使用聲波測量物體空間位置的方法及系統技術方案

一種使用聲波測量物體空間位置的方法及系統，適于使用聲波收發裝置及多個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；之后再取得對應于從聲波收發裝置發出聲波、一直到聲波收發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間；最后就利用這些相對位置與反射時間，計算指示物品的位置。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是有關于一種測量物體空間位置的方法及系統，且特別是有關于一種使用聲波測量物體空間位置的方法及系統。
技術介紹
傳統的電容式、電阻式以及表面聲波觸控技術等，只能對于位處屏幕表面的觸控進行偵測，且因為電子元件合格率的限制，在大面積觸控的應用上會導致成本快速上升。另一種運用深度攝影機進行位置判斷的技術則因光學限制之故，僅能在30公分以外才有效，并不適于近距離的觸控應用；此外因為攝影機視角問題，在大面積觸控時所能涵蓋的區域偏小，故同樣不適于大面積觸控的應用。有鑒于此，一種被稱為脈沖-回聲超音波(pulse-echo ultrasound)的技術便開·始被使用于近距離且大面積的觸控環境上。此種技術是根據聲音傳遞的速度來計算待測物體與感應器之間的距離，然后透過幾何關系而獲知待測物體的位置。然而，欲使用此技術必須先克服兩個問題其一是需要知道聲音速度的大小，但因為聲音速度會隨著溫度與濕度而有所改變，所以必須隨時校正才能維持精準度；其二是如何利用反射時間資訊來計算待測物體的三度空間坐標，亦即，用來計算待測物體三度空間坐標的計算方式的復雜度將很大程度的影響到物體偵測的運作流暢程度。
技術實現思路
本專利技術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，其不需要確認聲音速度即可進行物體位置的量測。本專利技術提出一種使用聲波測量物體空間位置的方法，其適于使用一個聲波收發裝置及多個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裝置至每一聲波接收裝置之間的相對位置，并取得對應于從聲波收發裝置發出聲波，直至由聲波收發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間，之后再利用所取得的相對位置與反射時間來計算指示物品的位置。本專利技術還提出一種使用聲波測量物體空間位置的系統，此系統用于測量指示物品的位置，并包括聲波生發裝置、第一與第二聲波接收裝置、記錄元件以及計算單元。其中，聲波收發裝置發出聲波至指示物品，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為前述聲波從指示物品反射而回所產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裝置之間的第二相對位置資訊。計算單元根據從聲波收發裝置從發出聲波至聲波收發裝置本身接收到第一聲波反射信號所需的第一反射時間、從聲波收發裝置發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間、從聲波收發裝置發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間、第一相對位置資訊以及第二相對位置資訊，以計算指示物品的位置。本專利技術預先記錄聲波收、發元件之間的相對位置作為計算指示物品時的參數，再配合各反射時間以及對應的空間幾何關系，如此就可以在沒有確切的聲速數據的情況下計算出指示物品的空間位置。為讓本專利技術之上述和其他目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。附圖說明圖I為根據本專利技術一實施例的系統方塊圖；圖2為圖I所示之實施例的俯視示意圖；圖3為根據本專利技術一實施例的實施步驟流程圖。其中，附圖標記 10 :使用聲波測量物體空間位置的系統15 :指示物品100 :面板110:聲波收發裝置120、122、124 :聲波接收裝置130 :記錄元件140 :計算單元S30CTS312 :本專利技術一實施例之實施步驟具體實施例方式請參照圖I，其為根據本專利技術一實施例的系統方塊圖。如圖I所示，在本實施例中，使用聲波測量物體空間位置的系統10包括了聲波收發裝置110、聲波接收裝置120、122與124、記錄元件130以及計算單元140。雖然這些裝置與元件在本實施例中被設置在面板100的四周或其內部，但這并非唯一的設計方式。例如，面板100本身可以只是一個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。當然，記錄元件130與計算單元140等可以不被設置在屏幕或板子之內，而是獨立在外并以能溝通數據的方式與聲波收發裝置110及聲波接收裝置120、122與124等相互耦接。在圖I所示的實施例中，聲波收發裝置110會發出聲波以便后續量測操作的進行。由聲波收發裝置Iio所發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)的接收時間點與原本發出聲波的時間點之間的差異，會被傳送到記錄元件130或直接傳送到計算單元140，以使計算單元140能配合記錄元件130所儲存之聲波收發裝置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的空間位置進行計算。請參照圖2,其為圖I所示之實施例的俯視示意圖。應注意的是,此圖僅用于表示聲波收發裝置110與聲波接收裝置120、122與124間的相對位置關系，以借此讓本領域技術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際長度與形狀。如圖2所示，此實施例以聲波收發裝置110為原點，并以聲波接收裝置120相對于聲波收發裝置110在X軸上的位移量為hl，在Y軸與在Z軸上的位移量因為其值為0，所以沒有標示出來；以聲波接收裝置122相對于聲波收發裝置110在X軸上的位移量為h2，在Y軸與在Z軸上的位移量因為其值為0，所以沒有標示出來；并以聲波接收裝置124相對于聲波收發裝置110在X軸上的位移量為h3，在Y軸上的位移量為h4，在Z軸上的位移量因為其值為0，所以沒有標示出來。所述各軸上的位移量會被儲存在記錄元件130之中，以備后續計算時使用。請參照圖3，其為根據本專利技術一實施例的實施步驟流程圖。為方便說明，請一并參照圖I。在本實施例中，首先自記錄元件130中取得先前儲存的各個相對位置資訊(步驟S300);并在聲波收發裝置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，計算收到聲波反射信號的時間點與聲波收發裝置110發出聲波的時間點之間的時間差異以作為相對應的反射時間(步驟S302)。在取得相對位置資訊以及反射時間之后，這兩組參數會被提供給計算單元140以計算指示物品15的位置。在計算指示物品15的位置時，可以考慮利用以下的方式來進行以Xi= [Xi Yi Zi]T, i=l表示聲波收發裝置110的空間坐標，i為其他值時表示分別表示一個聲波接收裝置的空間坐標。例如，可以以X2代表聲波接收裝置120的空間坐標，以 X3代表聲波接收裝置122的空間坐標，并以X4代表聲波接收裝置124的空間坐標。此外，并以τ i為聲波收發裝置110到第i-Ι個聲波接收裝置的反射時間。例如，可以i=l時(τ表示聲波收發裝置110發出聲波到聲波收發裝置110自身收到聲波反射的反射時間，并以i=2時(τ 2)表示聲波收發裝置110發出聲波到聲波接收裝置120收到聲波反射的反射時間，以i=3時(τ 3)表示聲波收發裝置110發出聲波到聲波接收裝置122收到聲波反射的反射時間，以i=4時(τ 4)表示聲波收發裝置110發出聲波到聲波接收裝置124收到聲波反射的反射時間。如此，根據聲波收發裝置110、聲波接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種使用聲波測量物體空間位置的系統，其特征在于，適于測量一指示物品的位置，該系統包括：一聲波收發裝置，用以發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裝置之間的一第二相對位置資訊；以及一計算單元，根據該聲波收發裝置從發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間、從該聲波收發裝置發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間、從該聲波收發裝置發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間、該第一相對位置資訊及該第二相對位置資訊，計算該指示物品的位置。

【技術特征摘要】
2012.08.17 TW 1011300011.一種使用聲波測量物體空間位置的系統，其特征在于，適于測量一指示物品的位置，該系統包括 一聲波收發裝置，用以發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裝置之間的一第二相對位置資訊；以及 一計算單元，根據該聲波收發裝置從發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間、從該聲波收發裝置發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間、從該聲波收發裝置發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間、該第一相對位置資訊及該第二相對位置資訊，計算該指示物品的位置。2.如權利要求I所述的系統，其特征在于，該聲波收發裝置、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.如權利要求I所述的系統，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裝置之間的一第三相對位置資訊，且該計算單元于計算該指示物品的位置時，更進一步依據該第三相對位置資訊以及從該聲波收發裝置發出該聲波至該第二聲波接收裝置接...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡竹生，阮崇維，李芳慶，
申請(專利權)人：友達光電股份有限公司，
類型：發明
國別省市：