[发明专利]一种基于声波的虚拟输入方法

说明书

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，尤其涉及一种基于声波的虚拟输入方法。

背景技术

终端的输入作为人机交互最直接的方式，是人们日常使用中最必不可少的部分，而随着互联网时代的飞速发展，终端的输入方式有了翻天覆地的变化。传统的鼠标、键盘输入虽然是最快捷有效的办公交互方式，但其占用空间大、不便携等缺点使其被很多终端如平板电脑、手机等抛弃。取而代之的是便携且灵敏的触控移动与手写输入，但直接在屏幕上操作易留下污垢、指纹等影响屏幕显示效果，且其在沾水情况下不灵敏甚至失效，给人们带来不好的体验效果。于是乎，语音交互、视觉跟踪识别等不直接接触终端的新技术在最近几年迅速涌现出来，语音交互涉及语音识别与语义交互处理，视觉跟踪识别交互涉及图像处理与图像理解处理，这些功能如果在终端直接处理就会消耗终端大量的运算资源，如果在网络服务器上间接处理则会占用庞大的网络带宽资源，使得这些新技术成为被用户诟病的鸡肋。由此可见，现有技术存在其自身局限性，都还有待改进。

而现如今，人们越来越重视体验效果。随着增强现实与虚拟现实的技术不断发展，一种虚拟界面交互的方式正被人们期待，这种新技术有良好的应用前景，有待开发。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种基于声波的虚拟输入方法，以虚拟界面交互的方式作为增强现实与虚拟现实技术的一部分，增加交互趣味性和提升用户体验效果。

本发明的原理是：利用物体的密度不均匀性与结构不对称特性使得敲击物体表面不同区域发出的声波信号存在一定差异，进而利用单个麦克风传感器获取声波信号，结合信号时域和频域特征来辨别不同信息后输入到终端里触发相应事件。

本发明提供了一种基于声波的虚拟输入方法，包括一下步骤：

A、预先获取敲击物体表面不同区域产生声波的频域特征向量后，构建频域数据库。

B、预先设定敲击节奏，构建时域特征数据库。

C、当用户敲击物体表面不同区域时，系统获取敲击声波信号并提取频域特征向量，与频域数据库进行匹配来辨别敲击位置。

D、当用户以不同节奏敲击物体表面时，系统获取敲击声波信号并通过时域完全匹配来辨别动作节奏。

E、将辨别出的位置与节奏相结合向终端输入不同的信息，实现终端的拓展输入。

F、终端依照输入信息执行响应事件。

优选的，所述步骤A进一步包括：

所述选取物体不同时，需要对该物体进行预处理，提取特征向量构建频域数据库。

所述选取物体表面不同区域是利用物体的密度不均匀性与结构不对称特性，使得敲击物体表面不同区域发出的声波信号存在差异。

所述获取声波信号是采用单个麦克风传感器，且是贴在物体表面收集物体表面振动声波，可利用电脑、手机等自带麦克风传感器的设备作为输入与终端设备。

所述提取声波的频域特征向量方法具体包括对采集到的声波信号进行低通滤波处理以防止频率混叠，通过求信号的方差与选定阈值对比来判断敲击起始端点，再进行降采样来减少数据量，然后做傅里叶变换获取频域数据，接着对频域数据做归一化处理，最后进行阈值滤波得到频域特征向量。

所述构建频域数据库的方法，是将敲击同一物体表面不同区域的频域特征向量存储下来组成数据库。

优选的，所述提取声波的频域特征向量方法中，判断敲击起始端点的方法是计算十帧无敲击动作时的平稳信号方差之和，选该方差和作为判断起始端点的阈值。

优选的，所述步骤B进一步包括：所述时域特征数据库包括单敲、连续敲两次、连续敲三次以及连续慢敲、连续快敲、先慢后快、先快后慢的多种组合。

优选的，系统预处理过程与用户敲击过程之间存在切换设置，包含按键、触摸、摇晃中至少一种。

所述的基于声波的虚拟输入方法及系统的技术方案中，步骤C进一步包括：所述物体表面不同区域是由步骤A预处理时划分完成的；所述获取声波的频域特征向量与步骤A获取特征向量方法一致；所述匹配算法在本系统中是计算用户敲击的频域特征向量与频域数据库的多组向量之间的皮尔逊相关系数，取相似度函数值最大的向量作为匹配结果，也可包含欧式距离、贝叶斯决策方法、余弦相似度、杰卡德相似性度量等一种或多种的结合。

优选的，所述步骤D进一步包括所述时域完全匹配方法是系统获取一段时间内用户敲击物体表面的次数与节奏，与特征匹配数据库进行匹配辨别出敲击节奏。