DE-102024210622-A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von Kopfgesten

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erkennen von Kopfgesten werden Drehraten bezüglich dreier Koordinatenachsen eines Kopf-Koordinatensystems anhand von Sensordaten einer am Kopf getragenen Inertialsensoreinrichtung ermittelt. Mindestens eine Kopfgeste wird anhand der ermittelten Drehraten erkannt.

Inventors

• Sreepad Sudhakaran
• Kejia Wang
• HU WU
• Rudolf Bichler

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (11)

1. Verfahren zum Erkennen von Kopfgesten, mit den Schritten: Ermitteln (S4) von Drehraten bezüglich dreier Koordinatenachsen eines Kopf-Koordinatensystems, anhand von Sensordaten einer am Kopf getragenen Inertialsensoreinrichtung (2); und Erkennen (S5) mindestens einer Kopfgeste anhand der ermittelten Drehraten.
2. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Sensor-Koordinatensystem der Inertialsensoreinrichtung (2) ermittelte Drehraten in das Kopf-Koordinatensystems transformiert werden (S3).
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Kopfgeste erkannt wird, falls ein Absolutbetrag einer ersten Drehrate größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert ist, ein Absolutbetrag einer zweiten Drehrate kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert ist und ein Absolutbetrag einer dritten Drehrate kleiner als ein vorgegebener dritter Schwellenwert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , wobei eine Art der Kopfgeste anhand der der ersten Drehrate entsprechenden Koordinatenachse bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei erkennbare Kopfgesten ein Nicken des Kopfes, ein Schütteln des Kopfes und ein Neigen des Kopfes umfassen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 , wobei das Kopf-Koordinatensystem derart gewählt ist, dass eine Drehbewegung um eine erste Koordinatenachse (X) einem Nicken des Kopfes entspricht, eine Drehbewegung um eine zweite Koordinatenachse (Z) einem Schütteln des Kopfes entspricht und eine Drehbewegung um eine dritte Koordinatenachse (Y) einem Neigen des Kopfes entspricht.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei anhand einer Drehrichtung der Drehrate zwischen verschiedenen Kopfgesten unterschieden wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Fehlanpassung zwischen einem Sensor-Koordinatensystem und dem Kopf-Koordinatensystem korrigiert wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Wiederholungen oder Kombinationen von Kopfgesten ermittelt werden.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Kopfgeste weiter anhand einer Zeitdauer einer Kopfbewegung erkannt wird.
11. Vorrichtung (1) zum Erkennen von Kopfgesten, mit: einer am Kopf zu tragenden Inertialsensoreinrichtung (2), welche dazu ausgebildet ist, Sensordaten zu erzeugen; und einer Auswerteeinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, anhand der erzeugten Sensordaten Drehraten bezüglich dreier Koordinatenachsen eines Kopf-Koordinatensystems zu ermitteln, und mindestens eine Kopfgeste anhand der ermittelten Drehraten zu erkennen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Kopfgesten. Insbesondere betrifft die Erfindung am Kopf tragbare Vorrichtungen, welche Kopfgesten erkennen können oder Daten bereitstellen, um Kopfgesten zu erkennen. Stand der Technik In den letzten Jahren ist die Beliebtheit von tragbaren Audiogeräten, wie Ohrhörern und Over-Ear-Kopfhörern, stetig gestiegen. Diese Geräte integrieren zunehmend inertiale Sensoren. Dies ermöglicht fortschrittliche Funktionen wie Kopfbewegungsverfolgung, räumlichen Klang und Erkennung von Kopfgesten, die für verschiedene Anwendungen genutzt werden können, beispielsweise um Anrufe anzunehmen oder Musiktitel zu wechseln. Ein beispielhaftes Headset wird in CN 104 980 828 A beschrieben. Kopfgesten, wie Nicken oder Schütteln des Kopfes, sind gängige Kommunikationsmittel im Alltag und lassen sich mit tragbaren Geräten erfassen, um in Situationen, in denen die Hände beschäftigt sind, als Eingabemethode genutzt zu werden. In Augmented Reality (AR)- und Virtual Reality (VR)-Anwendungen kann der Benutzer beispielsweise mit Kopfbewegungen durch virtuelle Umgebungen navigieren und in diesen interagieren. Die Methoden zur Erkennung von Kopfgesten umfassen bild- oder videobasierte Ansätze, die die Gesichts- und Kopfposition verfolgen, und sensorgestützte Ansätze, die Beschleunigungssensoren und Gyroskope verwenden. Diese sensorgestützten Methoden sind weiter in Techniken zur Mustererkennung und maschinelles Lernen aufgeteilt. Letztere ermöglichen eine benutzerdefinierte Gestenerkennung in Echtzeit, müssen aber im Hinblick auf den Ressourcenverbrauch optimiert werden, um die Leistung tragbarer Geräte nicht zu überlasten. Offenbarung der Erfindung Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von Kopfgesten mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erkennen von Kopfgesten. Drehraten bezüglich dreier Koordinatenachsen eines Kopf-Koordinatensystems werden anhand von Sensordaten einer am Kopf getragenen Inertialsensoreinrichtung ermittelt. Mindestens eine Kopfgeste wird anhand der ermittelten Drehraten erkannt. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erkennen von Kopfgesten mit einer am Kopf zu tragenden Inertialsensoreinrichtung, welche Sensordaten erzeugt. Eine Auswerteeinrichtung ermittelt anhand der erzeugten Sensordaten Drehraten bezüglich dreier Koordinatenachsen eines Kopf-Koordinatensystems. Die Auswerteeinrichtung erkennt mindestens eine Kopfgeste anhand der ermittelten Drehraten. Vorteile der Erfindung Das Verfahren ist ohne große zusätzliche Speicherressourcen implementierbar, insbesondere wenn bereits eine Kopfverfolgung integriert ist. Außerdem werden die Kopfgesten im Kopf-Koordinatensystem auf intuitive Weise beschrieben. Kopfgesten können genau erkannt werden, da das Verfahren nur wenig durch Sensorfehlern wie Drift beeinflusst wird. Das Verfahren ist einfach und rechnerisch effizient, was zu einem geringeren Stromverbrauch führt, was insbesondere für Geräte mit begrenzter Akkulaufzeit von Vorteil ist. Außerdem ist das Verfahren nicht auf Vorabinformationen des Benutzers angewiesen, so dass es für alle Benutzer geeignet ist und eine benutzerfreundliche Lösung darstellt. Insgesamt bietet das Verfahren eine praktische und effiziente Lösung für die Erkennung von Kopfgesten. Es nutzt die mathematische Beschreibung von Gesten im Kopf-Koordinatensystem und gewährleistet so Genauigkeit und intuitive Benutzerfreundlichkeit. Darüber hinaus bietet das Verfahren Vorteile wie einen geringen Ressourcenbedarf, Robustheit gegenüber Sensorfehlern und universelle Anwendbarkeit. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen von Kopfgesten werden im Sensor-Koordinatensystem der Inertialsensoreinrichtung ermittelte Drehraten in das Kopf-Koordinatensystems transformiert. Dazu kann eine Transformation vom Sensor-Koordinatensystem in das Kopf-Koordinatensystem ermittelt werden. Dies kann etwa erfolgen, indem der Anwender aufgefordert wird, seinen Kopf in mindestens eine bestimmte Lage zu bringen. Beispielsweise kann der Anwender geradeaus schauen. Die Messsignale der Inertialsensoreinrichtung werden für diese Lage registriert. Lediglich die Gravitationskomponente leistet einen Beitrag zur Beschleunigung. Durch Rotation kann das Sensor-Koordinatensystem in das Kopf-Koordinatensystem transformiert werden, in welchem beispielsweise die Z-Achse parallel zur Gravitationsrichtung (in Richtung Erde) ausgerichtet ist. Der Nutzer kann weiter aufgefordert, den Kopf zu schütteln oder zu nicken, was es ermöglicht, die weiteren Achsen des Sensor-Koordinatensystems in das Kopf-Koordinatensystem zu transformieren. In anderen Ausführungsformen kann mindestens eine Achse bekannt sein, da diese etwa durch die Positionierung des Devices am Kopf stets im Wesentlichen in eine be