CN100390709C - 物品跟踪和处理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于处理一个或多个物品的系统和方法。系统涉及数据获取设备和显示设备。至少一个数据获取设备和显示设备可以安装在具有透视显示器和方向传感器的机座上。物品跟踪系统对要处理的物品进行跟踪。方向传感器确定数据获取设备和显示设备的佩带者的方向和位置，以便设备的佩带者可以查看有关佩带者的视野中的物品的信息。在透视显示器中，此信息可以看起来紧贴地重叠在物品上。使用本发明的方法包括查看有关显示设备上的物品的特征信息，并根据特征信息对物品进行处理。

Description

物品跟踪和处理系统和方法
技术领域
本发明的领域包括物品的跟踪和处理。具体来说，本发明涉及在处理包裹的过程中向人传递分拣指令。
背景技术
人工分拣或物品处理环境被轻松地描述为具有物理动态活性的各种各样的基于事件的刺激。例如，包裹处理过程的当前状态是人工分拣设施内的处理包裹的人员连续地从每一个包裹的标签中读取包裹信息。给定了所获取的信息，对于每一个作业类型，一系列判断类型和活动是可能的(“每个包裹的判断过程”)。使用输送带、滑道、托盘、袋子、手推车等等，将物品在各个作业位置之间移动。大规模的物品处理器，如UPS，需要在很多设施、固定设备配置以及培训方面有基本的投资，才能提供当前的处理状态。
使用技术来帮助每个物品的判断过程的任何尝试都被在现有的人工包裹处理环境中采用技术需要很高的成本而阻碍。利用技术所存在的难题还有受到空间的限制以及物品在处理环境中的流动等。
采用技术的最大的成本因素是提供以电子方式获取或读取物品数据的站以及提供显示或生成物品分拣和/或处理指令的站。最小化这些成本的困难在于，物品处理的累积例外率常常很高。影响此例外率的因素包括常规标签号码扫描中的误差、地址验证问题、包裹数据可用性以及包裹维度一致性。因此，在物品处理中，由于需要例外处理功能，而使成本很高。
许多常规物品处理系统利用了地面的物品处理例外区域，在那里，在物理上从处理系统中除去例外的物品，并以昂贵的和费力的方式进行处理。这些位于地面的区域可能会处理设施的设施配置、效率、方法和吞吐量的平衡产生不利的影响。
在有些情况下，离开地面例外处理可能能够减少物理的例外处理。这些系统可以使用物品获取和重新获取站，其中，标签获取例外和指令-改变例外的实例是以电子方式而不是以人工方式进行处理的。然而，使用由固定物品获取和重新获取站实现的远离地面的例外区域施加了早期处理截止日期，在物品经过重新获取站之后，不允许指令改变。此外，对于获取和重新获取站两者，此方法仍需要相当多的位于地面的设备。
本发明的实施例克服了当前技术中上文所指出的许多难题。
发明内容
本发明的实施例为物品的处理提供了计算机辅助的判断功能。在特定的应用中，本发明的实施例跟踪物品处理设施的处理过程内物品，并为这些物品提供处理指令。
在其他实施例中，对物品进行跟踪，并基于人的位置和/或一个或多个物品的位置，向人提供有关一个或多个物品的信息。
一般而言，本发明的实施例涉及这样的系统，其中，物品处理人员和监督员佩带一组透视显示器透镜，这些透镜将相关消息紧贴地重叠在视野中的真实的被跟踪物体的周围或上方。这些透镜粘接到信息收集设备，该设备捕获并解码有关物品的信息，如，标签图像，方向和位置设备，该设备确定佩带者的方向和位置，以便可以确定什么物品位于视野中。
本发明的实施例涉及数据获取和显示设备，该设备包括信息收集设备，用于捕获从物体捕获数据，信标检测设备，用于捕获有关佩带者的方向和位置的信息，以及透明头戴式显示器，用于显示与物体相关的指令，每一个都与一个或多个计算机进行通信。
本发明的另一个方面是跟踪系统，如，光学跟踪系统，该光学跟踪系统包括两个或更多固定检测器，如，固定照像机，一个或多个能量源，如光源、对来自能量源的能量作出反应的无源信标，以及计算机。当检测器接收从无源信标反射的或传输的能量时，计算机根据从固定检测器接收到的信息确定无源信标的位置，
本发明的再一个方面涉及物品跟踪系统，该物品跟踪系统包括信息收集设备，如，成像设备，用于从物体捕获数据，信标检测设备，用于捕获有关佩带者的方向和位置的信息，跟踪系统，用于跟踪应用于每一个物体的无源信标，以及透明头戴式显示器，用于显示与物体相关的指令，每一个都与一个或多个计算机进行通信。
本发明的一个方面包括用于跟踪技术中的系统和方法，如光学跟踪技术，用于实时跟踪穿过复杂设施的物体的进度，例如，包裹或装配线上部件或通过仓库的货物的光学跟踪。
本发明的另一个方面包括用于透明头戴式显示器的系统和方法，以当人看到某一物体时向人输送指令或信息。这样的指令可以是针对包裹处理、行李处理、零件装配、通过标记的航线点的导航、物品检索和包装、库存控制等等。
本发明的再一个方面是用于使用固定照像机和无源信标校正光学跟踪系统的系统和方法。
本发明的另一个方面提供了用于处理物品的系统。该系统包括跟踪系统，该跟踪系统被配置为，为表面上的多个物品中的每一个物品提供位置信息，还包括显示设备。显示设备用于在它们的相应的位置查看多个物品中的每一个物品的特征信息。在一个实施例中，特征信息的位置是这样的：指出物品在表面上的相对位置，包括将特征信息放到物品的表示的附近。在另一个实施例中，只显示某些特征信息，如包裹的邮政编码，而不显示包裹的位置处的包裹。物品可以是单个，也可以是非单个。
这里将比较全面地说明本发明的各种实施例的这些及其他方面。
附图说明
因此概括地描述了本发明之后，现在将参考附图具有详细描述，这些附图不一定按比例绘制，其特征在于：
图1是本发明的系统的一个实施例的示例方框图；
图2是数据获取和显示设备的实施例；
图3是佩带者身上所显示的示例数据获取和显示设备的实施例；
图4是本发明的一个实施例中的无源信标位置跟踪应用中的固定检测器(如固定照像机)的用法的示例图表。
图5A是本发明的一个实施例中的无源信标位置跟踪应用中的固定检测器(如固定照像机)的用法的示例图表，该图比图4所示的实施例；
图5B是本发明的一个实施例中的无源信标位置跟踪应用中的没有滤光器的固定照像机所捕获的图像的示例视图；
图5C是本发明的一个实施例中的无源信标位置跟踪应用中的有滤光器的固定照像机所捕获的图像的示例视图；
图6是本发明的一个实施例中的用于确定数据获取和显示设备的佩带者的位置和方向的有源信标的用法的示例图；
图7是本发明的一个实施例中的无源信标702的用法的示例图，这样的无源信标702用于跟踪物品704。
图8A、8B和8C是本发明的一个实施例中的无源信标跟踪的概念的示例图；
图9是获取物品并将定向反光点(即，无源信标)置于物品上的人的示例图，然而，在图9中，无源信标不可见，因为它在人大拇指下面。
图10是用大拇指覆盖并使无源信标曝光并导致“闪烁”的人的示例图；
图11和12是本发明的一个实施例中的获取物品信息(例如，标签信息)的概念的示例图；
图13是描述了涉及通过建立固定照像机的位置和方向校正固定照像机的步骤的流程图；
图14是本发明的物品跟踪系统的一个实施例，是这样的实施例的接口的示例图；
图15显示了包裹分拣设备中的本发明的系统的一个实施例的示例应用；
图16显示了让受人将显示在数据获取和显示设备的透视显示器中的目标瞄准物品的标签并将粘连性无源信标置于标签的附近，以触发照像机捕获标签图像；
图17显示了显示在让受人的透视显示器中的捕获的图像的高对比度副本，因此如果所捕获的图像看起来模糊、变形，或由于别的原因不清楚，则让受人可以重新捕获图像；
图18显示了本发明的实施例中的已经进入分拣员的视野的输送器上的示例包裹，以及示例重叠的处理说明紧贴地位于分配给该分拣员的包裹上面或周围；
图19是描述了本发明的一个实施例中的处理物品的方法的步骤的流程图；
图20也是描述了本发明的另一个实施例中的处理物品的方法的步骤的流程图；
图21是描述了本发明的一个实施例中的在数据获取和显示设备的透视显示器中显示有关一个或多个物品的信息的方法的流程图；
图22是描述了本发明的另一个实施例中的在数据获取和显示设备的透视显示器中显示信息的方法的流程图；
图23是本发明的一个实施例中的跟踪一个或多个物品的方法的流程图；
图24是描述了本发明的另一个实施例中的跟踪一个或多个物品的方法的流程图；
图25是描述了本发明的一个实施例中的跟踪物品的方法的流程图；以及
图26是描述了本发明的一个实施例中的计算数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置的方法的流程图。
具体实施方式
下文将参考附图比较全面地描述本发明，在附图中显示了本发明的某些，而不是所有的实施例。实际上，本发明可以以许多不同的方式实施，不应该理解为仅局限于的这里阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本说明书符合适用的法定要求。相同的编号表示相同的元素。
下面将参考根据本发明的实施例的方法、设备(即，系统)和计算机程序产品的方框图和流程图描述本本发明的实施例。可以理解，方框图和流程图说明的每一个方框，以及方框图和流程图说明中的方框的组合可以分别通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以加载到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备，以产生一个机器，以便在计算机或其他可编程数据处理设备上执行的指令创建用于实现流程图方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读的存储器中，该存储器可以指示计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式运行，以便存储在计算机可读的存储器中的指令产生一种包括可以实现流程图方框中指定的功能的指令装置的产品。计算机程序指令也可以加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以使一系列操作步骤在计算机或其他可编程设备上执行，以产生计算机实现的进程，以便在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图方框中指定的功能的步骤。
相应地，方框图和流程图说明的方框支持用于执行指定的功能的装置的组合、用于执行指定的功能的步骤的组合以及用于执行指定的功能的程序指令装置。还可以理解，方框图和流程图说明的每一个方框，以及方框图和流程图说明中的方框的组合可以通过执行指定的功能或步骤的基于专用硬件的计算机系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
一般而言，本发明的各种实施例的概念涉及用于处理单个和非单个物品的系统和方法。系统和方法的实施例一般涉及两个子系统，数据获取和显示系统和诸如光学跟踪系统之类的跟踪系统。在一个实施例中，数据获取和显示系统包括一组护目镜，它们具有一个或多个信息收集设备，例如，照像机、无线电频率标识(RFID)读取器、条形码读取器、RF接收器等等，或它们的组合，用于进行数据获取，以及透明的头戴式显示器，用于显示数据和跟踪物品。物品可以是单个，也可以是非单个，它们可以是静止的，也可以是移动的。此实施例的数据捕获和跟踪是这样启动的：通过将护目镜上的至少一个信息收集设备指向物品上的标签或标记，并通过暴露无源信标，如，紧贴地位于每一个物品上的定向反光点，启动对物品的跟踪。由护目镜的图像收集设备捕获的数据通过网络传输到本地计算机，该本地计算机记录物品数据，并确定要显示在头戴式显示器中的指令。本地计算机可以与一个或多个服务器和业务应用程序连接。
在其他实施例中，数据获取和显示可以由一个以上的设备来执行。例如，信息收集设备可以安装在护目镜上，它们也可以和诸如wand-mounted或固定条形码读取器、RFID读取器、照像机之类的护目镜分离。此外，在某些实施例中，显示器可以和护目镜分离，如当前技术所知道的，它可以是固定显示监视器或面板，也可以是通过护目镜之外的装置附着于人体中的显示器。显示器可以是这样的：通过显示器查看物品，有关物品的特征信息显示在被查看的物品上或基本上在被查看的物品附近。在其他情况下，一个或多个物品的表示可以显示在显示器上，有关一个或多个物品的特征信息显示在表示上或表示的附近。此外，在有些情况下，特征信息可以充当物品的表示。例如，在包裹处理应用中，包裹的邮政编码可以充当物品的表示，也可以充当有关物品的特征信息。
跟踪系统的一个实施例是包括固定照像机阵列的光学跟踪系统，固定照像机通过分拣和装载设置和无源信标位置跟踪(PBLT)计算机对无源信标进行跟踪。当用户通过护目镜朝包裹看时，护目镜的其中一个信息收集设备或诸如信标检测设备之类的传感器设备拾取至少两个有源信标光束。通过拾取这些光束，本地计算机能够确定用户的位置。光学跟踪系统能够跟踪唯一地识别的无源信标的位置，并将信息与每一个无源信标关联。PBLT计算机通过诸如无线网络之类的网络将信息发送回护目镜的本地计算机。因此，佩带者的视野中的物品将让它们的信息出现在头戴式显示器上，一般而言，看起来是紧贴地重叠在佩带者的视野中的实物的周围或上方。这样的重叠的信息可以按连续的或随机方式应用于物品，也可以应用于佩带者的视野或工作区中的所有物品。在一个实施例中，只有与该特定佩带者相关的信息才会重叠在物品上。在佩带者的视野中，物品可以是单个，也可以是非单个。
跟踪系统的其他实施例可以涉及使用转发器，如，附着于被跟踪的物品或与其关联的RFED标记，这样的转发器的位置通过固定检测器来监视，如当前技术已知的。例如，2003年12月9日向Seal颁发的这里所引用的，并构成其一部分的美国专利编号6,661,335，描述了用于确定RFID转发器相对于传感器的位置的系统和方法。
本发明的数据获取和显示系统的一个实施例包括一组具有透视显示器的护目镜。术语“护目镜”是一般意义上的，包括任何形式的透镜(处方或以别的方式)、护罩，甚至包括空的框架或其他头戴式或戴在身上的，能够具有透视显示器和一个或多个信息收集设备或传感器的设备。透视显示器能够显示文字和/或图像，而不会完全妨碍佩带者的视线。它可以在头部或身体的其他部位得到支持，或在其他允许用户通过显示器查看视野的结构中得到支持。在某些实施例中，数据获取和显示系统包括一个或多个信息收集设备，如，包括用于获取标签图像的图像捕获照像机的照像机，以及用来从有源信标获取信号并跟踪方向并附加到护目镜的信标检测设备。在其他实施例中，用其它方式获取标签图像，如通过位于输送带上方或附近的固定图像获取站。在某些实施例中，护目镜可以包括一个或多个方向传感器，用来在快速的头部移动过程中跟踪佩带者的方向。
透视显示器、信息收集设备和方向传感器(如果包括的话)通过网络与本地计算机进行通信，网络可以是有线、无线、光学网络或其组合。本地计算机可以通过网络并通过网络接口与一个或多个其他计算机和/或服务器进行通信。此网络也可以是有线、无线、光学网络或其组合。
在其他实施例中，信息收集设备可以是RFID读取器、条形码读取器、RF接收器或收发器，也可以是它们的组合。
跟踪系统包括有源信标，这些有源信标为系统提供估计参考，以确定数据获取和显示系统的佩带者的位置和方向，无源信标，这些无源信标附着于每一个相关的物品或与其关联，以为每一个物品提供“注册”触发器，并降低三维跟踪的任务的复杂性。跟踪系统进一步包括固定检测器，如固定照像机，用来对与无源信标关联的物品进行跟踪。诸如光源之类的能量源附加到每一个固定检测器，能量被无源信标反射回固定检测器，以便固定检测器将排除与无源信标关联的那些物品之外的所有物品。在一个实施例中，固定检测器是固定照像机，能量源是光。每一个固定照像机上滤波器传播来自无源信标的反射光，以便它提供只显示了与每一个相关物品关联的无源信标的图像。
跟踪系统通过网络向与本地计算机进行通信的服务器或其他处理器提供信息，并可以向一个或多个业务应用程序提供信息和指令，或从它们那里接收信息和指令。
图1是本发明的系统100的一个实施例的方框图。此实施例包括与光学跟踪系统104相结合的可佩带的数据获取和显示设备102。光学跟踪系统104能够随着与无源信标128关联的物品在设备中移动时跟踪这些物品。
数据获取和显示设备102的组件可以附属于一组机座、透镜、护罩、护目镜等等(下面通称为“护目镜”)106，它们能够将有关正在被跟踪的物品的信息紧贴地重叠在位于护目镜佩带者的视野内的实物(即，被跟踪的物品)的周围或上方。这是因为光学跟踪系统104跟踪关于具有无源信标128与其关联的物品或物体的位置信息。通过使用固定照像机108和PBLT计算机110进行此跟踪。向数据获取和显示设备102提供物品跟踪信息。数据获取和显示设备102具有本地计算机112，该本地计算机112对佩带者的位置和方向进行计算。这是通过使用有源信标114来实现的，该有源信标114具有已知的固定位置和唯一“签名”和信标检测设备116，如信标照像机，以及包括数据获取和显示设备102的组件的惯性传感器。本地计算机112知道固定有源信标114的位置，并根据位于信标检测设备116的视野(FOV)中的有源信标114，能够确定佩带者的位置和方向。通过一个或多个网络120和网络接口122，从光学跟踪系统104向本地计算机112提供有关被跟踪的物品的信息。因此，有关位于佩带者的视野中的被跟踪物品的某些信息可以显示在透视显示器118上。由于显示器118的透视特征，此信息可以看起来紧贴地重叠在实际物品的周围或实际物品上面。
通过网络120与数据获取和显示设备102和光学跟踪系统104两者连接的业务应用程序124，确定在透视显示器118上显示的关于被跟踪的物品的信息。例如，这些业务应用程序124可以使分拣和加载指令出现在物品上，以便佩带者的数据获取和显示设备102不必读取每一个物品的标签或必须读取由附近的屏幕、面板、CRT等等所提供的指令。可以通过信息收集设备126获取有关被跟踪的物品的信息，如照像机，该照像机获取物品的标签的图像，并注册物品，以便通过光学跟踪系统104进行跟踪。可以从成像设备126向本地计算机112提供标签图像，在那里，对其进行解码，并通过网络120提供到业务应用程序124。业务应用程序124可以将标签数据与其他信息组合起来，并向本地计算机112指出，什么信息将显示在透视显示器118中。
在其他实施例中，可以通过诸如射频标识(RFID)读取器之类的信息收集设备126来获取有关被跟踪的物品的信息。在一个实施例中，物品的标签可以是RFID标记。如前所述，信息收集设备126从物品的标签获取信息，注册物品，以便通过光学跟踪系统104进行跟踪。可以从信息收集设备126向本地计算机112提供标签信息，在那里，对其进行解码，并通过网络120提供到业务应用程序124。业务应用程序124可以将标签数据与其他信息组合起来，并向本地计算机112指出，什么信息将显示在透视显示器118中。
在其他实施例中，也可以使用其他跟踪系统。例如，可以使用通过使用固定RFID读取器对RFID标记进行跟踪的跟踪系统来代替光学跟踪系统。数据获取和显示设备
图2显示了示例数据获取和显示设备200的实施例。图2所示的数据获取和显示设备200的实施例包括五个组件：一组机座或护目镜202、透视显示器204、诸如照像机206之类的信息收集设备、信标检测设备和方向传感器208，以及具有网络接口(未显示)的本地计算机210。透视显示器204可以是，位于Massachusetts州Westwood的The MicroOptical Corporation推出的MicroOpticSV-3 VIEWER TM，或位于Manitoba，州Winnipeg Kaiser，的TekGear，Inc.或位于California，Carlsbad的Electro-Optics，Inc.所推出的类似的设备等等。透视显示器204被用来在实物的视线中显示重叠的物体。透视显示器204应该具有足以查看重叠的物体而不会导致过度的眼睛疲劳的分辨率。在一个实施例中，透视显示器204的分辨率可以是，640列x480行的像素格式，并至少具有75度的FOV。透视显示器204可以是单色的，也可以是彩色的。
在其他实施例中，显示器可以是与护目镜分开的设备，通过该设备可以查看物品，或者，在其他实施例中，在该设备中，可以查看物品的表示，其中，这样的表示可以包括物品的外形轮廓图像、表示物品的符号或有关物品的特征信息。
在一个实施例中，信标检测设备208是附着于护目镜202的照像机，并被用来获取有源信标114(用于确定佩带者的位置和方向)，并获取位于佩带者的视野中的无源信标。在一个实施例中，信标检测设备208是由宽视野(大致90°视野)窄频带照像机和方向传感器构成的信标照像机。信标检测设备208被用来获取信标(有源的和无源的)，方向传感器被用来跟踪佩带者的方向。
在图2所示的实施例中，信息收集设备是安装在护目镜202上的照像机206。在一个实施例中，照像机206是中等视野可见光照像机，用来获取标签图像。中等视野可见光照像机(a/k/a照像机)206被用来获取图像，并将这些图像向无源信标注册。在其他实施例中，照像机206可以与护目镜202分开。一般而言，照像机206具有固定在大约12英寸到30英寸的视野深度，大约28度的视野。在一个实施例中，照像机206的分辨率大约为1500 x 1500(2.25百万像素)。照像机206的图像帧捕获序列通过发现目标区域附近的无源信标来触发。照像机206每小时最多可以捕获1000个图像。
护目镜202应该给佩带者提供足够的FOV，以便佩带者不必连续地向前向后移动他们的脑袋。在一个实施例中，此FOV通过至少具有75度FOV的护目镜202提供，虽然也可以使用其他度数的FOV。
本地计算机210包括计算机和网络接口(未显示)，它们根据从信标检测设备和方向传感器208获取的图像确定佩带者的方向和位置。本地计算机210还执行视图-平面计算，这是这样的过程：使用每一个相关物体的三维位置数据，并确定数据获取和显示设备200的佩带者的位置和方向。本地计算机210对每一个相关物体的应用程序提供的显示符号进行管理，以确定哪一个将显示在透视显示器204中，以及在哪里显示信息，以便它看起来紧贴地重叠在物品的周围或物品上。本地计算机210执行附近的无源信标发现和注册，信息处理，如从图像捕获照像机206进行图像捕获，利用透视显示器204校正信标检测设备208和照像机206，相对于固定照像机108对有源信标114进行校正，进行通信(一般而言，无线)，以及机器可读取的代码的解码，这是大大地缩短显示有关已经注册的物体的信息的响应时间的功能。例如，系统100准备好显示有关物体的信息，而该物体变模糊了一会儿，然后重新出现；用户重新注册该物体，并快速看到相关信息；机载的解码避免了跨通信网络120向业务应用程序124传输图像以便确定显示信息的时间。例如，在一个实施例中，本地计算机210可以是250MHz低功耗CPU。
本地计算机210包装还可以包含电源(未显示)，该电源可以是自给自足的，例如，电池或其他形式的可再充电的、可替换的、可重复使用或可更新的能源。例如，在一个实施例中，电源是10伏特，3安培-小时的电池。
在图3的实施例中，本地计算机210通过电缆212与安装在护目镜上的设备204、206、208进行通信。然而，在其他实施例中，这样的通信可以以无线方式、通过光纤或其组合进行。图3是在佩带者304身上的数据获取和显示设备302的实施例。如图3的实施例所示，数据获取和显示设备302包括附着于或集成到一组机座或护目镜308的透视显示器306，以及一个或多个信息收集设备，如照像机，以及连接到机座308的方向传感器310。
机座308是戴在佩带者头上的，类似于一副眼镜或护目镜。本地计算机312通过一个或多个网络与透视显示器306、信息收集设备以及方向传感器310、光学跟踪系统104以及业务应用程序124进行通信。
跟踪系统
图4是本发明的一个实施例中的无源信标位置跟踪应用中的固定检测器(如固定照像机)的用法的示例图表。诸如固定照像机402之类的固定检测器安装在相关物体404的附近的固定位置。这些固定照像机402的用途是连续地向计算每一个相关物体(a/k/a)404的当前位置的进程提供图像。相关物体404可以是单个(如图所示)，也可以是非单个。每一个相关物体404都至少与一个无源信标406关联。
图5C是本发明的一个实施例中的无源信标位置跟踪应用中的固定检测器(如固定照像机504)的用法的示例图表。在此实施例中，诸如光源502之类的能量源附加到每一个固定照像机504并沿着图像路径506瞄准。一般而言，光源502人眼是看不见的(例如，红外线)，虽然在其他实施例中，也可以使用其他可见的或非可见光光源，例如，激光、有色光、紫外线等等。在如图5C所示的一个实施例中，照像机504的透镜508，被滤光器510覆盖，该滤光器510与光源502的频率匹配。光源502和滤光器510的用途是提供图像512，该图像512只显示了无源信标514，它们附着于或与每一个相关的单个或非单个物品516关联，分别如图5C和5B的图像512、518所示。在一个实施例中，固定照像机504是低成本的，Web-cam型，分辨率大约为640 x 480像素的照像机。
图6是本发明的一个实施例中的用于确定数据获取和显示设备102的佩带者304的位置和方向的有源信标602的示例图。有源信标602为本地计算机112提供估计参考，以确定佩带了设备102的用户的位置和方向。在一个实施例中，有源信标602是闪光源，每一个闪光源都唯一地被数据获取和显示设备102的信标检测设备116识别。在其他实施例中，有源信标602可以是可以由数据获取和显示设备102的信标检测设备116识别的独特磁性、电、电子、声
光发射中的任何源。每一个有源信标602都具有相对固定的位置604，如三维坐标x、y和z。每一个有源信标602的相对固定位置604都为本地计算机112所知，因此，数据获取和显示设备102的佩带者的相对位置和方向可以由本地计算机112通过确定哪些有源信标602位于数据获取和显示设备102的信标检测设备116的FOV中来计算。
一般而言，有源信标602的能量源是红外线，虽然也可以使用其他可见的或非可见的光源，如激光、有色光、紫外线等等。此外，在某些情况下，每一个有源信标602都可以使用独特的非光信号，如，电子发射、声、磁性，或提供用于确定佩带者304的方向和位置的独特信号的其他装置。
在其中有源信标602是闪烁红外线的光源并且信标检测设备116是信标照像机的实施例中，每一个有源信标602都唯一地由闪烁模式标识，该模式将每一个有源信标602与其他光源和其他有源信标区别开来。例如，在一个实施例中，每一个有源信标602都发射重复的11位唯一标识模式。此模式包括3位前同步码，后面是8位ID值。例如，前同步码可以是“001”，ID值可以是不以字符串“001”开始或不包含字符串“001”的88个值中的某一个。每一个模式位都分成两个传输位。传输位的状态确定了信标是打开还是关闭。传输位的值是使用叫做“传号交替反转”或AMI的标准技术确定的。AMI被用来确保信标具有可靠的闪烁速率。AMI是这样编码的，其中，“0”信息位成为“01”，“1”信息位在“11”和“00”之间交替变化。传输位的持续时间比信标照像机116的帧捕获间隔稍微长一些。这是为了使信标照像机116不会丢失任何闪烁状态。例如，假设10每秒帧数的帧速率，传输位将持续大约110毫秒。因此，有源信标遍历整个标识周期的时间是：11位x 2传输位x 110毫秒＝2.4秒。每一个有源信标602的开/关周期大约为220毫秒或440毫秒。此实施例的信标检测设备116能够通过过滤掉没有给定的频率的所有光源来将信标602闪光信号与背景噪声隔离。
图7是本发明的一个实施例中的无源信标702的用法的示例图，这样的无源信标702用于跟踪物品704。无源信标702作为低成本的物品，该物品附加到相关的每一个物品704或与其关联。其用途是为每一个物品704提供注册触发器，并提供参考点，以帮助根据如从固定照像机504所获取的图像数据进行三维位置跟踪。在一个实施例中，无源信标702是一次性使用的、粘连性的反光镜，如St.Paul，Minnesota的3M所推出的定向反光点。定向反光使来自某一位置的光，没有扩散，向回反射到光的光源。附着于每一个固定照像机504(以前所描述的-参见图5A)的光源502向回反射到固定照像机504。由于大多数其他外部光源(噪声)将来自反射性比定向反光点稍小的光源，通过固定照像机504查看的图像将轻松地被处理，以消除除无源信标702之外的大多数形状。一般而言，直径大致为二分之一英寸的无源信标702将在合理范围内提供固定照像机504所需的分辨率。
在其他实施例中，无源信标可以是位于物品上的或与物品关联的RFID标记。当某一RF信号存在时，从RFID标记无源信标返回调制的RFID信号。此外，这样的无源信标克服了与无源信标关联的必须维持朝着检测器的某一方向的挑战。例如，如果物品翻筋斗，或者，如果它到了某些障碍物下面，RFID无源信标仍可以被跟踪。如前所述，这里所完全引用的编号为6,661,335的美国专利描述了用于跟踪相对于传感器(例如，固定检测器)的RFID发送应答器的系统和方法。
知道无源信标702的位置的光学跟踪系统中所涉及的过程分为两个部分：无源信标注册和无源信标跟踪。
在图8A、8B和8C所示的实施例中显示了无源信标跟踪的概念。一旦由诸如固定照像机804、804a之类的两个或更多固定检测器检测到无源信标806，就产生了无源信标跟踪。通过知道每一个固定的照像机804、804a的位置和方向，确定无源信标806的三维推测位置802。无源信标位置跟踪系统110根据来自固定照像机804、804a的二维图像(图8B和8C)计算无源信标的位置，而固定照像机804、804a在时间上是同步的，它们跟踪无源信标806相对于每一个固定照像机804、804a的位置808、808a的位置。
无源信标位置跟踪系统110应该在间歇消失的时间段内并且当无源信标802只对一个固定照像机804看得见时跟踪无源信标802，以提供一致的跟踪。两个固定照像机804首先获取无源信标802，以初步确定无源信标的位置，但在无源信标802只对一个固定照像机804看得见时维护了一个“锁”。无源信标位置跟踪系统110作出了关于无源信标的移动的假设，允许锁在消失的过程中保持维护。例如，与在输送机系统(如图5A和5C)所示上流动的物品关联的无源信标的流具有比较高的不反向流动的可能性。无源信标802的可能的轨道被无源信标位置跟踪系统110的算法用来跟踪没有观察到的无源信标802。通过观察连续流，跟踪在输送器溢流挡板下流动的无源信标802也是可以的。然而，当无源信标802在比较长的时间内超出所有固定照像机804的视野时，无源信标位置跟踪系统110丢失物品，它(无源信标802)基本上从无源信标位置跟踪系统110的视野中离开。
图9和10提供了本发明的一个实施例中的无源信标注册的概念的示例图。当正在由两个或更多固定检测器同时检测时进行无源信标注册，无源信标位置跟踪系统110宣布发现了无源信标。在具有由反射材料构成的无源信标和由固定照像机构成的固定检测器的实施例中，当显著的反射(一般而言，红外线反射)在信标检测设备116(在这种情况下，信标照像机)中“闪烁”时，无源信标位置跟踪系统发现无源信标。在图9中，佩带数据获取和显示设备102的人获取了物品902，并将定向反光点(即，无源信标)904置于物品902上。在图9的实施例中，无源信标904不可见，因为它在人大拇指下面。在图10中，人移动他们的大拇指，从而使无源信标904曝光，并导致“闪烁”。“闪烁”是来自无源信标904的突然的长时间(大致大于二分之一秒)稳定的反射。“闪烁”还可以通过光学跟踪系统110的固定照像机108来观察。数据获取和显示设备102的本地计算机112给新获取的无源信标904分配一个唯一句柄。数据获取和显示设备102将发现无源信标904的情况以及其句柄，以及发现的无源信标904的大致位置通知给无源信标位置跟踪系统110。
无源信标位置跟踪系统110将发现的无源信标的句柄与在固定照像机108中被观察到“闪烁”的被跟踪的无源信标关联。光学跟踪系统104向数据获取和显示设备102确认无源信标904的自动跟踪，允许数据获取和显示设备102向佩带者提供跟踪的积极反馈。光学跟踪系统110发布，并连续地更新无源信标904相对于无源信标904的给定唯一句柄的三维位置。在其他实施例中，通过无源信标和固定照像机108和/或成像设备206之间的机械快门，通过调整照像机108、206的光圈，或通过“自我闪烁”或闪烁无源信标904，可以执行“闪烁”过程。
图11和12显示了本发明的一个实施例中的获取物品信息(例如，标签信息)的概念。在此实施例中，信息收集设备是照像机206。数据获取和显示系统200的此实施例的照像机206从物品1104获取图像1102。数据获取和显示设备200的本地计算机210从照像机206接收图像1102，并从图像解码计算机可读取的代码(例如，条形码等等)，并将图像1102和关联的无源信标句柄的解码的信息传递到任何关联的业务应用程序124。当无源信标904的三维位置在透视显示器204视野的范围之内时，这些业务应用程序124分配相关可显示的信息，该信息将被呈现给数据获取和显示设备200的指定的佩带者。在另一个实施例(未显示)中，“标签”是RFID标记，信息收集设备126是RFID读取器。在再一个实施例(未显示)中，由固定的设备或和数据获取和显示设备分离的设备，如当前技术中已知的设备，获取物品信息。在图11的特定实施例中，所获取的信息1102的图像显示在物品1104上或显示在其附近，以验证信息的获取。
数据获取和显示设备的方向
本地计算机112使用从信标检测设备116派生出的实时信息来确定数据获取和显示设备102(如此，设备102的任何佩带者)的相对于有源信标114的方向和位置。从信标检测设备116派生出的方向信息通过高度敏感的惯性三个自由度(DOF)旋转传感器来扩大(没有与116分开显示)。
方向信息包括有源信标ID和来自信标检测设备116的有源信标二维图像位置。所需要的其他信息包括有源信标的三维参考位置对有源信标的ID。使用多个有源信标114来确定数据获取和显示设备102的方向和位置。用来计算方向和位置的有源信标114越多，则测量的精度就越大。此外，特定有源信标ID值用于特定设施中的一个以上的有源信标也是可以的。因此，数据获取和显示设备102必须能够丢弃非确定的位置值(即，不能从信标图像求解的位置)。
由于有源信标ID传输序列的相对比较慢的本质，因此，跟踪设计必须准确地为每一个更新的图像捕获帧采用每一个有源信标114的标识。一旦识别了有源信标114，数据获取和显示设备102必须“自动跟踪”，并跟踪其在二维图像平面中的移动(由佩带者的移动所引起的)。有源信标114的已知的唯一闪烁或传输速率、图案或信号允许图像处理器通过使用诸如窄通滤波器之类的滤波器，从图像中去除不是有源信标114的大多数能量源。在观察完整的ID周期(以前描述)之后，识别剩余有源信标。每一个识别的有源信标114的外推二维位置被输入到三维位置和方向计算过程中。
惯性导航
由于当佩带者的头移动得相对比较快时，可能难以用有源信标114跟踪佩带者的头部移动，在这些情况下，可以使用惯性传感器，并与信标检测设备116结合，来确定头的方向。在一个实施例中，惯性导航技术使用半导体经过微型加工的加速度计来检测旋转。诸如位于麻萨诸塞州的伯林顿市的InterSense，Inc.之类的制造商可以提供这样的设备。惯性导航传感器可以在快速的头部移动过程替换或补充有源信标114方向信号。
固定检测器的校正(定位)
安装固定检测器(如固定照像机108)和建立它们的相对于其他固定照像机108的已知位置的过程是一个多步骤过程，其中，多个固定照像机108观察相同的物体，并了解它们相对于彼此的位置和方向。参考图13的流程图，在确定固定检测器的位置和方向时涉及下列步骤：过程从步骤1300开始。在步骤1302中，选择待校正的第一和第二固定检测器，因为它们彼此相邻(普通的间距，以便于跟踪)。在步骤1 304中，将跟踪系统104置于相关的两个固定检测器的校正模式。在步骤1306中，将无源信标904置于两个固定检测器的视野内，将无源信标覆盖并暴露多次，以便产生“闪烁”效果，如此使跟踪系统104计算出两个固定检测器的相对于彼此的可能的位置和方向。在步骤1308中，将无源信标904重新定位到两个固定检测器的视野内的不同位置，并重复步骤1306的“闪烁”过程。在步骤1308中，重复无源信标重新定位/闪烁过程，直到跟踪系统104指出，对于每一个固定检测器，只有一个独特位置是已知的，这可能要花两到四次重新定位/闪烁过程的迭代。在步骤1310中，以类似的重新定位/闪烁过程校正剩余的固定检测器中的第三个固定检测器，直到校正了所有固定检测器。如果在重新定位/闪烁过程中某一个固定检测器无法校正，则可能安装得不正确，并需要重新安装或修理。过程在步骤1312中结束。当安装一个新的固定检测器或移动旧的固定检测器时，要执行重新定位/闪烁过程，以便了解检测器相对于已校正的相邻检测器的新位置。
数据获取和显示设备的校正
校正数据获取和显示设备200，以便已知数据获取和显示设备200的多个设备之间是对准的。假设普通制造公差和日常的使用将导致有源信标检测设备208、诸如照像机206之类的信息收集设备，以及透视显示器204之间存在某种程度的不对准的情况。这些设备需要并行的对准，以便数据获取和显示设备200取得更好的操作特征。过程需要首先通过将照像机206瞄准特殊图案或条形码来将数据获取和显示设备200置于校正模式。然后，一个十字准线图案显示在透视显示器204上，并将十字准线指向特殊校正图案。然后，透视显示器204将请求逐次尝试瞄准透视显示器204的十字准线，直到数据获取和显示设备200能够在照像机206、信标检测设备208，以及透视显示器204的对准补偿中找到所需要的精度。此校正信息将被数据获取和显示设备200保留，直到下一个校正模式过程。
有源信标的校正
每一个有源信标114相对于诸如固定照像机108之类的固定检测器的位置必须是已知的，以便数据获取和显示设备102可以确定佩带者相对于有源信标114的位置和方向。校正过程开始时，将有源信标114附加到三个已校正的和相邻的固定照像机108中的每一个的侧面或拥有具有已知位置的三个有源信标114。现在从固定照像机108的位置，知道这些有源信标的位置。与三个最初放置的具有已知位置的有源信标114一起，将第四有源信标114放置在信标检测设备116的视野内的任何地方。利用已经置于其有源信标校正模式的已校正的数据获取和显示设备102，佩带者将显示在透视显示器118中的十字准线瞄准第四有源信标114。然后，提示佩带者多次重新定位数据获取和显示设备102(同时仍将具有已知位置的三个有源信标114和第四有源信标114维持在信标检测设备116中的视野内)，直到由本地计算机112计算出第四有源信标114的位置。当有源信标114被添加到设施中时，重复此过程。每当安装新的或移动有源信标114时，对于数据获取和显示设备102执行的此瞄准和校正过程将确定有源信标114的相对位置。
有源信标114的安装者选择每一个有源信标114的物理ID值。安装者不应该在有源信标114上使用共同的有源信标114附近的等效ID。防止这种情况的一种方式是将设施分为重复的3x3网格区，区域“a”到“i”。给安装在“a”区域中的所有有源信标114分配来自预先确定的“a”组ID中的一个ID，给安装在“b”区域中的所有有源信标分配来自预先确定的“b”组ID的一个ID。每一个区域的大小是在每一个区域中可以最大限度地需要的有源信标114的数量的函数。可以在任何需要的时候在整个设施中重复3x3网格。一般而言，有源信标位置的随机本质妨碍了有源信标114在任何两个区域中的每一个区域内的准确相对定位。安装中的每一个有源信标114具有唯一逻辑ID值(以前描述)，该值被分配给物理ID值和三维位置的组合。有源信标安装过程产生并分配逻辑ID值。组件接口
参考图14，此实施例的光学跟踪系统1402尽可能地被设计为自给自足。无源信标位置跟踪(“PBLT”)计算机1404接受所有固定照像机1406图像，具有固定照像机1406的已知相对位置和方向，使用图像来确定每一个被跟踪的无源信标1408的三维位置。光学跟踪系统1402包括来自一个或多个数据获取和显示设备1410的信息收集设备1412的一个或多个输入，该输入提示注册无源信标1408以便进行跟踪；固定照像机1406，PBLT 1404从每一个固定照像机1406中读取所有图像；固定照像机位置知识库1414，该知识库包含每一个固定照像机的逻辑ID、位置和方向，被用来计算所有被跟踪的无源信标1408的位置，当PBLT 1404处于固定照相机安装模式下时被更新；物体位置知识库1416，该知识库按物品的逻辑ID存储每一个无源信标(或物品)1408的位置(可以被业务应用程序访问)；以及，维护控制台(图14中没有显示)，这是用户界面，该用户界面提供了有关光学跟踪系统1402配置的信息，并控制固定照像机1406的安装模式。一般而言，无源信标1408与物品关联(例如，包裹)1432，以便可以跟踪物品。
应用程序接口
仍参考图14，除了向数据获取和显示设备1410的佩带者提供信息之外，光学跟踪系统1402还能够向其他业务应用程序1418提供信息。例如，在一个实施例中，业务应用程序从数据获取和显示设备1410接收物品的逻辑ID和物品的经过解码的标签信息。业务应用程序1418将标签信息转换为显示信息，并将信息发布到包含物体ID信息和关联的显示信息的数据知识库1420。通过与光学跟踪系统1402的物体位置知识库1416交叉引用物体ID信息，此信息可以提供到数据获取和显示设备1410，通过知道由本地计算机1422的方向计算过程确定的其位置和方向，显示信息可以显示在透视显示器1424上，以便它适当地与物体关联。方向计算过程涉及访问包含有源信标1428的已知位置和分配给每一个有源信标1428的唯一标识符的有源信标位置数据库1426，以便当数据获取和显示设备1410的佩带者利用数据获取和显示设备的信标检测设备1430按照分配的标识符检测到某些有源信标1428时，本地计算机能够计算出数据获取和显示设备1410的方向和位置。
在另一个实施例中，业务应用程序1418接收物体的图像，并将图像转换为显示信息。在其他实施例中，业务应用程序1418接收提供了信息，以及解码的标签数据的数据获取和显示设备1410的逻辑ID值。如果经过解码的标签数据是应用程序定义的类型，以表示作业指示器，那么，业务应用程序1418能够辨别哪一个数据获取和显示设备1410被分配给每一种作业类型，并只向此数据获取和显示设备1410提供显示信息。最后，业务应用程序1418从光学跟踪系统1402与物品的位置一起接收物品的逻辑ID。业务应用程序1418使用位置信息来确定某些物品的状态、预测处理时间、测量设施中的物品的吞吐量，并进行其他业务判断。
系统操作示例
应用本发明的系统的实施例的示例方法是其在如图15所示的包裹分拣设施中的应用。在此示例中，数据让受人(“让受人”)1502和包裹分拣员(“分拣员”)1504在执行它们的职责时佩带并使用数据获取和显示设备200。然而，在其他实施例中，如当前技术已知的，也可以通过未连接到数据获取和显示设备200，如通过over-the-belt扫描系统，来执行获取物品信息的步骤。诸如监督员和异常处理员之类的其他人也可以佩带数据获取和显示设备200，但在在此特定示例中没有描述这些人。
在第一个步骤中，让受人1502和分拣员1504各自穿上数据获取和显示设备200，接通电源，将诸如照像机206之类的信息收集设备瞄准应用程序定义的特殊作业设置指标、模式或条形码。每一个数据获取和显示设备200都通知如作业设置指标所选定的业务应用程序有关初始化和作业设置之类的事项。如此，业务应用程序也察觉到参与每一个作业区域的数据获取和显示设备200。
让受人1502被置于设施的包裹容器卸载区域1506，并获取每一个包裹1508的装运标签。如图16所示，让受人1502瞄准显示在数据获取和显示设备200的透视显示器204中的目标1602，并将诸如粘连性反射性无源信标1604之类的无源信标放置在标签1606的附近。将无源信标1604覆盖并暴露，从而使数据获取和显示设备200的信标检测设备208中的无源信标1604“闪烁”，并触发照像机206捕获标签图像的操作。在其他实施例(未显示)中，可以通过over-the-belt标签读取器或其他当前技术已知的设备捕获标签信息。
在注册步骤中，光学跟踪系统1402通过固定检测器(如固定照像机108)检测到无源信标1604的出现，并从数据获取和显示设备200接收通知事件，该数据获取和显示设备200向无源信标1604分配逻辑ID值。光学跟踪系统1402开始跟踪无源信标1604，并向数据获取和显示设备200发送跟踪自动跟踪确认。
如图17所示，在此实施例中，所捕获的图像1704的高对比度副本显示在让受人1502的透视显示器204中，以指出已经捕获了标签信息。如果所捕获的图像1704看起来模糊、变形、或由于别的原因不清楚，则让受人1502可以重新捕获图像1704。数据获取和显示设备200的透视显示器204还将向让受人1502显示确认：针对物品的跟踪过程已经开始，让受人1502可以移到下一个包裹。如果让受人1502没有接收到确认或者如果需要重新捕获图像，那么，无源信标1604应该再一次“闪烁”，以便重复获取周期。如果接收到确认，并且不需要重新捕获图像，则将物品放置输送机系统1512上，无源信标1604面向固定照像机108。
当所获取的包裹1508在输送器1512上以单个或者非单个行进时，业务应用程序使用从图像获取的经过解码的标签数据来确定每一个包裹1508的适当的处理说明。如果标签的编码数据不足，那么，来自标签的图像被传输到主要输入工作站。使用标签图像，主要输入人员将收集处理包裹所需要的信息。
每一个佩带数据获取和显示设备200的分拣员1504都具有规定的视野(FOV)1510，如图15所示。一旦输送器1512上的一个或多个包裹1508进入分拣员的视野1510内，如图18所示，分拣员1504将看到包裹1802的重叠的处理说明1804最接近地在分配给该分拣员1504的包裹1802上方或其周围漂浮。分拣员1504将根据重叠的处理说明1804加载这些包裹1508中的每一个。在一个实施例中，输送器1512上的被跟踪的包裹1508由于某种原因丢失了它们的处理说明，它们有某种特殊指示器(未显示)，并可以通过“闪烁”它们的无源信标1604进行重新注册，如此使重叠的处理说明1804让数据获取和显示设备200的佩带者看见。在某些实施例中，没有被分配给分拣员1504的紧邻区域的被跟踪的包裹1508中贴了特殊符号(未显示)。这表明，正在跟踪包裹，但它不会加载到该分拣员1504的紧邻的区域。在某些实施例中，没有处理说明或与它们关联的特殊符号的包裹提供了包裹从来没有被让受人1502注册或者包裹被空翻或以别的方式丢失其无源信标1604的指示。在一个实施例中，当每一个包裹1508进入分拣员1504的视野1510或工作区时，连续地显示包裹信息，而在其他实施例中，对于分拣员1504的视野1510或工作区内的所有包裹1508，显示出信息。包裹1508可以是单个，也可以是非单个。
图19是描述了本发明的一个实施例中的处理物品的方法的步骤的流程图。过程从步骤1900开始。在步骤1902中，在佩带了具有透视显示器的数据获取和显示设备时查看物品。步骤1904涉及在透视显示器上显示处理指令，以便处理指令看起来紧贴地重叠在物品中。在步骤1906中，根据处理指令对物品进行处理。过程在步骤1908中结束。除了其他用途之外，诸如图19所描述的过程可以用于处理邮件和包裹。
图20也是描述了本发明的另一个实施例中的处理物品的方法的步骤的流程图。图20的过程从步骤2000开始。在步骤2002中，利用跟踪系统随着物品的位置改变而跟踪物品。在步骤2004中，确定具有透视显示器的数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置。在步骤2006中，确定哪些物品位于数据获取和显示设备的透视显示器的视野中。在步骤2008中，通过数据获取和显示设备的透视显示器查看物品。在步骤2010中，与物品相关的处理指令显示在透视显示器上，以便处理指令看起来紧贴地重叠在物品中。在步骤2012中，根据处理指令对物品进行处理。过程在步骤2014中结束。
图21是描述了本发明的一个实施例中的在数据获取和显示设备的透视显示器中显示有关一个或多个物品的信息的方法的流程图。过程从步骤2100开始。在步骤2102中，捕获有关数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置信息。在步骤2104中，根据所捕获的方向和位置信息确定透视显示器的视野。在步骤2106中，在透视显示器中显示有关透视显示器的视野中的物品的信息，以便当通过透视显示器查看物品时，信息看起来紧贴地重叠在物品中。过程在步骤2108中结束。除了其他用途之外，诸如图21所描述的过程可以用于处理邮件和包裹。
图22是描述了本发明的另一个实施例中的在数据获取和显示设备的透视显示器中显示信息的方法的流程图。过程从步骤2200开始。在步骤2202中，通过诸如成像设备126之类的信息收集设备捕获有关物品的数据。在步骤2204中，根据所捕获的数据确定有关物品的信息和指令。在步骤2206中，通过信标检测设备116捕获数据有关获取和显示设备的佩带者的方向和位置信息。在步骤2208中，根据所捕获的方向和位置信息确定数据获取和显示设备的透视显示器的视野。在步骤2210中，在透视显示器中显示有关透视显示器的视野中的物品的信息，以便当通过透视显示器查看物品时，信息和指令看起来紧贴地重叠在物品中。过程在步骤2212中结束。
图23是描述了本发明的一个实施例中的以光学方法跟踪一个或多个物品的方法的流程图。过程从步骤2300开始。在步骤2302中，提供了诸如光、磁波、电子发射之类的能量源。在步骤2304中，在物品上放置由定向反光材料构成的诸如定向反光点或其他形状的无源信标，或将其与物品关联。通过能量源激活无源信标，或所述信标从能量源反射能量。在步骤2306中，提供了两个或更多固定检测器，如相对于彼此具有已知固定位置的固定照像机，每一个固定照像机都具有规定的视野，并且，在无源信标位于固定照像机的视野内的情况下，能够检测从无源信标发射或反射的能量。在步骤2308中，根据由两个或更多固定照像机从无源信标随着物品的位置改变而接收到的能量计算无源信标的位置。过程在步骤2310中结束。除了其他用途之外，上文所描述的过程可以用于对邮件和包裹进行光学跟踪。
图24是描述了本发明的另一个实施例中的以光学方法跟踪一个或多个物品的方法的流程图。过程从步骤2400开始。在步骤2402中，提供了诸如光、磁波、电子发射之类的能量源。在步骤2404中，在物品上放置由定向反光材料构成的诸如定向反光点或其他形状的无源信标。通过能量源激活无源信标，或所述信标从能量源反射能量。在步骤2406中，提供了两个或更多固定检测器，如相对于彼此具有已知固定位置的固定照像机，每一个固定照像机都具有规定的视野，并且，在无源信标位于固定照像机的视野内的情况下，能够检测从无源信标发射或反射的能量。在步骤2408中，根据由两个或更多固定照像机从无源信标随着物品的位置改变而接收到的能量计算无源信标的位置。在步骤2410中，提供了数据获取和显示设备，该设备具有透视显示器、诸如照像机或RFID读取器之类的成像设备、本地计算机，以及信标检测设备，例如，信标照像机。在步骤2412中，利用成像设备捕获有关物品的图像数据。图像数据可以是具有机器可读取的和人类可读取的元素或RFID标记或其组合的邮件标签。在步骤2414中，利用本地计算机，根据图像数据确定有关物品的信息。在步骤2416中，利用信标检测设备捕获有关数据获取和显示设备的方向和位置信息。在步骤2418中，根据所捕获的方向和位置信息确定透视显示器的视野。在步骤2420中，根据无源信标的位置确定物品是否位于透视显示器的视野中。在步骤2422中，如果物品位于透视显示器的视野中，则在透视显示器上显示信息和指令，以便当通过透视显示器查看物品时，信息和指令看起来紧贴地重叠在物品中。过程在步骤2424中结束。
图25是描述了本发明的一个实施例中的跟踪物品的方法的流程图。过程以步骤2500开始。在步骤2502中，提供了具有用于捕获有关物品的数据的信息收集设备的数据获取和显示设备。信息收集设备可以是照像机、RFID读取器等等。所捕获的数据可以来自邮件标签和/或RFID标记。还提供了有源信标检测设备，用于捕获有关数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置信息，透视显示器，用于显示有关物品的信息和指令，以及与信息收集设备、有源信标检测设备，以及透视显示器进行通信的本地计算机。本地计算机对来自信息收集设备的数据进行解码，根据由有源信标检测设备所捕获的方向和位置信息计算数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置，提供要显示在透视显示器中的有关数据获取和显示设备的视野中的物品的信息和指令。
在步骤2504中，提供了跟踪系统。跟踪系统包括诸如光之类的能量源。诸如定向反光点或RFID标记之类的无源信标位于物品上或与该物品关联的物品，该物品通过能量源激活，或者无源信标从能量源反射能量。提供了两个或更多固定检测器，每一个检测器都具有规定的视野，如果无源信标位于固定检测器的视野内，这些检测器各自都能够检测从无源信标发射或反射的能量。无源信标位置跟踪计算机与两个或更多固定检测器进行通信。无源信标位置跟踪计算机知道每一个固定检测器相对于其它固定检测器的位置，无源信标位置跟踪计算机能够根据由两个或更多固定检测器从无源信标随着物品的位置改变而接收到的能量计算无源信标的位置。
在步骤2506中，从跟踪系统向本地计算机提供有关物品的位置的信息，以便本地计算机可以确定哪些物品位于数据获取和显示设备的视野中。
在步骤2508中，有关数据获取和显示设备的视野中的这些物品的信息显示在透视显示器中，以便指令和信息看起来紧贴地重叠在物品上。过程在步骤2510中结束。
图26是描述了本发明的一个实施例中的计算数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置的方法的流程图。过程从步骤2600开始。在步骤2602中，提供了相对于彼此具有已知位置的两个或更多独特有源信标。在步骤2604中，提供了具有信标检测设备并具有规定的视野的数据获取和显示设备。在步骤2606中，通过信标检测设备来感应信标检测设备的视野内的两个或更多独特有源信标。在步骤2608中，确定数据获取和显示设备相对于信标检测设备的视野内的两个或更多独特有源信标的已知位置的位置。过程在步骤2610中结束。
本发明的实施例可以用于包裹和邮件分拣和处理的各种应用场合。例如，在一个实施例中，具有分拣/处理设备的某些人员可能能够与数据获取和显示设备的其他佩带者看到不同的物品信息。示例包括贵重物品指示器、危险材料指示器以及需要特殊处理或调整的物品。通过使用本系统的实施例，也可以加强安全性，如，当不断地跟踪物品时，当它们穿过某一个设施时，由跟踪系统记录下它们的下落。并且，如前所述，本发明的实施例可以用来跟踪流过某一个设施的物品，以便可以增强或优化流动。
本发明的实施例还可以用于包裹或邮件分拣和处理之外的应用场合。许多涉及队列和排队的应用可以利用本系统的实施例。在机场管理地面交通的空中交通管制员可以将有关航班的信息紧贴地重叠在实际飞机的周围或上方(当佩带数据获取和显示设备的管制员观察到它们时)。类似地，火车场工作人员和调度员可以将有关火车或卡车、它们的内装物等等的信息显示在实际火车和/或卡车上。此外，邮件和包裹分拣设施之外的分拣设施也可以利用本发明的实施例。例如，本发明的实施例可以用于机场的行李分拣过程中，其中，分拣指令将显示到佩带数据获取和显示设备的分拣员中。
复杂设备的导航和维护活动也可以利用本发明的实施例。数据获取和显示设备的佩带者可能能够看到引导它们到特定目的地的指令。示例包括图书馆、仓库、自引导旅游、大型仓储型零售设施等等。当佩带者检查有问题的设备时，通过让数据获取和显示设备的佩带者查看维修记录，可以改善设备的日常维修。
那些精通本发明所属的技术的人会想起这里所阐述的本发明的具有上述描述和关联的附图中显示的好处的各种修改以及其他实施例。因此，很清楚，本发明不仅局限于说明的特定实施例，各种修改及其他实施例也被视为在所附的权利要求的范围内。虽然这里使用了特定的术语，但是它们只是在作为通用和描述性的意义上使用的，而不是起限制作用。

Claims (25)

1.一种数据获取和显示设备，包括：
有源光学信标检测设备，被配置为，通过从有源光学信标检测设备的视野内的至少两个有源信标接收独特光信号，捕获有关数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置信息，其中，每一个有源信标都具有已知的固定位置和唯一签名；以及
具有规定的视野的透视显示器；以及
与所述有源光学信标检测设备、所述透视显示器、以及无源信标检测设备进行通信的本地计算机，其中，所述本地计算机被配置为，当所述无源信标检测设备接收紧贴地位于所述一个或多个非静止物品中的每一个物品上的无源信标从能量源反射的能量时，利用紧贴地位于所述一个或多个非静止物品中的每一个物品上的所述无源信标跟踪一个或多个非静止物品的位置，
其中，所述本地计算机被配置为，根据数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置信息和透视显示器的规定的视野，确定，各具有紧贴地位于其上的无源信标的一个或多个非静止物品中，如果有的话，哪一个在透视显示器的视野中，并在透视显示器的视野中显示关于各具有紧贴地位于其上的无源信标的一个或多个非静止物品的信息和指令，所述信息和指令看起来紧贴地重叠在一个或多个非静止物品中的至少一个物品上。
2.根据权利要求1所述的数据获取和显示设备，进一步包括：
惯性传感器，其中，所述惯性传感器在数据获取和显示设备移动过程中提供数据获取和显示设备的方向信息。
3.根据权利要求1所述的数据获取和显示设备，进一步包括：
信息收集设备，用于捕获有关一个或多个物品的数据。
4.根据权利要求3所述的数据获取和显示设备，其中，信息收集设备包括照像机。
5.根据权利要求3所述的数据获取和显示设备，其中，信息收集设备包括RFID读取器。
6.根据权利要求1所述的数据获取和显示设备，其中，一个或多个物品是非单个。
7.根据权利要求1所述的数据获取和显示设备，其中，一个或多个物品是单个。
8.一种物品处理系统，包括：
数据获取和显示设备，数据获取和显示设备进一步包括：
信息收集设备，用于捕获有关一个或多个非静止物品的数据；
有源光学信标检测设备，被配置为，通过从有源光学信标检测设备的视野内的至少两个有源信标接收独特光信号，来捕获有关数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置信息，其中，每一个有源信标都具有已知的固定位置和唯一签名；
透视显示器，用于显示有关一个或多个非静止物品的信息和指令，所述信息和指令看起来紧贴地重叠在通过透视显示器查看的至少一个非静止物品上；以及
与信息收集设备、有源光学信标检测设备以及透视显示器进行通信的本地计算机，其中，本地计算机对来自信息收集设备的数据进行解码，根据由有源光学信标检测设备所捕获的方向和位置信息计算数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置，以及提供要显示在透视显示器中的有关通过透视显示器查看的一个或多个非静止物品的信息和指令，以及
跟踪系统，所述跟踪系统进一步包括：
能量源，
紧贴地位于每一个非静止物品上的无源信标，所述无源信标对能量源作出反应；
两个或更多固定检测器，每一个检测器都能够检测从每一个无源信标发射或反射的能量；以及
与两个或更多固定检测器进行通信的无源信标位置跟踪计算机，其中，无源信标位置跟踪计算机存储每一个固定检测器相对于其它固定检测器的位置，无源信标位置跟踪计算机被配置为根据由两个或更多固定检测器从每一个无源信标随着一个或多个非静止物品的位置改变而接收到的能量计算每一个无源信标的位置，
其中，从跟踪系统向本地计算机提供有关一个或多个非静止物品的位置的信息，以便本地计算机可以确定哪些物品位于数据获取和显示设备的视野中，有关这些物品的指令和信息可以显示在透视显示器中，以便指令和信息看起来紧贴地重叠在一个或多个物品上。
9.根据权利要求8所述的物品处理系统，其中，数据获取和显示设备进一步包括：
惯性传感器，其中，所述惯性传感器在数据获取和显示设备移动过程中提供数据获取和显示设备的方向信息。
10.根据权利要求8所述的物品处理系统，其中，信息收集设备包括照像机。
11.根据权利要求8所述的物品处理系统，其中，信息收集设备包括RFID读取器。
12.根据权利要求8所述的物品处理系统，其中，无源信标包括定向反光材料。
13.根据权利要求12所述的物品处理系统，其中，能量源包括光源。
14.根据权利要求8所述的物品处理系统，其中，无源信标包括RFID标记。
15.根据权利要求8所述的物品处理系统，其中，两个或更多有源信标包括闪光的源。
16.根据权利要求8所述的物品处理系统，其中，跟踪系统用于分类和处理邮件和包裹。
17.根据权利要求8所述的物品处理系统，其中，一个或多个物品是非单个。
18.根据权利要求8所述的物品处理系统，其中，一个或多个物品是单个。
19.一种处理物品的方法，包括：
利用与无源信标检测设备进行通信的跟踪系统，在一个或多个非静止物品的位置随着紧贴地位于所述一个或多个非静止物品中的每一个物品上的无源信标而改变时，无源信标检测设备接收紧贴地位于所述一个或多个非静止物品中的每一个物品上的所述无源信标从能量源反射的能量，跟踪一个或多个非静止物品；
通过从有源光学信标检测设备的视野内的至少两个有源信标接收独特光信号，确定具有透视显示器的数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置，其中，每一个有源信标都具有已知的固定位置和唯一签名；
确定一个或多个非静止物品中的哪一个位于数据获取和显示设备的透视显示器的视野中；
通过数据获取和显示设备的透视显示器查看一个或多个非静止物品中的至少一个；
在透视显示器上显示与一个或多个非静止物品中至少一个相关的处理指令，其中，所述处理指令看起来紧贴地重叠在一个或多个非静止物品上；以及
根据处理指令处理一个或多个非静止物品。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述方法用于处理邮件和包裹。
21.一种跟踪一个或多个非静止物品的方法，包括：
提供能量源；
将无源信标紧贴地定位于一个或多个非静止物品上，所述无源信标对能量源作出反应；
提供相对于彼此具有已知固定位置的两个或更多固定检测器，每一个固定检测器都能够检测从每一个无源信标发射或反射的能量；
根据由两个或更多固定检测器从每一个无源信标随着一个或多个非静止物品的位置改变而接收到的能量计算每一个无源信标的位置；
提供具有透视显示器、信息收集设备、本地计算机以及有源光学信标检测设备的数据获取和显示设备；
利用信息收集设备捕获有关一个或多个非静止物品的数据；
利用本地计算机根据所捕获的数据确定有关一个或多个非静止物品的信息；
利用有源光学信标检测设备，通过从有源光学信标检测设备的视野内的至少两个有源信标接收独特光信号，捕获有关数据获取和显示设备的方向和位置信息，其中，每一个有源信标都具有已知的固定位置和唯一签名；
根据所捕获的方向和位置信息来确定透视显示器的视野；
根据无源信标的位置确定一个或多个非静止物品中的至少一个是否位于透视显示器的视野中；以及
如果一个或多个非静止物品位于透视显示器的视野中，则在透视显示器上显示有关一个或多个非静止物品中的至少一个物品的信息和指令，以便当通过透视显示器查看一个或多个非静止物品时所述信息和指令看起来紧贴地重叠在一个或多个非静止物品中。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述方法用于跟踪邮件和包裹。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，利用信息收集设备捕获有关一个或多个非静止物品的数据是利用照像机来执行的。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，利用信息收集设备捕获有关一个或多个非静止物品的数据是利用RFID读取器来执行的。
25.一种跟踪非静止物品的方法，包括：
提供数据获取和显示设备，该设备具有信息收集设备，用于捕获有关物品的数据，有源光学信标检测设备，用于通过从有源光学信标检测设备的视野内的至少两个有源信标接收独特光信号，捕获有关数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置信息，其中，每一个有源信标都具有已知的固定位置和唯一签名，透视显示器，用于显示有关物品的信息和指令，与信息收集设备、有源光学信标检测设备以及透视显示器进行通信的本地计算机，其中，本地计算机对来自信息收集设备的数据进行解码，根据由有源光学信标检测设备所捕获的方向和位置信息计算数据获取和显示设备的佩带者的方向和位置，提供要显示在透视显示器中的有关数据获取和显示设备的视野中的至少一个非静止物品的信息和指令；以及
提供跟踪系统，所述跟踪系统具有能量源，位于每一个非静止物品上的对能量源作出反应的无源信标，两个或更多固定检测器，每一个检测器都能够检测从无源信标发射或反射的能量，与两个或更多固定检测器进行通信的无源信标位置跟踪计算机，其中，无源信标位置跟踪计算机知道每一个固定检测器相对于其它固定检测器的位置，无源信标位置跟踪计算机能够根据由两个或更多固定检测器从无源信标随着非静止物品的位置改变而接收到的能量计算每一个无源信标的位置；
从跟踪系统向本地计算机提供有关一个或多个非静止物品的位置的信息，以便本地计算机可以确定哪些非静止物品位于数据获取和显示设备的视野中；
在透视显示器中显示有关数据获取和显示设备的视野中的一个或多个非静止物品中的至少一个物品的指令和信息，以便指令和信息看起来紧贴地重叠在非静止物品中。
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