CN101088587A - 用以追踪物件运动的装置及用以反射红外线光的物件 - Google Patents
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Abstract
一种用以追踪物件运动的装置，包括至少一用以反射光线的物件、光学信号发出/接收单元及运算/处理单元。该物件包括表面、第一反射图案及第二反射图案，其中该第一反射图案及第二反射图案分别位于该表面上，且该第二图案不同于该第一图案。该光学信号发出/接收单元发出红外线光，并接收来自该物件所反射的红外线光，以形成多个像素信号。该运算/处理单元电连接于该光学信号发出/接收单元，用以运算及处理相关的像素信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种用以反射红外线光的物件，更特别涉及一种用以追踪物件运动的装置，其包括至少一用以反射光线的物件，该物件包括两个不同面积的第一及第二反射图案。
背景技术
随着影音多媒体的盛行，影像数字化已渐渐成为趋势。现有影像传感器，诸如红外线光接收组件(infrared light receiving element)已经逐渐应用于交互式游戏机上。
参考图1a及1b，美国专利公开第2003/0036417号，标题为“足球游戏机(Soccer Game Apparatus)”，公开了一种足球游戏机10包括游戏处理器位于其内，该游戏处理器允许至少一个足球员显示于电视屏幕12上。信号输出装置20贴附于游戏者的腿22上，当该游戏者移动腿22时，相关的加速信号被该信号输出装置20输出。例如，该足球游戏机10设有红外线光接收组件14，且该信号输出装置20设有红外线光发光二极管(LED)，其中该红外线光接收组件14接收来自于该红外线光发光二极管(LED)所发出的红外线光信号。相关的加速信号以红外线光信号被该足球游戏机10所接收，从而该游戏处理器处理相关的加速信号而使该电视屏幕12上的足球员产生变化。然而，由于该信号输出装置必须贴附于该游戏者的腿上，因此该信号输出装置的重量将增加负担。再者，由于该信号输出装置常常受到该游戏者的晃动而容易受到损坏，因此该信号输出装置的使用寿命较短。
另外，参考图2，目前市面上所推出的棒球游戏机50，该棒球游戏机50内设有分辨率低的影像传感器及处理器。当游戏者56挥动球棒52时，该影像传感器用以感测该球棒52的表面上的单一侦测点54所反射的信号，且该处理器处理该信号而输出该球棒52的侦测点54运动轨迹。然而，由于该球棒的表面上只设有单一侦测点，因此该处理器只能输出该球棒的侦测点运动轨迹，而无法输出整个球棒的挥棒角度。再者，该分辨率低的影像传感器并无高速的帧频(frame rate)，因此无法在快速移动的物件中判定精细的坐标。
因此，便有需要提供一种用以追踪物件运动的装置，能够解决前述的缺点。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种用以追踪物件运动的装置，其包括至少一个用以反射光线的物件，该物件包括两个不同面积的第一及第二反射图案，并通过红外线光反射至光学信号发出/接收单元中而产生侦测坐标，以达成可侦测角度变化及位移的功能。
为达上述目的，本发明提供一种用以追踪物件运动的装置，包括至少一用以反射光线的物件、光学信号发出/接收单元及运算/处理单元。该物件包括表面、第一反射图案及第二反射图案，其中该第一反射图案及第二反射图案分别位于该表面上，且该第二图案不同于该第一图案。该光学信号发出/接收单元发出红外线光，并接收来自该物件所反射的红外线光，以形成多个像素信号。该运算/处理单元电连接于该光学信号发出/接收单元，用以运算及处理相关的像素信号。
本发明的物件可被该光学信号发出/接收单元所侦测的旋转角度分别逆时针及顺时针旋转359度。本发明的物件的位移速度及方向可被该光学信号发出/接收单元所侦测。本发明的物件的后退及前进可被该光学信号发出/接收单元所侦测。
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文将配合所附图示，作详细说明如下。
附图说明
图1a为现有技术的足球游戏机的立体示意图；
图1b为现有技术的足球游戏机的信号输出装置的部分放大示意图；
图2为现有技术的棒球游戏机的立体示意图；
图3为本发明的一个实施例的用以追踪物件运动的装置，其显示交互式赛车游戏机；
图4为本发明的交互式赛车游戏机的光学信号发出/接收单元及方向盘物件的剖面示意图；
图5a为本发明的交互式赛车游戏机的方向盘物件的平面示意图；
图5b为本发明的交互式赛车游戏机的方向盘物件的的长条状及点状的平面示意图；
图6a至6f分别显示本发明的方向盘物件的长条状逆时针旋转0度、90度、120度、180度、270度及359度；
图7a至7f分别显示本发明的方向盘物件的点状及部分该长条状逆时针旋转0度、90度、120度、180度、270度及359度；
图8a至8c分别显示本发明的方向盘物件的该点状及该长条状置中、右移、及左移；
图9a至9c分别显示本发明的方向盘物件的该点状及该长条状置中、后退、及前进。
主要组件符号说明
10 足球游戏机 12 电视屏幕
14 红外线光接收组件 20 信号输出装置
22 游戏者的腿 50 棒球游戏机
52 球棒 54 侦测点
56 游戏者
100 赛车游戏机 102 电视屏幕
104 游戏者
110 光学信号发出/接收单元
112 红外线光产生器 114 红外线光滤波器
116 影像传感器 118 红外线光照明区域
120 运算/处理单元 130 物件
132 表而 134 第一反射图案
134’ 长条状 136 第二反射图案
136’ 点状 138’定位点坐标
142 箭头 144 箭头
146 箭头 148 箭头
具体实施方式
本发明的用以追踪物件运动的装置可为交互式游戏机，例如赛车、飞行器、船、棒球、击剑、高尔夫球、羽球、网球或桌球等的游戏机。
参考图3，其显示本发明的一个实施例的用以追踪物件运动的装置。本实施例的用以追踪物件运动的装置以交互式赛车游戏机为例说明如下。该赛车游戏机100包括光学信号发出/接收单元110、运算/处理单元120、至少一用以反射光线的物件130及电视屏幕102。本实施例的用以反射光线的物件130为方向盘物件130。该光学信号发出/接收单元110可先发出红外线光(infrared light)至该方向盘物件130，然后该方向盘物件130反射该红外线光，最后该光学信号发出/接收单元110接收来自该方向盘物件130所反射的红外线光，以形成多个像素信号。该光学信号发出/接收单元110电连接于该运算/处理单元120，并将该多个像素信号传送至该运算/处理单元120。该运算/处理单元120包括通用异步收发器(universal asynchronous receiver/transmitter，UART)接口(图中未示)，电连接于该光学信号发出/接收单元110。该运算/处理单元120另包括运算器及处理器，用以运算及处理相关的像素信号。该像素信号以红外线光信号被该赛车游戏机100所接收，从而该运算/处理单元120处理相关的像素信号而使该电视屏幕102上的赛车产生变化。
参考图4，详细而言，该光学信号发出/接收单元110可包括红外线光产生器112、红外线光滤波器(I/R filter)114及影像传感器(image sensor)116。该红外线光产生器112包括至少一红外线光发光二极管(I/R LED)，其所发出的红外线光可界定一红外线光照明区域118。该影像传感器116可为运动追踪传感器(motion tracking sensor)，并具有高速的帧频(frame rate)。当该方向盘物件130位于该红外线光照明区域118内时，该方向盘物件130可反射该红外线光至该红外线光滤波器114，然后该红外线光滤波器114过滤其它光线而使该影像传感器116接收来自该方向盘物件130所反射的红外线光，以产生多个像素信号。该影像传感器116可为互补型金属氧化半导体(complementary metal-oxide semiconductor；CMOS)或电荷耦合器件(chargecoupled device；CCD)。
参考图5a，该方向盘物件130包括表面132、第一反射图案134及第二反射图案136。该第一反射图案134位于该表面132上。该第二反射图案136位于该表面132上，其中该第二反射图案136不同于该第一反射图案134。该第一及第二反射图案皆可为不同面积的点状。优选情况下，该第一反射图案134可为长条状，且该第二反射图案136可为点状。该第一及第二反射图案134、136包括反光材料，诸如符合欧洲EN471规格的反光材料。用以增强其反射效果。
再参考图3及5a，游戏者104手握有该方向盘物件130，并位于该红外线光照明区域118内。先将该方向盘物件130定位，然后该第一及第二反射图案134、136分别以长条状及点状为例，当该红外线光发光二极管发出红外线光并经由该方向盘物件130反射回该影像传感器116后，呈现于该影像传感器116中的图标于图5b中，由于外在可见光被该红外线光滤波器114所阻挡，因此只能看见被红外线光照射并反射的长条状134’及一点状136’。该影像传感器116须判定该长条状及点状134’、1 36’面向该影像传感器116。由于该方向盘物件130的该长条状及点状134’、136’面向该影像传感器116，因此下文中所提及的该方向盘物件130的旋转角度及移动方向，皆以该影像传感器116的视线作为基准，不再赘述。
再参考图3，当该方向盘物件130逆时针旋转时，如箭头142所示，该影像传感器116可侦测该方向盘物件130的旋转角度，也就是依据该长条状134’的反光图形的XY坐标，并加上该点状136’作为定位点坐标138’，即可判定359度的逆时针旋转角度。如图6a至6f所示，其分别显示该方向盘物件130的长条状134’逆时针旋转0度、90度、120度、180度、270度及359度。再者，再参考图3，当该方向盘物件130顺时针旋转时，如箭头144所示，该影像传感器116可侦测该方向盘物件130的旋转角度，也就是依据该点状136’及部分该长条状134’的反光图形的XY坐标，并加上该长条状134’的端点作为定位点坐标138’，即可判定359度的顺时针旋转角度。如图7a至7f所示，其分别显示该方向盘物件130的该点状136’及部分该长条状134’顺时针旋转0度、90度、120度、180度、270度及359度。因此，本发明的方向盘物件可被该影像传感器所侦测的旋转角度分别为逆时针及顺时针各旋转359度。
相较于现有技术，本发明的方向盘物件具有下列优点，该方向盘物件不须固定于其游戏机上便可达到逆时针及顺时针各359度的旋转及辨识角度(整个辨识角度共718度)，且不需贴附任何信号输出装置在该方向盘物件上。
再者，再参考图3，当该方向盘物件130右移或左移时，如箭头所示146，该影像传感器116可侦测该方向盘物件130的位移速度及方向。由于该影像传感器116为运动追踪传感器，并具有高速的帧频(frame rate)，因此可在快速移动的物件130中判定精细的坐标，并将坐标信息输出，该处理器130将此坐标逐一比对，即可判定该物件130的位移速度及方向。如图8a至8c所示，其分别显示该方向盘物件130的该点状136’及该长条状134’置中、右移、及左移。因此，本发明的方向盘物件的位移速度及方向可被该影像传感器所侦测。
另外，再参考图3，当该方向盘物件130后退或前进时，如箭头148所示，该影像传感器116可侦测该方向盘物件130的后退或前进。将该方向盘物件130的原始尺寸设为初始值，诸如由该影像传感器116输出的该方向盘物件130的长条状为20个像素(pixel)设定为零。当该方向盘物件130后退(离该影像传感器越远)，则该长条状134’的尺寸变小。通过该影像传感器116输出的长条状134’的像素小于初始值(20个像素)，即可判定该方向盘物件130后退(离该影像传感器越远)，且可依照后退的距离作为模拟的渐小于原始的初始值(20个像素)。再者，通过该影像传感器116输出的长条状134’的像素大于初始值(20个像素)，即可判定该方向盘物件130前进(离该影像传感器越近)，且可依照前进的距离作为模拟的渐大于原始的初始值(20个像素)。如图9a至9c所示，其分别显示该方向盘物件130的该点状136’及该长条状134’置中、后退、及前进。因此，本发明的方向盘物件的后退及前进可被该影像传感器所侦测。再者，通过该方向盘物件后退或前进造成影像尺寸变化可作为判定不同动作，诸如刹车或踩油门。
综上所述，本发明将运动追踪传感器(motion tracking sensor)应用于侦测两个不同面积的第一及第二反射图案，诸如长条状及点状，达到可以用非接触方法，亦即通过红外线光反射至该影像传感器中而产生侦测坐标，以达成可侦测角度变化及位移的功能，用来取代公知方向盘等须测量精确角度的相关物件。再者，根据该处理器的处理能力日益提高，多个游戏者可同时手握本发明的多个方向盘物件进行赛车游戏。
由于本发明的用以追踪物件运动的装置可为其它交互式游戏机，诸如飞行器、船、棒球、击剑、高尔夫球、羽球、网球或桌球等的游戏机，因此本发明的方向盘物件可替代为该交互式游戏机的飞行游戏杆、方向舵、球棒、剑、高尔夫球杆、羽球拍、网球拍或桌球拍。
虽然本发明已以前述实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (22)
1.一种用以追踪物件运动的装置，其特征在于：包括：
至少一用以反射光线的物件，该物件包括表面、第一反射图案及第二反射图案，其中所述第一反射图案及第二反射图案分别位于该表面上，且该第二图案不同于该第一图案；
光学信号发出/接收单元，其发出红外线光，并接收来自所述物件所反射的红外线光，以形成多个像素信号；以及
运算/处理单元，电连接于所述光学信号发出/接收单元，用以运算及处理相关的像素信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一反射图案为长条状。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述第二反射图案为点状。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一及第二反射图案皆为点状。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一及第二反射图案包括反光材料。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述反光材料为符合欧洲EN471规格的反光材料。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述物件被所述光学信号发出/接收单元所侦测的旋转角度分别为逆时针及顺时针旋转359度。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光学信号发出/接收单元包括影像传感器，其为运动追踪传感器，并具有高速的帧频。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：物件的位移速度及方向被所述光学信号发出/接收单元所侦测。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：物件的后退及前进被所述光学信号发出/接收单元所侦测。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述用以追踪物件运动的装置为交互式游戏机。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述交互式游戏机为从赛车、飞行器、船、棒球、击剑、高尔夫球、羽球、网球、或桌球的游戏机所构成的组中选出。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述物件为从所述交互式游戏机的方向盘、飞行游戏杆、方向舵、球棒、剑、高尔夫球杆、羽球拍、网球拍、或桌球拍所构成的组中选出。
14.一种用以反射红外线光的物件，其特征在于：包括：
表面；
第一反射图案，位于所述表面上；以及
第二反射图案，位于所述表面上，其中该第二图案不同于所述第一图案。
15.根据权利要求14所述的物件，其特征在于：所述第一反射图案为长条状。
16.根据权利要求14或15所述的物件，其特征在于：所述第二反射图案为点状。
17.根据权利要求14所述的物件，其特征在于：所述第一及第二反射图案皆为点状。
18.根据权利要求14所述的物件，其特征在于：所述第一及第二反射图案包括反光材料。
19.根据权利要求18所述的物件，其特征在于：所述反光材料为符合欧洲EN471规格的反光材料。
20.根据权利要求14所述的物件，其特征在于：所述物件应用于交互式游戏机。
21.依根据权利要求20所述的物件，其特征在于：所述交互式游戏机为从赛车、飞行器、船、棒球、击剑、高尔夫球、羽球、网球、或桌球的游戏机所构成的组中选出。
22.根据权利要求21所述的物件，其特征在于：所述物件为从所述交互式游戏机的方向盘、飞行游戏杆、方向舵、球棒、剑、高尔夫球杆、羽球拍、网球拍、或桌球拍所构成的组中选出。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111841035A (zh) * | 2019-04-30 | 2020-10-30 | 深圳市优必选科技有限公司 | 一种球类追踪玩具及其球类追踪方法和装置 |
| CN113286639A (zh) * | 2019-01-04 | 2021-08-20 | 赛尔赛公司 | 用于高尔夫击球检测的电子标签 |
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2006
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| CN111841035A (zh) * | 2019-04-30 | 2020-10-30 | 深圳市优必选科技有限公司 | 一种球类追踪玩具及其球类追踪方法和装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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