用于手势检测的方法、光学传感器电路、特别是用于手势检测的光学传感器电路以及用于手势检测的光学传感器装置

摘要

一种用于手势检测的方法包括预处理步骤和主处理步骤，其中，预处理包括：使用发光器件(IR_LED)发射光，以及通过使用方向光传感器阵列(LSA)检测所发射的光的借助于可移动对象(OBJ)反射的一部分来生成随时间变化的方向传感器信号(CH1，CH2，CH3，CH4)。主处理包括：通过使用方向传感器信号(CH1，CH2，CH3，CH4)来计算随时间变化的坐标(x_coord，y_coord)，该坐标指示对象的相对于与光传感器阵列(LSA)的主平面平行的平面的位置；以及根据坐标(x_coord，y_coord)的定时来检测对象(OBJ)的移动。

说明书

本发明涉及用于手势检测的方法、光学传感器电路、特别是用 于手势检测的光学传感器电路以及用于手势检测的光学传感器装 置。

手势检测提供了借助于手指或笔来对移动装置如智能手机的操作进 行控制的简便方式。例如，其使用户能够简单地与软件和硬件交互而不需 要独立的键盘。通常使用触摸屏，并且触摸该屏的手指或笔的位置或特定 移动由系统记录并被转化成某些动作，例如对虚拟书进行翻页或启动应用 程序以及与应用程序交互。然而，在这样的情况下，该屏需要被触摸并且 通常需要打开以进行连接。

本发明的目的是提供一种用于手势检测的方法、一种光学传感器电 路以及一种具有改进的用户界面的用于手势检测的传感器装置。

此目的通过独立权利要求的主题来实现。其他实施例是从属权利要 求的主题。

根据本发明的一个方面，一种用于手势检测的方法包括预处理步骤 和主处理步骤。预处理包括使用发光器件来发光，以及通过使用方向光传 感器阵列检测所发射的光的借助于可移动对象而反射回的一部分来生成 方向传感器信号。生成随着时间变化的该方向传感器信号。

主处理包括使用方向传感器信号计算与时间相关的坐标。该坐标指示 对象的相对于与光传感器阵列的主平面平行的平面的位置。最终，根据坐 标的定时来检测对象的移动。

该对象的移动提供了以光学的方式识别手势的方法，因此增强了用户 界面，例如可以通过在移动装置的表面的上方的简单的左右手势来进行对 虚拟书本的翻页。在用户界面中可以有新的用户界面交互例如对对象的精 细调节。不需要对触摸屏进行激活和触摸，这也节省了可观的电力。该过 程通过使用方向光学传感器测量发射的光的光反射来操作，并且可以通过 反射间的定时差来检测手势。

优选地，通过以循环的方式生成方向传感器信号来实现方向传感器信 号的时间相关性以及后续的坐标的时间相关性。例如，光的发射可以是脉 冲式的，该脉冲具有继之以无脉冲阶段的有脉冲阶段。在有脉冲时间期间 生成对应的方向传感器信号。在稍后的时间即在稍后的周期中生成另一个 方向传感器信号。以此方式，通过连续的信号生成周期来建立时间相关性。 对坐标的计算保持了方向传感器信号的时间相关性并且因此得到与时间 相关的坐标，即动作或手势。在这方面，术语“定时”涉及坐标的时间相 关性，尤其涉及时间差。例如，坐标随时间的变化使得能够识别缓慢移动 和快速移动，即缓慢手势和快速手势。

术语“方向光传感器阵列”涉及以空间分辨方式检测光的传感器阵列。 该传感器生成方向传感器信号，每个方向传感器信号均可以被分配到光进 入该阵列的主要方向。以下将讨论如何实现方向传感器阵列的细节。

根据本发明的另一方面，主处理还包括借助于具有时间常数的至少一 个滤波器来根据所述坐标生成经滤波的坐标。然后，根据所述经滤波的坐 标的定时来检测对象的移动。

所述坐标是随时间变化的，因此该滤波也是在时域。例如，可以使用 均由适当的时间常数限定的低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器或其组 合。以此方式，可以滤除过慢和/或过快的移动，或者可以允许特定速率 的移动通过以用于进一步处理。

根据本发明的一个方面，从坐标生成经滤波的坐标涉及若干个滤波 器，每个滤波器具有不同的时间常数。若干个滤波器可以用于为移动或手 势分配速率，即慢或快。快速扫动可以分配成在虚拟书本中翻页，而缓慢 移动可以分配成在页内滚动，等等。

根据本发明的另一个方面，对移动的检测还取决于在预定时间帧内将 坐标和/或经滤波的坐标分别与检测阈值进行比较。

定义若干个检测阈值并且将其分配给光传感器阵列的主平面内的对 应移动方向，如上、下、左、右。然后，使用阈值来在预定时间帧内监视 所检测的坐标以将沿该平面的移动结合成手势。例如，如果针对左上移动 的检测阈值被触发长达250ms的预定时间帧，则该移动被解释成左/上手 势。

根据本发明的另一个方面，主处理还包括通过使用方向传感器信号的 幅度来估计另外的坐标。该幅度指示对象的相对于与光传感器阵列的主平 面正交的轴线的位置。

例如，可以通过在给定时间对所有方向传感器信号求和来得出方向传 感器信号的幅度。峰值则指示所述另外的坐标，并且使得能够获得关于可 移动对象的位置和移动的三维信息。

根据本发明的另一个方面，预处理还包括下述步骤：根据暴露于光传 感器阵列的环境光来生成环境信号。然后，根据所发射的光的借助于该对 象反射到光传感器阵列的部分来生成光信号。根据光信号和环境传感器信 号来调节和计算方向传感器信号。

在操作期间，光传感器阵列既被暴露于环境光也被暴露于最终从对象 反射的光。为了改善检测，需要考虑环境光。例如，如果光的发射是脉冲 式的，则在发射的光的有脉冲阶段期间可以检测到光信号，而在发射的光 的无脉冲阶段期间可以检测到环境信号。用于调节方向传感器信号的简便 方式是通过从光信号中减去环境信号以进行偏移校正来给出。

根据本发明的另一个方面，可以对每个通道加上或减去偏移或常数偏 移。这是考虑了发光器件的发光与方向传感器信号之间的串扰。

根据本发明的另一个方面，预处理还包括以下步骤：确定每个方向传 感器信号是否符合相应的阈值。然后，提供符合其相应阈值的方向传感器 信号。

与相应阈值的比较使得能够减少噪声。以此方式，方向传感器信号需 要特定的信噪比以用于手势检测。可以避免对手势检测的不期望触发。

根据本发明的另一个方面，根据所记录的方向传感器信号的限制函数 来计算坐标，特别是根据所记录的方向传感器信号的比率来计算坐标。

限制函数用于将坐标限制到特定区间，例如在0与1之间。以此方式， 可以减少计算负荷。

根据本发明的另一个方面，预处理和/或主处理还包括下述步骤：将 缩放因子应用于方向传感器信号以及将距离函数应用于经缩放的方向传 感器信号。

根据本发明的一个方面，一种光学传感器电路，特别是一种用于手势 检测的光学传感器电路包括：用于连接发光器件的输入端子。控制单元连 接至输入端子并且模数转换器连接至控制单元。方向光传感器阵列被布置 并且与控制单元耦接。最后，信号处理单元连接至模数转换器。

在操作中，光传感器提供方向传感器信号，所述方向传感器信号指示 发出的光的借助于可移动对象反射回的一部分。信号处理单元记录随时间 变化的方向传感器信号，现在可以在输出端子处提供最终经过预处理的方 向传感器信号。

光传感器电路提供了记录和/或检测对象的移动的方式，即提供了以 光学的方式识别手势的方法并因此增强了用户界面，例如可以通过在移动 装置的表面的上方的简单的左右手势来进行对虚拟书本的翻页。不需要对 触摸屏进行激活和触摸，这也节省了可观的电力。该过程通过使用方向光 学传感器测量发射的光的光反射来操作，并且可以通过反射间的定时差来 检测手势。

信号处理单元可以被设计成用于根据上述用于手势检测的方法来执 行预处理和/或主处理的过程步骤。

根据本发明的另一个方面，模数转换器也包括：线性模数转换器、对 数模数转换器、或还包括用于从线性域转换到对数域的级的线性模数转换 器。

根据预处理和/或主处理是否在线性域中或在对数域中进行来选择适 当的模数转换器。实际上，在对数域中，即：使用对数模数转换器或者使 用还包括用于从线性域转换到对数域的级的线性模数转换器，可以提高动 态范围并且可以减小计算要求，例如可以将求平方根简化成被2除。

根据本发明的另一个方面，光传感器阵列包括方向光电二极管，每个 光电二极管被布置在光传感器阵列内从而检测沿主要方向的光。

根据本发明的另一个方面，每个方向光电二极管分别被放置在光传感 器阵列内的通道的端部的前面，所述通道具有限定主要方向的主轴线。

根据本发明的另一个方面，信号处理单元包括：用于记录随时间变化 的方向传感器信号的信号记录单元，以及用于调节方向传感器信号中的偏 移的偏移补偿单元。

如上所述，通过以循环的方式生成方向传感器信号来实现方向传感器 信号的时间相关性。信号记录单元实现用于重复地生成方向传感器信号的 周期。

例如，光的发射可以是脉冲式的，该脉冲具有继之以无脉冲阶段的有 脉冲阶段。在有脉冲的时间期间生成对应的方向传感器信号。在稍后的时 间即在稍后的周期中生成另一个方向传感器信号。以此方式，通过连续的 信号生成周期来建立时间相关性。在下文中的术语“单元”用于表示硬件 部件例如控制逻辑或ASIC，或者表示可以在如微控制器或微处理器的装 置中作为软件运行的处理。

在操作期间，光传感器阵列既被暴露于环境光也被暴露于最终从对象 反射的光。为了改善检测，需要考虑环境光，这在偏移补偿单元中完成。 例如，如果光的发射是脉冲式的，则在发射的光的有脉冲阶段期间可以检 测到光信号，而在发射的光的无脉冲阶段期间可以检测到环境信号。用于 调节方向传感器信号的简便方式是通过从光信号中减去环境信号以进行 偏移校正来给出。

根据本发明的另一个方面，一种用于手势检测的光学传感器装置包括 前文所描述的光学传感器电路，并且还包括与光学传感器电路的输出端子 连接的计算单元。计算单元包括坐标单元，所述坐标单元用于根据所记录 的方向传感器信号来计算对象的在与光学传感器电路的主平面平行的平 面中的坐标。设置滤波器单元以根据滤波器坐标的定时来检测对象的移 动。

对坐标的计算保持了方向传感器信号的时间相关性并且因此得到与 时间相关的坐标，即动作或手势。在这方面，术语“定时”与坐标的时间 相关性有关，特别是与时间差有关。例如，坐标随时间的变化使得能够识 别缓慢移动和快速移动，即缓慢手势和快速手势。

所述坐标是随时间变化，因此滤波器单元包括具有特定时间常数的至 少一个滤波器。例如，可以使用均由适当的时间常数限定的低通滤波器、 高通滤波器或带通滤波器或其组合。以此方式，可以滤除过慢和/或过快 的移动，或者可以允许特定速率的移动通过以用于进一步处理。

根据本发明的另一个方面，计算单元包括比较单元，所述比较单元用 于在预定时间帧内将坐标和/或经滤波的坐标分别与检测阈值进行比较。

定义若干个检测阈值并且将其分配给光传感器阵列的主平面内的对 应移动方向例如上、下、左、右。然后，使用阈值在预定时间帧内监视所 检测的坐标以将沿该平面的移动结合成手势。例如，如果针对左上移动的 检测阈值被触发长达250ms的预定时间帧，则该移动被解释成左/上手势。

根据本发明的另一个方面，计算单元和/或信号处理单元包括函数单 元，所述函数单元用于对方向传感器信号进行缩放以及将距离函数应用于 经缩放的方向传感器信号。

在下文中，将参见给出示例性实施例的附图来更详细地描述以上所给 出的原理。

图1A示出了根据所给出的原理的光学电路的示例性实施例；

图1B示出了根据所给出的原理的方向光传感器阵列的示例性实施 例；

图2示出了根据所给出的原理的手势检测的示例性实施例；

图3示出了根据所给出的原理的手势检测的另一示例性实施例；

图4示出了根据所给出的原理的光学传感器装置的示例性实施例；以 及

图5示出了根据所给出的原理的手势检测的另一示例性实施例。

图1A示出了根据所给出的原理的光学传感器电路的示例性实施例。 该电路包括输入端子IN1、电流源I、控制单元CTRL、模数转换器ADC 和信号处理单元SPU。此外，该光学传感器电路包括方向光传感器阵列 LSA，该方向光传感器阵列LSA包括四个光电二极管PD1、PD2、PD3 和PD4，将参见图1B更详细地讨论该光学传感器电路。光传感器阵列 LSA被红外滤波器IR_FLT覆盖，红外滤波器IR_FLT连接至光学传感器 电路或者可选地形成内置有该光学电路的壳体的一部分。

输入端子IN1用于将发光器件IR_LED连接至光学传感器电路。优 选地，发光器件是红外发光二极管。控制单元CTRL连接至输入端子IN1 并且连接至模数转换器ADC。方向光传感器阵列耦接至模数转换器ADC。 信号处理单元SPU连接至模数转换器ADC并且连接至输出端子OUT1。

在光学传感器电路的操作中，发光器件IR_LED连接至该电路并且 发射光。借助于控制单元CTRL来控制发光的细节，该控制单元CTRL 还驱动电流源I来给发光器件IR_LED提供电流。优选地，该发光器件 IR_LED以有脉冲和无脉冲的序列来发射红外光的脉冲，该有脉冲和无脉 冲的序列由例如取决于系统时钟的工作周期(dutycycle)来确定。

最终，发射的光照射在通常允许移动的对象OBJ上。这样的对象可 以是使用内置有该光学传感器电路的移动装置的人的手指。根据对象OBJ 的位置，一定量的光被反射回光学传感器电路并且可以被方向光传感器阵 列检测为方向传感器信号。四个光电二极管中的每个光电二极管生成相应 的方向传感器信号CH1、CH2、CH3和CH4，其在下文中称为通道信号。 实际上，术语方向传感器信号和通道信号能够可互换地使用，例如，第一 光电二极管PD1生成第一通道信号CH1，第二光电二极管PD1生成第二 通道信号CH2，以此类推。由于光电二极管的布置以及其具体的实现方 式(细节参见图1B)，方向传感器信号指示了在测量时反射的光来源于的 方向。记录下不同时间的连续方向传感器信号，即随时间变化的连续方向 传感器信号，不仅能够确定对象OBJ的位置，还能确定对象OBJ的移动。

进一步的处理至少部分地在信号处理单元SPU中执行，并且至少包 括根据手势检测算法的预处理和/或主处理。将参见图2和图3来说明预 处理步骤和主处理步骤的细节。优选地，信号处理单元SPU包括微控制 器或微处理器。以此方式可以通过对信号处理单元SPU专门编程来实现 对方向传感器信号CH1、CH2、CH3和CH4的处理。附加地或替代地， 相应的处理步骤也可以由适当的硬件例如由控制逻辑或作为专用集成电 路(ASIC)来实现。

图1B示出了根据所给出的原理的方向光传感器阵列的示例性实施 例。光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4中的每个光电二极管放置在通 道CHL的端部的前面，该通道由以特定间隔放在彼此顶部的若干金属片 M1、M2、M3的层中的开口O1、O2、O3来限定。所述开口相对于彼此 移位，从而限定指向某一方向的通道取向。相应通道的轴线限定出光可以 从其进入并照射相应的光电二极管的主要方向。因此该主要方向确定出光 电二极管是否对源自该特定方向的光敏感。

在光传感器阵列LSA中，四个光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4 均表征了不同的主要方向。优选地，所述光电二极管沿定义了相应x轴和 y轴的直角坐标系以矩阵排列(参见图1A)。通过此方式，所述通道和主 要方向被分配给用于四个光电二极管PD1、PD2、PD3和PD4中的每个 光电二极管的不同方向，如上、下、左、右。优选地，方向上、下以及方 向左、右被分别分配给通道CH1、CH2以及CH3、CH4。以此方式，由 光电二极管生成的传感器信号即方向传感器信号指示了一定量的光来源 于的在该坐标系内的方向。对于本领域的技术人员而言明显的是，不同数 量的光电二极管例如三个光电二极管也可以实现为方向光传感器阵列。

图2示出了根据所给出的原理的手势检测的示例性实施例。通常，该 过程包括两个周期，这两个周期在下文中表示为预处理和主处理。在预处 理和主处理中包括的实际过程步骤可以变化并且是用于说明目的。然而， 如下面将说明的，一些过程步骤比另一些过程步骤对计算需求和硬件需求 有更高要求。因此，方便的是将具有较低要求的那些步骤表示为预处理步 骤，而将具有较高要求的那些步骤表示为主处理步骤。在下面讨论的实施 例中，这种分法用于将过程步骤分配给不同的硬件单元，使得可以考虑不 同的要求来实现这些单元。这样，预处理可以在信号处理单元SPU上运 行，而主处理可以在单独的处理单元PROC上运行(进一步的细节参见 图4)。然而，在不背离这里所给出的总体原理的情况下，也可以例如使 用信号处理单元SPU在单个单元上实现预处理和主处理这两者。

手势检测可以起始于开始信号，该开始信号可以方便地与借助于发光 二极管的脉冲红外光发射的工作周期同步。然后，步骤11开始转换周期 或预处理周期，例如每20毫秒一个转换周期，或者设置成其他时间。如 在下文中所讨论的那样，在单个转换周期期间，使用光传感器阵列LSA 即方向光电二极管PD1、PD2、PD3、PD4来记录方向传感器信号CH1、 CH2、CH3、CH4。重复转换周期，使得连续的转换周期建立方向传感器 信号CH1、CH2、CH3、CH4的时间相关性。

在步骤12中，使用或不使用从发光二极管IR_LED发出的红外光来 测量相应的方向传感器信号CH1、CH2、CH3和CH4。例如，该测量可 以与红外发光二极管LR_LED的连续的有脉冲阶段和无脉冲阶段的工作 周期同步。在接下来的步骤13中，对所检测的方向传感器信号CH1、CH2、 CH3和CH4进行偏移校正。在这方面，在所发射的光的有脉冲阶段期间 即在发射红外光期间采集的方向传感器信号表示为光信号，而在由发光二 极管发射的光的无脉冲阶段期间采集的传感器信号表示为环境信号。光信 号包括源自周围环境中的各种源的环境光的贡献以及从移动对象OBJ最 终反射回的发射光的贡献，而环境信号仅采集环境光。然后通过使用环境 信号调节光信号来生成方向传感器信号。优选地，这通过从通道CH1、 CH2、CH3和CH4中的每个通道的相应光信号中减去通道CH1、CH2、 CH3和CH4中的每个通道的环境信号来实现。这就得到了经偏移校正的 方向传感器信号。附加地，可以给每个通道加上或减去偏移或常数偏移。 这是考虑了发光器件的发光与方向传感器信号之间的串扰。

在下一步骤14中，通过使用缩放因子来对方向传感器信号中的每一 个即每个通道CH1、CH2、CH3、CH4进行缩放。这既能够调节检测的 动态范围也能够使主要方向更占优。可以设置缩放因子，或者例如将方向 传感器信号有效地归一化到参考值例如最大信号值。

在步骤15中，针对每个方向传感器信号计算平方根。通道信号CH1、 CH2、CH3、CH4的平方根是对相对于由轴线x、y所定义的直角坐标系 的距离的测量。该平方根提供了对较简单处理如步骤16中要进行的阈值 比较的测量。然而，步骤14和15是可选的，并且也可以被移动到主处理 中或者在主处理中重复进行。

步骤16对应于阈值比较。例如，将通道信号CH1和CH2与阈值TX 进行比较并且将通信信号CH3和CH4与阈值TY进行比较。此外，可选 地将通道信号的总和CH1+CH2+CH3+CH4与阈值TSUM进行比较。然 而，若在步骤15中预先计算了平方根，则将每个通道信号的平方根以及 平方根的和分别与上述阈值进行比较。

与阈值的比较给出了一种确定移动对象OBJ是否在光学传感器电路 附近的某个空间的简便方式，并且使得能够判别对应的方向传感器信号是 否应该用于手势确定。如果与阈值的对比是否定的，则在步骤17中，所 有内部变量例如来自滤波器(将在下文中说明)的内部变量被重置并且该 过程返回到步骤11以开始新的转换周期。在阈值比较是肯定的情况下， 预处理过程有效地结束并且进入主处理。

为了进一步减少信号处理单元SPU上的计算负荷，可选地可以引入 步骤18’，其应用限制函数来将通道信号的数值限制到0与1之间的区间。

在步骤18中确定出坐标x_coord、y_coord，所述坐标x_coord、 y_coord表示相对于与光学传感器电路的主平面x、y平行的参考平面的 位置。所述坐标是根据方向传感器信号CH1、CH2、CH3和CH4来确定。 例如，可以根据方向传感器信号CH1、CH2、CH3和CH4的比率来确定 所述坐标：

x_coord＝(CH1-CH2)/(CH1+CH2)

y_coord＝(CH3-CH4)/(CH3+CH4)

或者可选地，可以根据方向传感器信号的双曲正切函数tanh来确定所述 坐标：

x_coord＝tanh(CH1/CH2)

y_coord＝tanh(CH3/CH4)。

针对来自每个转换周期的方向传感器信号的集合来分别地进行对坐 标的确认，并且可以根据坐标被记录的转换周期来为坐标分配不同时间， 使得所有坐标x_coord、y_coord的集合在参考平面x、y内建立运动等式。

在接下来的步骤19中，先前确定的与时间相关的坐标x_coord、 y_coord被应用于具有特定时间常数的带通滤波器以生成经滤波的坐标 xfilt、yfilt。例如，带通滤波器允许频率为2Hz至15Hz的信号通过(进 一步的图示参见附图标记BF)。带通滤波器可以用于调节检测时机以丢弃 过快或过慢的移动。例如，由低通滤波器设计以允许快速或缓慢的手势。 使用数个不同的带通滤波器能够根据检测光电二极管上方的对象的移动 速度触发不同手势，例如快速移动是翻页，缓慢移动是在页内滚动。

然后，再将经滤波的坐标xfilt、yfilt进一步与检测阈值xn、xp、yn、 yp进行比较。将检测阈值被分别分配给坐标系统x、y内的相应方向，例 如上、下、左、右。可以根据经滤波的坐标来确定移动的方向。如果一段 时间，即在预定时间帧期间，检测阈值被触发，则检测出沿相应方向的移 动。如果在该预定时间帧期间同时触发了另一个检测阈值，则也检测出沿 那个方向的移动。以此方式，可以确定在参考平面x、y内的二维移动或 二维手势。

附图中的附图标记201、202描绘了一个示例。所示出的图形描绘了 随时间变化的经滤波坐标xfilt、yfilt。附图标记201示出了第一预定时间 帧，例如250毫秒，并且附图标记202示出了另一个预定时间帧(优选地 也是250毫秒)。如果在这些预定时间帧内触发了xn阈值和yp阈值，则 报告从右下至左上扫动的手势。根据经滤波坐标的幅度，可以确定沿参考 坐标系内的所有四个方向的移动。如果达到了这样的监测触发条件，则在 步骤21中将对应的手势检测触发报告给更高层单元。然后该检测返回至 步骤11以等待下一个转换周期开始。

图3示出了根据所给出的原理的手势检测的另一个示例性实施例。该 过程与关于图2给出的实施例的区别仅在于以下步骤。如果没有另外声 明，则用相同附图标记表示的步骤对应于上面给出的步骤。在图2中示出 的过程可以被称为是线性过程，而在这里关于图3给出的过程至少部分地 操作在如在附图中的灰色框中所表示的对数域中。

在步骤31中初始化以及接下来在步骤32和步骤33中对方向传感器 信号进行测量和偏移校正之后，在步骤33’中将对数函数log应用于经偏 移校正的方向传感器信号。该过程用于减少接下来的预处理和主处理的步 骤的计算负荷。

在步骤34中，加上或减去缩放因子以对经偏移校正的通道信号进行 缩放。在步骤35中应用的距离函数在对数域中被简化成被2除，而不是 在线性过程中一样对每个通道求平方根。再次，在步骤36中，将得到的 经处理的传感器信号与阈值TX、TY、TSUM进行比较。如果比较是否 定的，则经由在步骤37中重置内部变量，该过程返回到步骤31以开始新 的转换周期。然而，在比较是肯定的情况下，通过将限制函数应用于通道 信号来使预处理继续，从而将信号值限制到区间例如0至1，并且进一步 减小接下来的坐标确认的计算负荷。

在步骤38中确定坐标，但不是求双曲正切tanh或上述比率，而是计 算通道信号CH1、CH2、CH3和CH4的期望exp：

x_coord＝exp(CH1/CH2)

y_coord＝exp(CH3/CH4)。

步骤39、步骤40以及步骤41分别对应于带通滤波、与检测阈值的阈值 比较以及报告检测触发。附图标记401、附图标记402分别涉及在给定时 间帧401、402内与检测阈值的比较。

图4示出了根据所给出的原理的光学电路装置。所示出的电路是基于 图1的实施例，因此在下文中仅描述差异。由于预处理和主处理的不同计 算负荷，简便的是将对应的过程步骤分配给不同的硬件部件。

在该实施例中的信号处理单元SPU被用于运行预处理过程的步骤并 且在连接至信号处理单元SPU的先入先出单元FIFO中记录方向传感器 信号。在专用处理单元PROC中进行主处理的步骤，该专用处理单元可 以如图1所示是光学传感器电路自身的一部分，或者如图4所示是光学传 感器电路外部的独立单元。

例如，对于移动电话，光学传感器电路是位于电话的顶部。处理单元 PROC可以实现成电话的应用处理器或基带处理器。先入先出单元FIFO 用于将处理单元PROC从手势检测的时间关键任务中卸下(offload)出 来，并且附带地允许处理单元PROC进入休眠模式以减少功耗。仅在光 传感器阵列LSA检测到对象OBJ处于视野中并且将数据推送到先入先出 单元FIFO的情况下，通过中断线INT经由端子OUT1、OUT2来触发处 理单元PROC的唤醒。

图5示出了根据所给出的原理的手势检测的示例性实施例。该过程沿 图4的分区实现的线被分成两部分，即预处理的过程步骤和主处理的过程 步骤。因此，光学传感器电路不处理计算密集型任务例如除法或求平方根。 对于简单的比较，预处理的步骤被示为是信号处理单元SPU的一部分， 而主处理的步骤被示为是处理单元PROC的一部分。如上所述，可以通 过对信号处理单元SPU和处理单元PROC的专门编程来实现过程步骤。 附加地或替代地，对应的处理步骤也可以通过适当的硬件来实现，例如通 过控制逻辑或专用集成电路(ASIC)来实现。将针对关于图2所讨论的 线性手势检测来讨论分区实现。然而，通常也可以实现关于图3所讨论 的对数手势检测，或实现其组合。分区的过程与关于图2所给出的实施例 的区别仅在于以下步骤。如果没有另外声明，则用相同附图标记表示的步 骤对应于以上给出的步骤。

在开始处初始化之后，在步骤51处开始转换周期。在步骤52和步骤 53中执行测量和偏移校正。然后，在步骤53中将经偏移校正的方向传感 器信号与阈值TX、TY和TSUM进行比较。根据该比较，转换周期经由 步骤57中的重置返回至步骤51。可选地，该返回包括步骤57’，在步骤 57’中引入一段时间例如50ms的暂停以省电。

如果在步骤53中与阈值TX、TY和TSUM的比较是肯定的，则在 步骤561中将对应的方向传感器信号保存到先入先出单元FIFO中。所保 存的方向传感器信号与时间标记一起被保存，该时间标记指示在其期间记 录该数据的转换周期。以此方式，保留了从方向传感器信号中提取运动的 必要时间信息。当保存完成时，该系统返回到步骤51以开始新的转换周 期。这有效地结束了预处理。如上面已经讨论的，可以通过附加的步骤如 缩放54、计算平方根58以及应用限制函数来补充预处理。这些步骤可以 在预处理和主处理之间移动。

信号处理单元SPU和处理单元PROC经由接口INT来互连。该接口 可以用于在这两个单元之间传输中断，例如，从而在步骤562处初始化主 处理。处理单元PROC一直关注这样的中断并且仅在检测到中断时进行。 在继续进行的情况下，在步骤563中将从先入先出单元FIFO中读取出方 向传感器信号及其关联的时间标记。在缩放54和计算平方根58之后，经 这样处理的传感器信号在步骤58中经历坐标确认、在步骤59中经历带通 滤波、在步骤60中经历与检测阈值的比较(同样参见时间间隔501、502)， 并且最后在步骤61中最终触发手势检测。

在未示出的实施例中，可以使用两个不同的预定时间帧来检测，例如 在较长时间帧上检查对象是否在附近，并且一旦检测到对象，则使用短时 间帧来监测移动。定时的变化将减少手势检测所需要的电力，因为光学传 感器电路仅在对象处于视野中时全速运行。

在未示出的另一实施例中，可以从方向传感器信号CH1、CH2、CH3 和CH4推断出第三维度，例如对象OBJ在参考平面x、y的上方的高度。 这一点可以通过评价通道信号的幅度例如通过对所有通道信号求和来实 现。则峰值幅度是对在参考平面x、y的上方的位置的测量。

附图标记

11、31、51转换周期的开始

12、32、52测量光信号和环境信号

13、33、53偏移校正

14、34、54缩放

15、35、55平方根/除法

16、36、56阈值比较

17、37、57重置

18、38、58坐标计算

19、39、59滤波

20、40、60检测阈值比较

21、41、61检测触发

201、301、501时间帧

202、302、502时间帧

38’限制

57’等待

561保存

562检测中断

563读取

ADC模数转换器

BF带通滤波器

CH1通道信号

CH2通道信号

CH3通道信号

CH4通道信号

CHL通道

CTRL控制单元

FIFO先入先出单元

I电流源

IN1输入

IR_FLT滤波器

IR_LED发光二极管

LSA光传感器阵列

M1金属层

M2金属层

M3金属层

O1开口

O2开口

O3开口

OBJ可移动对象

OUT1输出端子

OUT2输出端子

PD1光电二极管

PD2光电二极管

PD3光电二极管

PD4光电二极管

PROC计算单元

SPU信号处理单元