專利名稱：使用聲波測量物體空間位置的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種測量物體空間位置的方法及系統(tǒng)，且特別是有關(guān)于一種使用聲波測量物體空間位置的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電容式、電阻式以及表面聲波觸控技術(shù)等，只能對于位處屏幕表面的觸控進(jìn)行偵測，且因?yàn)殡娮釉细衤实南拗?，在大面積觸控的應(yīng)用上會導(dǎo)致成本快速上升。另一種運(yùn)用深度攝影機(jī)進(jìn)行位置判斷的技術(shù)則因光學(xué)限制之故，僅能在30公分以外才有效，并不適于近距離的觸控應(yīng)用；此外因?yàn)閿z影機(jī)視角問題，在大面積觸控時(shí)所能涵蓋的區(qū)域偏小，故同樣不適于大面積觸控的應(yīng)用。有鑒于此，一種被稱為脈沖-回聲超音波(pulse-echo ultrasound)的技術(shù)便開·始被使用于近距離且大面積的觸控環(huán)境上。此種技術(shù)是根據(jù)聲音傳遞的速度來計(jì)算待測物體與感應(yīng)器之間的距離，然后透過幾何關(guān)系而獲知待測物體的位置。然而，欲使用此技術(shù)必須先克服兩個(gè)問題其一是需要知道聲音速度的大小，但因?yàn)槁曇羲俣葧S著溫度與濕度而有所改變，所以必須隨時(shí)校正才能維持精準(zhǔn)度；其二是如何利用反射時(shí)間資訊來計(jì)算待測物體的三度空間坐標(biāo)，亦即，用來計(jì)算待測物體三度空間坐標(biāo)的計(jì)算方式的復(fù)雜度將很大程度的影響到物體偵測的運(yùn)作流暢程度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一就是在提供一種使用聲波測量物體空間位置的方法與系統(tǒng)，其不需要確認(rèn)聲音速度即可進(jìn)行物體位置的量測。本發(fā)明提出一種使用聲波測量物體空間位置的方法，其適于使用一個(gè)聲波收發(fā)裝置及多個(gè)聲波接收裝置以測量指示物品的位置。此方法先取得聲波收發(fā)裝置至每一聲波接收裝置之間的相對位置，并取得對應(yīng)于從聲波收發(fā)裝置發(fā)出聲波，直至由聲波收發(fā)裝置與由聲波接收裝置接收到從指示物品反射而回的反射聲波之間所需的反射時(shí)間，之后再利用所取得的相對位置與反射時(shí)間來計(jì)算指示物品的位置。本發(fā)明還提出一種使用聲波測量物體空間位置的系統(tǒng)，此系統(tǒng)用于測量指示物品的位置，并包括聲波生發(fā)裝置、第一與第二聲波接收裝置、記錄元件以及計(jì)算單元。其中，聲波收發(fā)裝置發(fā)出聲波至指示物品，并接收因聲波從指示物品反射而回所產(chǎn)生的第一聲波反射信號。第一與第二聲波接收裝置分別接收因?yàn)榍笆雎暡◤闹甘疚锲贩瓷涠厮a(chǎn)生的第二與第三聲波反射信號。記錄元件記錄第一聲波接收裝置與聲波收發(fā)裝置之間的第一相對位置資訊，并記錄第二聲波接收裝置與聲波收發(fā)裝置之間的第二相對位置資訊。計(jì)算單元根據(jù)從聲波收發(fā)裝置從發(fā)出聲波至聲波收發(fā)裝置本身接收到第一聲波反射信號所需的第一反射時(shí)間、從聲波收發(fā)裝置發(fā)出聲波至第一聲波接收裝置接收第二聲波反射信號所需的第二反射時(shí)間、從聲波收發(fā)裝置發(fā)出聲波至第二聲波接收裝置接收第三聲波反射信號所需的第三反射時(shí)間、第一相對位置資訊以及第二相對位置資訊，以計(jì)算指示物品的位置。
本發(fā)明預(yù)先記錄聲波收、發(fā)元件之間的相對位置作為計(jì)算指示物品時(shí)的參數(shù)，再配合各反射時(shí)間以及對應(yīng)的空間幾何關(guān)系，如此就可以在沒有確切的聲速數(shù)據(jù)的情況下計(jì)算出指示物品的空間位置。為讓本發(fā)明之上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖I為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)方塊圖；圖2為圖I所示之實(shí)施例的俯視示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的實(shí)施步驟流程圖。其中，附圖標(biāo)記 10 :使用聲波測量物體空間位置的系統(tǒng)15 :指示物品100 :面板110:聲波收發(fā)裝置120、122、124 :聲波接收裝置130 :記錄元件140 :計(jì)算單元S30CTS312 :本發(fā)明一實(shí)施例之實(shí)施步驟
具體實(shí)施例方式請參照圖I，其為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)方塊圖。如圖I所示，在本實(shí)施例中，使用聲波測量物體空間位置的系統(tǒng)10包括了聲波收發(fā)裝置110、聲波接收裝置120、122與124、記錄元件130以及計(jì)算單元140。雖然這些裝置與元件在本實(shí)施例中被設(shè)置在面板100的四周或其內(nèi)部，但這并非唯一的設(shè)計(jì)方式。例如，面板100本身可以只是一個(gè)用于顯示而沒有觸控功能的屏幕，或者可以是一塊用于涂寫字畫的板子。當(dāng)然，記錄元件130與計(jì)算單元140等可以不被設(shè)置在屏幕或板子之內(nèi)，而是獨(dú)立在外并以能溝通數(shù)據(jù)的方式與聲波收發(fā)裝置110及聲波接收裝置120、122與124等相互耦接。在圖I所示的實(shí)施例中，聲波收發(fā)裝置110會發(fā)出聲波以便后續(xù)量測操作的進(jìn)行。由聲波收發(fā)裝置Iio所發(fā)出的聲波在碰撞到指示物品15之后會四散反射至各處，而從指示物品15反射而回的聲波中的一部分則會分別被聲波收發(fā)裝置110本身以及聲波接收裝置120、122與124所接收。這些被接收的反射聲波(后稱為聲波反射信號)的接收時(shí)間點(diǎn)與原本發(fā)出聲波的時(shí)間點(diǎn)之間的差異，會被傳送到記錄元件130或直接傳送到計(jì)算單元140，以使計(jì)算單元140能配合記錄元件130所儲存之聲波收發(fā)裝置110與聲波接收裝置120、122與124間的相對位置資訊，對指示物品15的空間位置進(jìn)行計(jì)算。請參照圖2,其為圖I所示之實(shí)施例的俯視示意圖。應(yīng)注意的是,此圖僅用于表示聲波收發(fā)裝置110與聲波接收裝置120、122與124間的相對位置關(guān)系，以借此讓本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉何謂前述的相對位置資訊，但并不以此代表這些裝置的實(shí)際長度與形狀。如圖2所示，此實(shí)施例以聲波收發(fā)裝置110為原點(diǎn)，并以聲波接收裝置120相對于聲波收發(fā)裝置110在X軸上的位移量為hl，在Y軸與在Z軸上的位移量因?yàn)槠渲禐?，所以沒有標(biāo)示出來；以聲波接收裝置122相對于聲波收發(fā)裝置110在X軸上的位移量為h2，在Y軸與在Z軸上的位移量因?yàn)槠渲禐?，所以沒有標(biāo)示出來；并以聲波接收裝置124相對于聲波收發(fā)裝置110在X軸上的位移量為h3，在Y軸上的位移量為h4，在Z軸上的位移量因?yàn)槠渲禐?，所以沒有標(biāo)示出來。所述各軸上的位移量會被儲存在記錄元件130之中，以備后續(xù)計(jì)算時(shí)使用。請參照圖3，其為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的實(shí)施步驟流程圖。為方便說明，請一并參照圖I。在本實(shí)施例中，首先自記錄元件130中取得先前儲存的各個(gè)相對位置資訊(步驟S300);并在聲波收發(fā)裝置110與聲波接收裝置120、122與124等各自收到聲波反射信號之后，計(jì)算收到聲波反射信號的時(shí)間點(diǎn)與聲波收發(fā)裝置110發(fā)出聲波的時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差異以作為相對應(yīng)的反射時(shí)間(步驟S302)。在取得相對位置資訊以及反射時(shí)間之后，這兩組參數(shù)會被提供給計(jì)算單元140以計(jì)算指示物品15的位置。在計(jì)算指示物品15的位置時(shí)，可以考慮利用以下的方式來進(jìn)行以Xi= [Xi Yi Zi]T, i=l表示聲波收發(fā)裝置110的空間坐標(biāo)，i為其他值時(shí)表示分別表示一個(gè)聲波接收裝置的空間坐標(biāo)。例如，可以以X2代表聲波接收裝置120的空間坐標(biāo)，以 X3代表聲波接收裝置122的空間坐標(biāo)，并以X4代表聲波接收裝置124的空間坐標(biāo)。此外，并以τ i為聲波收發(fā)裝置110到第i-Ι個(gè)聲波接收裝置的反射時(shí)間。例如，可以i=l時(shí)(τ表示聲波收發(fā)裝置110發(fā)出聲波到聲波收發(fā)裝置110自身收到聲波反射的反射時(shí)間，并以i=2時(shí)(τ 2)表示聲波收發(fā)裝置110發(fā)出聲波到聲波接收裝置120收到聲波反射的反射時(shí)間，以i=3時(shí)(τ 3)表示聲波收發(fā)裝置110發(fā)出聲波到聲波接收裝置122收到聲波反射的反射時(shí)間，以i=4時(shí)(τ 4)表示聲波收發(fā)裝置110發(fā)出聲波到聲波接收裝置124收到聲波反射的反射時(shí)間。如此，根據(jù)聲波收發(fā)裝置110、聲波接收裝置120、122與124及指示物品15之間的幾何空間關(guān)系，可以得到以下式子
權(quán)利要求
1.一種使用聲波測量物體空間位置的系統(tǒng)，其特征在于，適于測量一指示物品的位置，該系統(tǒng)包括 一聲波收發(fā)裝置，用以發(fā)出一聲波至該指示物品，并接收因該聲波從該指示物品反射而回所產(chǎn)生的一第一聲波反射信號； 一第一聲波接收裝置，接收因該聲波從該指示物品反射而回所產(chǎn)生的一第二聲波反射信號; 一第二聲波接收裝置，接收因該聲波從該指示物品反射而回所產(chǎn)生的一第三聲波反射信號; 一記錄元件，記錄該第一聲波接收裝置與該聲波收發(fā)裝置之間的一第一相對位置資訊，以及記錄該第二聲波接收裝置與該聲波收發(fā)裝置之間的一第二相對位置資訊；以及 一計(jì)算單元，根據(jù)該聲波收發(fā)裝置從發(fā)出該聲波至接收到該第一聲波反射信號所需的一第一反射時(shí)間、從該聲波收發(fā)裝置發(fā)出該聲波至該第一聲波接收裝置接收該第二聲波反射信號所需的一第二反射時(shí)間、從該聲波收發(fā)裝置發(fā)出該聲波至該第二聲波接收裝置接收該第三聲波反射信號所需的一第三反射時(shí)間、該第一相對位置資訊及該第二相對位置資訊，計(jì)算該指示物品的位置。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，該聲波收發(fā)裝置、該第一聲波接收裝置及該第二聲波接收裝置排列在一直線上。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，更包括 一第三聲波接收裝置，接收因該聲波從該指示物品反射而回所產(chǎn)生的一第四聲波反射信號， 其中，該記錄元件更記錄該第三聲波接收裝置與該聲波收發(fā)裝置之間的一第三相對位置資訊，且該計(jì)算單元于計(jì)算該指示物品的位置時(shí)，更進(jìn)一步依據(jù)該第三相對位置資訊以及從該聲波收發(fā)裝置發(fā)出該聲波至該第二聲波接收裝置接收該第四聲波反射信號所需的一第四反射時(shí)間以進(jìn)行計(jì)算。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，該聲波收發(fā)裝置、該第一聲波接收裝置、該第二聲波接收裝置及該第三聲波接收裝置被排列在同一平面上，但不在同一直線上。
5.一種使用聲波測量物體空間位置的方法，其特征在于，適于使用一聲波收發(fā)裝置及多個(gè)聲波接收裝置以測量一指示物品的位置，該方法包括 取得該聲波收發(fā)裝置至每一該些聲波接收裝置之間的一相對位置； 取得對應(yīng)于從該聲波收發(fā)裝置發(fā)出聲波，到該聲波收發(fā)裝置與到該些聲波接收裝置接收到從該指示物品反射而回的反射聲波之間所需的多個(gè)反射時(shí)間；以及 利用該些相對位置與該些反射時(shí)間，計(jì)算該指示物品的位置。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該些聲波接收裝置被排列為在同一平面上但不在同一直線上。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，計(jì)算該指示物品的位置時(shí)采用并列下列方程式以求解 (Xi-X1) tX+ (V τ「V τ ) *ν τ ^2=(1/2) * (| Xi 12_ | X112+ν2 τ /-γ2 τ /) 其中Xi=Iixi Yi Zi]'i=l表示該聲波收發(fā)裝置的空間坐標(biāo),i為其他值時(shí)表示分別表示該些聲波接收裝置之一的空間坐標(biāo)，τ i為該聲波收發(fā)裝置到第i_l個(gè)聲波接收裝置的反射時(shí)間，其中i=l時(shí)表示聲波收發(fā)裝置發(fā)出聲波到聲波收發(fā)裝置自身收到聲波反射的反射時(shí)間，V為聲速。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，于計(jì)算該指示物品的位置之外，更進(jìn)一步計(jì)算對應(yīng)的聲音速度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，更利用所計(jì)算出來的聲音速度以確認(rèn)所計(jì)算出的該指示物品的位置是否可用。
全文摘要
一種使用聲波測量物體空間位置的方法及系統(tǒng)，適于使用聲波收發(fā)裝置及多個(gè)聲波接收裝置以測量指示物品的位置。此方法首先取得聲波收發(fā)裝置至每一聲波接收裝置之間的相對位置；之后再取得對應(yīng)于從聲波收發(fā)裝置發(fā)出聲波、一直到聲波收發(fā)裝置與聲波接收裝置接收到從指示物品反射而回的反射聲波之間所需的反射時(shí)間；最后就利用這些相對位置與反射時(shí)間，計(jì)算指示物品的位置。
文檔編號G01S15/06GK102928843SQ20121038353
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者胡竹生, 阮崇維, 李芳慶 申請人:友達(dá)光電股份有限公司