CN110221281B - 电子装置以及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电子装置及定位方法。电子装置包括收音器以及处理器。收音器用以接收设置在固定装置上的发音器提供的声音信号。处理器耦接收音器。当处理器依据图像来判断遮蔽物阻挡在电子装置与固定装置之间时，处理器依据电子装置的先前移动信息以及先前位置来估测电子装置在当前时刻的虚拟位置。虚拟位置经由遮蔽物的边界位置到固定装置之间具有最短路径。处理器依据收音器接收的声音信号以及边界位置来取得电子装置与边界位置之间的第一相对距离。处理器依据声音信号以及第一相对距离来计算电子装置在当前时刻相对于固定装置的相对速度以及相对加速度。本发明的电子装置以及定位方法可准确判断电子装置相对于固定装置的相对速度与相对加速度。

Description

电子装置以及定位方法

技术领域

本发明涉及一种定位技术，尤其涉及一种电子装置以及定位方法。

背景技术

在定位技术领域中，一般的光学技术的图像定位方式以及一般的声学技术的声音定位方式已普遍应用于当前的各种可携带式电子装置的相关应用操作。例如，在虚拟实境的应用中，使用者携带着虚拟实境装置在特定空间中进行虚拟实境操作，并且虚拟实境装置需取得自身相对于远端的固定主机的定位信息，以配合虚拟实境应用程序的运作。然而，在一般情况下，当虚拟实境装置与远端的固定主机之间存在遮蔽物时，若虚拟实境装置使用图像定位方式，则无法有效判断被遮蔽的远端的固定主机的位置。若虚拟实境装置使用声音定位方式，则因为声音信号的传递路径改变，导致产生定位判断的误差。因此，单独使用图像或声音的定位方式都无法有效地取得正确的定位信息。有鉴于此，以下提出几个范例实施例的解决方案。

发明内容

本发明提供一种电子装置以及定位方法，可有效取得电子装置与固定装置之间的相对距离，并且可准确判断电子装置相对于固定装置的相对速度与相对加速度。

本发明的电子装置包括收音器以及处理器。收音器用以接收设置在固定装置上的发音器提供的声音信号。处理器耦接收音器。当处理器依据图像来判断遮蔽物阻挡在电子装置与固定装置之间时，处理器依据电子装置的先前移动信息以及先前位置来估测电子装置在当前时刻的虚拟位置。虚拟位置经由遮蔽物的边界位置到固定装置之间具有最短路径。处理器依据收音器接收的声音信号以及边界位置来取得电子装置与边界位置之间的第一相对距离。处理器依据声音信号以及第一相对距离来计算电子装置在当前时刻相对于固定装置的相对速度以及相对加速度。

本发明的定位方法适于电子装置。所述定位方法包括以下步骤。通过电子装置的收音器接收设置在固定装置上的发音器提供的声音信号。当依据图像来判断遮蔽物阻挡在电子装置与固定装置之间时，依据电子装置的先前移动信息以及先前位置来估测电子装置在当前时刻的虚拟位置，其中虚拟位置经由遮蔽物的边界位置到固定装置之间具有最短路径。依据收音器接收的声音信号以及边界位置来取得电子装置与边界位置之间的第一相对距离。依据声音信号以及第一相对距离来计算电子装置在当前时刻相对于固定装置的相对速度以及相对加速度。

基于上述，本发明的电子装置以及定位方法可分析图像以有效判断是否存在遮蔽物阻挡在电子装置以及固定装置之间。并且，当遮蔽物阻挡在电子装置以及固定装置之间时，本发明的电子装置以及定位方法仍可通过分析声音信号以及来有效地取得电子装置相对于固定装置的相对速度以及相对加速度。

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显示本发明的一实施例的电子装置以及固定装置的方块图；

图2显示本发明的一实施例的电子装置以及固定装置的情境示意图；

图3显示本发明的另一实施例的电子装置以及固定装置的方块图；

图4显示本发明的一实施例的定位方法的流程图；

图5显示本发明的另一实施例的定位方法的流程图。

附图标号说明：

30：遮蔽物；

100、300：电子装置；

110、310：处理器；

120、320_1、320_2、320_N：收音器；

200、400：固定装置；

210、410：发音器；

A(t)、A’(t)、A(t-1)、I_P(t)：位置；

S1：墙面；

X、Y、Z：坐标轴；

S510、S511(1)~S514(1)、S511(N)~S514(N)、S520、S521、S522、S523、S530、S540、S610~S640：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，以下提出多个实施例来说明本发明，然而本发明不仅限于所例示的多个实施例。又实施例之间也允许有适当的结合。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显示本发明的一实施例的电子装置以及固定装置的方块图。参考图1，电子装置100包括处理器110以及收音器120。处理器110耦接收音器120。固定装置200包括发音器210。在本实施例中，收音器120用以接收设置在固定装置200上的发音器210提供的声音信号。处理器110可分析声音信号来判断电子装置100相对于固定装置200的相对距离、相对速度以及相对加速度。在本实施例中，处理器110可依据飞行时间定位法(Time Of Flight,TOF)、飞行时间差法(Time Difference Of Flight, TDOF)、到达时间定位法(Time OfArrival, TOA)或到达时间差定位法(Time Difference Of Arrival, TDOA)来分析发音器210提供的声音信号，以计算相对距离。在本实施例中，处理器110可依据都卜勒效应(Doppler effect)来分析发音器210提供的声音信号，以计算电子装置100相对于固定装置200的相对速度以及相对加速度。

在本实施例中，电子装置100可例如携带式虚拟实境(Virtual Reality, VR)显示装置、移动装置(Mobile device)、智能手表(Smart watch)等诸如此类的可携带式装置或可移动式装置，本发明并不加以限制。在本实施例中，处理器110可例如是中央处理器(Central Processing Unit, CPU)、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(ApplicationSpecific Integrated Circuit, ASIC)、系统单芯片(System on Chip, SoC)或其他类似元件或上述元件的组合。处理器110可执行本发明各实施例所述的分析以及运算功能，并且可耦接存储器以记录相关参数以及信息。在一实施例中，电子装置100与固定装置200例如为虚拟实境系统，固定装置200为远端主机。固定装置200可与电子装置100进行数据交换，并且电子装置100以固定装置200的位置为基准来进行定位。

图2显示本发明的一实施例的电子装置以及固定装置的情境示意图。参考图1以及图2，电子装置100、固定装置200以及障碍物30位于同一空间中。固定装置200例如设置在平行于X坐标轴以及Z坐标轴所形成的墙面S1上，电子装置100可在X坐标轴、Y坐标轴以及Z坐标轴上任意移动。在本实施例中，电子装置100在前一时刻(t-1)位于位置A(t-1)，并且电子装置100的收音器120与固定装置200的发音器210之间并未被障碍物阻挡。符号“t”为时间参数，单位例如是秒(sec)。在本实施例中，电子装置100的处理器110可分析由发音器210提供的声音信号，来判断电子装置100在前一时刻(t-1)相对于固定装置200的相对距离(r(t-1))、相对速度(v(t-1))以及相对加速度(a(t-1))。

在本实施例中，处理器110将依据发音器210提供的声音信号以及遮蔽物30的边界位置I_P(t)来取得在当前时刻(t)的收音器120与边界位置I_P(t)之间的第一相对距离(r(t))。需先说明的是，在本实施例中，固定装置200可进一步设置有摄影机。摄影机用以获取电子装置100以及周围环境的图像，并且将图像传输至电子装置100的处理器110，但本发明并不限于此。在一实施例中，摄影机也可以是设置在电子装置100上。摄影机用以获取固定装置200以及周围环境的图像，并且将图像提供至处理器110。

在本实施例中，处理器110依据图像来判断遮蔽物30是否阻挡在收音器120与发音器210之间。当处理器110判断遮蔽物30阻挡在收音器120与发音器210之间时，处理器110依据电子装置100的前一时刻(t-1)的先前移动信息以及先前位置来估测电子装置100在当前时刻(t)的虚拟位置A’(t)。在本实施例中，先前移动信息是指上述的电子装置100在前一时刻(t-1)位于位置A(t-1)时所相对于固定装置200的先前位置、先前相对距离(r(t-1))、先前相对速度(v(t-1))以及先前相对加速度(a(t-1))。也就是说，在当前时刻(t)下，由于遮蔽物30的关系，处理器110无法准确判断电子装置100在当前时刻(t)的位置，因此以前一时刻(t-1)的先前移动信息以及先前位置来推测出电子装置100在当前时刻(t)可能所在的位置作为虚拟位置A’(t)。

在本实施例中，处理器110先分析图像，以判断遮蔽物30的形状外观，并且定义遮蔽物30的边界各点坐标。在本实施例中，处理器110决定遮蔽物30的边界位置I_P(t)，其中虚拟位置A’(t)经由遮蔽物30的边界位置I_P(t)到发音器210之间具有最短路径。接着，处理器110分析声音信号以决定发音器210与收音器120之间的第二相对距离(r_p(t)+r(t))。在本实施例中，由于第二相对距离(r_p(t)+r(t))并非直线，因此处理器110将边界位置I_P(t)作为虚拟声源。处理器110对第二相对距离(r_p(t)+r(t))进行虚拟声源修正，以将第二相对距离(r_p(t)+r(t))相减于发音器210至边界位置I_P(t)的第三相对距离(r_p(t))，以取得第一相对距离(r(t))。最后，处理器110依据发音器210提供的声音信号以及第一相对距离(r(t))来计算电子装置100在位置A(t)的相对速度以及相对加速度。

然而，在一实施例中，电子装置100可进一步包括至少另一收音器，并且处理器110可取得至少另一收音器与边界位置I_P(t)之间的至少另一第一相对距离。处理器110依据声音信号以及至少另一第一相对距离来计算至少另一相对速度以及至少另一相对加速度。也就是说，由于这些收音器可设置于电子装置100上的不同位置(具有不同坐标)，处理器110可依据这些收音器提供的这些第一相对距离、这些相对速度以及这些相对加速度来进行三角关系转换的运算，以取得电子装置100的当前位置A(t)的坐标信息。

换句话说，即使障碍物30阻挡在电子装置100与固定装置200之间，本实施例的电子装置100仍可有效地取得电子装置100的位置信息，并且可准确地判断电子装置100在当前时刻相对于固定装置200的相对速度以及相对加速度。值得注意的是，上述的位置A(t-1)、位置A(t)、虚拟位置A’(t)以及边界位置I_P(t)可依据收音器的数量来决定由一维、二维或三维的坐标参数来表示之。

图3显示本发明的另一实施例的电子装置以及固定装置的方块图。图4显示本发明的一实施例的定位方法的流程图。参考图3以及图4。参考图3以及图4，图4的定位方法可适用于图3的电子装置300以及固定装置400。在本实施例中，电子装置300包括处理器310以及多个收音器320_1、320_2~320_N，其中N为大于1的正整数。固定装置400包括发音器410。在本实施例中，这些收音器320_1、320_2~320_N设置在电子装置300的装置本体的多个不同位置，并且这些收音器320_1、320_2~320_N接收固定装置400的发音器410发射的声音信号。在本实施例中，处理器310各别分析这些收音器320_1、320_2~320_N的信号接收情况，以取得多个相对距离、多个相对速度以及多个相对加速度。

在步骤S510中，处理器310对这些收音器320_1、320_2~320_N接收的声音信号进行各别分析，以取得这些收音器320_1、320_2~320_N各别对应于固定装置400的相对距离、相对速度以及相对加速度。详细来说，在步骤S511(1)中，收音器320_1接收发音器410发射的声音信号。在步骤S512(1)中，处理器310分析收音器320_1所接收的声音信号，并且计算收音器320_1与固定装置400(或发音器410)之间的相对距离、相对速度以及相对加速度。在步骤S513(1)中，处理器310对上述计算对应于收音器320_1的相对距离进行虚拟声源修正(如同于图2实施例所述之对于第二相对距离(r_p(t)+r(t))进行修正)。在步骤S514(1)中，处理器310可进一步对上述对应于收音器320_1的修正后的相对距离、相对速度以及相对加速度进行自适应滤波(Adaptive Filter)操作，以优化上述对应于收音器320_1的修正后的相对距离、相对速度以及相对加速度。

在本实施例中，步骤S511(N)~S514(N)同理于上述步骤S511(1)~S514(1)。在步骤S511(N)~S514(N)中，处理器310同时分析收音器320_N接收发音器410发射的声音信号，并且计算收音器320_N与固定装置400(或发音器410)之间的相对距离、相对速度以及相对加速度。并且，处理器310对上述计算关于收音器320_N的相对距离进行虚拟声源修正，以及对上述关于收音器320_N的修正后的相对距离、相对速度以及相对加速度进行自适应滤波操作。

须说明的是，由于这些收音器320_1、320_2~320_N设置于电子装置300的装置本体上的多个不同位置，这些收音器320_1、320_2~320_N分别具有不同的坐标。因此，对应于这些收音器320_1、320_2~320_N的这些相对距离、这些相对速度以及这些相对加速度之间具有差异。因此，在步骤S530中，处理器310可将对应于这些收音器320_1、320_2~320_N的这些第一相对距离、这些相对速度以及这些相对加速度进行三角关系转换，以计算电子装置300的当前位置的坐标信息。

此外，在步骤S520中，处理器310分析图像，并且定义虚拟声源的位置的坐标信息。处理器310将虚拟声源的位置信息提供至处理器310。在本实施例中，步骤S510以及步骤S520为同时执行，但本发明并不限于此。详细而言，在步骤S521中，处理器310接收图像数据。在步骤S522中，处理器310判断是否存在遮蔽物阻挡在这些收音器320_1、320_2~320_N与固定装置400(发音器410)之间。在步骤S523中，当处理器310判断存在一个遮蔽物阻挡在这些收音器320_1、320_2~320_N与固定装置400(发音器410)之间时，处理器310判断电子装置300经由遮蔽物的边界位置至固定装置400的最短路径，以决定在遮蔽物的边界位置的虚拟声源的坐标信息。接着，处理器310依据虚拟声源的坐标信息来修正上述的相对距离(步骤S514(1)~步骤S514(N))。

在步骤S530中，处理器310整合这些收音器320_1、320_2~320_N的修正后的相对距离、相对速度以及相对加速度来进行三角关系转换，以取得电子装置300的当前位置的坐标信息。并且，在步骤S540中，处理器310可依据当前位置的坐标信息、相对速度以及相对加速度来预估电子装置300在下一时刻的位置。因此，当遮蔽物阻挡在电子装置300以及固定装置400之间时，本实施例的电子装置300以及定位方法仍可有效地取得电子装置300相对于固定装置的相对距离、相对速度以及相对加速度，并且可准确地判断电子装置300的当前位置的坐标信息。

另外，关于本实施例的电子装置300的其他装置特征以及技术细节可依据上述图1以及图2实施例的说明而获致足够的教示、建议以及实施说明，因此不再赘述。

图5显示本发明的另一实施例的定位方法的流程图。参考图1以及图5，本实施例的可适用于图1的电子装置100。在步骤S610中，处理器110通过电子装置100的收音器120接收设置在固定装置200上的发音器210提供的声音信号。在步骤S620中，当依据图像来判断遮蔽物阻挡在电子装置100与固定装置200之间时，处理器110依据电子装置100的先前移动信息以及先前位置来估测电子装置100在当前时刻的虚拟位置，其中虚拟位置经由遮蔽物的边界位置到固定装置之间具有最短路径。在步骤S630中，处理器110依据收音器110接收的声音信号以及边界位置来取得电子装置100与边界位置之间的第一相对距离。在步骤S640中，处理器110依据声音信号以及第一相对距离来计算电子装置100在当前时刻相对于固定装置200的相对速度以及相对加速度。因此，本实施例的定位方法可有效取得电子装置100与固定装置200之间的相对距离，并且可准确判断电子装置100相对于固定装置200的相对速度与相对加速度。

另外，关于本实施例的电子装置100的其他装置特征以及技术细节可依据上述图1至图4实施例的说明而获致足够的教示、建议以及实施说明，因此不再赘述。

综上所述，本发明的电子装置以及定位方法通过分析图像内容来判断电子装置以及固定装置之间是否存在障碍物。当遮蔽物阻挡在电子装置以及固定装置之间时，本发明的电子装置以及定位方法可有效修正电子装置以及固定装置之间的相对距离、相对速度以及相对加速度。并且，本发明的电子装置以及定位方法可整合电子装置的多个收音器的声音接收结果来经由三角运算以取得电子装置的位置信息。

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的为准。

Claims (10)

1.一种电子装置，其特征在于，包括：

收音器，用以接收设置在固定装置上的发音器提供的声音信号；以及

处理器，耦接所述收音器，当所述处理器依据图像来判断遮蔽物阻挡在所述电子装置与所述固定装置之间时，所述处理器依据所述电子装置的先前移动信息以及先前位置来估测所述电子装置在当前时刻的虚拟位置，

其中所述虚拟位置经由所述遮蔽物的边界位置到所述固定装置之间具有最短路径，所述处理器依据所述收音器接收的所述声音信号以及所述边界位置来取得所述电子装置与所述边界位置之间的第一相对距离，并且所述处理器依据所述声音信号以及所述第一相对距离来计算所述电子装置在当前时刻相对于所述固定装置的相对速度以及相对加速度。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述处理器将所述边界位置作为虚拟声源，所述处理器分析所述声音信号，以决定所述固定装置至所述电子装置的第二相对距离，并且将所述第二相对距离相减于所述固定装置至所述边界位置的第三相对距离，以取得所述第一相对距离。

3.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述处理器对所述收音器的所述第一相对距离、所述相对速度以及所述相对加速度执行自适应滤波操作，以优化所述第一相对距离、所述相对速度以及所述相对加速度。

4.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，还包括：

至少另一收音器，耦接所述处理器，

其中所述处理器依据所述另一收音器接收的所述声音信号以及所述边界位置来取得所述电子装置与所述边界位置之间的另一第一相对距离，并且所述处理器依据所述声音信号以及至少所述另一第一相对距离来计算所述电子装置在当前时刻相对于所述固定装置的至少另一相对速度以及至少另一相对加速度，

其中所述处理器将多个所述第一相对距离、多个所述相对速度以及多个所述相对加速度进行三角关系转换，以计算所述电子装置的当前位置。

5.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，摄影机设置于所述电子装置或所述固定装置上，并且所述摄影机用以获取所述图像，并提供所述图像至所述处理器。

6.一种定位方法，适于电子装置，其特征在于，包括：

通过所述电子装置的收音器接收设置在固定装置上的发音器提供的声音信号；

当依据一图像来判断遮蔽物阻挡在所述电子装置与所述固定装置之间时，依据所述电子装置的先前移动信息以及先前位置来估测所述电子装置在当前时刻的虚拟位置，其中所述虚拟位置经由所述遮蔽物的边界位置到所述固定装置之间具有最短路径；

依据所述收音器接收的所述声音信号以及所述边界位置来取得所述电子装置与所述边界位置之间的第一相对距离；以及

依据所述声音信号以及所述第一相对距离来计算所述电子装置在当前时刻相对于所述固定装置的相对速度以及相对加速度。

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，处理器将所述边界位置作为虚拟声源，并且依据所述收音器接收的所述声音信号以及所述边界位置来取得所述电子装置与所述边界位置之间的第一相对距离的步骤包括：

分析所述声音信号，以决定所述固定装置至所述电子装置的第二相对距离；以及

将所述第二相对距离相减于所述固定装置至所述边界位置的第三相对距离，以取得所述第一相对距离。

8.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，还包括：

对所述收音器的所述第一相对距离、所述相对速度以及所述相对加速度执行自适应滤波操作，以优化所述第一相对距离、所述相对速度以及所述相对加速度。

9.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，还包括：

依据另一收音器接收的所述声音信号以及所述边界位置来取得所述电子装置与所述边界位置之间的另一第一相对距离；

依据所述声音信号以及至少所述另一第一相对距离来计算所述电子装置在当前时刻相对于所述固定装置的至少另一相对速度以及至少另一相对加速度；以及

将多个所述第一相对距离、多个所述相对速度以及多个所述相对加速度进行三角关系转换，以计算所述电子装置的当前位置。

10.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，摄影机设置于所述电子装置或所述固定装置上，并且所述摄影机用以获取所述图像，并提供所述图像至处理器。

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