CN109490829B - 多人定位系统以及多人定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种多人定位系统，包括第一穿戴式装置、第二穿戴式装置以及处理装置。第一穿戴式装置通过发射第一感测信号来感测第一深度信号。第二穿戴式装置通过发射第二感测信号来感测第二深度信号。第一感测信号相异于第二感测信号。处理装置通信连接于第一穿戴式装置以及第二穿戴式装置。处理装置通过分析第一深度信号来取得第一穿戴式装置在感测区域中的第一位置信号。处理装置通过分析第二深度信号来取得第二穿戴式装置在感测区域中的第二位置信号。另外，一种多人定位方法也被提出。

Description

多人定位系统以及多人定位方法

技术领域

本发明涉及一种定位技术，尤其涉及一种多人定位系统以及多人定位方法。

背景技术

随着虚拟实境技术的发展，有越来越多的虚拟实境应用可适用于多人操作的情境。然而，当多个使用者同时在同一操作区域中执行虚拟实境的应用时，各使用者除了需各别进行定位之外，还须有效判断彼此的位置，才可有效进行多人虚拟实境的操作。对此，由于传统的定位方式是采用外向内(Out-side-in)的感测定位技术，因此需要复杂的架设环境以及具有较高的架设成本，并且其应用的场所类型有较多的局限。据此，如何建置多人定位系统以有效进行多人定位操作，并且使多人定位系统可具有较低的建置成本以及可广泛应用于各种场所是本领域目前重要课题之一。

发明内容

本发明提供一种多人定位系统以及多人定位方法，可有效进行多人定位操作，并具有较低的建置成本且可广泛应用各种操作环境。

本发明的一种多人定位系统，包括第一穿戴式装置、第二穿戴式装置以及处理装置。第一穿戴式装置用以通过发射第一感测信号来感测第一深度信号。第二穿戴式装置用以通过发射第二感测信号来感测第二深度信号。第一感测信号的第一信号特征相异于第二感测信号的第二信号特征。处理装置通信连接于第一穿戴式装置以及第二穿戴式装置。处理装置用以接收第一深度信号以及第二深度信号。处理装置通过分析第一深度信号来取得第一穿戴式装置在感测区域中的第一位置信号，并且处理装置通过分析第二深度信号来取得第二穿戴式装置在感测区域中的第二位置信号。

本发明的一种多人定位方法适用于多人定位系统。多人定位方法包括以下步骤：通过第一穿戴式装置发射第一感测信号来感测第一深度信号，并且通过第二穿戴式装置发射第二感测信号来感测第二深度信号，其中第一感测信号的第一信号特征相异于第二感测信号的第二信号特征；通过处理装置通信连接于第一穿戴式装置以及第二穿戴式装置，并且处理装置用以接收第一深度信号以及第二深度信号；以及通过处理装置分析第一深度信号来取得第一穿戴式装置在感测区域中的第一位置信号，并且处理装置通过分析第二深度信号来取得第二穿戴式装置在感测区域中相对于周围环境的第二位置信号。

基于上述，本发明提供一种多人定位系统以及多人定位方法可适用于多个穿戴式装置分别以内向外(In-side-out)的感测定位技术，来取得周围环境的多个深度信号，并且整合这些穿戴式装置的感测结果来取得这些穿戴式装置之间的相对位置关系。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的多人定位系统的方块图。

图2为本发明一实施例的多人定位系统的情境示意图。

图3为本发明一实施例的感测信号以及反射信号的信号波形图。

图4为本发明一实施例的多人定位方法的流程图。

附图标记说明

100：多人定位系统；

110：第一穿戴式装置；

111：第一信号接收器；

112：第一数据传输模块；

113：第一信号发射模块；

113_1：第一信号发射器；

113_2：第一信号产生器；

120：第二穿戴式装置；

121：第二信号接收器；

122：第二数据传输模块；

123：第二信号发射模块；

123_1：第二信号发射器；

123_2：第二信号产生器；

130：处理装置；

ES1：第一感测信号；

ES2：第二感测信号；

RS1：第一反射信号；

RS2：第二反射信号；

SR：感测区域；

OB：背景物件；

X、Y、Z：坐标轴；

T1、T2：时间差；

S410、S420、S430：步骤。

具体实施方式

为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，代表相同或类似部件。

图1为本发明一实施例的多人定位系统的方块图。参考图1，多人定位系统100包括第一穿戴式装置110、第二穿戴式装置120以及处理装置130。在本实施例中，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可通过有线连接或无线连接的方式与处理装置130进行通讯以传输数据。在本实施例中，第一穿戴式装置110用以通过发射第一感测信号ES1来感测周围环境的第一深度信号，并且第二穿戴式装置120用以通过发射第二感测信号ES2来感测周围环境的第二深度信号。在本实施例中，处理装置130通过分析第一深度信号来取得第一穿戴式装置110在感测区域中的第一位置信号，并且处理装置130通过分析第二深度信号来取得第二穿戴式装置120在感测区域中的第二位置信号。在本实施例中，第一深度信号以及第二深度信号是指穿戴式装置与周围环境的物件或人物之间的距离。在本实施例中，第一位置信号以及第二位置信号是指穿戴式装置在此周围环境(或感测区域)中的绝对位置、相对位置或坐标。

也就是说，本实施例的多人定位系统100可用于定位第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120分别位于某一空间中的位置。举例来说，多人定位系统100可记录第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120分别在此空间中对应于周围背景物件的绝对位置、相对位置或坐标等。并且，在本实施例中，处理装置130可进一步整合第一位置信号以及第二位置信号，以取得第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120之间的相对位置关系。因此，处理装置130可分别提供对应的位置信号至第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120，以使第一穿戴式装置110可识别第二穿戴式装置120在此空间中的位置，并且同样使第二穿戴式装置120可识别第一穿戴式装置110在此空间中的位置。

在本实施例中，第一穿戴式装置110包括第一信号接收器111、第一数据传输模块112、第一信号发射模块113，其中第一信号发射模块113包括第一信号发射器113_1以及第一信号产生器113_2。第一数据传输模块112耦接第一信号接收器111以及第一信号发射模块113。在本实施例中，第二穿戴式装置120包括第二信号接收器121、第二数据传输模块122、第二信号发射模块123，其中第二信号发射模块123包括第二信号发射器123_1以及第二信号产生器123_2。第二数据传输模块122耦接第二信号接收器121以及第二信号发射模块123。并且，在一实施例中，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120还可进一步包括处理器(Processor)，可执行信号处理、图像处理、距离计算等操作，以实现本发明各实施例所述的操作手段。

在本实施例中，第一数据传输模块112以及第二数据传输模块122包括有线或无线的传输界面以及通信模块，例如采用蓝牙(Bluetooth)、无线区域网路(WiFi)等方式，本发明并不加以限制。在本实施例中，第一信号发射模块113以及第二信号发射模块123可为红外线(Infrared)信号发射模块或是超音波(Ultrasound)信号发射模块，其中第一信号发射器113_1以及第二信号发射器123_1可分别通过不同发射频率来发射信号。在一实施例中，第一信号产生器113_2以及第二信号产生器123_2也可用以分别产生不同的信号波长的红外线信号或超音波信号。在本实施例中，第一信号接收器111以及第二信号接收器121可分别设计而仅接收相对应的发射频率或信号波长的红外线信号或超音波信号。

在本实施例中，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可例如是虚拟实境(Virtual Reality,VR)显示装置、扩增实境(Augmented Reality,AR)显示装置、混合实境(Mixed Reality,MR)显示装置或光学头戴式显示器(Optical Head Mounted Display,OHMD)等诸如此类的穿戴式显示器。因此，本实施例的第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可进一步包括显示模块、存储模块或穿戴机构等，本发明并不加以限制。

在本实施例中，处理装置130例如是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)、可程序化逻辑装置(ProgrammableLogic Device,PLD)、其他类似处理电路或这些装置的组合。在本实施例中，处理装置130可外设于第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120，并且第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可通过有线或无线的方式通信连接于处理装置130。然而，在一实施例中，处理装置130也可分别设置于第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置当中，以使第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120彼此可直接通信连接，并且可分别独立执行本发明各实施例所述的多人定位操作。

图2为本发明一实施例的多人定位系统的情境示意图。参考图1以及图2，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可位于感测区域SR中。在本实施例中，感测区域SR为立体区域，其中坐标轴X以及坐标轴Y所形成的平面可视为地板面，并且朝坐标轴Z方向为垂直方向。坐标轴X、坐标轴Y以及坐标轴Z彼此垂直。举例而言，在本实施例中，两个使用者可分别穿戴第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120，并且位于感测区域SR中。然而，本发明的感测区域SR并不限于图2所式，图2的感测区域SR仅用于释例性说明使用者所处的空间以及周围环境。在本实施例中，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可分别通过发射第一感测信号ES1以及第二感测信号ES2来感测周围环境的第一深度信号以及第二深度信号，以使第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可建立与周围环境之间的距离，以及建立周围环境的模型以回馈相同的模拟环境于使用者。

并且，若存在一个背景物件OB位于感测区域SR中，则当第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120分别接收到由背景物件OB反射的第一反射信号RS1以及第二反射信号RS2时，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可识别与此背景物件OB的距离以及此背景物件OB的坐标。此外，由于背景物件OB不会随时间移动，而第二穿戴式装置120可能会随时间移动，因此第一穿戴式装置110可依据取得的第一深度信号以及物件是否随时间移动的特征来分辨感测到的物件是属于第二穿戴式装置120背景物件OB，而不会有混淆情况。同理，第二穿戴式装置同样可执行相同判断操作。

也就是说，在本实施例中，处理装置130可用以整合第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120提供的深度信号以及位置数据，并且依据整合后的深度信号以及位置数据来提供相对应的图像数据或控制信号，以使第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可执行或显示对应的图像或操作。举例来说，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可连线执行虚拟实境的互动程序，并且第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120除了可在各自的虚拟实境显示图像识别周围环境的背景物件OB位置、形状以及大小，并且可在彼此的虚拟实境显示图像中识别彼此且追踪彼此的位置。

图3为本发明一实施例的感测信号以及反射信号的信号波形图。参考图1至图3，在本实施例中，当第一穿戴式装置110发射的第一感测信号ES1经由一物件反射后，若第一穿戴式装置110接收到第一反射信号RS1，则第一穿戴式装置110可通过计算发射第一感测信号ES1以及接收第一反射信号RS1的时间差T1来取得第一深度信号。同理，当第二穿戴式装置120发射的第二感测信号ES2经由另一物件反射后，若第二穿戴式装置120接收到第二反射信号ES1，则第二穿戴式装置120可通过计算发射第二感测信号ES2以及接收第二反射信号RS2的时间差T2来取得第二深度信号。

值得注意的是，在本实施例中，为了使第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120在分别执行感测周围环境的深度信号的操作时，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可区隔各别的感测信号，以避免发生信号干扰以产生错误的距离判断，因此本实施例的第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可分别发射具有不同信号特征的第一感测信号ES1以及第二感测信号ES2。在本实施例中，第一感测信号ES1以及第二感测信号ES2可例如具有不同发射频率的信号特征。举例来说，第一感测信号ES1的发射频率可例如是持续发射10ms(毫秒)，并接着停止发射10ms。第二感测信号ES1的发射频率可例如是持续发射16ms，并接着停止发射16ms。并且，第一反射信号RS1以及第二反射信号RS2的接收频率分别相同于第一感测信号ES1以及第二感测信号ES2，但是本发明的信号频率大小并不限于此，各频率可依据不同使用需求来对应设计的。因此，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可有效避免干扰或是发生误判的情况。然而，在一实施例中，第一感测信号ES1或第二感测信号ES2也可具有混合式发射频率的信号特征，例如持续发射12ms，并接着停止发射12ms，再持续发射15ms，并再接着停止发射15ms，以使有效增加多个感测信号之间的区隔性。

另外，在一实施例中，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120还可设计具有不同信号波长的信号特征。举例来说，第一感测信号ES1为使用频谱3μm(微米)～5μm的红外线信号，并且第二感测信号ES2为使用频谱7μm～14μm的红外线信号。因此，第一感测信号ES1例如具有的信号波长3μm的信号特征，并且，第二感测信号ES2例如具有的信号波长7μm的信号特征。因此，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可经由设计以使只接收各自对应的信号波长的第一反射信号RS1以及第二反射信号RS2，而有效避免干扰或是发生误判的情况。甚至，在又一实施例中，第一感测信号ES1以及第二感测信号ES2也可分别混合不同发射频率以及不同信号波长，以进一步增加信号区隔的强度。

在本实施例中，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可分别经由第一数据传输模块112以及第二数据传输模块122将各自的信号特征以及取得的深度信号传送至处理装置130，以使处理装置130可经由数据分析来整合周围环境的距离信号以及不同使用者之间的相对距离与位置，并且可据此建构立体虚拟模型并应用于虚拟实境程序中。因此，本发明的多人定位系统100采用内向外(In-side-out)的感测定位技术来进行定位，并且可整合多个使用者于同一操作空间中同时执行定位以及周围环境的距离判断，并可有助结合多人虚拟实境的相关应用。

图4为本发明一实施例的多人定位方法的流程图。参考图4，本实施例的多人定位方法可至少适用于图1实施例的多人定位系统100。在步骤S410中，多人定位系统100可通过第一穿戴式装置110发射第一感测信号ES1来感测周围环境的第一深度信号，并且通过第二穿戴式装置120发射第二感测信号ES2来感测周围环境的第二深度信号，其中第一感测信号ES1的第一信号特征相异于第二感测信号ES2的第二信号特征。因此，第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120可同时于同一感测区域中同时执行周围环境的距离感测，而不会有互相干扰的情况。在步骤S420中，多人定位系统100可通过处理装置130通信连接于第一穿戴式装置110以及第二穿戴式装置120，并且处理装置130用以接收第一深度信号以及第二深度信号。在步骤S430中，多人定位系统100可通过处理装置130分析第一深度信号来取得第一穿戴式装置110的第一位置信号，并且处理装置130通过分析第二深度信号来取得第二穿戴式装置120的第二位置信号。也就是说，本实施例的多人定位系统100可有效取得在感测区域中的多个使用者之间的位置信号以及周围环境的距离信号。

综上所述，本发明的多人定位系统以及多人定位方法，是采用内向外(Inside-Out)的感测定位技术来进行定位，其中可通过多个使用者穿戴的多个穿戴式装置分别发射不同信号特征的感测信号，以使有效进行周围环境的距离感测，并且经由后端处理装置来整合这些穿戴式装置的深度感测结果，以取得与周围环境的距离以及彼此之间的相对位置。因此，本发明的多人定位系统可有效适用多人虚拟实境的相关追踪定位应用，并且无须在周围环境中外设其他感测器，而具有较低成本以及具有可广泛应用于各式场所的优点。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种多人定位系统，其特征在于，包括：

第一穿戴式装置，用以通过发射第一感测信号来感测周围环境的第一距离信号；

第二穿戴式装置，用以通过发射第二感测信号来感测周围环境的第二距离信号，其中所述第一感测信号的第一信号特征相异于所述第二感测信号的第二信号特征；以及

处理装置，通信连接于所述第一穿戴式装置以及所述第二穿戴式装置，并且所述处理装置用以接收所述第一距离信号以及所述第二距离信号，

其中所述处理装置通过分析所述第一距离信号来取得所述第一穿戴式装置的第一位置信号，并且所述处理装置通过分析所述第二距离信号来取得所述第二穿戴式装置的第二位置信号，其中所述第一穿戴式装置以及所述第二穿戴式装置分别包括：

信号发射器，用以发射感测信号；

信号接收器，用以接收所述感测信号经由物件反射的反射信号，并且依据发射所述感测信号以及接收所述反射信号的时间差来决定距离信号；以及

数据传输模块，耦接所述信号接收器，并且通信连接于所述处理装置，

其中所述数据传输模块输出所述距离信号以及所述感测信号的信号特征信号至所述处理装置。

2.根据权利要求1所述的多人定位系统，其中所述第一信号特征为第一发射频率，并且所述第二信号特征为第二发射频率，其中所述第一发射频率相异于所述第二发射频率。

3.根据权利要求1所述的多人定位系统，其中所述第一信号特征为第一信号波长，并且所述第二信号特征为第二信号波长，其中所述第一信号波长相异于所述第二信号波长。

4.根据权利要求1所述的多人定位系统，其中所述第一感测信号以及所述第二感测信号为红外线信号或超音波信号。

5.根据权利要求1所述的多人定位系统，其中所述处理装置通过所述第一信号特征以及所述第二信号特征来分辨所述第一穿戴式装置以及所述第二穿戴式装置，并且所述处理装置整合所述第一位置信号以及所述第二位置信号，以决定所述第一穿戴式装置以及所述第二穿戴式装置之间在感测区域中的相对位置关系。

6.根据权利要求5所述的多人定位系统，其中所述处理装置依据所述第一距离信号以及所述相对位置关系来判断由所述第一穿戴式装置所感测到的在所述感测区域中的物件为所述第二穿戴式装置或是背景物件，

其中所述处理装置依据所述第二距离信号以及所述相对位置关系来判断由所述第二穿戴式装置所感测到的在所述感测区域中的另一物件为所述第一穿戴式装置或是所述背景物件。

7.一种多人定位方法，适用于多人定位系统，其特征在于，包括：

通过第一穿戴式装置发射第一感测信号来感测周围环境的第一距离信号，并且通过第二穿戴式装置发射第二感测信号来感测周围环境的第二距离信号，其中所述第一感测信号的第一信号特征相异于所述第二感测信号的第二信号特征；

通过处理装置通信连接于所述第一穿戴式装置以及所述第二穿戴式装置，并且所述处理装置用以接收所述第一距离信号以及所述第二距离信号；以及

通过所述处理装置分析所述第一距离信号来取得所述第一穿戴式装置的第一位置信号，并且所述处理装置通过分析所述第二距离信号来取得所述第二穿戴式装置的第二位置信号，

其中所述第一穿戴式装置以及所述第二穿戴式装置分别包括：

信号发射器，用以发射感测信号；

信号接收器，用以接收所述感测信号经由物件反射的反射信号，并且依据发射所述感测信号以及接收所述反射信号的时间差来决定距离信号；以及

数据传输模块，耦接所述信号接收器，并且通信连接于所述处理装置，

其中所述数据传输模块输出所述距离信号以及所述感测信号的信号特征信号至所述处理装置。

8.根据权利要求7所述的多人定位方法，还包括：

通过所述处理装置依据所述第一感测信号以及所述第二感测信号来分辨所述第一穿戴式装置以及所述第二穿戴式装置，并且所述处理装置整合所述第一位置信号以及所述第二位置信号，以决定所述第一穿戴式装置以及所述第二穿戴式装置之间在感测区域中的相对位置关系。

9.根据权利要求8所述的多人定位方法，还包括：

通过所述处理装置依据所述第一距离信号以及所述相对位置关系来判断由所述第一穿戴式装置所感测到的在所述感测区域中的物件为所述第二穿戴式装置或是背景物件；以及

通过所述处理装置依据所述第二距离信号以及所述相对位置关系来判断由所述第二穿戴式装置所感测到的在所述感测区域中的另一物件为所述第一穿戴式装置或是所述背景物件。

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