可取代鼠标的SmartMouse智能手势输入装置方案设计

1.1 引言

计算机标准外设鼠标和键盘的技术相对成熟，但其操作单调，多年来技术都未有突破性的进步;触摸屏的技术新近出现不久，并且很快成为热点，该技术需要特殊的显示触摸设备，以满足输入要求;除此之外，以上两种输入方式，受到输入设备原理的限制，不可避免地使使用者约束在显示设备及输入装置周围。在这种产业背景下，亟需一种人性化的智能无线输入装置来满足日益普及的多媒体演示、办公及个人电脑应用环境。

在此前提下，本团队开发了一种名为Smartmouse的手势输入系统，使用者可方便的将本装置的手持端佩戴在手上并通过USB接口将主机端连接在PC机上，便可通过手势对PC进行操控。可通过手势完成鼠标具有的全部功能，同时还可对当今比较流行的日常应用软件进行流畅的操作。Smartmouse的操作方式与触摸屏和传统鼠标的最大区别在于摆脱了对屏幕及固定输入装置的依赖，从而可以更好地适应当今的多媒体环境。使电脑使用者可以脱离传统鼠标键盘的限制，建立使用者和电脑设备间更加人性化的交流方式。

1.2 项目背景

目前，国内输入设备厂家多针对现有的输入设备进行改进，如新贵、双飞燕等公司，推出的多媒体鼠标、键盘，在原有的键盘或鼠标的基本功能之上，增加对多媒体软件的快捷按键。此类产品虽然增加了用户的易用性，但大多价格不菲，更为重要的是其输入方式并没有质的变化。

华中科技大学近期研制了一种基于空间运动测量技术的人体上肢动作输入设备，该设备的输入方式采用了人体仿生学设计，具有突破性。但该系统的硬件众多，识别算法复杂，产业化前景渺茫。

国外同等产品早在2001年，三星公司和SenseBoard公司展示了开发中的虚拟键盘，三星公司研发阶段的产品称为“Scurry”。两家公司的产品在识别方式上有所不同，但是都带来了革命性的变化，即可以抛弃传统的鼠标键盘。该种输入设备的问题在于，用户在使用时，仍然要模仿键盘敲击的动作。

截止04年底，该种键盘的研发仍然处于有线连接的阶段。直到目前为止，也没有“Scurry”正式上市的消息，原因在于，该设备价格昂贵，耗费巨大，商业化困难。

Nitendo公司生产的游戏机Wii与之类似，采用感知加速度来操纵游戏，但其仅能作为游戏设备使用，并且使用红外传输，因而受到角度和距离的限制。

上个世纪70、80年代，国际上曾开展了大量关于数据手套的研究，以此捕获手部的动作，但之后不久该类研究陷入停滞。目前，对手势识别比较流行的做法是采用基于视觉图像识别的方法。采用摄像机捕获动作的图像，采用图像处理的方法得到动作的信息，但这种手势识别方式耗费巨大，对软硬件的要求也非常高。根本无法作为普通PC的输入设备使用。

在MEMS技术及超低功耗无线通讯技术飞速发展的背景下，超小体积、超低功耗MEMS加速度传感器和无线通讯模块的发展，为我们设计开发一种具有广泛应用前景且更加人性化、方便、快捷的输入设备提供了保障。

1.3本设计的先进性

Smartmouse智能手势输入装置不仅仅局限于计算机的输入，更可用于多媒体设备的控制等诸多领域，具有非常广阔的应用范围。并且，目前市场上并未出现使用加速度传感器并且融合无线通信和USB即插即用等技术的输入设备，Smartmouse智能手势输入装置的出现定将吸引一批中高端追求新鲜事物的用户。

作为产品，Smartmouse智能手势输入装置既拥有现有产品的优势，又克服现有产品的不足;集人性化、易用性、便携性于一身，更为使用者提供一种全新的操作理念，必将获得市场的垂青。

二、需求分析

2.1 功能要求

Smartmouse智能手势输入系统分为手持端(手势数据采集模块)和主机端(数据接收处理模块)，手持端和主机端通过无线方式连接。手持端可方便地佩戴在使用者手指上，对使用者的手势数据进行采集;主机端可实现与PC机接口，并可对手势数据进行接收和智能处理。

Smartmouse智能手势输入装置的功能框图如图1所示。

2.2 性能要求

Smartmouse智能手势输入装置，可准确识别人的各种手势并依据手势流畅的进行如移动鼠标、左键、右键、删除、确定、取消、移动文件等等相应操作。信号采集端可实时完整的采集人手部动作的信息，经整理后以相应的数据格式通过2.4G无线频段传输给PC或接收机上的主机端;主机端可在无需任何驱动程序的前提下将自身例化为USB接口形式的鼠标键盘复合设备;接收数据后，对数据进行智能化处理，识别出手势所表达的意义，同时将相应操作反馈给PC或接收机。对手势的识别率应达到消费类电子的水平。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

Smartmouse智能