感度构成的1×3的行向量，而A是经校准的线性加速度。类 似地，还可在模块614处对来自于转动传感器504的采样转动数据αz 的线性加速度进行补偿。增益矩阵C由于制造差别而根据转动传感器 变化。可使用多个转动传感器的平均值来计算C，或者可为每个转动 传感器定制C。

如加速度计数据一样，然后在功能模块616处将采样转动数据612 从采样单位值变换为与角转动速率相关的值，例如弧度/秒。这一变换 步骤也可包括由功能模块618提供的校准，以向采样转动数据补偿例 如标度和偏移。例如，可使用以下公式来实现对αy和αz的变换/校准：

αrad/s＝(α′-offset(T))*scale+dOffset    (5)

其中，α′表示被变换/校准的值，offset(T)表示与温度相关的偏移值， scale表示采样单位值与rad/s(弧度/秒)之间的变换因数，dOffset表 示动态偏移值。公式(5)可实现为矩阵方程，这种情况下除了scale 之外所有变量都是向量。在矩阵方程形式中，scale修正轴线失准和转 动偏移因数。下面将更详细讨论这些变量中的每一个。

偏移值offset(T)和dOffset可通过多种方式来确定。例如，当自 由空间定位装置400没有在y轴方向上转动，则传感器502应该输出 其偏移值。然而，偏移可能很大程度上受到温度的影响，从而使得该 偏移值发生变化。偏移温度校准可在工厂中执行，这种情况下值offset (T)的值被编程到手持装置400中，或者作为一种选择，偏移温度校准 也可在该装置的使用期限中动态学习。为了实现动态的偏移补偿，在 转动校准功能模块618中使用来自温度传感器619的输入，以计算 offset(T)的当前值。offset(T)系数从传感器读数中去除了大部分偏移 倾向(bias)。然而，取消(negate)几乎所有的光标漂移的零运动(zero movement)，有利于形成高性能的定位装置。因此，当自由空间定位 装置400在使用时，可动态计算另外的因数dOffset。静态检测功能模 块608确定手持装置何时最可能为静态以及何时应该计算偏移。执行 静态检测功能模块608的示例性技术及其其他用途如下所述。

dOffset计算的一种示例性实现采用经过低通滤波的、校准的传感 器输出。静态输出检测功能模块608向转动校准功能模块618提供指 示(indication)，以触发对例如低通滤波器输出的平均值的计算。静 态输出检测功能模块608也可控制何时将最新计算的平均值计算在 dOffset的现有值内。本领域技术人员应该理解，可使用多种不同技术 从dOffset的现有值和新的平均值(包括但不限于简单平均、低通滤波 和卡尔曼滤波)计算dOffset的新值。另外，本领域技术人员应该理解， 可使用转动传感器502和504的偏移补偿的多种变化。例如，offset(T) 函数可具有恒定值(例如，不随温度变化)，可使用两个以上偏移补 偿值，和/或可计算/使用单个的偏移值用于偏移补偿。

在模块616处进行了变换/校准之后，来自转动传感器502和504 的输入可在功能模块620处被进一步处理，以将这些输入转动到惯性 系中，从而对与用户握持自由空间定位装置400的方式相关的倾斜进 行补偿。倾斜修正是本发明的一些示例性实施方案的另一个显著的方 面，其旨在补偿根据本发明的自由空间定位装置的使用模式(usage pattern)的差别。更具体地，根据本发明示例性实施方案的倾斜修正 旨在对以下事实进行补偿，即，用户以不同的x轴转动位置在其手中 持有定位装置，但是自由空间定位装置400中的转动传感器502和504 的传感轴线却是固定的。理想的情况是，光标在显示器408上的平移 基本与用户抓握自由空间定位装置400的方式无关，例如，以通常对 应于显示器508的水平维度(x₂轴)的方式前后转动自由空间定位装 置400应该导致光标沿x₂轴平移，以通常对应于显示器508的垂直维 度(y₂轴)的方式上下转动自由空间定位装置400应该导致光标沿y₂轴平移，而与用户持有自由空间定位装置400的方位无关。

为了更好地理解根据本发明示例性实施方案的倾斜补偿的必要 性，考虑如图6(a)所示的实施例。其中，用户在示例性惯性系中持 有自由空间定位装置400，所述惯性系可定义为具有0度的x轴转动 值，例如在惯性系中，自由空间定位装置的底部与房屋的地板(例如， 电视放置于其上)基本平行。惯性系可与如图6(a)所示的方位相对 应(仅作为实施例)，或者可定义为任何其他方位。自由空间定位装 置400在y轴或z轴方向上的转动将分别由转动传感器502和504检 测。例如，如图6(b)所示，自由空间定位装置400绕z轴转动Δz 将使光标在显示器408的x₂轴线维度上相应平移Δx₂(即，光标410 的虚线部分与实线部分之间的距离)。

另一方面，如果用户以不同方位(例如，相对于惯性系具有一定 量的x轴转动)握持自由空间定位装置400，则传感器502和504提 供的信息将不会(缺少倾斜补偿)对用户的故意界面动作提供准确的 表述。例如，参照图6(c)，考虑用户以相对于如图6(a)所示的示 例性惯性系具有45度的x轴转动而持有自由空间定位装置400的情 况。如图6(b)所示，假设用户将自由空间定位装置400同时绕z轴 转动Δz，则光标410将变为在x₂轴方向上和y₂轴方向上平移，如图6 (d)所示，这是由于转动传感器502的传感轴线的方位正处于y轴与 z轴之间(因为位于用户手中的装置的方位而导致)。类似地，转动 传感器504的传感轴线的方位也在y轴与z轴之间(虽然在不同象限)。 为了向用户提供在如何持有自由空间定位装置400方面透明的界面， 根据本发明示例性实施方案的倾斜补偿将传感器502和504的读数输 出转换回惯性系中，作为将这些传感器的读数处理为表示自由空间定 位装置400的旋转运动的信息的一部分处理。

根据本发明的示例性实施方案，回到图5，上述处理可通过在功 能模块622处使用从加速度计506接收的输入y和z确定自由空间定 位装置400的倾斜来实现。更具体地，在如上所述加速度数据进行了 变换和校准之后，在LPF 624处进行低通滤波，以向倾斜确定功能模 块622提供平均加速度(重力)值。然后，在功能模块622中计算倾 斜θ：

$\theta ={\tan }^{-1}\left(\frac{y}{z}\right)---\left(7\right)$

值θ可被数值地计算为atan2(y，z)，以避免除以零并给出正确符号。然 后，功能模块620可使用如下公式对变换的/校准的输入αy和αz执行 转动R：

$R=\left(\begin{array}{c}\cos \theta \sin \theta \\ -\sin \theta \cos \theta \end{array}\right)·\left(\begin{array}{c}\mathrm{\alpha y}\\ \mathrm{\alpha z}\end{array}\right)---\left(8\right)$

从而使得变换的/校准的输入αy和αz转动以补偿倾斜θ。根据如下所 述的本发明的另一个示例性实施方案，在本示例性实施方案中如上所 述的倾斜补偿是用于将传感器读数从物体参考系转换为用户的参考系 的较普通技术的子集。

在对校准的传感器读数进行线性加速度补偿、并将其处理为表示 自由空间定位装置400的角转动的读数、以及对其进行了倾斜补偿之 后，可在模块626和628处执行后处理。示例性的后处理可包括补偿 各种因数，例如人的抖动。虽然可使用几种不同方法来去除抖动，但 是一种去除抖动的方法是通过使用滞后现象。由转动功能模块620产 生的角速度被结合以产生角位置。然后，将校准幅度的滞后施加至该 角位置。对滞后模块的输出求导数，从而再次生成角速度。所生成的 输出然后在功能模块628处进行标度(例如，基于采样周期)并用来 在界面内产生结果(例如，光标410在显示器408上的运动)。

在对本发明的示例性自由空间定位装置的处理进行描述之后，图 7示出了示例性的硬件架构。其中，处理器800与自由空间定位装置 的其它部件通信，包括滚轮802、JTAG 804、LED 806、开关矩阵808、 IR光电探测器810、转动传感器812、加速度计814以及收发器816。 滚轮802是使得用户能够通过顺时针或逆时针转动滚轮802来向界面 提供输入的任选的输入组件。JTAG 804向处理器提供编程和调试接 口。LED 806在例如按下按钮时为用户提供视觉反馈。开关矩阵808 接收输入(例如在自由空间定位装置400上的按钮已被按下或释放的 指示)，然后，将该输入传递至处理器800。可提供IR光电探测器810 以使得示例性的自由空间定位装置能够从其它遥控装置学习IR编码。 转动传感器812为处理器800提供如上所述的例如涉及自由空间定位 装置的y轴和z轴转动的读数。加速度计814为处理器800提供涉及 自由空间定位装置400的线性加速度的读数，以如上所述地用来(例 如)执行倾斜补偿、以及对线性加速度给转动传感器812产生的转动 读数引入的误差进行补偿。收发器816用来将信息传送至自由空间定 位装置400以及将从自由空间定位装置400接收的信息传送至系统控 制器228或与计算机相关的处理器。收发器816可为无线收发器(例 如按照用于短程无线通信的蓝牙标准来工作)或者红外收发器。作为 一种选择，自由空间定位装置400可通过有线线路连接与系统通信。

在图4的示例性实施方案中，自由空间定位装置400包括两个转 动传感器502和504以及加速度计506。然而作为一种选择，根据本 发明的另一个示例性实施方案，自由空间定位装置可仅包括一个转动 传感器(例如，用于测量z轴方向上的角速度)以及加速度计。对于 这种示例性实施方案而言，可通过使用加速度计确定沿着轴线的角速 度(其不由转动传感器检测)而提供如上所述相似的功能。例如，绕 y轴的转动速度可使用加速度计所产生的数据以及以下公式来计算：

${\omega }_Y=\frac{{\partial \theta }_Y}{\partial t}=\frac{\partial }{\partial t}{\tan }^{-1}\left(\frac{x}{z}\right)---\left(9\right)$

另外，还应该去除转动传感器未测量到的寄生加速度效应。这些效应 包括实际的线性加速度、由于转动速度和转动加速度而测量到的加速 度、以及由于人的抖动而测量到的加速度。

上面简要提及的静态检测功能模块608可操作用来确定自由空间 定位装置400是否为例如静态或动态(运动)。这一分类可通过多种 不同方法来进行。根据本发明的示例性实施方案，一种方法是(例如) 每四分之一秒计算一次在预定窗口的所有输入(x，y，z，αy，αz)的 采样输入数据的变化。然后将该变化与阈值进行比较，从而将自由空 间定位装置划分为静态或动态。

根据本发明示例性实施方案的另一静态检测技术包括通过例如对 输入数据执行快速傅里叶变换(FFT)而将输入转换到频域中。然后， 可例如使用峰值检测方法来分析数据，以确定自由空间定位装置400 是否为例如静态或动态。另外，可区分出第三种类，具体而言是用户 持有自由空间定位装置400但却并未移动该装置的情况(本文中也称 之为“稳定”状态)。当自由空间定位装置400被用户持有时，可通 过检测由用户的手部抖动引入自由空间定位装置400的细微运动来从 静态(未持有)和动态中区分出这一第三种类。峰值检测也可被静态 检测功能模块608使用来进行这一确定。人的抖动频率范围内的峰值 (例如，标称为8-12Hz)通常超出装置的噪声水平(当装置处于静态 和未被持有时所经历的噪声)约20dB。

在前述实施例中，频域中的变化在特定频率范围内被检测，然而， 待监测和用来对自由空间定位装置400的状态进行特征化的实际频率 范围可能变化。例如，标称抖动频率范围可例如基于自由空间定位装 置400的人类工程学和重量从8-12Hz转移至例如4-7Hz。

根据本发明的另一个示例性实施方案，静态检测机构608可包括 状态机。图8示出了示例性的状态机。其中，在该实施例中，“活动” 状态是默认状态，自由空间定位装置400在该状态下是运动的，并用 来例如为用户界面提供输入。自由空间定位装置400可在该装置上电 (如复位输入所示)后进入“活动”状态。如果自由空间定位装置400 停止运动，则其可随之进入“非活动”状态。如图8所示的各种状态 转换可通过多种不同准则中的任一种来触发，所述准则包括但不限于： 转动传感器502和504的一个或两个数据输出，加速度计506的数据 输出，时域数据，频域数据或以上数据的任意组合。本文中一般性地 使用常规的“条件_{状态A→状态B}”来表示状态转换条件。例如，当“条件_{活动→非活动}”发生时，自由空间定位装置400将从“活动”状态转换为“非 活动”状态。为了单纯的说明目的，考虑在示例性的自由空间定位装 置400中，“条件_{活动→非活动}”可在转动传感器和加速度计二者的平均和 /或标准偏差值在第一预定时期内降到第一预定阈值之下时发生。

状态转换可基于解释(interpret)的传感器输出，通过多个不同条 件来确定。示例性的条件规则包括使用以下的值来触发状态转换：解 释的指定信号在时间窗口上的变化，基准值与解释的信号之间在时间 窗口上的阈值，基准值与滤波后的解释的信号之间在时间窗口上的阈 值，以及基准值与开始时的指定信号之间的阈值。这些条件规则的所 有或者其中任意组合可用来触发状态转换。作为一种选择，也可使用 其它规则。根据本发明的一个示例性实施方案，从“非活动”状态向 “活动”状态的转换在满足以下条件之一时发生：(1)传感器输出的 在时间窗口上的平均值大于预定的阈值；(2)传感器输出在时间窗口 上的变化大于预定的阈值；(3)传感器值之间的瞬时增量大于预定值。

“非活动”状态使得静态检测机构608能够在短暂停顿之间区分 出自由空间定位装置400仍然被使用(例如大约十分之一秒)还是实 际转换到稳定或静态状态。这避免了在使用自由空间定位装置时无意 地执行在“稳定”和“静态”状态下执行的功能(如下所述)。当“条 件_{活动→非活动}”发生时(例如，如果在“非活动”状态下的第二预定时期 过去之前，自由空间定位装置400再次开始运动，从而使得由转动传 感器和加速度计测量的输出超过了第一阈值)，自由空间定位装置400 将转换回到“活动”状态。

在第二预定时期过去之后，自由空间定位装置400将转换至“稳 定”状态或者“静态”状态。如上所述，“稳定”状态反映了自由空 间定位装置400由用户持有但却未运动的特性，而“静态”状态则反 映了自由空间定位装置未被用户持有的特性。因此，根据本发明示例 性的状态机可提供：在第二预定时期过去之后，如果出现与手部抖动 相关的最小运动，则转换至“稳定”状态，否则转换至“静态”状态。

“稳定”和“静态”状态限定了自由空间定位装置400可在其间 执行各种功能的时间。例如，由于“稳定”状态旨在反映用户持有自 由空间定位装置400但未使其运动的时间，因此该装置在处于“稳定” 状态时可例如通过在该状态时存储转动传感器和/或加速度计的输出 来记录自由空间定位装置400的运动。这些存储的测量值可用来确定 与一个或多个特定用户相关的抖动模式，如下所述。同样，在处于“静 态”状态时，自由空间定位装置400可从转动传感器和/或加速度计获 取读数，用于进行如上所述的偏移补偿。

如果自由空间定位装置400在处于“稳定”或“静态”状态下开 始运动，则可触发回到“活动”状态。否则，在进行测量之后，该装 置可转换到“睡眠”状态。在处于睡眠状态时，装置可进入省电(power down)模式，这时，自由空间定位装置的功率消耗降低，并且例如转 动传感器和/或加速度计的采样速率也降低。也可通过外部命令进入 “睡眠”状态，使得用户或其他装置能够控制自由空间定位装置400 进入“睡眠”状态。

在收到另一命令时，或者如果自由空间定位装置400开始运动时， 该装置可从“睡眠”状态转换至“苏醒”状态。与“非活动”状态类 似，“苏醒”状态为装置提供了能对向“活动”状态的转换是否适当 的确认机会，例如，自由空间定位装置400未受到无意的推挤。

状态转换的条件可以是对称的，也可以是不同的。因此，与“条 件_{活动→非活动}”相关的阈值可以同与“条件_{非活动→活动}”相关的阈值相同(或 不同)。这使得根据本发明的自由空间定位装置能够更精确地捕获用 户输入。例如，包括了状态机实施的示例性实施方案尤其使得转换至 静态状态的阈值与从静态状态转换出的阈值不同。

进入或离开一个状态也可用来触发其他的装置功能。例如，可基 于从任何状态转换至“活动”状态而对用户界面上电。相反，当自由 空间定位装置从“活动”或“稳定”向“静态”或“非活动”转换时， 自由空间定位装置和/或用户界面可被关闭(或进入睡眠模式)。作为 一种选择，光标410可基于自由空间定位装置400从静态状态转换出 或者转换至静态状态而显示在屏幕上或从屏幕上消失。

如上所述，本发明的示例性实施方案处理从自由空间定位装置中 的传感器接收到的运动数据，以将该数据从自由空间定位装置本体的 参考系转换到另一参考系(例如用户的参考系)中。在用于控制在屏 幕(例如电视)上显示的用户界面的自由空间定位装置的示例性应用 中，用户的参考系可以是与电视屏幕相关的坐标系。无论如何，通过 形成来自用户角度而不是空间定位装置角度的操作，将数据从本体参 考系转换到另一参考系中将会改进手持装置的可用性。因此，当用户 在持有自由空间定位装置时使其手部在显示器前方从左向右移动时， 不论自由空间装置的方位如何，左边的光标均会将向右运动。

为了简化这一讨论，图9中示出了与自由空间定位装置(例如， 如上所述)相关的示例性处理系统。其中，手持系统使用一个或多个 传感器901(例如，转动传感器、陀螺仪、加速度计、磁强计、光学 传感器、照相机或它们的任意组合)来检测运动。然后，在模块902 中对传感器进行解释，以对发生的运动进行估算。处理模块903然后 将测量的运动从自然(本体)参考系转换至用户的参考系中。该运动 然后被映射904为预期义的动作，该动作在模块905处进行解释并发 送至系统，以形成预期义的响应，例如移动屏幕上的光标。

模块903将检测的运动转换到用户的参考系中而不是装置的参考 系中。可通过多种不同的数学上类似的方法来表述方位，这些方法包 括欧拉角、方向余弦矩阵(DCM)或单位四元数(unit quaternion)。 位置通常被表述为以一致单位表示的相对于坐标系原点的偏移，所述 一致单位包括但不限于米、厘米、英尺、英寸和英里。在上述的一个 示例性实施方案中，自由空间定位装置测量包括加速度和转动速度的 惯性力。这些力被安装在装置中的传感器相对于装置的本体而测量。 为了将测量的数据转换到用户参考系中，定位装置估算其位置和方位。

在该示例性实施方案中，假设用户参考系是静止的并且具有固定 的方位，但是本领域技术人员可以理解，根据本发明的这种技术可容 易地扩展到用户参考系是非静止的情况(通过直接变换到时变系，或 者首先变换到静止系然后变化到运动系)。对于静止、固定方位的用 户参考系的示例，从本体参考系到用户参考系的变换可通过使用以下 公式来计算：

Pu＝Rotate(Pb，Q)+Pdelta

Pu’＝Rotate(Pb’，Q)

Pu”＝Rotate(Pb”，Q)

Wu＝Rotate(Wb，Q)

Wu’＝Rotate(Wb’，Q)

其中：

Rotate表示四元数转动算子，Rotate(A，Q)等于Q^*AQ，其中，Q^*是四元数共轭，向量A是复数分量等于A而实数分量等于0的四元数；

Pu是在用户参考系中的位置；

Pb是在装置参考系中的位置；

’表示求导。因此，Pu’是用户参考系中的位置的导数，即，用户 参考系中的速度；

Wu是在用户参考系中的、装置的本体角的角速度；

Wb是在装置的本体参考系中的、装置的本体角的角速度；

Pdelta是在用户参考坐标系中的、用户参考系的原点与本体参考 系的原点之间的差值；

Q是规一化的转动四元数，其表示从本体参考系到用户参考系的 转动。由于从用户参考系到本体参考系转动的转动四元数为Q^*，因此 我们可以用R^*代替Q，其中，R是从用户参考系到本体参考系的转动。 注意，可使用多种等价形式(包括欧拉角和方向余弦矩阵(DCM)) 来表示Q，上面的公式可根据Q的不同表述而在其等价形式上略有变 化。图10图解示出了从本体参考系到用户的参考系的转换。

在操作过程中，定位装置以实施独立的方式估算Q，以执行这一 转换。上述的一个示例性实施包括补偿倾斜(即，自由空间定位装置 基于其被用户持有的方式在x轴滚动上的变化)。通过首先估算由于 本体参考系中的重力Ab引起的加速度分量来计算方位。根据定义， 由于用户参考系中的重力Ag而引起的加速度向量被设置为[0，0，-1]。 由于重力不能估算方向(heading)(绕z轴的转动)，所以使用本体 参考系来估算方向。因此，转动四元数具有在z＝0平面上的转动轴线。 下面是计算转动四元数的几个数学等价方法中的一种：

V＝||Ab||x||Ag||(单位向量的叉积)

qV＝||V||

α＝四元数[qV，α/2]＝[qV*sin(α/2)，cos(α/2)]

然后计算位置作为用户参考系中加速度的二重积分。用户参考系中的 加速度是通过以上的Q转动到用户参考系中的本体参考系的加速度。 通常，在装置第一次启动时假设原点为0，但在正常的人工或自动操 作期间可将原点复位。

通常，当装置未运动时，Pu’、Pu”、Wu’和Wu”都为0。在该示 例性实施方案中，测量Pb”和Wb。虽然存在无限多个转动Q，但可 基于Wb来从可用集合中选择最小转动并用该最小转动来估算Wu。 作为一种选择，可使用假设的启动偏移方位Qo，通过在时间上对Wb 积分来计算Q，所述积分使用如下的离散时间积分来进行：

WbAngle＝|Wb|*时期

Q_DELTA＝[||Wb||sin(WbAngle)，cos(WbAngle)]

Q_NEXT＝Q₀**QDELTA

其中，*表示乘法，**表示四元数乘法。通过恒定场向量(包括重力和 地球磁场)可提供附加的稳定性，该附加稳定性可与上述结果相结合。 所述结合可通过使用几种数值和滤波方法(包括但不限于卡尔曼滤波) 来获得。

可采用多个不同传感器，只要它们能够测量相对于装置本体的运 动即可。示例性的传感器包括加速度计、转动传感器、陀螺仪、磁力 计和摄像机。用户参考系并非必须是静止的。例如，如果将用户的参 考系选为用户的前臂，则定位装置将仅对腕部和手指运动进行响应。

本领域技术人员可以理解，本发明描述的参考系变换具有交换性。 因此，数学运算的顺序可被改变，而不会对本文描述的本发明造成实 质影响。另外，尤其是在用户参考系被选为以恒定方位保持静止时， 可等价地对参考系运用许多运动处理算法。

除了提供使用方便性之外，根据本发明这一示例性实施方案的参 考系变换也可用来针对手持装置实施中的其它挑战。例如，如果传感 器(例如加速度计)没有精确位于本体参考系的转动中心处，则测量 的加速度将包括该参考系的加速度以及由参考系的转动而引起的加速 度。因此，测量的加速度可首先使用以下关系被转换为装置的本体参 考系内的不同目标位置：

Abody＝Aaccelerometer+ω’xR+ωx(ωxR)

其中，R是从加速度计到目标位置的向量，ω是本体参考系的角速度， 而ω’是本体参考系的角加速度。如果装置的本体参考系被构建为位于 距离加速度计R处，则其应该具有零角加速度效应，并且可更容易地 用来计算装置在用户参考系中的运动。这将对加速度计与本体参考系 中心之间的预期或无意的失准进行补偿。另外，对重力向量的估算将 变得简单得多，这是因为在转动中心处施加的力非常小。因此，

Auser＝Rotate(Abody，Q)

其中，Q是从本体参考系到加速度计参考系的转动。

不幸的是，不同的用户具有不同的R值。例如，一个用户可通过 转动其肘部而使用手持装置，而另一个用户可通过转动其腕部而使用 该装置。另外，人们具有不同大小的腕部和前臂。为了改进可用性， 该手持装置的示例性实施方案动态地计算R，并移动本体原点以使其 由于角运动而引起的加速度分量最小。该示例性实施方案将R定义为 [Rx，0，0]，使用并最小化Abody-Rotate[Ag，Q]来求出Rx，从而估算R。 注意，存在许多数值方法可执行最小化以计算Rx，包括递归最小二乘 方和卡尔曼滤波。

根据以上所述可以理解，本发明描述了将检测的手持装置的运动 从一个参考系(例如，本体参考系)映射到另一个参考系(例如，用 户参考系)的多种技术。这些映射可独立于其它与手持装置的使用相 关的映射(例如，将检测到的运动映射为光标运动)或者可以其相结 合。此外，可执行根据本发明的变换，以从运动方程的输入端或输出 端的角度，对在所有三个维度上检测的运动(平移运动和转动运动或 其任意子集)进行变换。另外，可通过多种不同方法来选择将检测的 运动映射或转换到其中的参考系。以上提供一个实施例示出了第二参 考系是与装置的倾斜相关的用户的参考系，但是，许多其它变化也是 可能的。例如，用户可选择其期望的参考系，这一设定可存储在手持 装置中作为多个用户偏好的其中之一，并被用来执行变换。可以基于 多种技术来选择第二参考系。第二参考系的选择可以基于显式命令(例 如，按钮或用户界面选择)或者自动地通过由装置用户模式、抖动、 以及其它生物统计确定的用户识别来实现。

另外，虽然一些示例性实施方案描述了对速度域中数据的以上运 算，但本发明并不受限于此。作为一种选择或者附加地，可对例如位 置或加速度数据执行根据本发明的映射或变换，或者可将根据本发明 的映射或变换用于平移运动和/或转动运动。同样，处理的顺序并不重 要。例如，如果手持装置用来输出姿态命令，可首先执行映射然后确 定姿态，或者也可首先确定姿态，然后执行映射。

上述的示意性实施方案在各个方面都是示意性而非限定性的。因 此本领域技术人员能从本文包含的说明书推导出本发明在具体实现方 面的多种变化。例如，虽然前述示例性实施方案尤其描述了使用惯性 传感器来检测装置的运动，但是也可使用其他类型的传感器(例如， 超声传感器、磁性传感器或光学传感器)来代替结合有前述信号处理 的惯性传感器或附加到结合有前述信号处理的惯性传感器。所有这些 变化和修改都被视为位于由随后的权利要求所限定的本发明的范围和 精神之内。若无明确说明，本申请说明书中使用的元素、动作或指令 对本发明而言并非不可缺少。此外，如本文中使用的那样，冠词“一 (a)”旨在包括一个或多个项目。