專利名稱：定位表面沖擊的方法及其實(shí)現(xiàn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位表面沖擊的方法和實(shí)現(xiàn)這些方法的設(shè)備。
更具體而言，本發(fā)明涉及一種方法，用于定位形成聲音接口的物體表面上的沖擊，其中表面構(gòu)成所述物體的一部分。該聲音接口具有至少一個(gè)聲敏傳感器(形成聲音接口的物體可以由單個(gè)部件構(gòu)成，或者由裝配在一起或者至少相互接觸的幾個(gè)部件構(gòu)成)，在該方法中，由形成聲音接口的物體上的所述沖擊生成的聲波檢測(cè)至少一個(gè)信號(hào)，并且通過對(duì)所述被檢測(cè)信號(hào)的處理對(duì)沖擊進(jìn)行定位。
背景技術(shù)：
在文件FR-A-2 811 107中，描述了這樣一個(gè)方法的實(shí)例，其尤其可以應(yīng)用于窗格(pane)。在該已知的方法中，通過測(cè)量聲波傳到不同傳感器的時(shí)間差異，來計(jì)算沖擊在物體表面的位置。
然而，該已知方法需要所用窗格有理想的均勻性和理想的表面狀態(tài)，窗格的各個(gè)區(qū)域需要特殊加工，尤其要防止聲波反射，假定準(zhǔn)確知道窗格的成分，則需要預(yù)先知道聲波在窗格內(nèi)的傳播速度，至少使用4個(gè)傳感器。
因此，該已知方法的實(shí)現(xiàn)非常昂貴，且不適用于已存在的物體，尤其不適用于多個(gè)部件組裝的不同類物體和形狀不規(guī)則的物體等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于特別消除這些不利因素。
基于該目的，根據(jù)本發(fā)明，所討論的這種方法的特征在于，該方法包括識(shí)別步驟，在該步驟中，將檢測(cè)信號(hào)與至少一個(gè)預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較，(該比較可以在時(shí)域和頻域進(jìn)行，可以在適當(dāng)?shù)那闆r下僅針對(duì)檢測(cè)信號(hào)的一部分進(jìn)行或者針對(duì)經(jīng)處理后的從該檢測(cè)信號(hào)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行，在這種情況下，所述預(yù)定信號(hào)可以減少為該比較針對(duì)的部分或者減少為該比較針對(duì)的數(shù)據(jù))該預(yù)定信號(hào)對(duì)應(yīng)于當(dāng)沖擊在至少一個(gè)敏感區(qū)域(10)產(chǎn)生時(shí)檢測(cè)的信號(hào)，該敏感區(qū)域?yàn)樾纬陕曇艚涌?5、3、16、18)的物體表面的一部分，并且當(dāng)檢測(cè)的信號(hào)與所述預(yù)定信號(hào)足夠相似時(shí)，將沖擊與所述的敏感區(qū)域(10)相關(guān)聯(lián)。
由于這些安排，可以得到?jīng)_擊定位方法，其是性能穩(wěn)定的，適用于所有物體(包括不同類的物體，這些物體由裝配在一起的幾個(gè)部件或者相互接觸放置的幾個(gè)部件構(gòu)成)，且應(yīng)用簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)。
在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，在適當(dāng)情況下，可以使用一個(gè)和/或其他的如下安排的聲音接口的物體表面包含幾個(gè)敏感區(qū)域(10)，并且在識(shí)別步驟中，將檢測(cè)的信號(hào)與幾個(gè)預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較，每個(gè)預(yù)定信號(hào)對(duì)應(yīng)沖擊在所述敏感區(qū)域(10)的其中一個(gè)產(chǎn)生時(shí)檢測(cè)的信號(hào)；使用單個(gè)聲敏傳感器；使用幾個(gè)聲敏傳感器(6)，并且在識(shí)別步驟中，每個(gè)聲敏傳感器檢測(cè)一個(gè)信號(hào)，并將不同聲敏傳感器檢測(cè)的信號(hào)以相互不同的方式與預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較；將不同聲敏傳感器檢測(cè)的信號(hào)以相互不同的方式與預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較；幾個(gè)聲敏傳感器用來測(cè)量幾個(gè)不同量級(jí)；最多使用兩個(gè)聲敏傳感器；該方法包括初始學(xué)習(xí)步驟，其間每個(gè)預(yù)定信號(hào)通過在每個(gè)敏感區(qū)上產(chǎn)生至少一個(gè)沖擊由實(shí)驗(yàn)確定；在識(shí)別步驟期間，通過互相關(guān)，將檢測(cè)的信號(hào)與所述至少一個(gè)預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較；在識(shí)別步驟中，通過從語音識(shí)別、信號(hào)識(shí)別、形狀識(shí)別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別中選擇的識(shí)別處理，將檢測(cè)的信號(hào)與所述至少一個(gè)預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較；在識(shí)別步驟中，檢測(cè)信號(hào)或者與單個(gè)敏感區(qū)域相關(guān)聯(lián)，或者與非敏感區(qū)相關(guān)聯(lián)；每個(gè)敏感區(qū)與預(yù)定信息要素相關(guān)聯(lián)，并且當(dāng)沖擊與敏感區(qū)域相關(guān)聯(lián)時(shí)，令電子設(shè)備使用對(duì)應(yīng)該敏感區(qū)的預(yù)定信息要素；形成聲音接口的物體表面包括n個(gè)敏感區(qū)域，n至少等于2，并且識(shí)別步驟包括以下子步驟在檢測(cè)信號(hào)與所述預(yù)定信號(hào)Ri(t)之間取互相關(guān)，i為1和n之間的自然數(shù)，其代表敏感區(qū)域，這樣得到互相關(guān)函數(shù)Ci(t)，確定可能受觸發(fā)的敏感區(qū)域j，其對(duì)應(yīng)互相關(guān)結(jié)果Cj(t)，Cj(t)具有大于其他結(jié)果Ci(t)幅值的最大幅值，還確定互相關(guān)結(jié)果的幅度最大值的分布D(i)D(i)＝Max(Ci(t))，還確定Rj(t)與各個(gè)預(yù)定信號(hào)Ri(t)間互相關(guān)結(jié)果C′i(t)的幅度最大值分布D′i(t)D′(i)＝Max(C′i(t))，根據(jù)分布函數(shù)D(i)和D′(i)之間的校正程度，確定在敏感區(qū)域j上是否產(chǎn)生了沖擊；在識(shí)別步驟中，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，以便從中提取代表檢測(cè)信號(hào)某些特征的數(shù)據(jù)，并且將提取的數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，這些參考數(shù)據(jù)從在每個(gè)敏感區(qū)域上產(chǎn)生沖擊時(shí)檢測(cè)的信號(hào)中提取；在識(shí)別步驟，根據(jù)從檢測(cè)信號(hào)提取的所述數(shù)據(jù)確定編碼，并且將該編碼與表格進(jìn)行比較，該表格給出至少某些編碼和每個(gè)敏感區(qū)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系；形成聲音接口的物體包括至少兩個(gè)敏感區(qū)域，并且在識(shí)別步驟中，確定代表檢測(cè)信號(hào)和預(yù)定信號(hào)間相似性的相似值(尤其是從互相關(guān)函數(shù)導(dǎo)出的值，例如其最大值)，將沖擊與幾個(gè)相鄰敏感區(qū)域相關(guān)聯(lián)，這些相鄰敏感區(qū)域?qū)?yīng)最大相似性，被稱為參考敏感區(qū)域，然后，根據(jù)屬于參考敏感區(qū)域的相似值，確定表面上沖擊的位置；確定表面上沖擊的位置，使得屬于參考敏感區(qū)域的相似值盡可能多地符合理論相似值，該理論相似值針對(duì)所述參考敏感區(qū)域，由表面上所述位置產(chǎn)生的沖擊計(jì)算得到；理論相似值是表面上沖擊位置的函數(shù)，表面上的沖擊位置針對(duì)每一可能的參考敏感區(qū)域集合預(yù)先確定；通過比較預(yù)定信號(hào)Ri(t)的相位和檢測(cè)信號(hào)的相位，來識(shí)別敏感區(qū)域；在學(xué)習(xí)階段，計(jì)算敏感區(qū)域i上沖擊產(chǎn)生的每個(gè)聲音信號(hào)Ri(t)的傅里葉變換計(jì)算傅里葉變換Ri(ω)＝|Ri(ω)|·eji(ω)，其中i為界于1和n之間的序號(hào)，并且通過該傅里葉變換，僅保留在頻帶ω內(nèi)的相位分量eji(ω)，其幅值|Ri(ω)|大于預(yù)定門限，然后，在設(shè)備常規(guī)操作期間，對(duì)每個(gè)檢測(cè)信號(hào)S(t)進(jìn)行相同的處理；預(yù)定門限等于MAX/D和|B(ω)|的最大值，其中MAX從模值|Ri(ω)|的最大值中選出，模值|Ri(ω)|的最大值在能量上被歸一化，并且模值|Ri(ω)|平均值包絡(luò)的最大值也分別在能量上被歸一化，D為常數(shù)，|B(ω)|為不同時(shí)刻獲得的形成聲音接口的物體中幾個(gè)噪聲譜的平均值；在設(shè)備的常規(guī)操作期間計(jì)算積Pi(ω)作為參考，積Pi(ω)等于S′(ω)與Ri′(ω)共軛的乘積，其中i＝1...n，然后對(duì)Pi(ω)歸一化，然后計(jì)算所有積Pi(ω)的傅里葉反變換，并得到時(shí)域函數(shù)Xi(t)，以及根據(jù)所述時(shí)域函數(shù)Xi(t)，信號(hào)S(t)屬于敏感區(qū)域。
此外，本發(fā)明的另外一個(gè)目的為提供尤其適合實(shí)現(xiàn)上述接口方法的設(shè)備。
本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)將參照附圖，通過對(duì)五個(gè)實(shí)施方式的描述，以非限制性的例子給出。


在附圖中圖1是示例性設(shè)備的透視示意圖，該設(shè)備包括聲音接口，該接口適合實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的方法，圖2是圖1設(shè)備的方框圖，圖3是示例性方法的圖，該方法用于關(guān)聯(lián)圖1所示聲音接口表面上的沖擊與該表面上敏感區(qū)域，圖4是聲音接口的示意圖，該聲音接口可在用于實(shí)施該發(fā)明第二實(shí)施方式方法的設(shè)備內(nèi)使用，圖5是示例性設(shè)備的方框圖，其可使用圖4的輸入接口，以及圖6至圖9是聲音接口的示意圖，該聲音接口可在實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明第三、第四和第五實(shí)施方式方法的設(shè)備中使用。
具體實(shí)施例方式
在不同的附圖中，相同標(biāo)號(hào)的代表相同或相似的元件。
圖1描述用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)備1，該設(shè)備包括微型計(jì)算機(jī)中央處理單元2，連接到中央處理單元2的顯示屏3，和聲音輸入接口4，其在所討論實(shí)例中同中央處理單元2進(jìn)行信息通信。
聲音輸入接口4包括一個(gè)固態(tài)物體5，此處由桌子組成，在其表面9上的沖擊生成的聲波在其中傳播，如此后解釋的一樣。
然而，需要注意，形成聲音接口的物體可以包括同類的或不同類的任何其他物體，這些物體由單個(gè)部件構(gòu)成，或者由裝配在一起或者簡(jiǎn)單地相互接觸的幾個(gè)部件構(gòu)成，例如窗格、門、窗戶、便攜托盤、計(jì)算機(jī)屏幕、顯示面板、交互終端、玩具、車載儀表盤、汽車或飛機(jī)前座位靠背的背部、墻、地板、車輛防護(hù)板(聲音接口傳輸?shù)男畔⑹窃诜雷o(hù)板的沖擊位置)等。
至少一個(gè)聲敏傳感器6(例子中僅畫出一個(gè)傳感器6)緊鄰物體5，例如，聲敏傳感器6連至中央處理單元2的麥克風(fēng)輸入7，通過電纜8或通過其他傳輸方式(無線，紅外或其他)以便檢測(cè)所述聲波，并將它們傳至中央處理單元2。
聲敏傳感器6，例如，可以是壓電傳感器或其他的(例如電容性傳感器、磁致伸縮傳感器、電磁傳感器、聲敏速度計(jì)、光敏傳感器[激光干涉計(jì)、激光振動(dòng)計(jì)等]等)。它適合測(cè)量例如由于聲波在形成聲音接口的物體5中傳播引起的運(yùn)動(dòng)幅度，或者該運(yùn)動(dòng)的速度或加速度，或者它包括壓力傳感器，測(cè)量由于聲波在物體5中的傳播引起的壓力變化。
在物體5的外表面9上(在這種情況下，在形成圖1所示例的所述物體5桌子的上表面)定義幾個(gè)敏感區(qū)域10，舉例來說，可以這樣界定通過可移動(dòng)或固定的物理標(biāo)記，粘貼于物體5的表面9，或者通過在表面9上投影圖像獲得發(fā)光標(biāo)記。
尤其為了使系統(tǒng)有更高的可靠性，表面9也可以包括禁止生成沖擊的部分，比如說，可以用一種材料覆蓋這些部分，該材料是柔軟的或用戶完全難以接近的。
各個(gè)敏感區(qū)域10，可以僅是表面9的一部分，這一部分和表面9的其余部分相同。但是，這些敏感區(qū)域彼此間的不同之處以及與表面9的其余部分間的不同之處在于，在區(qū)域10之一上的沖擊生成的聲音信號(hào)，不同于另一個(gè)敏感區(qū)域10上或表面9另一部分上沖擊生成的信號(hào)。
每個(gè)敏感區(qū)域10與預(yù)定的信息要素相關(guān)聯(lián)，該要素是用戶希望與中央處理單元2通信的內(nèi)容。所討論的信息可以是，比如說，命令、數(shù)字、字母、表面9上的位置，或者通過諸如鍵盤、控制按鈕、鼠標(biāo)或者其他的常規(guī)輸入接口，通常傳輸給象微型計(jì)算機(jī)這樣的電子設(shè)備(或者另一電子設(shè)備的中央處理單元)的任何其他信息。
所討論信息，在適當(dāng)情況下，可以在表面9上標(biāo)記10a以更清晰顯示(至于區(qū)域10的標(biāo)識(shí)符，這些標(biāo)記以永久或可移除方式物理粘貼于表面9，或者以發(fā)光圖像的形式投影于所述表面9上)。
作為一種變形，物體5的表面9可以僅包括用以將敏感區(qū)域彼此區(qū)別的標(biāo)識(shí)符(物理粘貼的或發(fā)光的)。比如說，這些標(biāo)識(shí)符可以是數(shù)字或顏色，并且其含義的提示，在需要的情況下，可由中央處理單元2在顯示屏3上顯示給出。
在需要的情況下，表面9也可以不包括標(biāo)記，不包括劃分敏感區(qū)域的記號(hào)或標(biāo)識(shí)他們對(duì)應(yīng)的信息的記號(hào)，在這種情況下，只有設(shè)備1的授權(quán)用戶知道敏感區(qū)域10。
應(yīng)該指出，與每個(gè)敏感區(qū)域10相聯(lián)系的預(yù)定信息要素，總是相同的或隨中央處理單元2中程序的運(yùn)行而變化，或者依賴其他敏感區(qū)域10(比如說，某些敏感區(qū)域10可以被激活，從而改變屬于(attributedto)一個(gè)或多個(gè)后來被激活的敏感區(qū)域10的功能，以便例如訪問特殊的功能、特殊的符號(hào)或改變字母為大寫方式等)。
因此物體5的不同敏感區(qū)域10組成真正的虛擬鍵盤，其可以通過使用指甲、指尖、如筆、探針等的其他物體敲擊敏感區(qū)域來啟動(dòng)。
應(yīng)該指出，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，最簡(jiǎn)單的情況下，物體5的表面9包括單個(gè)敏感區(qū)域10，然而該敏感區(qū)域10并不延伸到整個(gè)表面9，且優(yōu)選地建立于所述表面9的一小部分上。
如圖2所示，傳感器6(SENS)常規(guī)地通過輸入7連至放大器11，放大器本身連至模數(shù)轉(zhuǎn)換器12(A/D)，其傳輸所接收的信號(hào)給中央處理單元(CPU)2的處理器13，該處理器又連至一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器14(MEM)，并控制上述的屏幕3(SCR)或任何其他發(fā)送信息給用戶的輸出接口。
應(yīng)該指出，聲音接口4可以作為輸入信息給任何電子設(shè)備的接口，而不僅是微型計(jì)算機(jī)，比如說，家用或商用電子設(shè)備、數(shù)字編碼器、車載電子中央處理單元等。在各種情況下，傳感器或傳感器6生成的電子信號(hào)，或者在該電子設(shè)備中或者在外部數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備(DSP)中處理。
在使用上述設(shè)備1期間，當(dāng)用戶在物體5的表面9上產(chǎn)生沖擊時(shí)，該沖擊產(chǎn)生聲波，其在物體5中傳播至聲敏傳感器6。然后，聲敏傳感器6生成電子信號(hào)S(t)，該信號(hào)數(shù)字化后，被處理器13(或者中央處理單元2內(nèi)部或外部的另一專用處理器)處理。
然后，處理器13將接收到的信號(hào)與信號(hào)庫的各個(gè)預(yù)定信號(hào)比較，信號(hào)庫預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器14中，這些預(yù)定信號(hào)分別對(duì)應(yīng)物體5的不同敏感區(qū)域10上生成的沖擊。
該比較用于確定聲音信號(hào)是否源于敏感區(qū)域10之一，并且不考慮所述敏感表面的刺激模式(沖擊來自指甲、指尖、手掌、象鋼筆或探針的物體等)。
信號(hào)庫的這些預(yù)定信號(hào)已在初始學(xué)習(xí)階段期間確定。該階段中，在物體5的所有敏感區(qū)域10上生成連續(xù)沖擊，通過記錄中央處理單元2通過聲敏傳感器6接收到的相應(yīng)信號(hào)(優(yōu)選地歸一化后，例如使得每個(gè)參考信號(hào)的能量等于1)，確定預(yù)定信號(hào)。
作為變形，當(dāng)物體5有簡(jiǎn)單的和/或重復(fù)的幾何形狀時(shí)，僅通過建模，就可獲得信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào)或者通過實(shí)驗(yàn)一次就可以確定一系列同樣物體的所有物體5的信號(hào)庫預(yù)定信號(hào)因此，在這兩種情況下，對(duì)于連接至中央處理單元2的特定的物體5，沒有預(yù)先學(xué)習(xí)階段，而是簡(jiǎn)單地將信號(hào)庫安裝在所述中央處理單元的存儲(chǔ)器14中。
應(yīng)該指出，在有些情況下(尤其如果物體5是木制的)，信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào)可以根據(jù)周圍的環(huán)境條件，特別是溫度和濕度進(jìn)行改變。這些變化可以計(jì)算得到，或是作為新學(xué)習(xí)階段的結(jié)果。
將使用設(shè)備1期間接收的信號(hào)與信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào)比較直接根據(jù)從傳感器6接收到的時(shí)域信號(hào)S(t)，或者根據(jù)這些信號(hào)的頻譜(比如說，對(duì)從傳感器6接收到的時(shí)域信號(hào)作傅里葉變換后)，
或者根據(jù)信號(hào)的其他數(shù)據(jù)特征，尤其是其相位。
被檢測(cè)的信號(hào)可以通過任何已知的方式，與信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào)比較，特別是通過互相關(guān)，通過語音識(shí)別、信號(hào)識(shí)別或形狀識(shí)別的已知方法，通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或其他。
作為一個(gè)更確切的實(shí)例，以下方法尤其可以用來識(shí)別產(chǎn)生被檢測(cè)信號(hào)S(t)的敏感區(qū)域10(1)對(duì)被檢測(cè)信號(hào)S(t)歸一化后(例如校準(zhǔn)S(t)使得其能量等于1)，將傳感器6生成的信號(hào)S(t)，與表示為Ri(t)的信號(hào)庫中的n個(gè)已歸一化的預(yù)定信號(hào)取互相關(guān)，其中i＝1...n。那么，可以得到函數(shù)Ci(t)，其為信號(hào)S(t)分別與信號(hào)庫的信號(hào)Ri(t)取互相關(guān)之積的時(shí)域結(jié)果?；谶@些計(jì)算，可以確定可能受觸發(fā)的敏感區(qū)域j，其對(duì)應(yīng)于具有大于其他結(jié)果Ci(t)的最大幅值的互相關(guān)結(jié)果Cj(t)。
(2)也可確定互相關(guān)結(jié)果的最大幅值的分布D(i)D(i)＝Max(Ci(t))，其中i＝1...n。
(3)只需用Rj(t)代替S(t)，第二個(gè)分布函數(shù)D′(i)可用計(jì)算函數(shù)D(i)的相同方式計(jì)算得到。
(4)對(duì)最大幅值分布D(i)與D′(i)的互相關(guān)進(jìn)行計(jì)算。如果D(i)與D′(i)的互相關(guān)結(jié)果的最大幅值E足夠大，那么，j為考慮的受觸發(fā)區(qū)域序號(hào)。否則，傳感器生成的信號(hào)對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤報(bào)警。
在步驟(4)期間，對(duì)E和D(i)的最大值或Max(D(i))簡(jiǎn)單計(jì)算如下如果將這兩個(gè)值作為兩維空間中點(diǎn)的坐標(biāo)，x＝Max(D(i))且y＝E，如圖3所示，曲線L的端點(diǎn)(通過經(jīng)驗(yàn)或計(jì)算)預(yù)先確定，劃分出對(duì)應(yīng)有效點(diǎn)的區(qū)域D(該區(qū)域是有限的，并限于x＝1和y＝1，D(i)和E的最大絕對(duì)值)。而對(duì)于給出點(diǎn)在區(qū)域D外的被檢測(cè)信號(hào)，作為錯(cuò)誤報(bào)警排除。
在該例中，直線D是例如通過點(diǎn)(S1，0)和(0，S2)的直線。例如，S1＝0.4且S2＝0.4或0.6。
應(yīng)該指出，除識(shí)別產(chǎn)生沖擊的敏感區(qū)域10之外，比如說，還可以根據(jù)沖擊的強(qiáng)度測(cè)量沖擊力，例如用于指導(dǎo)用戶如何使用聲音接口或調(diào)整敏感區(qū)域10上由沖擊觸發(fā)的活動(dòng)。
還應(yīng)該指出，對(duì)源自敏感區(qū)域10的信號(hào)，在必要情況下，通過使用接收信號(hào)S(t)的一部分，或者使用它們頻譜的一部分，或者更通常使用它們的特征的一部分進(jìn)行識(shí)別。在這種情況下，識(shí)別步驟期間，對(duì)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行處理，以從中提取代表所檢測(cè)信號(hào)某些特征的數(shù)據(jù)，然后，將提取的數(shù)據(jù)與從沖擊在每個(gè)敏感區(qū)域生成時(shí)所檢測(cè)的信號(hào)中提取的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
因此，舉例說，可測(cè)量m個(gè)預(yù)定頻率的信號(hào)幅值和相位(m為至少等于1的自然數(shù))，并將這些測(cè)量幅值a1-am和測(cè)量相位p1-pn，同學(xué)習(xí)階段期間(或通過建模確定)針對(duì)序號(hào)為i(i在1和n之間，其中n為敏感區(qū)域10的數(shù)目)的各個(gè)敏感區(qū)域10接收的信號(hào)在所述預(yù)定頻率的測(cè)量幅值A(chǔ)i1-Aim和測(cè)量相位Pi1-Pim進(jìn)行比較。
作為變形，依據(jù)從檢測(cè)信號(hào)中提取的所述數(shù)據(jù)，確定一個(gè)編碼，并將該編碼與一個(gè)表相比較，該表給出至少某些編碼和每個(gè)敏感區(qū)域間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(則包含在表中的編碼代表上述信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào))。
作為非限制性的實(shí)例，16位編碼可以根據(jù)檢測(cè)信號(hào)S(t)確定，方式如下編碼的前8位，根據(jù)信號(hào)S(t)的頻譜確定，信號(hào)S(t)被細(xì)分為8個(gè)預(yù)定頻段[fk，fk+1]，k＝1...8比如說，如果在頻率fk+1，頻譜給出的最終能量值大于聲波在頻帶[fk，fk+1]內(nèi)的平均能量值，則第k位等于1，否則該位為0。
編碼的后8位，根據(jù)時(shí)域信號(hào)S(t)確定，信號(hào)S(t)被細(xì)分為9個(gè)預(yù)定時(shí)段[tk，tk+1]，k＝1...9比如說，如果在[tk，tk+1]時(shí)段內(nèi)的信號(hào)功率平均值大于在時(shí)段[tk+1，tk+2]，k＝1...8內(nèi)的信號(hào)功率平均值，則第k+8位等于1，否則該位為0。
在該特定的例子中，在學(xué)習(xí)階段期間，通過如上說明計(jì)算的編碼，(這些編碼對(duì)應(yīng)于不同敏感區(qū)域10上生成沖擊時(shí)，聲敏傳感器6檢測(cè)的信號(hào))確定對(duì)應(yīng)關(guān)系表中的編碼。
此外，如圖4和圖5所示，可以使用兩個(gè)聲敏傳感器6(SENS.1和SENS.2)，尤其當(dāng)物體5是對(duì)稱的，這導(dǎo)致來自兩個(gè)不同敏感區(qū)域10的信號(hào)間有產(chǎn)生混迭的風(fēng)險(xiǎn)。在適當(dāng)情況下，可使用多于兩個(gè)的聲敏傳感器6，盡管優(yōu)選的方案需要一個(gè)或者兩個(gè)傳感器6。
當(dāng)使用兩個(gè)或更多的傳感器時(shí)，可以有兩個(gè)選擇1)對(duì)各個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行混合，并根據(jù)上述方法，處理全部信號(hào)，2)或者，優(yōu)選地，使用上述方法，對(duì)各個(gè)傳感器的信號(hào)單獨(dú)處理，并對(duì)結(jié)果相互校驗(yàn)如果根據(jù)各個(gè)傳感器確定的敏感區(qū)域10有同樣的序號(hào)，那么接收到?jīng)_擊的區(qū)域確定是后者。在其他情況下，或者認(rèn)為檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤報(bào)警，或者通過例如互相關(guān)或通過象神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其他更復(fù)雜的方式確定接收到?jīng)_擊的區(qū)域，所述互相關(guān)是針對(duì)每個(gè)傳感器確定的互相關(guān)函數(shù)Ci(t)之間的互相關(guān)。
應(yīng)該指出，兩個(gè)聲敏傳感器可以是不同類型和/或者檢測(cè)不同的幅值和/或者它們的信號(hào)以不同方式處理，以識(shí)別接收沖擊的敏感區(qū)域10。例如，聲敏傳感器之一用來記錄接收的信號(hào)S(t)，而其他的可以僅用來確定聲波到達(dá)兩個(gè)傳感器的時(shí)間差。
第二個(gè)傳感器不會(huì)進(jìn)一步檢測(cè)在固態(tài)物體5中傳播的聲波，而是檢測(cè)在沖擊時(shí)空氣中傳播的聲波。
如圖6所示，形成聲音接口的物體包括傳感器6所粘貼的計(jì)算機(jī)屏幕3或者電視機(jī)屏幕。接收沖擊的表面優(yōu)選地是屏幕的平面15，屏幕的平面15尤其可用于令屏幕3顯示敏感區(qū)域10的邊界和它們的含義。比如說，該變形可用于控制視頻磁帶記錄儀，尤其是當(dāng)屏幕3是電視機(jī)屏幕時(shí)(中央處理單元2由視頻磁帶記錄儀代替)。
如圖7所示，形成聲音接口的物體還包括玻璃面板門16或者類似物。在圖7所示的例子中，支撐敏感區(qū)域10的表面17包括門的光滑表面，并且仍然在該圖所示的特定例子中，聲敏傳感器6粘貼于門16的木制部分。
在圖8所示的實(shí)例中，形成聲音接口的物體是托盤18，其特別設(shè)計(jì)以充當(dāng)聲音接口。比如說，該托盤可以包含保護(hù)基部20的剛性邊框19，基部20也是剛性的，其支撐聲敏傳感器6。
例如由人造橡膠制成的柔性膜22在邊框19上延伸，在基部21上邊不遠(yuǎn)處。該柔性膜22在其底面(比如說，可以是粘在膜22下邊的玻璃半球)下有剛性突起23。因此，當(dāng)用戶在膜22上，尤其在由該膜支撐的敏感區(qū)域10上輕擊時(shí)，這個(gè)動(dòng)作至少在一個(gè)突起23上生成沖擊，該突起位于托盤18邊框的底部21。該變形的優(yōu)點(diǎn)是沖擊的產(chǎn)生更少的依賴用戶在膜22上輕擊的方式(用手指或指甲或工具，用較大或較小的力氣，等等)。
在圖6至圖8的實(shí)施方式中，實(shí)現(xiàn)的方法可以和先前描述的方法相同或者相似，并用于提供一種與形成聲音接口的物體表面上產(chǎn)生的沖擊對(duì)應(yīng)的方法，所述物體表面或者有敏感區(qū)域10或者沒有敏感區(qū)域。
但是，在本發(fā)明的使用幾個(gè)敏感表面(在需要的情況下，可以是點(diǎn)狀的)的所有實(shí)施方式中，還可以確定沖擊在形成聲音接口的物體5的表面9上的位置(見圖9的實(shí)例)，即使當(dāng)沖擊沒有在敏感區(qū)域之一上時(shí)。因此，可以得到連續(xù)或假連續(xù)的聲音接口(比如說，使操作類似于計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、光筆、觸摸屏或者類似物)。
在這種情形下，在識(shí)別步驟期間確定代表檢測(cè)信號(hào)和預(yù)定信號(hào)之間相似性的相似值(尤其是，源自上述互相關(guān)函數(shù)Ci(t)的值，例如，上邊定義的其最大值D(i))，沖擊與至少等于2的p個(gè)相鄰敏感區(qū)域建立關(guān)聯(lián)，這些相鄰敏感區(qū)域?qū)?yīng)最大相似性，并稱為參考敏感區(qū)域R1-R4(p優(yōu)選為4，尤其針對(duì)根據(jù)x，y兩維定位沖擊的情況，或者，在適當(dāng)?shù)那闆r下，小于4，尤其對(duì)僅根據(jù)一維x或y定位沖擊的情況)舉例來說，區(qū)域R1首先被確定為有最大相似值D(i)的敏感區(qū)域10，那么，通過與R1相鄰的敏感區(qū)域R2-R4三個(gè)區(qū)域可確定，其給出相似值D(i)最高值。
于是，將沖擊I在表面9上的位置確定為屬于參考敏感區(qū)域R1-R4的相似值D(i)的函數(shù)。
在該最后的步驟中，可以有利的確定沖擊在表面的位置，使得屬于參考敏感區(qū)域的相似值也符合針對(duì)所述參考敏感區(qū)域在表面上所述位置產(chǎn)生沖擊的計(jì)算所得的理論相似值。
這些理論相似值尤其可以是沖擊在表面位置的函數(shù)，該沖擊在表面的位置對(duì)應(yīng)于每一可能的參考敏感區(qū)域集合被預(yù)先確定。
所討論的函數(shù)可以比如說，通過調(diào)整敏感區(qū)域之間相似值的典型函數(shù)在學(xué)習(xí)步驟期間確定。所討論的典型函數(shù)依賴于物體形狀，并通過理論或?qū)嶒?yàn)預(yù)先確定。
取一個(gè)實(shí)例，表面9上兩個(gè)點(diǎn)X和Y間的理論相似性函數(shù)Rth(X，Y)，對(duì)應(yīng)信號(hào)Sx(t)和Sy(t)的互相關(guān)函數(shù)的最大值。在這兩個(gè)點(diǎn)X和Y產(chǎn)生沖擊時(shí)，Sx(t)和Sy(t)由傳感器6分別檢測(cè)得到，舉例說，該函數(shù)是這樣的類型Rth(X，Y)＝(sin(a(β).d)/(a(β).d)，近似于例如Rth(X，Y)＝1-(a(β).d)2/6，其中d為X和Y之間的距離，β是例如x軸(或y軸)和X-Y方向的夾角，并且a(β)表示依賴于角度β的系數(shù)，根據(jù)橢圓函數(shù)a(β)＝a1.cos(β+β0)+a2.sin(β+β0)，其中β0為代表橢圓位置的角度。
根據(jù)信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào)Ri(t)，可以針對(duì)敏感參考區(qū)域R1-R4的每一可能集合確定函數(shù)Rth，預(yù)定信號(hào)Ri(t)在學(xué)習(xí)階段期間，由參考敏感區(qū)域上分別生成的沖擊檢測(cè)。
因此，對(duì)于四個(gè)參考區(qū)域R1-R4的給定集合，R1對(duì)應(yīng)的信號(hào)R1(t)的最大互相關(guān)函數(shù)可以計(jì)算得到，每個(gè)信號(hào)R2(t)、R3(t)、R4(t)對(duì)應(yīng)區(qū)域R2-R4。由此推導(dǎo)出a1，a2和β0的值。對(duì)參考區(qū)域R2、R3和R4執(zhí)行相同的處理，給出每種情形下a1，a2和β0的值，然后分別對(duì)a1，a2和β0的四個(gè)值取平均，得到平均值這些平均值確定關(guān)于所有的參考區(qū)域R1-R4的函數(shù)Rth。作為變形，函數(shù)Rth由迭代優(yōu)化處理(最小平方(the least squares)方法類型)確定，以便令理論相似函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)的最大值間的誤差函數(shù)得到最小值，互相關(guān)函數(shù)由信號(hào)R1(t)、R2(t)、R3(t)、R4(t)一次取兩個(gè)得到。
當(dāng)上述理論相似函數(shù)Rth已被確定，當(dāng)需要確定沖擊I在四個(gè)相鄰敏感區(qū)域R1-R4(有利的是點(diǎn)狀)之間的位置時(shí)，比如說，通過最小化誤差函數(shù)的迭代優(yōu)化處理確定該位置。該誤差函數(shù)是先前定義的值D(i)(D(i)＝Max(Ci(t))間的誤差的函數(shù)，其中的i是所討論的參考敏感區(qū)域Ri的序號(hào))和理論相似值Rth(I，Ri)的差。例如，誤差函數(shù)E等于(D(i)-Rth(I，Ri))2的值的和，其可以被最小化。
當(dāng)然，這里描述的方法不僅限于已描述的實(shí)例，其還有很多應(yīng)用，其中有窗格或其他表面作為輸入接口4的使用，在商店、博物館、藝術(shù)畫廊或者其他允許顧客或參觀者將展出產(chǎn)品或作品的詳細(xì)內(nèi)容顯示在屏幕上或通過擴(kuò)音器進(jìn)行展示的地方，窗格或其他顯示面板表面作為輸入接口4的使用，舉例來說，允許過路人顯示公開展示條目的詳情，或者顯示關(guān)于社區(qū)或者另一地方的概括信息(例如新聞或?qū)嵱眯畔ⅲ缒硤?chǎng)所的平面圖)，或者其他，這些被顯示在顯示屏上的詳情或信息，在顯示面板的較低部分可以看見，墻壁、地面或任何其他物體的部分作為輸入接口4的使用，舉例來說，用于控制住宅自動(dòng)系統(tǒng)(公寓居民尤其可以自己決定開關(guān)的位置，可以簡(jiǎn)單地包括上述敏感區(qū)域10，安裝在墻壁上或其他需要的地方)，墻壁、地面或任何其他物體的部分作為輸入接口4的使用，舉例來說，用于控制特別危險(xiǎn)環(huán)境中的工業(yè)機(jī)械(包含爆炸物的地方、高溫的地方、高放射性的地方等)，平滑并易維護(hù)的表面作為輸入接口4的使用，用于構(gòu)成家用設(shè)備如電冰箱、洗衣機(jī)或者其他的輸入鍵盤，建筑物的門板作為輸入接口4的使用，舉例來說，形成虛擬數(shù)字編碼鍵盤，定位在地上行走的的人的位置的使用，未受污染影響的鍵盤或控制面板的生產(chǎn)，壞天氣或者其他外部撞擊，工業(yè)上，軍事上或者甚至家庭應(yīng)用(在需要的情況下，聲敏傳感器或多個(gè)傳感器完全集成為一個(gè)物體作為輸入接口，特別是當(dāng)一個(gè)物體至少部分是塑料沖模的時(shí))，當(dāng)這些輸入接口將控制一個(gè)設(shè)備(例如微型計(jì)算機(jī))，該設(shè)備包括顯示屏、鍵盤或聲控面板，聲控面板包括自己的屏幕或覆蓋屏幕的透明表面，汽車或其他車輛中的輸入接口產(chǎn)品。
此外還應(yīng)指出，先前所述的輸入接口4可以具有處理裝置，其用于在本地執(zhí)行源自敏感區(qū)域10的聲音信號(hào)S(t)的識(shí)別，然后，輸入接口4直接向中央處理單元2，或者任何其他用戶電子設(shè)備發(fā)送僅進(jìn)行了編碼的信號(hào)，該信號(hào)直接指示那個(gè)敏感區(qū)域10已被用戶觸摸，在適當(dāng)?shù)那闆r下，發(fā)送與沖擊有關(guān)的信息沖擊的強(qiáng)度和性質(zhì)。
應(yīng)當(dāng)指出，根據(jù)本發(fā)明的方法不需要物體5有相似的或者預(yù)定的結(jié)構(gòu)，或者精心制造，或者用非常精確尺寸的制造，或者擁有特殊的表面狀態(tài)。相反，更多的物體5是不同種類的和/或不規(guī)則的，由不同的敏感區(qū)域10發(fā)射的更多的聲音信號(hào)互不相同，并且較好的聲音信號(hào)被識(shí)別。在某些情況下，物體5中的不同結(jié)構(gòu)甚至是故意制造的，例如洞或者其他，以促進(jìn)對(duì)來自敏感區(qū)域10的聲音信號(hào)的識(shí)別。
此外，在學(xué)習(xí)階段期間，當(dāng)信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào)被確定時(shí)，可以通過任何已知的方式將壓電傳感器連接到中央處理單元2，并且固定在用戶手指上或用于在物體5的敏感區(qū)域上產(chǎn)生沖擊的物體上(探針或其他)。在這種情況下，在每次沖擊時(shí)，脈沖信號(hào)由壓電傳感器產(chǎn)生，該信號(hào)可用于觸發(fā)反饋給信號(hào)庫的預(yù)定聲音信號(hào)的捕獲，和/或者可用于測(cè)量沖擊的強(qiáng)度，尤其當(dāng)該強(qiáng)度低于預(yù)定門限，或者該強(qiáng)度沒有落在預(yù)定區(qū)間內(nèi)時(shí)，該強(qiáng)度測(cè)量可以用來例如使預(yù)定信號(hào)的某一捕獲無效。
此外，在學(xué)習(xí)階段期間，當(dāng)信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào)確定時(shí)，僅保留幅值大于相當(dāng)高的第一參考門限的檢測(cè)聲音信號(hào)是有利的。在這種情況下，在設(shè)備的常規(guī)操作期間，在后面考慮其幅值超出第二預(yù)定門限的聲音信號(hào)，第二預(yù)定門限明顯低于第一門限。那么，第一預(yù)定門限可以等于周圍噪聲絕對(duì)幅值的時(shí)間平均值的數(shù)倍(至少兩倍到三倍)，該噪聲是例如經(jīng)過幾秒測(cè)量的，然而第二預(yù)定門限例如等于平均值的1.5倍。在這種方式中，在學(xué)習(xí)階段期間，僅質(zhì)量好的參考信號(hào)被記錄下來，而在其常規(guī)操作期間，保持設(shè)備的最大靈敏度。
在適當(dāng)?shù)那闆r下，中央處理單元2可具有輔助可編程鍵盤(沒有畫出)，尤其在學(xué)習(xí)階段期間，其可用于指示例如產(chǎn)生的信號(hào)是什么類型。產(chǎn)生信號(hào)的類型，尤其是以下類型之一代替信號(hào)庫的參考信號(hào)之一的新信號(hào)(因此，被代替的參考信號(hào)的標(biāo)識(shí)可通過輔助鍵盤傳送給中央處理單元2)，新的參考信號(hào)(或者為預(yù)存在而不完備的參考信號(hào)庫，或者為新的參考庫，尤其是對(duì)應(yīng)新的溫度、濕度或物體5狀態(tài)的條件)，用以校驗(yàn)已經(jīng)存在于信號(hào)庫中的參考信號(hào)的新信號(hào)。
此外，在學(xué)習(xí)階段期間，當(dāng)信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào)被確定時(shí)，僅當(dāng)在同一敏感區(qū)域上，在緊隨第一次沖擊的產(chǎn)生的預(yù)定消逝時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)沖擊，該庫的參考信號(hào)被證實(shí)時(shí)，才可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行補(bǔ)充，以便使該庫的參考信號(hào)有效。
在學(xué)習(xí)階段期間，信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào)被確定時(shí)，在物體5上產(chǎn)生的沖擊，可以在該學(xué)習(xí)階段產(chǎn)生或者用象探針的硬物體，在設(shè)備的常規(guī)操作期間，更適合使用相同的探針，或者用更多振動(dòng)吸收物體，例如粘在鋼筆末端的硬塑料橡皮，或類似的東西(發(fā)明人已經(jīng)能獲得一個(gè)好的結(jié)果，使用“Staedler”品牌的硬塑料橡皮作為幻燈片(transparencies))，在這種情況下，在設(shè)備的常規(guī)操作期間，用相對(duì)堅(jiān)硬的物體和使用不夠堅(jiān)硬的物體(手指甲、手指肚或者其他)一樣，在物體5上會(huì)產(chǎn)生沖擊。
此外，作為用于識(shí)別來自敏感區(qū)域10的檢測(cè)信號(hào)S(t)的前述方法的變形，可以使用如下方法(1)在學(xué)習(xí)階段期間，對(duì)每一個(gè)聲音信號(hào)Ri(t)計(jì)算傅里葉變換Ri(ω)，聲音信號(hào)由敏感區(qū)域i上的沖擊產(chǎn)生，其中i是在1和n間的序號(hào)Ri(ω)＝|Ri(ω)|·eji(ω)該傅里葉變換僅保留相位分量，在頻帶內(nèi)頻譜的幅值大于預(yù)定門限。
保留的參考信號(hào)的頻率形狀以R′i(ω)＝eji(ω)形式表達(dá)，|Ri(ω)|中的頻率ω大于預(yù)定門限，并且在其他頻率ω，R′i(ω)＝0。
舉例說，所討論的預(yù)定門限可以等于MAX/D和|B(ω)|的最大值，其中MAX或者是|Ri(ω)|的最大值，或者是每個(gè)能量歸一化|Ri(ω)|的模值最大值，或者每個(gè)能量歸一化|Ri(ω)|的模值平均值的包絡(luò)最大值，D是常量，比如說等于100，|B(ω)|是物體5內(nèi)的在不同時(shí)刻得到的幾個(gè)噪聲譜的平均值。
(2)在設(shè)備的常規(guī)操作期間，對(duì)每個(gè)檢測(cè)的信號(hào)S(t)進(jìn)行和上邊步驟(1)相同的處理，使得得到信號(hào)S′(ω)＝ejψ(ω)，其中針對(duì)頻率ω，|S(ω)|大于上述的預(yù)定門限，在其他頻率S′(ω)等于0。
(3)然后，計(jì)算S′(ω)與R′(ω)共軛的乘積Pi(ω)，i＝1...n。
(4)通過除以它們的積分，對(duì)積Pi(ω)歸一化。
(5)然后，進(jìn)行所有積Pi(ω)的傅里葉反變換，并且可得到時(shí)域函數(shù)Xi(t)。
根據(jù)不同函數(shù)Xi(t)，尤其根據(jù)其最大值，則信號(hào)S(t)可歸于敏感區(qū)域10之一。例如，不同函數(shù)Xi(t)最大值(相對(duì)值或絕對(duì)值)可計(jì)算得到，且信號(hào)S(t)可歸于敏感區(qū)域i，其對(duì)應(yīng)有最大值的函數(shù)Xi(t)。在必要的情況下，保留的函數(shù)Xi(t)的最大值也可同事先定義的門限比較，例如門限等于0.6，并且當(dāng)Xi(t)的最大值大于該門限(如果幾個(gè)函數(shù)Xi(t)的最大值大于0.6，則僅保留具有最大值的函數(shù)Xj(t))時(shí)，確定信號(hào)S(t)歸于區(qū)域i。
在必要的情況下，可以檢驗(yàn)對(duì)應(yīng)敏感區(qū)域i的信號(hào)S(t)的歸屬是否正確，比如說，通過計(jì)算值MMi＝Mi/M，其中Mi是Xi(t)絕對(duì)值的最大值，且M是所有值Mi的平均值。當(dāng)值MMi大于某一極限，例如該極限為1.414，認(rèn)為信號(hào)S(t)對(duì)應(yīng)敏感區(qū)域i的歸屬正確。
還應(yīng)該指出，為了得到關(guān)于敏感區(qū)域空間分辨率的信息，上述MMi值可通過用R′i(ω)來代替S′(ω)來計(jì)算得到。特別的，通過核實(shí)相應(yīng)MMi值大于預(yù)定極限，例如大于1.414，從而核實(shí)序號(hào)為i的敏感區(qū)域沒有與其他區(qū)域混淆的風(fēng)險(xiǎn)。
此外，通過修改信號(hào)庫的預(yù)定信號(hào)為環(huán)境參數(shù)或參數(shù)的函數(shù)，也可以考慮不同的環(huán)境參數(shù)(溫度、相對(duì)濕度、機(jī)械強(qiáng)度等)。
因此，可以使用下邊的修正方法之一信號(hào)庫參考信號(hào)的線性時(shí)域膨脹或收縮在這種情況下，信號(hào)庫參考信號(hào)Ri(t)被信號(hào)Ri(αt)代替，其中α是一個(gè)非零正乘積系數(shù)，其是環(huán)境參數(shù)的函數(shù)，該系數(shù)α可理論確定或針對(duì)所給材料實(shí)驗(yàn)確定，或者針對(duì)每個(gè)物體5實(shí)驗(yàn)確定。
檢測(cè)信號(hào)S(t)的線性時(shí)域膨脹或收縮在這種情況下，參考信號(hào)Ri(t)保持不變，而檢測(cè)信號(hào)S(t)被S(αt)代替，其中α為上邊定義的系數(shù)。
參考信號(hào)的頻域的非線性膨脹或收縮在這種情況下，頻率信號(hào)R′i(ω)由R′i(ω′)代替，利用ω′=ωβ21+(ω/ωN).(β-1)′]]>其中ωN是處理設(shè)備采樣頻率的一半，且β為理論或?qū)嶒?yàn)確定的系數(shù)；檢測(cè)信號(hào)S(t)在頻域的非線性膨脹或收縮在這種情況下，信號(hào)庫參考信號(hào)保持不變，并且信號(hào)S′(ω)被S′(ω′)代替，ω′如上邊定義。
在上述的兩種頻域的非線性膨脹或收縮情況下，也可以使用相位平均修正，在這種情況下，信號(hào)Ri(ω′)被Ri(ω′)·M′(ω)/N′(ω)代替，或信號(hào)S(ω′)被S(ω′)·M′(ω)/N′(ω)代替。在這些公式之一或其他公式中，N′(ω)＝M(ω)/|M(ω)|，并且N′(ω)＝N(ω)/|N(ω)|，M(ω)等于所有Ri(ω)的平均值，且N(ω)等于所有的Ri(ω′)的平均值。
參考信號(hào)Ri(ω)或檢測(cè)信號(hào)S(ω)的各個(gè)上述校正可由中央處理單元2尤其根據(jù)一個(gè)或多個(gè)傳感器(沒有畫出)給出的信息自動(dòng)完成，或由用戶手工完成。
此外，應(yīng)當(dāng)指出，中央處理單元2可包括幾個(gè)參考信號(hào)庫以適應(yīng)不同環(huán)境參數(shù)值。
此外，為了適合設(shè)備使用時(shí)產(chǎn)生的沖擊的類型，尤其適合用戶的手指或另一物體產(chǎn)生的沖擊，最好請(qǐng)求用戶在一個(gè)或多個(gè)預(yù)定敏感區(qū)域10生成沖擊，例如序號(hào)為m和p的兩個(gè)敏感區(qū)域。因此，檢測(cè)兩個(gè)時(shí)域信號(hào)Sm(t)和Sp(t)，計(jì)算它們的傅立葉變換Sm(ω)和Sp(ω)，并且計(jì)算下面兩項(xiàng)的平均值M1(ω)(Rm(ω·|Sm(ω)|)/(Rm(ω)|·Sm(ω))，并且(Rp(ω)·|Sp(ω)|)/(|Rp(ω)|·Sp(ω))。
那么，該平均值M1(ω)可在以前定義的步驟(3)中使用，其中用M1(ω)·Pi(ω)代替Pi(ω)，該乘積用于步驟(4)，代替Pi(ω)。
此外，應(yīng)該指出，該發(fā)明允許用戶隨意定義敏感區(qū)域，且只有當(dāng)物體5有效用作聲音接口時(shí)，中央處理單元2才適合保持敏感區(qū)域定義的有效性。在這種情況下，在未使用設(shè)備一段時(shí)間后，上述敏感區(qū)域的定義被中央處理單元2消除。
還應(yīng)指出，在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以根據(jù)沖擊強(qiáng)度，對(duì)敏感區(qū)域上沖擊產(chǎn)生的函數(shù)進(jìn)行調(diào)制。
還應(yīng)指出，當(dāng)物體5產(chǎn)生共振現(xiàn)象時(shí)，該共振現(xiàn)象導(dǎo)致敏感區(qū)域上每個(gè)沖擊產(chǎn)生的聲波的傳播延長(zhǎng)，有利于提高已檢測(cè)聲音信號(hào)S(t)檢測(cè)的門限值(例如，對(duì)于捕獲的信號(hào)S(t)，增加到電子系統(tǒng)可接受的最大值的0.5倍)，該極限為電子系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)S(t)時(shí)捕獲信號(hào)S(t)的最大容許值，然后再降低該檢測(cè)門限值(特別是在指數(shù)方式中)到常規(guī)水平這樣，避免同一沖擊被多次檢測(cè)。
應(yīng)當(dāng)指出，在所有本發(fā)明的實(shí)施方式中，在必要的情況下，可以在物體5定義單個(gè)敏感區(qū)域，在這種情況下，比如說，根據(jù)同一區(qū)域連續(xù)產(chǎn)生的沖擊個(gè)數(shù)，仍然可以對(duì)該單個(gè)敏感區(qū)域上的幾個(gè)函數(shù)進(jìn)行編碼。
此外，在必要的情況下，敏感區(qū)域10可以不預(yù)先定義，而是簡(jiǎn)單的定義為設(shè)備使用期間接收到的連續(xù)沖擊的函數(shù)。于是舉例來說，設(shè)備可設(shè)計(jì)為比較三個(gè)敏感區(qū)域，每個(gè)敏感區(qū)域在接收到每個(gè)區(qū)域上的第一沖擊時(shí)被簡(jiǎn)單定義，然后在收到隨后的沖擊時(shí)，被識(shí)別為“第一區(qū)域”、“第二區(qū)域”和“第三區(qū)域”。
此外，當(dāng)敏感區(qū)域數(shù)量非常多時(shí)，在必要的情況下，可以利用自動(dòng)設(shè)備在學(xué)習(xí)階段生成存儲(chǔ)在信號(hào)庫中的參考信號(hào)。舉例說，該自動(dòng)設(shè)備包括二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩個(gè)步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，例如用于在物體5表面移動(dòng)刺激探針或類似物，并用該探針在各個(gè)敏感區(qū)域生成沖擊，探針由例如螺線管驅(qū)動(dòng)。
仍然在敏感區(qū)域10非常多的情形下，可以將他們劃分成幾個(gè)類似的組。在這種情況下，在設(shè)備常規(guī)使用期間，當(dāng)沖擊生成信號(hào)S(t)時(shí)，第一處理用于對(duì)應(yīng)該信號(hào)S(t)到同類組之一，然后精確處理用于將該信號(hào)S(t)分配給該同類組的敏感區(qū)域之一。
還應(yīng)指出，在必要的情況下，同一中央處理單元2可以處理來自幾個(gè)物體5的信號(hào)。另外，聲音傳感器或傳感器也可以直接連接網(wǎng)絡(luò)，尤其是IP網(wǎng)絡(luò)，以便給檢測(cè)信號(hào)指定單一的IP地址，通過該地址，連接至IP網(wǎng)絡(luò)的任何計(jì)算機(jī)都可以使用這些信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種用于定位形成聲音接口的物體(5、3、16、18)表面(9、15、17、22)上的沖擊的方法，其中該表面構(gòu)成所述物體的一部分，聲音接口至少具有一個(gè)聲敏傳感器(6)，在該方法中，通過聲波檢測(cè)到至少一個(gè)信號(hào)，該聲波由所述沖擊在形成聲音接口的物體(5，3，16，18)中產(chǎn)生，通過處理所述檢測(cè)的信號(hào)定位該沖擊，其特征在于，該方法包括識(shí)別步驟，在該步驟中，將檢測(cè)信號(hào)與至少一個(gè)預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較，該預(yù)定信號(hào)對(duì)應(yīng)于當(dāng)沖擊在至少一個(gè)敏感區(qū)域(10)產(chǎn)生時(shí)檢測(cè)的信號(hào)，該敏感區(qū)域?yàn)樾纬陕曇艚涌?5、3、16、18)的物體表面的一部分，并且當(dāng)檢測(cè)的信號(hào)與所述預(yù)定信號(hào)足夠相似時(shí)，將沖擊與所述敏感區(qū)域(10)相關(guān)聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成聲音接口的物體表面包含幾個(gè)敏感區(qū)域(10)，并且在識(shí)別步驟中，將檢測(cè)的信號(hào)與幾個(gè)預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較，每個(gè)預(yù)定信號(hào)對(duì)應(yīng)沖擊在所述敏感區(qū)域(10)的其中一個(gè)產(chǎn)生時(shí)檢測(cè)的信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中使用幾個(gè)聲敏傳感器(6)，并且在識(shí)別步驟中，每個(gè)聲敏傳感器檢測(cè)一個(gè)信號(hào)，并將不同聲敏傳感器檢測(cè)的信號(hào)彼此獨(dú)立地與預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中使用幾個(gè)聲敏傳感器(6)，并且在識(shí)別步驟中，每個(gè)聲敏傳感器檢測(cè)信號(hào)，并將不同聲敏傳感器檢測(cè)的信號(hào)以相互不同的方式與預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中幾個(gè)聲敏傳感器(6)用于測(cè)量幾個(gè)不同量級(jí)。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中最多使用兩個(gè)聲敏傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中使用單個(gè)聲敏傳感器(6)。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，包括初始學(xué)習(xí)過程，其間通過在每個(gè)敏感區(qū)域(10)至少產(chǎn)生一次沖擊，以實(shí)驗(yàn)地確定每個(gè)預(yù)定信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的任一項(xiàng)的方法，其中每個(gè)預(yù)定信號(hào)都是理論信號(hào)。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中在識(shí)別步驟期間，通過互相關(guān)，將檢測(cè)的信號(hào)與所述至少一個(gè)預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任一項(xiàng)的方法，其中在識(shí)別步驟中，通過從語音識(shí)別、信號(hào)識(shí)別、形狀識(shí)別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別中選擇的識(shí)別處理，將檢測(cè)的信號(hào)與所述至少一個(gè)預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中在識(shí)別步驟中，檢測(cè)信號(hào)或者與單個(gè)敏感區(qū)域相關(guān)聯(lián)，或者與非敏感區(qū)域相關(guān)聯(lián)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中每個(gè)敏感區(qū)域與預(yù)定信息要素相關(guān)聯(lián)，并且當(dāng)沖擊與敏感區(qū)域相關(guān)聯(lián)時(shí)，使電子設(shè)備使用對(duì)應(yīng)該敏感區(qū)域的預(yù)定信息要素。
14.根據(jù)權(quán)利要求12和13之一的方法，其中形成聲音接口的物體表面(9、15、17、22)包括n個(gè)敏感區(qū)域(10)，n至少等于2，并且識(shí)別步驟包括以下子步驟在檢測(cè)信號(hào)與所述預(yù)定信號(hào)Ri(t)之間取互相關(guān)，i為1和n之間的自然數(shù)，其代表敏感區(qū)域，這樣得到互相關(guān)函數(shù)Ci(t)；確定可能受觸發(fā)的敏感區(qū)域j，其對(duì)應(yīng)互相關(guān)結(jié)果Cj(t)，Cj(t)具有大于其他結(jié)果Ci(t)的幅值的最大幅值；還確定互相關(guān)結(jié)果的幅度最大值的分布D(i)D(i)＝Max(Ci(t))，還確定Rj(t)與各個(gè)預(yù)定信號(hào)Ri(t)間互相關(guān)結(jié)果C′i(t)的幅度最大值分布D′i(t)D′(i)＝Max(C′i(t))，根據(jù)分布函數(shù)D(i)和D′(i)之間的校正程度，確定在敏感區(qū)域j上是否產(chǎn)生了沖擊。
15.根據(jù)權(quán)利要求12和13之一的方法，其中在識(shí)別步驟中，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，以便從中提取代表檢測(cè)信號(hào)某些特征的數(shù)據(jù)，并且將提取的數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，這些參考數(shù)據(jù)從在每個(gè)敏感區(qū)域上產(chǎn)生沖擊時(shí)檢測(cè)的信號(hào)中提取。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在識(shí)別步驟，根據(jù)從檢測(cè)信號(hào)提取的所述數(shù)據(jù)確定編碼，并且將該編碼與表格進(jìn)行比較，該表格給出至少某些編碼和每個(gè)敏感區(qū)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至14任一項(xiàng)的方法，其中形成聲音接口(5、3、16、18)的物體包括至少兩個(gè)敏感區(qū)域(10)，并且在識(shí)別步驟中，確定代表檢測(cè)信號(hào)和預(yù)定信號(hào)間相似性的相似值，將沖擊(I)與幾個(gè)相鄰敏感區(qū)域(R1-R4)相關(guān)聯(lián)，這些相鄰敏感區(qū)域?qū)?yīng)最大相似性，被稱為參考敏感區(qū)域，然后，根據(jù)屬于參考敏感區(qū)域(R1-R4)的相似值，確定表面上沖擊(I)的位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中確定表面上沖擊(I)的位置，使得屬于參考敏感區(qū)域(R1-R4)的相似值盡可能多地符合理論相似值，該理論相似值針對(duì)所述參考敏感區(qū)域，由表面上所述位置產(chǎn)生的沖擊計(jì)算得到。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中確定表面上沖擊(I)的位置，使得屬于參考敏感區(qū)域(R1-R4)的相似值盡可能好地符合理論相似值，該理論相似值針對(duì)所述參考敏感區(qū)域，由表面上所述位置產(chǎn)生的沖擊計(jì)算得到。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中理論相似值是表面上沖擊位置的函數(shù)，表面上的沖擊位置針對(duì)每一可能的參考敏感區(qū)域(R1-R4)集合預(yù)先確定。
21.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中通過比較預(yù)定信號(hào)Ri(t)的相位和檢測(cè)信號(hào)的相位，來識(shí)別敏感區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中計(jì)算敏感區(qū)域i上沖擊產(chǎn)生的每個(gè)聲音信號(hào)Ri(t)的傅里葉變換 其中i為介于1和n之間的序號(hào)，并且通過該傅里葉變換，僅保留在頻帶ω內(nèi)的相位分量 其幅值|Ri(ω)|大于預(yù)定門限，然后，在設(shè)備常規(guī)操作期間，對(duì)每個(gè)檢測(cè)信號(hào)S(t)進(jìn)行相同的處理。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中預(yù)定門限等于MAX/D和|B(ω)|的最大值，其中MAX從模值|Ri(ω)|的最大值中選出，模值|Ri(ω)|的最大值在能量上被歸一化，并且模值|Rj(ω)|平均值包絡(luò)的最大值也分別在能量上被歸一化，D為常數(shù)，|B(ω)|為不同時(shí)刻獲得的形成聲音接口的物體中幾個(gè)噪聲譜的平均值。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23之一的方法，其中在設(shè)備的常規(guī)操作期間計(jì)算積Pi(ω)作為參考，積Pi(ω)等于S′(ω)與Rj′(ω)共軛的乘積，其中i＝1…n，然后對(duì)Pi(ω)歸一化，然后計(jì)算所有積Pi(ω)的傅里葉反變換，并得到時(shí)域函數(shù)Xi(t)，以及根據(jù)所述時(shí)域函數(shù)Xi(t)，信號(hào)S(t)屬于敏感區(qū)域(10)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中根據(jù)所述時(shí)域函數(shù)Xi(t)的最大值，信號(hào)S(t)屬于敏感區(qū)域(10)。
26.一種特別適合實(shí)現(xiàn)根據(jù)前述任一權(quán)利要求方法的設(shè)備，用于定位形成聲音接口的物體(5、3、16、18)表面(9、15、17、22)的沖擊，其中表面構(gòu)成所述物體的一部分，該聲音接口具有至少一個(gè)聲敏傳感器(6)，該設(shè)備包括從聲波檢測(cè)至少一個(gè)信號(hào)的裝置，該聲波在形成聲音接口的物體(5、3、16、18)中由所述沖擊產(chǎn)生，以及通過處理所述檢測(cè)信號(hào)定位沖擊的裝置，其特征在于，該設(shè)備包括識(shí)別裝置，其適于將檢測(cè)信號(hào)與至少一個(gè)預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較，該預(yù)定信號(hào)對(duì)應(yīng)于當(dāng)沖擊在至少一個(gè)敏感區(qū)域(10)產(chǎn)生時(shí)檢測(cè)的信號(hào)，該敏感區(qū)域?yàn)樾纬晌矬w表面的一部分，以及用于當(dāng)檢測(cè)的信號(hào)與所述預(yù)定信號(hào)足夠相似時(shí)，將沖擊與所述敏感區(qū)域(10)相關(guān)聯(lián)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及定位形成聲音接口的物體(5)表面(9)上的沖擊的方法，其中表面構(gòu)成所述物體的一部分，聲音接口至少具有一個(gè)聲敏傳感器(6)。所述方法包含如下步驟通過聲波檢測(cè)到至少一個(gè)信號(hào)，該聲波由所述沖擊在形成聲音接口的物體中產(chǎn)生，并在識(shí)別步驟定位該沖擊。在識(shí)別步驟中，將檢測(cè)信號(hào)與至少一個(gè)預(yù)定信號(hào)進(jìn)行比較，該預(yù)定信號(hào)對(duì)應(yīng)于當(dāng)沖擊在至少一個(gè)敏感區(qū)域產(chǎn)生時(shí)檢測(cè)的信號(hào)，該敏感區(qū)域?yàn)樾纬陕曇艚涌诘奈矬w表面的一部分，并且當(dāng)檢測(cè)的信號(hào)與所述預(yù)定信號(hào)足夠相似時(shí)，將沖擊與所述敏感區(qū)域相關(guān)聯(lián)。
文檔編號(hào)G01S5/18GK1669048SQ03816599
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月12日
發(fā)明者羅斯·基里·尼格, 斯特凡·卡特利納, 尼古拉·基耶菲恩, 馬蒂亞斯·芬克 申請(qǐng)人:國(guó)家科學(xué)研究中心, 德尼·狄德羅－巴黎第七大學(xué)