专利汇可以提供用于三维成像、映射、建网和界面连接的无线腕式计算和控制设备和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且机载和远程设备的自主化、智能化、可穿戴的无线 手腕 装载的计算、显示和控制系统上的光和光学深度映射、三维(3D)成像、建模、建网和界面连接的装置和方法以及图形 用户界面 控制。本 发明 的 实施例 通过它的无线多 媒体流 和多界面显示以及投影系统使人、对象、设备和空间增强到 虚拟环境 以及使虚拟对象和界面增强到物理世界。,下面是用于三维成像、映射、建网和界面连接的无线腕式计算和控制设备和方法专利的具体信息内容。
1.一种手腕装载的计算设备,包括:
壳体模块;
光映射、扫描、成像、投影和光学界面连接系统,其被包含在所述壳体模块之内,所述光映射、扫描、成像、投影和光学界面连接系统包括
处理器,
一个或多个光发射器,
和一个或多个多透镜阵列;
所述处理器与所述光发射器和所述多透镜阵列通信;所述处理器控制所述光发射器和多透镜阵列以扫描用户身体的表面并动态捕获任何的用户的手、身体以及周围对象和环境的3D或4D多视野深度色彩成像至所述扫描的表面的深度和色彩映像和图像;
其中所述多透镜阵列包括任一的:
立体阵列,其通过确定场景中的两个或多个焦点的深度以及通过将一个图像的点和特征匹配到在其它图像中的相应点和特征确定在其他图像中的相应的点的深度来执行立体三角;
全光阵列,其通过同时捕获多个视野深度、分配多个透镜至单个传感器并捕获来自整个视野的光和色,而每个透镜捕获不同的视野深度,从而将深度分配给捕获图像中的所有点。
2.如权利要求1所述的手腕装载的计算设备,进一步包括一个或多个照相机。
3.如权利要求2所述的手腕装载的计算设备,其中所述照相机运作以扫描一个或多个的所述周围对象;以及
其中所述处理器处理从所述照相机接收的数据以创建被扫描的一个或多个的周围对象的映像。
4.如权利要求3所述的手腕装载的计算设备,其中所述照相机运作以扫描多个所述表面和周围对象;以及
其中所述处理器处理从所述一个或多个照相机接收的数据以创建用户周围的环境的映像。
5.如权利要求4所述的手腕装载的计算设备,还包括:
位置确定模块,其能够确定所述手腕装载的计算设备的精确位置;
其中所述处理器处理从所述位置确定模块接收的数据和从所述照相机接收的数据,以创建所述用户周围的所述环境的所述映像。
6.如权利要求1所述的手腕装载的计算设备,还包括:
信号接收模块,其用来从传感器接收数据和位置信号,所述传感器安装在所述用户的身体表面上、所述用户的所述身体内或者外界对象上。
7.如权利要求1所述的手腕装载的计算设备,还包括:
红外发射器和传感模块,其被定位朝向所述手腕的内侧并运作来检测所述用户的心脏速率、所述用户的血液中的氧含量或所述用户手腕内的肌腱运动。
8.如权利要求1所述的手腕装载的计算设备,还包括:
投影仪,其用于在表面上投射图形用户界面;
其中所述处理器以所述身体表面的所述映像确定用户和被投射的用户界面的交互。
9.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
在扫描和成像所述用户的身体表面之后,所述处理器创建相应的深度映像并且将所述深度映像转换为点云,其包括具有相应的矢量的顶点的映像,在其中每个点被分配一x,y和z(深度)坐标;
所述处理器将所述点云转换成表面网格,在其中所述用户的身体表面上的点被连接,所述网格跟随所述用户的身体表面形状、纹理和轮廓;
当穿戴所述设备时,通过映射所述用户的关节、分配关节位置至在所述映射上的匹配区域、生成内部模型操纵、附接所述内部模型操纵到所述网格和模型,以及分配影响的区域到所述网格和所述模型的表面,所述处理器将所述表面网格转换成功能角色模型,其动画地反映所述用户的运动。
10.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,进一步包括光成像系统,其具有一个或多个光发射器,其包括以下任一个:
一个或多个窄的光束发射器或一个或多个宽的光束发射器可以被分配以沿着X和Y轴网格上下和来回移动一个或多个光束的焦点,扫描所述手、身体、周围对象和表面;
结构化的光成像系统,其具有一个或多个光发射器和扩散器,其在所述用户的手、身体、周围的对象和表面的顶部和底部产生光散斑图案;
红外光成像和光谱学系统,其具有一个或多个红外(IR)和近红外光发射器和传感器,用于连续成像、监视和记录所述用户的生物统计数据;或
投影系统,其具有一个或多个光发射器,用于投射全色图像、视频和/或交互的图形用户界面到所述用户的手、手指、身体和周围对象和表面上。
11.根据权利要求10所述的手腕装载的计算设备,其中在所述手腕装载的计算设备内的所述一个或多个窄的光束发射器或所述一个或多个宽的光束发射器和扫描系统可以被分配以在所述扫描过程中沿着X和Y轴网格构造上下和来回移动一个或多个光束的所述焦点。
12.根据权利要求10所述的手腕装载的计算设备,其中所述手腕装载的计算设备内的结构化的光成像系统在所述用户的手、身体、周围对象和表面上产生光散斑图案,其中所述手腕装载的计算设备内的一个或多个相机传感器识别所述光散斑图案,其中偏离目标平面的每个点的方向反射落在照相机传感器内的不同的像素上,并且其中每一光束被三角化来确定所述目标表面的位置、深度和形状。
13.根据权利要求10所述的手腕装载的计算设备,其中所述手腕装载的计算设备内的结构化的光成像系统被用于深度映射所述手、身体、周围对象和环境。
14.根据权利要求10的所述的手腕装载的计算设备,其中顶部和底部模块双手腕朝向红外(IR)以及近红外成像以及传感器系统启动心脏监测仪、脉搏血氧仪、血糖仪、温度计、心电图(ECG)和电响应系统;
其中在所述手腕的两侧上的两个调制波长成像和传感器系统能够使用相同或不同的IR和近IR波长同时执行相同或不同的任务来测量所述用户的心脏速率、血氧、血糖、体温、电活动、皮肤电导、身体压力和睡眠模式;
其中,顶部和底部模块手腕成像系统通过使用不同波长执行相同的任务能够协作地操作,并且两个模块转移所述不同波长直到两个模块实现相同或类似的读数,以实现并验证更准确的测量;以及
其中每一模块可以独立地执行相同或不同的任务以扩大功能和效率。
15.根据权利要求10所述的手腕装载的计算设备,其中所述手腕计算控制器内的激光投影仪或其他光成像系统投射和映射彩色图像、视频和/或交互的图像用户界面到所述用户的手、手指、身体和/或其他周围对象和表面上;
其中基于所述手腕装载的计算设备和投影仪到所述用户的手和手指或所述其他周围对象和表面的表面的位置、角度和距离,所述手腕装载的计算设备内的所述处理器和投影仪连续地调整所投射的图像、视频和/或交互的图像用户界面的角度、大小、形状和内容,以适应并勾勒出所述用户的手和手指或所述其他周围对象和表面的大小、形状、位置和表面的轮廓。
16.根据权利要求10所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
3D手势界面连接系统,其用于虚拟或物理用户界面的多点控制,结合所述用户的手、手指、身体和外部对象以用于在2D或3D虚拟或物理环境中的界面连接;
其中为了界面连接和控制被显示在所述手腕上显示的、被投射到所述用户的手、手指、周围对象和表面上的图形用户界面、虚拟对象或环境,和/或控制远程联网设备、平视显示器,界面,对象或计算环境的目的,所述3D手势界面连接系统能够连续地映射并识别所述用户的手和手指相对于所述手腕装载的设备、周围对象和表面、远程设备和/或所述2D或3D虚拟或物理环境的空间位置,并且分配一个或多个控制和/或功能的点到每个手指的指尖和/或到所述用户的手和手指上的其他点。
17.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,其中一个或多个光学传感器进一步包括多透镜阵列,其被独立地使用或与所述手腕装载的计算设备内的结构化的光成像及扫描系统组合地使用以用于所述手、身体、周围对象和环境的深度和色彩映射、建模和成像。
18.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
具有视野的照相机;
其中一个或多个光学传感器进一步包括多透镜阵列,其被独立地使用或与所述手腕装载的计算设备内的结构化的光成像及扫描系统、传感器映射系统以及位置和定向模块协作地使用以动态地和连续地识别、监测和映射所述用户的手、手指、身体和在其视野内的周围对象的位置和运动;
其中所述手腕装载的计算设备内的所述处理器处理所述光学的和光成像和扫描数据、网络传感器数据和位置和定向数据来计算在所述照相机的视野内的所述用户的手、手指、身体和周围对象的精确的x,y和z空间和深度坐标,生成映射对象的3D模型,识别在所述映射对象上的关节和控制点以及网络传感器,以及将他们分配给所述3D模型,动态地和连续地更新并记录所述映射对象的所述运动和位置并且把所述3D模型制成动画以反应映射对象和表面的所述运动和位置。
19.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,其中在扫描和成像所述用户的身体表面并且创建相应的深度映射之后,所述处理器可将所述相应的深度映像转换为点云,其包括具有相应的矢量的顶点的映像,在其中每个点被分配一x,y和z(深度)坐标;
然后所述处理器将所述点云转换成表面网格,在其中所述用户的身体表面上的点被连接,所述网格跟随用户的身体表面形状、纹理和轮廓;
然后,所述处理器将所述表面网格转换成功能角色模型,当穿戴所述手腕装载的计算设备时,通过映射所述用户的关节、分配关节位置至在所述功能角色模型上的匹配区域、生成模拟所述用户的骨骼和关节的内部操纵并附接所述内部操纵到所述网格和所述功能角色模型,以及分配影响的区域到所述网格和所述功能角色模型使得所述功能角色模型能够移动并被控制,其动画地反映所述用户的运动。
20.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
运动和定向模块,其用于确定相对于周围对象的所述手腕装载的计算设备的精确的高度、空间位置,方向性运动和定向;
其中所述处理器处理从与所述光学的和结构化光成像和扫描系统连接的所述定向模块接收的数据,以连续地更新映射并制成所述用户的手、手指和身体的模型的动画,并识别所述手腕装载的计算设备相对于所述周围的对象和环境的空间位置。
21.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
位置确定模块,其包括GPS、广域、局域和个人区域网、近场通信(NFC)射频(RF)和红外(IR)网络以及无线传感器网络(WSN),用于连续收集用于所述手腕装载的计算设备的室内和室外的位置数据并将位置数据分配给映射和成像的对象与环境,以及捕获的、记录的和/或传输的数据;
其中所述处理器处理从所述位置确定模块接收的与光映射、扫描、成像、投影和光学界面连接系统有关的数据,来连续更新所述手腕装载的计算设备的位置并计算所述手腕装载的计算设备在映射和物理环境中与周围对象之间的精确距离和相对位置。
22.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
通信模块,其包括配置成在所述手腕装载的计算设备与其它网络设备和传感器之间以及在所述手腕装载的计算设备与互联网、VPN或其它网络数据和/或媒体中心之间建立双向、多反馈、多通道和同步的多网、实时语音、数据和音视频通信的广域、局域和个人区域网、近场通信(NFC)、射频(RF)和红外(IR)网络以及无线传感器网络(WSN)。
23.根据权利要求21所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
传感器集成器和无线传感器网络(WSN),配置为在所述手腕装载的计算设备与一个或多个可穿戴、附着和/或移植在身上的传感器之间、或与远程传感器和无线网络设备之间操作对等网络的网状网络;
其中所述手腕计算控制器直接和/或通过网状网络与每个传感器通信,在所述网状网络中每个传感器作为一个节点操作,其中继数据到所述网络中的其它传感器或从所述网络中的其它传感器中继数据。
24.根据权利要求23所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
身体传感器映射系统,其为了计算运动中的身体的未来位置,被配置成通过识别每个传感器的3D位置、速度和加速度以及在用户身体上或内部的相关位置,产生可以在数学上用距离坐标x、y和z,速度坐标vx,vy和vz以及加速度坐标ax,ay和az来描述的身体的三维模型,来连续映射一个或多个身体穿戴的、附着的和/或植入的传感器的位置和空间位置以及来记录身体运动;
其中所述处理器识别并联网每个独立传感器和/或网状传感器组,所述手腕控制器能够将每个传感器的精确位置映射在所述用户的3D角色模型上,使所述手腕控制器能够捕获全身运动和加速度作为连续的数据流,并将该数据分配给所述用户的3D操纵的虚拟模型,以在虚拟环境中提供所述用户的身体的实时动画以及在物理环境中提供全身3D运动和手势界面连接。
25.根据权利要求23所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
远程传感器映射系统,其被配置成连续发送信号到一个或多个远程无线传感器和/或无线网络设备并从其接收信号,识别它们的位置、3D空间位置和方向;
其中所述处理器处理由信号接收模块接收的信号识别、方向定位、信号强度和其它信号数据,以确定一个或多个传感器的精确的x、y和z坐标以及空间位置,来建立网络传感器的3D映像。
26.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
在所述壳体模块之内的,配置成包括一个或多个动态触摸屏显示器、图像投影仪、麦克风、扬声器、摄影机、光学、运动和方向传感器、以及触觉(触觉)传感器阵列的软件和硬件组件;以及
其中所述处理器操作包括语音命令、立体声系统、音视频通信、触摸屏界面、投影界面、运动手势界面和触觉反馈的大量界面连接阵列;以及
其中用户可分配一个或多个界面连接系统以控制在所述手腕计算设备上的或在远程网络设备、界面、平台或计算环境上的具体任务、工作、应用或事件和/或对其作出响应。
27.根据权利要求25所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
语音命令模块,包括单声道或立体声麦克风、可定制可编程语音激活、语音识别和语音命令系统。
28.根据权利要求25所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
音频系统,包括嵌入式单声道或立体声扬声器和有线或无线耳机的立体声系统。
29.根据权利要求25所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
被配置成捕获、编辑、处理、显示和流动2D、3D或4D静态图像和动态视频的软件和硬件组件,具有机载或远程存储的音频,语音、映射和位置数据,传输和实时的语音数据和音频视频,其与一个或多个网络设备和/或因特网,VPN或其它网络数据和/或媒体中心通信。
30.根据权利要求25所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
用于个性化的图像显示的触摸屏显示和设备功能、显示内容和图形用户界面的触摸屏控制。
31.根据权利要求25所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
用于在任何表面的2D或3D投射界面的多点控制的投射界面连接系统;
其中所述处理器通过光映射和/或光学成像用户控制手和手指相对被映射到用户手和手指、身体和/或周围对象和/或表面上的互动式2D或3D图形用户界面显示的位置确定用户和被投射的用户界面的交互。
32.根据权利要求25所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
用于2D或3D用户界面、显示、虚拟或物理对象和/或计算环境的多点控制的动作手势界面连接系统;
其中所述处理器、光映射、光学成像、运动和定向、位置以及通信系统协同工作,以对所述用户的手、手指、身体和周围对象和环境进行动态地深映射和成像,并识别所述手腕计算控制器和所述用户的手、手指和身体相对周围对象、显示、界面和计算环境的位置、空间位置、方向运动和定位;
其中所述动作手势界面连接系统能够分配用户选择的控制点给所述用户的手、手指、身体和周围对象和表面,接着通过动态地识别和映射每个控制点相对一个或多个周围对象显示、界面、虚拟或物理物体和/或计算环境的x、y和z空间位置,使用一个或多个所述选择的控制点控制2D或3D对象和/或界面;以及
其中用户可对手和手指运动、手势的任何组合使用分配功能,和/或使一个或多个手指触碰到在用户手、手指、身体和/或周围映射对象和表面上的任何其它的手指或指定的点或区域,以执行指定的任务、设备功能或应用。
33.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
用于可编程触觉响应系统的触觉反馈阵列,其中手腕计算控制器包括在顶部和底部手腕单元上的触觉传感器的阵列,能使所述手腕装载的计算设备对微小的手指、手、手腕和身体动作产生复杂的振动响应和对各种物理交互和应用;
其中所述触觉响应系统也可用于表明进入的或发出的电话、文字或其它物理的或上下文的事件、到被识别的对象或个人的距离、分配的上下文应用、警报或监控的健康状态事件。
34.根据权利要求1所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
用于用户识别和授权的安全模块,其中所述安全模块包括下列中的至少一个:
手掌和指纹验证系统,其包括所述处理器和光学传感器和光成像系统,以用于连续的、用户发起的和/或基于事件的用户识别和授权的手掌和指纹扫描和成像;
手和手指映射系统,其包括所述处理器和光学传感器和光成像系统,以为连续的、用户发起的和/或基于事件的用户识别和授权映射和测量用户手和手指的尺寸;
生物验证系统,其包括所述处理器,顶部和底部手腕单元,调制红外(IR)和近红外波长的光成像、光谱和生物识别传感器系统,以为连续的、用户发起的和/或基于事件的用户识别和授权执行至少一个的:心电图(ECG)节律识别来识别用户独特的心脏速率变化,热皮肤成像和静电皮肤导电测量;
手势识别和授权系统,其包括所述处理器和所述光学传感器、光成像系统和运动和定位传感器,以产生所述用户手和手指的3D深度映射,并动态地映射用户手和手指的空间位置、方向运动和定位,启用3D多点手势界面连接系统,其中用户可产生并记录任何手和手指运动、手势的组合,或使一个或多个手指触碰到在用户手和手指上的任何其它的手指或指定的点或区域以产生用于用户识别和授权的基于手势的安全密码;
语音识别用户验证和授权系统;
投射界面密码或图形用户界面用户验证和识别系统,其包括所述处理器、图像投影仪和光学传感器和光成像系统,用于投射并映射图像、视频和/或交互的图形用户界面到用户手、手指、身体和/或周围对象或表面上,并利用所述用户的手、手指、身体或对象与所述投射图像、视频和/或用户界面进行界面连接以输入用户指定的密码,或者图形触摸或手势输入系统或应用,以用于用户验证和授权;以及
触摸屏界面密码或图形用户界面输入识别和授权系统,其包括所述处理器和触摸屏显示器,以输入用户指定的密码,或者图形触摸屏界面安全系统或应用,用于用户验证和授权,其可被单独执行,或与一个或多个所述手掌和指纹识别、手和手指映射识别和/或生物统计的用户验证和授权系统组合执行。
35.根据权利要求34所述的手腕装载的计算设备,进一步包括:
事件、交易、位置和/或基于上下文的自动的和/或用户发起的用户识别、验证和授权系统,其中所述处理器和安全模块,通过执行一个或多个的手掌和指纹识别、手和手指映射识别和/或生物识别系统,需要或不需要用户直接发起或激活,来自动识别并验证用户,以及与所述通信、位置和定位模块协同使用户能够执行文件加密或解密、远程访问和/或注册到操作计算系统、互联网、用户授权的网络、数据或媒体中心的任务,或执行物理的、位置或环境特定的动作。
36.一种用来界面连接计算设备和另一设备的计算机可执行方法,包括:
提供手腕装载的计算设备,其包括:
处理器执行指令用于以所述手腕装载的计算设备映射用户的身体的一部分,通过:
以一个或多个光发射器和多透镜阵列扫描所述用户的身体的表面,其中所述多透镜阵列包括立体阵列或全光阵列中的一个:
所述立体阵列通过确定场景中的两个或多个焦点的深度以及通过将一个图像的点和特征匹配到在其它图像中的相应点和特征确定在其他图像中的相应的点的深度来执行立体三角;或
所述全光阵列通过同时捕获多个视野深度、分配多个透镜至单个传感器并捕获来自整个视野的光和色,而每个透镜捕获不同的视野深度,从而将深度分配给捕获图像中的所有点;
处理经由所述扫描接收的数据以动态捕获任何的所述用户的手、身体、周围对象和环境的3D或4D多视野深度色彩成像,以创建所述用户的身体的所述表面的一个或多个映像;
以及
用所述身体的所述表面的所述一个或多个映像界面连接外部设备。
37.如权利要求36所述的方法,其中与外部设备界面连接包括:
以所述手腕装载的计算设备中的投影仪投射图形用户界面至表面上;以及使用由所述处理器创建的所述身体的所述表面的映像,确定用户和所述图形用户界面的交互。
38.如权利要求36所述的方法,其中界面连接外部设备包括:
使用由所述传感器创建的被扫描的身体的所述表面的映像,确定由所述用户执行的手势;以及
基于所述被确定的手势,发送预定信号至外部设备。
39.如权利要求36所述的方法,其中界面连接外部设备包括:
使用位置确定模块确定所述手腕装载的计算设备的位置;以及
基于所述手腕装载的计算设备的所述位置和由所述处理器创建的被扫描的身体的所述表面的所述映像,从多个可能的设备中确定特定的设备来界面连接。
40.如权利要求39所述的方法,其中确定所述手腕装载的计算设备的所述位置还包括:
扫描表面和所述周围对象;以及
处理所述手腕装载的计算设备中的处理器在所述扫描表面和所述周围对象步骤中接收的数据,以创建所述用户周围的环境的映像。
41.根据权利要求36所述的方法,进一步包括:
在扫描和成像所述用户的身体表面之后,所述处理器创建相应的深度映像并且将所述深度映像转换为点云,其包括具有相应的矢量的顶点的映像,在其中每个点被分配一x,y和z(深度)坐标;
所述处理器将所述点云转换成表面网格,在其中所述用户的身体表面上的点被连接,所述网格跟随所述用户的身体表面形状、纹理和轮廓;
当穿戴所述设备时,通过映射所述用户的关节、分配关节位置至在所述映射上的匹配区域、生成内部模型操纵、附接所述内部模型操纵到所述网格和模型,以及分配影响的区域到所述网格和所述模型的表面,所述处理器将所述表面网格转换成功能角色模型,其动画地反映所述用户的运动。
设备和方法
标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
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光谱仪和光谱学方法 | 2020-05-12 | 465 |
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用于光谱学的改进的机动可变路径长度单元 | 2020-05-15 | 309 |
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用于执行光谱学的系统 | 2020-05-12 | 966 |
可重新配置的光谱学系统 | 2020-05-13 | 229 |
红外光谱学系统 | 2020-05-11 | 961 |
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