CN103675803A - 定位方法和定位装置 - Google Patents

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Abstract

定位方法和定位装置。该定位方法适用于一电子装置用以定位一移动装置，包括：决定上述移动装置的一初步平面位置；获得上述移动装置的一倾斜角度；以及，根据该倾斜角度，修正上述平面初步位置的一误差而获得上述移动装置的一修正平面位置。

Description

定位方法和定位装置
技术领域
本发明涉及一种无线输入系统，且特别涉及一种定位方法以及定位装置。
背景技术
随着无线网络的发达，利用无线装置直接于空气接口中通过各种手势输入的输入接口逐渐融入人们的生活当中。为了更正确的解读各种手势输入，上述种类的输入接口需要更精确的无线装置定位方式。
发明内容
基于上述目的，本发明实施例公开了一种定位方法，适用于一电子装置用以定位一移动装置，包括：决定上述移动装置的一初步平面位置；获得上述移动装置的一倾斜角度；以及，根据该倾斜角度，修正上述平面初步位置的一误差而获得上述移动装置的一修正平面位置。
本发明实施例还公开了一种电子装置，包括一传收器以及一控制器。该传收器接收一移动装置的第一信号。该控制器耦接上述传收器，根据上述接收的第一信号而决定上述移动装置的一初步平面位置，获得上述移动装置的一倾斜角度，以及根据该倾斜角度，修正上述平面初步位置的一误差而获得上述移动装置的一修正平面位置。
为使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是显示本发明实施例中一种定位系统1的系统图。
图2是显示本发明实施例中一种定位装置10的方块图。
图3是显示本发明实施例中一种移动装置12的方块图。
图4是显示本发明实施例中一种参考装置14、16的方块图。
图5是显示本发明实施例中一种定位方法5的流程图。
图6是显示本发明实施例中一种水平定位误差的示意图。
图7是显示本发明实施例中一种空间定位的示意图。
图8是显示本发明实施例中一种检测图像数据判断倾斜角度θ的示意图。
图9是显示本发明实施例中一种根据接收时间差判断倾斜角度θ的示意图。
【主要元件符号说明】
10～定位装置；
200～控制器；
202～存储器装置；
204～无线传收器；
206～定位电路；
208～电源供应装置；
210～图像传感器；
12～移动装置；
300～控制器；
302～无线传收器；
302a、302b～位置；
304～定位电路；
306～电源供应装置；
308～移动传感器；
310～指示装置；
14，16～参考装置；
400～定位电路；
402～无线传收器；
404～电源供应装置；
5～定位方法；
L1～第一距离；
L2～第二距离；以及
S500、S502…S512～步骤。
具体实施方式
实施例中的各元件的配置为说明之用，并非用以限制本发明。且实施例中图式标号的部分重复，为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。
图1是显示本发明实施例中一种定位系统1的系统图，包括定位装置10、移动装置12、第一参考装置14以及第二参考装置16。定位系统1可为一种无线网络，包括无线局域网（Wireless LAN，WLAN）、无线广域网（WirelessMAN，WMAN），利用可无线上网的无线接入点（Access Point，AP）去定位网络范围内的移动装置。定位装置10、移动装置12、第一参考装置14以及第二参考装置16可通过同一种通信协议沟通。移动装置12为一种手持输入装置，能在预定的空间范围中移动，使用者可通过在预定的空间范围中挥动移动装置12而输入数据或是指令至定位装置10。定位装置10能对移动装置12进行定位而得知移动装置12在上述预定的空间范围中相对于定位装置10的位置，进而判断移动装置12所输入的内容。在某些实施例中，移动装置12可以是一个电视频道遥控器，当使用者使用移动装置12在预定的空间范围中手写输入某个电视频道编号，例如3，定位装置10可通过定位移动装置12的移动轨迹而判断使用者想要切换至电视频道3，而控制一家用视频装置切换至电视频道3。当使用者使用移动装置12在预定的空间范围中向上挥动时，定位装置10可通过定位移动装置12的移动轨迹而判断使用者想要增加音量，因此控制一播放装置调整对应的音量大小。当定位装置10能够正确定位移动装置12时，就可以正确判断使用者输入的数据，进而正确执行对应的应用服务。
移动装置12可为电子笔、遥控器、娱乐装置、通信装置、家用电子装置或其他可移动并且可和定位装置10沟通的电子装置。定位装置10检测到的定位位置是移动装置12实际收发无线信号的位置（无线模块安装的物理上位置），然而需要检测的定位位置可能是移动装置12上其他非收发无线信号的位置，例如移动装置12的端点（如前端），因此当移动装置12倾斜并和参考地平面形成一倾斜角度时就会产生一定位误差。定位装置10必须移除或减低定位误差以修正检测到的定位位置，并且获得精确的定位位置。移动装置12的硬件构造以及运作方式的实施例在图3以及其相关段落中有详细描述。
定位装置10可为定位盒、家用影音中心、无线接入点或附加定位功能的接口平台。定位装置10可以使用各种定位技术获得移动装置12的初步平面位置。上述定位技术可以是收讯时间法（Time of Arrival，以下称为TOA）、信号接收角度(Angle of Arrival，以下称为AOA)、信号强度法（Received SignalStrength，以下称为RSS）或其他室内定位技术。接着，定位装置10能检测移动装置12的倾斜角度，并且根据移动装置12的倾斜角度修正初步平面位置而获得修正的平面位置。最后，定位装置10能通过二或多个邻近参考装置14和16还进一步定位移动装置12在3维空间中的定位位置。第一参考装置14和上述第一参考装置16的垂直位置必需不同，定位装置10才能正确找出移动装置12的垂直位置。定位装置10和参考装置14和16的硬件构造以及运作方式的实施例分别在图2、图4以及其相关段落中有详细描述。
本实施例提出一种对移动装置的定位方案，利用一种设计简单并且省电的定位系统对一移动装置进行定位并对定位数据的误差提出修正，藉以修正水平范围的定位误差，进而达成在3维空间中的定位功能。
图2是显示本发明实施例中一种定位装置10的方块图，包括控制器200、存储器装置202、无线传收器204、定位电路206、电源供应装置208、图像传感器210和指示装置212。控制器200耦接存储器装置202、无线传收器204、定位电路206、电源供应装置208、图像传感器210和指示装置212。图像传感器210和指示装置212系非必须装置。在一些实施例中，定位装置10可以不包括图像传感器210和指示装置212。
无线传收器204能够利用无线通信技术，例如红外线、超音波、或其他频段的无线通信技术和移动装置12、第一参考装置14以及第二参考装置16进行沟通以及传递信息。定位电路206用于利用相关定位技术例如TOA、AOA或RSS技术来定位移动装置12的初步平面位置。在某些实施例中，定位电路206利用收讯时间法来检测移动装置12的初步平面位置。无线传收器204可以先发出一无线信号至空气接口中，当无线信号碰到移动装置12即会反射，无线传收器204可以检测到反射的无线信号以及判断收到从发出到收到无线信号的传递时间。通过无线信号的传递时间和光速的估计值，定位电路206便可估计移动装置12的初步平面位置(X，Y)。
控制器200用于实施本实施例所提出的定位误差修正方法以及3维空间定位方法。控制器200可以在存储器装置202内分配一个存储器空间用于预先存储的一误差修正查找表，例如图表1，包括初步平面位置栏(X，Y)、倾斜角度栏θ、正确平面位置栏(X`，Y`)、以及误差值栏(ΔX，ΔY)。上述初步平面位置栏(X，Y)可通过前述TOA、AOA或RSS技术获得。上述倾斜角度可由图像传感器210检测得知或由移动装置12本身检测（图3的移动传感器308）并且传送给定位装置10。上述初步平面位置(X，Y)可通过定位电路206估计。而后，控制器200可以使用上述误差修正查找表，根据移动装置12的倾斜角度θ，并且将定位电路206计算出的初步平面位置(X，Y)修正相应误差值(ΔX，ΔY)而获得正确平面位置(X`，Y`)，即(X`，Y`)=(X，Y)-(ΔX，ΔY)或(X`，Y`)=(X，Y)+(ΔX，ΔY)。
  (X`，Y`)   θ   (X，Y)   (ΔX，ΔY)
  XY-θ1   X1`，Y1`   θ1   X1，Y1   ΔX1，ΔY1
  XY-θ2   X2`，Y2`   θ2   X2，Y2   ΔX2，ΔY2
  XY-θ3   X3`，Y3`   θ3   X3，Y3   ΔX3，ΔY3
表格1
参考图6，显示本发明实施例中一种水平定位误差的示意图，用于解释上述修正误差值(ΔX，ΔY)而获得正确平面位置(X`，Y`)的动作。图6的移动装置12为一支定位笔（或遥控器），其无线传收器位于移动装置12的中间部位，定位装置10需要定位的位置为移动装置12的尖端。当移动装置12和参考平面形成一倾斜角度θ时，定位装置10定位到的初步平面位置为(X1，Y1)，而所需定位到的正确平面位置为(X1`，Y1`)，初步平面位置为(X1，Y1)和正确平面位置为(X1`，Y1`)之间的误差值为(ΔX1，ΔY1)。
请回到图2的误差修正查找表，在出厂测试时，厂商可以针对某几个定位环境进行误差测量以建立对应的几个误差修正查找表。对于某个定位环境设定来说，控制器200可以从定位范围内每个固定距离的移动装置的固定倾斜角度测量误差值，藉以建立一个误差修正查找表。例如，在测量建立查找表时，可在以定位装置10为中心每0.5公尺距离的圆形范围上每30度角度的正确定位位置(X`，Y`)放上移动装置12，定位装置10可对移动装置12每15度的倾斜角度θ测量一次初步平面位置(X，Y)，藉以计算相应误差值(ΔX，ΔY)并且建立误差修正查找表。控制器200可以在定位电路206第一次安装至定位系统1时，根据符合的定位环境，从上述几个误差修正查找表中载入要使用的误差修正查找表。
在某些实施例中，定位装置10的控制器200也可以根据移动装置12的倾斜角度θ实际计算出一相应误差值(ΔX，ΔY)，进而修正初步平面位置(X，Y)的误差而获得正确平面位置(X`，Y`)。例如，无线传收器204可以位于要估算定位位置的移动装置12端点距离10公分之处，控制器200可以通过三角函数和倾斜角度θ估计相应误差值(ΔX，ΔY)，进而得出正确平面位置(X`，Y`)。
图像传感器210可以是相机或摄影机，用于检测移动装置12的倾斜角度。指示装置212可为LED装置、图像显示装置或语音装置，用于指示定位状态，例如正在定位中或是已定位完成。指示装置212的指示可用LED装置的亮暗或闪烁来表示，或是图像显示装置显示图案、图像或文字来表示，也可以语音输出来告知指示使用者目前的定位状态。电源供应装置208提供电源以供电给定位装置10，其主要和外部电源接头相接，或可包括电力存储装置，例如电池。
实施例中提出一种定位装置，对一移动装置进行定位并对定位数据的误差提出修正，藉以修正水平范围的定位误差。
图3是显示本发明实施例中一种移动装置12的方块图，包括控制器300、无线传收器302、定位电路304、电源供应装置306、移动传感器308和指示装置310。控制器300耦接至无线传收器302、定位电路304、电源供应装置306、移动传感器308和指示装置310。在某些实施例中，移动装置12可以不包括定位电路304、移动传感器308或指示装置310。使用者可利用移动装置12输入数据或指示至定位系统内。
控制器300用于判断使用者的信息和应用需求，使用者的信息可包括使用者使用该设施的优先权限。定位电路304可使用TOA、AOA或RSS技术用于自行定位移动装置12相对于定位装置10的初步定位位置，或用于判断参考装置14、16的位置以及到参考装置14、16的距离。移动传感器308可以是加速传感器(Gravity sensor)或是加速计(accelerometer)，用于自行检测移动装置12的倾斜角度。无线传收器302用于和定位装置10以及参考装置14、16传递信息，可将定位位置数据和移动装置12的倾斜角度传送给定位装置10。
指示装置310可为LED装置、图像显示装置或语音装置，用于指示定位状态，例如正在定位中或是已定位完成。指示装置310的指示可用LED装置的亮暗或闪烁来表示，或是图像显示装置显示图案、图像或文字来表示，也可以语音输出来告知指示使用者目前的定位状态。电源供应装置306提供电源以供电给移动装置12，其可包括电力存储装置，例如电池。
本实施例提出一种移动装置，通过在空间的移动轨迹而输入数据或是指令。
图4是显示本发明实施例中一种参考装置14或16的方块图，包括定位电路400、无线传收器402和电源供应装置404。定位电路400耦接无线传收器402和电源供应装置404。参考装置14或16可以作为参考点，用于辅助对移动装置12进行3维空间定位。3维空间的定位方法在图5和图7中有详细解释。
定位电路400可使用TOA、AOA或RSS技术用于定位参考装置14、16的位置以及参考装置14、16到移动装置12的距离。无线传收器402用于和定位装置10以及移动装置12传递信息，可将参考装置14、16的位置以及与移动装置12的距离信息传送给定位装置10。电源供应装置404提供电源以供电给参考装置14或16，其可以和外部电源接头相接，或可以包括电力存储装置，例如电池。
本实施例提出一种参考装置，用于辅助对移动装置的3维空间定位。
图5是显示本发明实施例中一种3惟空间定位方法5的流程图，使用图1公开的定位系统1。
定位方法5开始后，定位装置10可以根据定位环境选择用于修正定位误差的误差修正查找表（S500）。上述误差修正查找表可以例如为表1所示。上述误差修正查找表的选择可以由该移动装置12输入执行。接着，定位装置10能够根据前述TOA、AOA、RSS或其他定位技术决定移动装置12的初步平面位置（X，Y）（S502），获得上述移动装置12的倾斜角度θ（S504），以及根据该倾斜角度θ来修正上述平面初步位置的误差（ΔX，ΔY）而获得上述移动装置的一修正平面位置（X`，Y`）（S506）。在某些实施例中，定位装置10能够利用相机或镜头的图像传感器210检测移动装置12的图像，接着控制器200通过分析处理检测到的图像的数据而判断移动装置12的倾斜角度θ，如图8所示。在其他实施例中，定位装置10能够利用无线传收器204发出检测信号，并且接收分别从移动装置12两个不同位置302a、302b发出或反射的两个回传信号，因为302a、302b位于不同的位置所以接收到该两个回传信号的时间不会相同，接着控制器200通过分析处理该两个回传信号的接收时间差而判断移动装置12的倾斜角度θ，如图9所示。在另外一些实施例中，移动装置12可以自己通过移动传感器308判断倾斜角度θ，并将倾斜角度θ信息回传给定位装置10。定位装置10可以在所选择的误差修正查找表中根据倾斜角度θ来寻找对应的误差值（ΔX，ΔY）。定位装置10也可以根据倾斜角度θ计算对应的误差值（ΔX，ΔY）。定位装置10能够接着将误差值（ΔX，ΔY）从平面初步位置的误差（ΔX，ΔY）中移除以获得修正平面位置（X`，Y`），到此完成移动装置12的平面定位。
定位装置10能够根据第一参考装置14和第二参考装置16的位置进一步对移动装置12进行在空间中的定位。首先，定位装置10能够获得第一参考装置14和第二参考装置16的正确空间位置以及第一参考装置14和第二参考装置16分别到移动装置12的距离。在一些实施例中，第一参考装置14和第二参考装置16的正确空间位置可以是预先设定的正确空间位置。上述第一参考装置14和第二参考装置16分别到移动装置12的距离可以由第一参考装置14和第二参考装置16或移动装置12内部的定位电路根据根据前述TOA、AOA、RSS或其他定位技术检测得知。图7是显示本发明实施例中一种空间定位的示意图，包括第一参考装置14、第二参考装置16和移动装置12在空间中的位置。定位装置10位于原点坐标(0，0，0)，第一参考装置14位于坐标(Xr1，Yr1，Zr1)，第二参考装置16位于坐标(Xr2，Yr2，Zr2)，移动装置12位于坐标(X`，Y`，Z1)，第一参考装置14到移动装置12的第一距离为L1，第二参考装置16到移动装置12的距离为L2。定位装置10能够根据移动装置12的修正平面位置(X`，Y`)、第一参考装置14的第一距离L1以及第一参考装置坐标(Xr1，Yr1，Zr1)而使用3维三角函数计算算出移动装置12的二个可能垂直位置Z1和Z2。
(X`-Xr1)^2+(Y`-Yr1)^2+(Z-Zr1)^2=L1^2
Z=Zr1±(L1^2-(X`-Xr1)^2+(Y`-Yr1)^2)^0.5
该二个可能垂直位置Z1和Z2到第一参考装置坐标(Xr1，Yr1，Zr1)的距离皆相同(S508)。接着同时参考图5和图7的实施例，定位装置10能够将算出的两个可能位置(X`，Y`，Z1)和(X`，Y`，Z2)、第二参考装置16的第二距离L2以及第二参考装置坐标(Xr2，Yr2，Zr2)而带入3维三角函数计算而决定上述二个可能垂直位置Z1和Z2中的哪一个是正确的垂直位置（S510）。正确的垂直位置会符合第二距离L2以及第二参考装置坐标(Xr2，Yr2，Zr2)的三角函数关系。在图7的实施例中，移动装置12的正确空间位置在(X`，Y`，Z1)。所以移动装置12坐标(X`，Y`，Z1)到第二参考装置坐标(Xr2，Yr2，Zr2)的距离会是L2，而另一个移动装置12’可能坐标(X`，Y`，Z2)到第二参考装置坐标(Xr2，Yr2，Zr2)的距离不会是L2。第一参考装置14和第二参考装16的垂直位置不可以相同才可以正确找出移动装置12的垂直位置。在步骤S512时定位方法5结束。
本发明描述的各种逻辑区块、模块、以及电路可以使用通用处理器、数字信号处理器（数字信号处理，DSP）、特定应用集成电路(Application SpecificIntegrated电路，ASIC)、或其他可程控逻辑元件、离散式逻辑电路或晶体管逻辑门、离散式硬件元件、或用于执行本发明所描述的执行的功能的其任意组合。通用处理器可以为微处理器，或者，该处理器可以为任意商用处理器、控制器、微处理器、或状态机。
本发明描述的各种逻辑区块、模块、以及电路的操作以及功能可以利用电路硬件或嵌入式软件代码加以实现，该嵌入式软件代码可以由一处理器存取以及执行。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (12)

1.一种定位方法，适用于一电子装置用以定位一移动装置，包括：
决定上述移动装置的一初步平面位置；
获得上述移动装置的一倾斜角度；以及
根据该倾斜角度，修正上述平面初步位置的一误差而获得上述移动装置的一修正平面位置。
2.如权利要求1所述的定位方法，还包括：
获得上述移动装置和一第一参考装置之间的一第一距离，以及上述第一参考装置的一第一空间位置；
获得上述移动装置和一第二参考装置之间的一第二距离，以及上述第二参考装置的一第二空间位置；
根据上述修正平面位置、上述第一距离以及上述第一空间位置而判断上述移动装置的二可能垂直位置；以及
根据上述修正平面位置、上述第二距离以及上述第二空间位置而判断上述二可能垂直位置中的其中一个为上述移动装置的一正确垂直位置；
其中上述第一参考装置和上述第一参考装置的垂直位置不同。
3.如权利要求1所述的定位方法，其中，上述修正上述初步平面位置步骤包括通过上述倾斜角度搜寻一查找表以得到上述平面初步位置的上述误差。
4.如权利要求1所述的定位方法，其中，上述获得上述倾斜角度步骤包括通过上述电子装置的一图像传感器获得上述移动装置的图像，并且通过图像处理上述图像而判断上述移动装置的上述倾斜角度。
5.如权利要求1所述的定位方法，其中，上述获得上述倾斜角度步骤包括通过接收上述移动装置所传送的信号而获得上述倾斜角度。
6.如权利要求1所述的定位方法，其中，上述决定上述初步平面位置步骤可通过收讯时间法（Time of Arrival，TOA）、信号接收角度(Angle of Arrival，AOA)、或信号强度法（Received Signal Strength，RSS）技术而获得。
7.一种电子装置，包括：
一传收器，接收一移动装置的第一信号；以及
一控制器，耦接上述传收器，根据上述接收的第一信号而决定上述移动装置的一初步平面位置，获得上述移动装置的一倾斜角度，以及根据该倾斜角度，修正上述平面初步位置的一误差而获得上述移动装置的一修正平面位置。
8.如权利要求7所述的电子装置，其中，
上述控制器获得上述移动装置和一第一参考装置之间的一第一距离，以及上述第一参考装置的一第一空间位置，获得上述移动装置和一第二参考装置之间的一第二距离，以及上述第二参考装置的一第二空间位置，根据上述修正平面位置、上述第一距离以及上述第一空间位置而判断上述移动装置的二可能垂直位置，以及
根据上述修正平面位置、上述第二距离以及上述第二空间位置而判断上述二可能垂直位置中的其中一个为上述移动装置的一正确垂直位置；以及
上述第一参考装置和上述第一参考装置的垂直位置不同。
9.如权利要求7所述的电子装置，其中，上述控制器通过上述倾斜角度搜寻一查找表以得到上述平面初步位置的上述误差。
10.如权利要求7所述的电子装置，还包括一图像传感器，耦接上述控制器，获得上述移动装置的图像，其中上述控制器通过图像处理上述图像而判断上述移动装置的上述倾斜角度。
11.如权利要求7所述的电子装置，其中，上述传收器通过接收上述移动装置所传送的第二信号而获得上述倾斜角度。
12.如权利要求7所述的电子装置，其中，上述决定上述初步平面位置步骤可通过收讯时间法（Time of Arrival，TOA）、信号接收角度(Angle ofarrival)、或信号强度法（Received Signal Strength，RSS）技术而获得。
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