專利名稱：物體位置估計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物體位置估計(jì)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于確定由表面限定的空間中物體的位置的裝置和系統(tǒng)。
眾所周知，使用聲信號(hào)的傳輸時(shí)間來(lái)確定海水中的潛艇的浸沒(méi)深度。使用聲信號(hào)來(lái)確定空氣中的物體的位置是很不常見(jiàn)的。
歐洲專利申請(qǐng)03101098.1描述了用于使用超聲估計(jì)房間內(nèi)物體的位置的位置估計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅檢測(cè)最短的路線信號(hào)而且還檢測(cè)反射信號(hào)以獲得關(guān)于物體位置的更多信息。將檢測(cè)的信號(hào)與模板相比較，并且匹配模板限定了房間內(nèi)的位置。
盡管歐洲專利申請(qǐng)03101098.1的系統(tǒng)非常有效，但是它具有的缺點(diǎn)是它不能在不同表面(即墻壁、天花板和地板)的反射之間區(qū)分。換句話說(shuō)，當(dāng)檢測(cè)反射信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)不能確定反射信號(hào)是被房間左手邊的墻壁反射的還是被右手邊的墻壁反射的。結(jié)果，可能仍存在關(guān)于物體的位置的一些模糊之處。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它問(wèn)題，并提供用于確定物體位置的裝置，其允許更精確地確定物體的位置。
本發(fā)明的另一目的是提供用于確定物體的位置的裝置，其能在被不同表面反射的信號(hào)之間區(qū)分。
本發(fā)明的另一目的是提供用于確定物體的位置的系統(tǒng)和方法。
因此，本發(fā)明提供用于在由表面限定的空間中確定物體的位置的裝置，該裝置被設(shè)置用于與聲換能器單元合作以檢測(cè)在物體和換能器單元之間傳送的聲信號(hào)，包括它們的反射，并且根據(jù)檢測(cè)的聲信號(hào)和它們的反射推斷物體的位置，其中聲換能器單元至少包括以相互間距設(shè)置的第一換能器和第二換能器，并且其中裝置進(jìn)一步被設(shè)置用于確定檢測(cè)的聲信號(hào)和它們的反射的到達(dá)時(shí)間，并且根據(jù)反射到達(dá)時(shí)間的次序和所述到達(dá)時(shí)間與相應(yīng)換能器的對(duì)應(yīng)使反射與表面相關(guān)聯(lián)，以根據(jù)所述次序得出位置信息。
通過(guò)使用隔開(kāi)的至少兩個(gè)換能器并確定聲信號(hào)的反射的到達(dá)時(shí)間，可以在由不同表面引起的反射之間進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)榉瓷涞牡竭_(dá)時(shí)間將由這些表面確定。結(jié)果，反射可以與反射表面相關(guān)聯(lián)，即可以識(shí)別引起特定反射的表面。這些表面相對(duì)于換能器的位置提供有價(jià)值的位置信息，允許可靠地確定物體的位置。此外，確定被檢測(cè)的直接即非反射的聲信號(hào)的到達(dá)時(shí)間提供了附加的位置信息，允許更精確地推斷出物體的位置。
更具體地說(shuō)，間接的即與第一和第二換能器相關(guān)聯(lián)的反射信號(hào)可以以相反的時(shí)間順序到達(dá)，取決于反射表面。這樣，對(duì)應(yīng)于第一和第二換能器的反射信號(hào)的相對(duì)到達(dá)時(shí)間提供了引起反射的表面和反射的軌跡并且由此的物體的位置的指示。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置被進(jìn)一步設(shè)置用于檢測(cè)反射的到達(dá)時(shí)間的任何反轉(zhuǎn)。即，在換能器單元的換能器接收的聲信號(hào)的反射的到達(dá)時(shí)間的反轉(zhuǎn)，和/或由換能器單元的換能器產(chǎn)生的聲信號(hào)的反射的到達(dá)時(shí)間的反轉(zhuǎn)，用于識(shí)別引起反射的表面。
在有利實(shí)施例中，該裝置被進(jìn)一步設(shè)置用于比較其中檢測(cè)聲信號(hào)的反射的次序和其中檢測(cè)相關(guān)的聲信號(hào)的次序。由此，通過(guò)包括直接聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)時(shí)間的改善的比較，并且可以更精確地識(shí)別反射表面，產(chǎn)生更好的位置估計(jì)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置被進(jìn)一步設(shè)置用于確定其中檢測(cè)聲信號(hào)的次序。即，與該至少兩個(gè)換能器相關(guān)的直接信號(hào)檢測(cè)時(shí)間的次序用于得出位置信息。應(yīng)當(dāng)理解，該次序不用于識(shí)別表面而是直接推斷出位置信息，特別是關(guān)于物體相對(duì)于換能器單元的位置的信息，例如指示物體是位于換能器的左邊還是右邊的信息。
可以僅根據(jù)聲信號(hào)和相關(guān)反射的到達(dá)時(shí)間來(lái)確定物體的位置，因?yàn)檫@些到達(dá)時(shí)間限定了包括反射的聲信號(hào)的傳輸路徑。然而，在有利實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置被進(jìn)一步設(shè)置用于使檢測(cè)的聲信號(hào)與預(yù)定模板匹配。在該實(shí)施例中，一般在所涉及的空間中接收的聲信號(hào)的模板被制作并存儲(chǔ)，并且使當(dāng)確定位置時(shí)檢測(cè)的聲信號(hào)和反射與模板匹配，最好的匹配提供位置的估計(jì)。這種模板匹配的技術(shù)在上述歐洲專利申請(qǐng)03101098.1中被更詳細(xì)地描述。本發(fā)明提供對(duì)所述模板匹配技術(shù)的有價(jià)值的添加并去除了任何仍存在的模糊之處。
在第一實(shí)施例中，換能器被設(shè)置用于檢測(cè)聲信號(hào)。在該實(shí)施例中，聲信號(hào)可以由物體或者外部源產(chǎn)生。本發(fā)明的裝置在該實(shí)施例中耦接到換能器。
在第二實(shí)施例中，換能器被設(shè)置用于產(chǎn)生聲信號(hào)。在該實(shí)施例中，聲信號(hào)由換能器產(chǎn)生，并且可以通過(guò)位于待確定位置的物體中的另一換能器(檢測(cè)器)來(lái)檢測(cè)。本發(fā)明的裝置在該實(shí)施例中適當(dāng)?shù)伛罱拥轿矬w。即，該裝置可以位于物體中或者可以耦接到物體以從該另一換能器接收檢測(cè)信號(hào)。
在第三實(shí)施例中，換能器被設(shè)置用于產(chǎn)生和檢測(cè)聲信號(hào)。在該實(shí)施例中，聲信號(hào)可以由換能器產(chǎn)生，被物體反射或再次發(fā)送，然后被相同的換能器檢測(cè)。本發(fā)明的裝置在該實(shí)施例中耦接到換能器，并且可以包括用于產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膿Q能器激發(fā)信號(hào)的電路。
在第三實(shí)施例中，由兩個(gè)(或多個(gè))換能器產(chǎn)生的聲信號(hào)可以例如通過(guò)下述來(lái)區(qū)分，即通過(guò)當(dāng)同時(shí)傳送時(shí)具有稍微不同的頻率或包含識(shí)別信號(hào)，或者通過(guò)連續(xù)傳送聲信號(hào)，優(yōu)選以預(yù)定時(shí)間間隔。
優(yōu)選地，聲信號(hào)是超聲信號(hào)。通過(guò)使用不能聽(tīng)得見(jiàn)的信號(hào)，避免了任何音樂(lè)干擾或?qū)τ谟脩魜?lái)說(shuō)的任何不適。
然而，也可以使用音頻信號(hào)，即可聽(tīng)得見(jiàn)的信號(hào)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，僅使用兩個(gè)換能器。然而，這允許僅在單平面內(nèi)確定物體的位置。因此，在有利的替換實(shí)施例中，存在設(shè)置成二維圖形的至少三個(gè)換能器，以獲得三維位置信息。該圖形可以例如是三角形或正方形。這種配置允許在兩個(gè)正交平面內(nèi)，即在三維內(nèi)，例如通過(guò)在每個(gè)平面內(nèi)分開(kāi)地應(yīng)用本發(fā)明或者通過(guò)直接確定物體的三維位置來(lái)確定物體的位置。
有利地，本發(fā)明的裝置被進(jìn)一步設(shè)置用于確定聲信號(hào)和它們的反射相對(duì)于那些信號(hào)的傳輸時(shí)間的到達(dá)時(shí)間。這提供關(guān)于物體的位置的另外的信息，因?yàn)橹苯拥穆曅盘?hào)相對(duì)于相應(yīng)的傳輸時(shí)間以及由此的直接信號(hào)的傳輸時(shí)間的到達(dá)時(shí)間與傳輸路徑的長(zhǎng)度成比例。用聲音的速度(在空氣中大約是343m/s)除該傳輸時(shí)間得到傳輸路徑的長(zhǎng)度。
本發(fā)明進(jìn)一步提供用于確定由表面限定的空間中物體的位置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一換能器、第二換能器和如上所述的裝置。該系統(tǒng)還可以包括設(shè)置在物體中用于檢測(cè)由第一和第二換能器傳送的聲信號(hào)的另一換能器。應(yīng)當(dāng)理解，該系統(tǒng)可以包括換能器單元，其包括兩個(gè)以上的換能器，例如三個(gè)或四個(gè)。
本發(fā)明還提供使用聲換能器單元確定由表面限定的空間中物體的位置的方法，該方法包括以下步驟檢測(cè)在物體和換能器單元之間傳送的聲信號(hào)，包括它們的反射，以及根據(jù)檢測(cè)的聲信號(hào)和它們的反射推斷出物體的位置，其中聲換能器單元至少包括以相互間距設(shè)置的第一換能器和第二換能器，并且其中確定檢測(cè)的聲信號(hào)和它們的反射的到達(dá)時(shí)間，以及根據(jù)反射的到達(dá)時(shí)間的次序和所述到達(dá)時(shí)間與相應(yīng)換能器的對(duì)應(yīng)使反射與表面相關(guān)聯(lián)，以根據(jù)所述次序得出位置信息。
另外，本發(fā)明提供用于執(zhí)行如上所限定的方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
下面將參考附圖所示的示例性實(shí)施例進(jìn)一步解釋本發(fā)明，其中
圖1用平面圖示意性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)定位物體的位置的房間。
圖2示意性地示出現(xiàn)有技術(shù)中所使用的聲脈沖和它們的到達(dá)時(shí)間。
圖3用平面圖示意性地示出根據(jù)本發(fā)明定位物體的位置的房間。
圖4示意性地示出本發(fā)明中所使用的聲脈沖和它們的到達(dá)時(shí)間。
圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明用于確定物體的位置的裝置。
圖6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的替換換能器裝置。
在圖1中僅借助非限定性實(shí)例示出的房間10由側(cè)壁11和12，前壁13和后壁14限定。該房間還可以具有天花板和地板，為了清楚地說(shuō)明起見(jiàn)，其在圖1中未示出。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，單個(gè)換能器1被設(shè)置在房間中，在實(shí)例中被示為在前壁13處。將要確定其位置的物體8位于房間10中。
由物體8發(fā)出的聲信號(hào)(即音頻或超聲信號(hào))將沿多個(gè)方向傳播。一個(gè)這種傳播路徑，也被稱為傳輸路徑，形成從物體8到換能器1的最短路線。遵循該“視線”路徑d1的聲信號(hào)首先被換能器1檢測(cè)，因?yàn)樯婕胺瓷涞奶鎿Q路徑更長(zhǎng)，例如路徑d1′和d1″。即，涉及遠(yuǎn)離側(cè)壁11和12的反射的任何路徑的信號(hào)相對(duì)于直接路徑d1將被稍微延遲。該延遲，其將在稍后參考圖2來(lái)更詳細(xì)地解釋，提供關(guān)于物體8的位置的信息。
在圖1中，示出了“虛擬換能器”1′，1″和1。虛擬換能器1′，1″是相對(duì)于壁11和12反射的實(shí)際換能器1的鏡像。
虛擬換能器1本身是虛擬換能器1′相對(duì)于壁12的鏡像。這些虛擬換能器僅用于闡明傳輸路徑的幾何形狀，因?yàn)閼?yīng)當(dāng)理解換能器1是實(shí)際換能器并且所有實(shí)際傳輸路徑位于房間10內(nèi)部。由此，相對(duì)于左壁11的第一反射遵循傳輸路徑d1′，相對(duì)于右壁12的第二反射遵循傳輸路徑d1″，而首先相對(duì)于右壁12然后相對(duì)于左壁11反射的第三反射遵循傳輸路徑d1。
在圖2中，檢測(cè)的聲脈沖的幅度(A)被示意性地示出。這些被圖1的換能器1檢測(cè)的脈沖在不同的時(shí)間點(diǎn)(t)被檢測(cè)。
如可以在圖2中看出的，每個(gè)傳輸路徑使換能器1檢測(cè)聲信號(hào)在t1，換能器1檢測(cè)直接(“視線”)路徑d1，在t2，通過(guò)傳輸路徑d1′的第一反射，在t3，通過(guò)傳輸路徑d1″的第二反射，以及在t4，通過(guò)傳輸路徑d1的第三反射。這些到達(dá)時(shí)間提供關(guān)于物體8的位置的有價(jià)值的信息。然而，不可以確定反射是由左壁11引起的還是由右壁12引起的。結(jié)果，所檢測(cè)的物體8的位置是模糊的，并且在實(shí)際物體8和“虛幻”物體9之間不能進(jìn)行區(qū)分，該物體9位于與物體8相同的距離但是在相對(duì)于房間10的中心線被反射的位置處。本發(fā)明的目的在于解決該問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明，第一換能器1和第二換能器2都被設(shè)置在前壁13處，這在圖3中被示意性地示出。如前所述，將要被確定位置的物體8位于房間10中。應(yīng)當(dāng)理解，房間10僅用作實(shí)例，并且本發(fā)明還可以用于任何具有至少兩個(gè)表面的其它空間中，例如墻壁、天花板和/或地板。因此本發(fā)明還可以用在例如兩個(gè)建筑物之間的空間中。
在下述討論中，假定換能器1和2接收由物體8發(fā)出的聲信號(hào)。然而，本發(fā)明不限于此，并且可以設(shè)想實(shí)施例，其中換能器發(fā)射被物體8接收或反射的聲信號(hào)。可替換地，換能器1和2可以接收被另一換能器(未示出)發(fā)射且被物體8反射的聲信號(hào)。
由物體8發(fā)射的聲信號(hào)(即，音頻或超聲信號(hào))將再次沿多個(gè)方向傳播。兩個(gè)這種傳播路徑，也被稱為傳輸路徑，分別形成從物體8到換能器1和2的最短路線。遵循這些“視線”路徑d1和d2的聲信號(hào)將首先分別被換能器1和2檢測(cè)到，因?yàn)樯婕胺瓷涞奶鎿Q路徑更長(zhǎng)，例如路徑d1′和d2′。也就是說(shuō)，涉及遠(yuǎn)離側(cè)壁11和12的反射的任何路徑的信號(hào)將相對(duì)于直接路徑d1和d2稍微延遲。該延遲，其稍后將參考圖4被更詳細(xì)地解釋，提供關(guān)于物體8的位置的信息。
在圖3的實(shí)例中，物體8位于房間10的中間的左邊，而換能器1和2位置接近于前壁13的中心。結(jié)果，直接路徑d1稍微短于直接路徑d2，并且來(lái)自物體8的聲信號(hào)將在它到達(dá)換能器2之前到達(dá)換能器1。這在圖4中被示意性地示出，在圖4中在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)(t)處示出檢測(cè)到的信號(hào)幅度(A)。在t1，換能器1是第一個(gè)檢測(cè)信號(hào)(路徑d1)的，其后是在一短延遲之后在t2的換能器2。該時(shí)間延遲Δ＝(t2-t1)已經(jīng)表明，在圖3的幾何形狀中，物體8位于房間10的中間的左邊。從圖3可以看出，如果物體8位于房間中央，與換能器1和2相對(duì)，則時(shí)間延遲Δ將等于零。類似地，如果物體8位于房間中間的右邊，則時(shí)間延遲Δ將是負(fù)的(換能器1接收聲信號(hào)遲于換能器2)。
注意，時(shí)間延遲Δ是由于物體8的位置和換能器1和2的間距D引起的。在現(xiàn)有技術(shù)配置中，其中僅使用單個(gè)擴(kuò)音器或其它換能器，該時(shí)間延遲Δ不能被檢測(cè)到，因此丟失了有價(jià)值的位置信息。
在t3，第一換能器1接收已被左側(cè)壁11反射的信號(hào)。該信號(hào)遵循路徑在圖3中示出的路徑d1′。在t4，第二換能器2接收對(duì)應(yīng)信號(hào)，其遵循圖3的路徑d2′。如圖3示意性示出的，遠(yuǎn)離左壁11的反射可以被模擬作為引向虛擬換能器1′和2′的路徑，其位置是相對(duì)于換能器的實(shí)際位置的壁11的鏡像。
類似地，遠(yuǎn)離右壁12的反射可以被模擬作為分別引向虛擬換能器2″和1″的路徑d2″和d1″，虛擬換能器的位置是相對(duì)于壁12的鏡像。注意，路徑d2″比路徑d1″更接近于(實(shí)際)換能器1和2。結(jié)果，路徑d2″更短，并且信號(hào)將首先到達(dá)第二換能器2。這在圖4中示出，其中第二換能器2在t5接收信號(hào)，而第一換能器1在t6接收相同的信號(hào)。接收次序的這種反向是物體8的位置的另一有價(jià)值的指示。特別地，這種相反表明，在t5和t6接收的信號(hào)被右壁12而不是左壁11反射。再次注意，這種反向不能被僅具有單個(gè)換能器的配置或者被不存在間距D的配置檢測(cè)到。
如所看出的，遠(yuǎn)離右壁的進(jìn)一步反射是可以的，導(dǎo)致路徑d1和d2分別朝向虛擬換能器1和2(為了清楚起見(jiàn)，房間10內(nèi)部的路徑d1和d2未示出，但當(dāng)然與圖1所示的反射相似)。虛擬換能器1和2的位置分別是相對(duì)于虛擬換能器1′和2′的位置的壁12的鏡像。這些進(jìn)一步的反射分別在t7和t8(圖4)處被接收。盡管可以使用由另外的反射得到的另外的信號(hào)(未示出)，但是優(yōu)選僅使用首先三或四對(duì)信號(hào)(例如首先八個(gè)時(shí)間點(diǎn)t1-t8)。因此，其中檢測(cè)聲信號(hào)的時(shí)間間隔T延伸以便至少包括第一和第二反射對(duì)，并且優(yōu)選地還包括第三反射對(duì)。注意，時(shí)間間隔T可以開(kāi)始于公共參考時(shí)間點(diǎn)t0(在圖4中表示為0)以產(chǎn)生“絕對(duì)的”到達(dá)時(shí)間，該時(shí)間點(diǎn)t0優(yōu)選是傳輸聲脈沖的時(shí)刻。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠利用已知的機(jī)械裝置，其當(dāng)一方面用作信號(hào)檢測(cè)器以及另一方面用作傳輸換能器時(shí)提供換能器1和2的時(shí)間同步，以便建立公共參考時(shí)間點(diǎn)。例如，傳輸?shù)男盘?hào)可以設(shè)有時(shí)間戳，其包括例如碼字(數(shù)字)或碼信號(hào)(模擬)?？商鎿Q地，接收的信號(hào)可以被再傳輸以便提供傳輸時(shí)間指示。
在圖4中，表明通過(guò)哪個(gè)換能器接收每個(gè)信號(hào)。“正?！贝涡蚴?-2，可以看出由于傳輸路徑涉及右壁12，因此在t5和t6接收的第二反射以相反的次序被接收。使用信號(hào)接收的次序，因此可以確定在t1和t2接收的信號(hào)對(duì)是直接路徑信號(hào)，在t3和t4接收的信號(hào)是被左壁11反射的間接信號(hào)，以及在t5和t6接收的信號(hào)是被右壁12反射的間接信號(hào)。
當(dāng)房間10的幾何形狀已知時(shí)，可以根據(jù)到達(dá)時(shí)間t1到t8確定物體8的位置。特別地，相對(duì)時(shí)間差t3-t1和t6-t1提供關(guān)于路徑d1、d1′和d1″的長(zhǎng)度的信息。根據(jù)反射被檢測(cè)的次序識(shí)別反射表面表明了這些路徑的一般方向。使用公知的幾何公式，則可以明白地確定物體8的位置。
盡管可以僅根據(jù)檢測(cè)的聲脈沖和它們的反射的到達(dá)時(shí)間來(lái)確定物體8的位置，但是優(yōu)選另外使用檢測(cè)的信號(hào)和反射的模板匹配。這涉及制作用于房間10中的大量可能位置的接收的聲信號(hào)和它們的反射的模板，并存儲(chǔ)這些模板。當(dāng)確定房間中物體的位置時(shí)，將接收的信號(hào)的信號(hào)幅度(包絡(luò))和存儲(chǔ)的模板相比較。所存儲(chǔ)的符合最佳匹配的位置是所需位置。這種技術(shù)在上述歐洲專利申請(qǐng)03101098.1中被更詳細(xì)地描述，在該文件中引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
注意，在上述模板匹配方法中執(zhí)行的比較可以涉及簡(jiǎn)單減法或最小平方比較，但優(yōu)選是每個(gè)聲信號(hào)與多個(gè)模板的相關(guān)性。這種數(shù)學(xué)相關(guān)性技術(shù)是公知的，并且不需要另外解釋。選擇具有與特定檢測(cè)的聲信號(hào)的最高的、即“最好的”相關(guān)性的模板。由于符合特定模板的物體位置先前已被存儲(chǔ)，因此接著檢索該位置以產(chǎn)生確定的物體位置。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)除了模板匹配之外使用時(shí)，本發(fā)明提供歐洲專利申請(qǐng)03101098.1的方法的顯著改善。特別地，所述方法在存在噪聲和/或當(dāng)檢測(cè)到大量反射時(shí)可能產(chǎn)生模糊結(jié)果。本發(fā)明通過(guò)提供另外的位置信息去除了這些模糊，所述另外的位置信息可以適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合由模板匹配方法提供的位置信息以產(chǎn)生精確的位置確定。因此，在特別有利的實(shí)施例中，執(zhí)行模板匹配，提供不是一個(gè)而是(少量)多個(gè)最佳匹配(即匹配模板)的“候選名單”，例如三個(gè)、五個(gè)、或十個(gè)。也執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的位置確定，產(chǎn)生另外確定的位置。接著將該另外的位置(基于反射檢測(cè)次序)與上述“候選名單”比較，以選擇符合另外的基于反射的位置的基于最佳模板的位置。清楚的是，這種組合方法提供用于錯(cuò)誤檢驗(yàn)的極好可能性當(dāng)不存在符合基于反射的位置的基于模板的位置時(shí)，必定產(chǎn)生錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤可能是由于噪聲、在所涉及的空間中移動(dòng)其它物體、以及其它原因產(chǎn)生的。
圖3和4的實(shí)例涉及平面內(nèi)、即二維中的位置檢測(cè)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明還可以用于三維位置檢測(cè)，這將在稍后參考圖6a-d來(lái)解釋。
用于確定房間中物體的位置的裝置在圖5中示意性地示出。示例性裝置20包括接口單元21、處理器單元22、存儲(chǔ)單元23和輸入/輸出(I/O)單元24。第一換能器1和第二換能器2通過(guò)提供適當(dāng)?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換的接口單元21耦接到裝置20。處理器單元22優(yōu)選包括能夠執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元23中的計(jì)算機(jī)程序的微處理器。除了用于例如模板匹配和/或信號(hào)處理的計(jì)算機(jī)程序之外，存儲(chǔ)單元23還可以存儲(chǔ)模板。計(jì)算機(jī)程序可以從適當(dāng)?shù)妮d體裝置例如CD或DVD中載入存儲(chǔ)單元23。
換能器可用于檢測(cè)聲信號(hào)、產(chǎn)生聲信號(hào)，或者用于兩者。在一個(gè)實(shí)施例中，換能器1和2產(chǎn)生包含諸如(數(shù)字)碼字或特殊唯一頻率之類的標(biāo)識(shí)的聲信號(hào)。在該特定實(shí)施例中，物體8可以包含單個(gè)換能器，并且可以進(jìn)一步包含裝置20，或者可替換地，包含用于將由換能器產(chǎn)生的信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程裝置20的傳輸裝置。可以設(shè)想實(shí)施例，其中物體8中容納了包含換能器1和2的換能器單元以及裝置20，并且其中一單個(gè)換能器安裝在房間10的墻壁上。
根據(jù)本發(fā)明的適當(dāng)?shù)膿Q能器配置在圖6a-d中示意性地示出。在圖6a的實(shí)例中，換能器1和2以水平間距Dx放置，而在圖6b中，換能器1和2以間距Dy垂直設(shè)置。任一配置都允許僅在單個(gè)(水平或垂直)平面內(nèi)確定物體的位置。圖6c的二維配置允許在水平和垂直兩個(gè)平面內(nèi)使用三個(gè)換能器1、2和3來(lái)確定位置。水平間距Dx和垂直間距Dy也可以通過(guò)如圖6d所示的四個(gè)換能器的配置來(lái)獲得。應(yīng)當(dāng)理解，其它配置也是可以的。例如，兩個(gè)以上的換能器可以用于任何平面內(nèi)，例如成一行的三個(gè)或四個(gè)換能器的配置。這種配置以附加的換能器為代價(jià)來(lái)提供更多的時(shí)序信息。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以僅使用兩個(gè)換能器在任何平面內(nèi)來(lái)實(shí)施。
盡管圖3中的換能器1和2設(shè)置在前壁13的平面內(nèi)，但是這不是必需的，并且換能器位于的平面可以與前壁13成銳角或甚至直角。應(yīng)當(dāng)理解，換能器1和2還可以放置在其它壁或表面上。
本發(fā)明基于以下見(jiàn)識(shí)使用隔開(kāi)的兩個(gè)換能器允許根據(jù)它們的相對(duì)時(shí)間延遲來(lái)識(shí)別遠(yuǎn)離表面的反射。本發(fā)明受益于另一見(jiàn)識(shí)，即聲信號(hào)的反射可用于確定房間中物體的位置。
在計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品下，應(yīng)當(dāng)理解，任何物理實(shí)現(xiàn)，例如制造商條目或命令集合條目，能夠使一般或?qū)Ｓ锰幚砥髟谝幌盗休d入步驟之后使命令進(jìn)入處理器中，以執(zhí)行發(fā)明的任何特征功能。特別地，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)為在諸如盤或其它插入部件之類的載體上的，存在于存儲(chǔ)器中的、臨時(shí)存在于有線或無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)連接上的程序代碼、由該程序代碼得到的處理器適用碼、或該程序代碼的任何中間翻譯，或紙上的程序代碼。除程序代碼之外，程序所需的發(fā)明特性數(shù)據(jù)也可以體現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
注意，該文件中使用的任何術(shù)語(yǔ)不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍。特別地，詞語(yǔ)“包括”和“包含”并不意味著排除沒(méi)有具體陳述的任何元件。單個(gè)(電路)元件可以用多個(gè)(電路)元件或者用它們的等效物替換。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，并且在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行多種修改和添加。
權(quán)利要求
1.一種用于確定由表面(11，12)限定的空間(10)中的物體(8)的位置的裝置(20)，該裝置被設(shè)置用于與聲換能器單元合作以檢測(cè)在物體和換能器單元之間傳輸?shù)穆曅盘?hào)，包括它們的反射，以及用于根據(jù)檢測(cè)的聲信號(hào)和它們的反射推斷出物體的位置，-其中聲換能器單元至少包括以相互間距(D)設(shè)置的第一換能器(1)和第二換能器(2)，以及-其中裝置(20)進(jìn)一步被設(shè)置用于確定檢測(cè)的聲信號(hào)和它們的反射的到達(dá)時(shí)間，以及用于根據(jù)反射到達(dá)時(shí)間的次序和所述到達(dá)時(shí)間與相應(yīng)換能器(1，2)的對(duì)應(yīng)使反射與表面(11，12)相關(guān)聯(lián)，以根據(jù)所述次序推斷出位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步被設(shè)置用于檢測(cè)反射到達(dá)時(shí)間的任何反轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的裝置，進(jìn)一步被設(shè)置用于比較聲信號(hào)的反射被檢測(cè)的次序和相關(guān)聲信號(hào)被檢測(cè)的次序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的裝置，進(jìn)一步被設(shè)置用于確定聲信號(hào)被檢測(cè)的次序。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的裝置，進(jìn)一步被設(shè)置用于使檢測(cè)的聲信號(hào)與預(yù)定模板匹配。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的裝置，其中換能器(1，2)被設(shè)置用于檢測(cè)聲信號(hào)。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的裝置，其中換能器(1，2)被設(shè)置用于產(chǎn)生聲信號(hào)。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的裝置，其中聲信號(hào)是超聲信號(hào)。
9.根據(jù)前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的裝置，其中換能器單元包括被設(shè)置成二維圖形的至少三個(gè)換能器(1，2，3)以獲得三維位置信息。
10.根據(jù)前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的裝置，進(jìn)一步被設(shè)置用于相對(duì)于那些信號(hào)的傳輸時(shí)間確定聲信號(hào)和它們的反射的到達(dá)時(shí)間(t1，t2，t3，t4，...)。
11.一種用于確定由表面(11，12)限定的空間中物體的位置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一換能器(1)、第二換能器(2)和根據(jù)權(quán)利要求1到9中的任一項(xiàng)的裝置(20)。
12.一種使用聲換能器單元確定由表面(11，12)限定的空間(10)內(nèi)的物體(8)的位置的方法，該方法包括以下步驟檢測(cè)在物體和換能器單元之間傳送的聲信號(hào)，包括它們的反射，以及根據(jù)檢測(cè)的聲信號(hào)和它們的反射推斷出物體的位置，-其中聲換能器單元至少包括以相互間距(D)設(shè)置的第一換能器(1)和第二換能器(2)，以及-其中確定檢測(cè)的聲信號(hào)和它們的反射的到達(dá)時(shí)間，以及根據(jù)反射的到達(dá)時(shí)間的次序和所述到達(dá)時(shí)間與相應(yīng)換能器(1，2)的對(duì)應(yīng)使反射與表面(11，12)相關(guān)聯(lián)，以根據(jù)所述次序得出位置信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，進(jìn)一步包括檢測(cè)反射的到達(dá)時(shí)間的任何反轉(zhuǎn)的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，進(jìn)一步包括比較聲信號(hào)的反射被檢測(cè)的次序和相關(guān)聲信號(hào)被檢測(cè)的次序的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，進(jìn)一步包括確定聲信號(hào)被檢測(cè)的次序的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求12-15中的任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括使檢測(cè)的聲信號(hào)與預(yù)定模板匹配的方法。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16中的任一項(xiàng)的方法，其中換能器(1，2)被設(shè)置用于檢測(cè)聲信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-17中的任一項(xiàng)的方法，其中換能器(1，2)被設(shè)置用于產(chǎn)生聲信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12-18中的任一項(xiàng)的方法，其中聲信號(hào)是超聲信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求12-19中的任一項(xiàng)的方法，其中換能器單元包括設(shè)置成二維圖形的至少三個(gè)換能器(1，2，3)以獲得三維位置信息。
21.根據(jù)權(quán)利要求12-20中的任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括相對(duì)于那些信號(hào)的傳輸時(shí)間確定聲信號(hào)和它們的反射的到達(dá)時(shí)間(t1，t2，t3，t4，...)。
22.用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求12-20中的任一項(xiàng)的方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
全文摘要
一種用于確定由表面(11，12)限定的空間(10)中物體(8)的位置的系統(tǒng)至少包括第一換能器(1)、第二換能器(2)和處理裝置。換能器以相互間距(D)設(shè)置。處理裝置被設(shè)置用于確定在物體和每個(gè)換能器(1，2)之間傳輸?shù)穆曅盘?hào)和它們的反射的到達(dá)時(shí)間。根據(jù)聲信號(hào)組和相關(guān)反射的到達(dá)時(shí)間的差異，處理裝置可以確定由哪個(gè)表面(11，12)反射間接聲信號(hào)，由此提供了另外的位置信息。
文檔編號(hào)G01S5/22GK1930489SQ200580007600
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
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