一种自动感知左右手操作手机并确定拇指活动热区的方法

摘要

一种感知单手手机操作者采用的是左手还是右手的方法，将手机的触摸屏上划分出左右手的拇指操作热区，并探测在该区域内由拇指滑动所产生的运动轨迹，结合人体工学对人体手指关节的运动特性来推算出手指关节相对于手机屏幕的位置，进而确定手机操作者使用的是左手还是右手。本发明无需增加现有智能手机的硬件配置，因此该方法实施成本低；同时，由于是对当前实际操作的手指运动轨迹进行分析与判断，因此采用该方法实现手机操作左右手识别的实时性和准确性较高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能识别技术，尤其是一种自动感知左右手操作手机的技术，具体的说是一种通过感知和分析手指在手机触摸屏上的运动轨迹，来推断是左或右手操作手机并确定操作者拇指活动热区的方法。

技术背景

当前触摸屏式的智能手机已经成为手机的主流标准配置，其屏幕尺寸有逐渐变大的趋势，由于智能手机操作早已摒弃了固定按键操作，因此手机软件交互界面往往采用单手手指触摸屏操作，但是考虑到单手手指握持手机和操作手机手指的分工，操作手机的手指不可能覆盖整个触摸屏，同时由于单手握持手机分为左右手，从而界面操作的方式也存在左右手的不同。因此，已有不少手机生产商开发了适应左右手单手操作手机的手机软硬件系统。

单手操作手机软硬件系统的核心技术是如何感知手机操作者握持操作的是左手还是右手。目前，实现自动感知左右手操作手机的方法通常有两种，一种是通过设置在手机两侧的红外线感应器来感知两侧手指来推断握持手机的是左手还是右手。但这种检测左右手方式存在以下问题：①由于手机上需要加装红外线等感应器，因此增加了手机的硬件成本。②即使该手机能检测出操作者握持手机的是左手还是右手，也不能确定操作屏幕的是哪个手的手指。另一种是利用手机上的重力感应器，通过向左或向右倾斜手机实现左右手的感知与切换，这种方式如果在操作过程中晃动手机幅度过大有可能误触发。

本发明提出一种通过感知和分析手指在手机触摸屏上的运动轨迹，来推断左右手操作手机的方法。该方法自动感知手机的左右手操作无需增加现有智能手机的硬件配置，因此该方法实施成本低；同时，由于是对当前实际操作的手指运动轨迹进行分析与判断，因此采用该方法实现手机操作左右手识别的实时性和准确性较高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的手机均需通过硬件来感知是左手还是右手操作手机而造成手机成本增加及存在误判的问题，发明一种通过感知和分析手指在手机触摸屏上的运动轨迹来推断左右手操作手机并确定其拇指活动热区的方法，以便为手机软硬件优化提供依 据。

本发明的技术方案是：

一种自动感知左右手操作手机的方法，其特征是将手机的触摸屏上划分出左右手的拇指活动热区，并探测在该区域内由拇指滑动所产生的运动轨迹，结合人体工学对人体手指关节的运动特性来推算出手指关节相对于手机屏幕的位置，进而确定手机操作者使用的是左手还是右手。进而实现如手机左右操作界面的人性化切换。同时根据以上的推算也可得到手机操作者拇指的长短，结合人体手掌大小与拇指长短的统计数据，可以预测出手机操作者的手掌大小，从而为手机界面控件尺寸的优化提供参数支持。

本发明的有益效果是：

①使用该方法自动感知手机的左右手操作无需增加现有智能手机的硬件配置，因此可以节约手机的制造成本并方便系统的升级。

②由于该方法是对当前实际操作的手指运动轨迹进行分析与判断，因此采用该方法实现手机操作左右手识别的实时性和准确性较高。

③由于该方法可以推算出人体拇指的长度和拇指关节相对于手机的位置，可以为手机的界面化控件的尺寸优化提供有益的参数支持。

④该方法实现简单，可以应用于几乎现在所有的智能手机系统。

附图说明

图1是本发明的左右手拇指滑屏操作示意图。

图2是本发明的左手拇指活动热区及其近似热区。

图3是本发明的右手拇指活动热区及其近似热区。

图4是本发明的手机左右手拇指滑屏的轨迹线及相应的采集点。

图5是本发明的右手拇指轨迹弧线及弦的几何关系图。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。 

如图1-5所示。

一种感知单手手机操作者采用的是左手还是右手的方法，具体步骤如下：

1.根据单手操作手机是左右手生理运动特征(如图1所示)，将手机屏幕划分为左手拇指活动热区和右手拇指活动热区，并利用方格划分得到近似的拇指活动热区，如图1、图2及图3所示。

2.对手机触摸屏上的手指滑屏运动轨迹进行采集，从中提取出滑屏轨迹线的起止点(如图4所示)。通过对过轨迹线起止点直线段的长度、角度及位置来判断该轨迹线是否为可推理左右手操作轨迹线。如果是则进行以下的推理，否则中止推理，等待采集下一条滑屏运动轨迹线。其具体判据如下：

(1)通过滑屏事件所产生的轨迹线特征来判断是否为拇指滑动的轨迹线，起到屏蔽无效推断左右手滑屏轨迹的作用。其判据是起止点直线段及其方向角度θ。

其中：$\theta =\mathrm{arctg}\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}$

$d=\sqrt{{(y_2-y_1)}^2+{(x_2-x_1)}^2}\ge d_{\mathrm{TH}}$公式(1)

${\theta }_{\min }\le \theta <\frac{\pi }{2}$或$\frac{\pi }{2}<\theta \le {\theta }_{\max }$公式(2)

(2)判断轨迹线上的点是否在图2和图3所标注的近似左手拇指活动热区或右手拇指活动热区内。

如果上述两个条件满足，则可以推断该手指滑动轨迹为可用于左右手推断的拇指滑动轨迹，否则退出。

3.如果以上判据满足条件，则进入左右手操作的进一步识别。相应的几何关系如图5所示。

具体的识别方法如下：

(1)过(x₁,y₁)和(x₂,y₂)直线段的中点(x_z,y_z)，做中垂线L并与弧线相交于(x₀,y₀)点。中点：

$x_z=\frac{x_2+x_1}{2},y_z=\frac{y_2+y_1}{2}$

中垂线L：

$y=-\frac{(x_2-x_1)}{(y_2-y_1)}[x-\frac{(x_1+x_2)}{2}]+\frac{(y_1+y_2)}{2}$公式(3)

(2)通过计算(x_z,y_z)与(x₀,y₀)的距离来推算手指的运动圆心是否合理，其原理是拇指滑屏的轨迹线中点到通过轨迹线起止点直线段的距离应在一定的取值范围内(该范围可以进行如下推断：通常成年人体大拇指的长度范围在60mm～85mm范围内，因此可以通过对不同手机屏幕的像素分辨率的标定，推导出拇指滑屏的轨迹线中点到通过轨迹线起止点直线段的距离范围)。如满足该条件则可推断该手指滑动轨迹为可用于左右手推断的拇指滑动轨迹，否则退出。

$d_{\min }\le d=\sqrt{{(y_0-y_z)}^2+{(x_0-x_z)}^2}\le d_{\max }$公式(4)

(3)通过(x_z,y_z)与(x₀,y₀)的相对坐标位置判断进行拇指滑屏操作的是左手还是右手。

具体的方法如下：

当x_z-x₀>0时为右手操作手机，当x_z-x₀<0时为左手操作手机。

实施例二。 

如图5所示。

一种手机操作者拇指活动热区的确定方法，它能推算出人体拇指的长度和拇指关节相对于手机的位置，推测出操作者手形大小，进而为手机的界面化控件的尺寸优化提供有益的参数支持。具体的步骤如下：

1.在手机相应软件的引导下，提示手机用户进行左或右手的拇指滑屏操作，采集并推算出操作者的拇指活动热区。

2.根据图5所示的拇指轨迹线及过轨迹线起止点直线段的几何关系，过(x₁,y₁)和(x₀,y₀)或(x₂,y₂)和(x₀,y₀)直线段的中点做中垂线L₁或L₂与L相交于(x_c,y_c)，进而求出拇指的回转半径R以及拇指的关节位置(x_c,y_c)。

具体算法如下：

③中垂线L₁方程：

$y=-\frac{(x_0-x_1)}{(y_0-y_1)}[x-\frac{(x_1+x_0)}{2}]+\frac{(y_1+y_0)}{2}$公式(5)

④中垂线L₂方程：

$y=-\frac{(x_2-x_0)}{(y_2-y_0)}[x-\frac{(x_2+x_0)}{2}]+\frac{(y_2+y_0)}{2}$公式(6)

将L₁(L₂)和L表示如下形式：

$\left(\begin{array}{c}{a}_{11}x+a_{12}y=b_1\\ a_{21}x+a_{22}y=b_2\end{array}\right)$

则两直线交点(x_c,y_c)为：

$x_c=\frac{b_1{a}_{22}-b_2{a}_{12}}{a_{11}{a}_{22}-a_{21}{a}_{12}},y_c=\frac{b_2{a}_{11}-b_1{a}_{21}}{a_{11}{a}_{22}-a_{21}{a}_{12}}$公式(8)

拇指的回转半径R：

$R=\sqrt{{(y_c-y_0)}^2+{(x_c-x_0)}^2}$公式(9)

3.将拇指的回转半径R以及机拇指的关节位置(x_c,y_c)作为手机的界面化控件的尺寸优化的参数。

4.也可将所获得的手机操作者手指和手形的参数上传于数据库中心，构建大数据分析方法，并应用于手机的软硬件优化设计。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。