CN111381282A - 基于超宽带的物件识别 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超宽带的物件识别方法和系统。该方法包括：使用发射器向物件发送超宽带信号；使用接收器接收来自物件的反射信号；以及使用处理器基于所接收的反射信号确定物件的身份。

Description

基于超宽带的物件识别

技术领域

本发明涉及基于超宽带的物件识别。

背景技术

仓库和工厂的操作员通常需要检查包装盒或包装中的内容，以确保质量或进行盘点。但是，操作员可能看不到包装盒或包装中的内容。

执行检查的一种现有解决方案是通过手动检查，其涉及操作者打开盒子和包装以进行检查。该解决方案可能非常不方便且麻烦。另一种执行检查的方法是称重盒子或包装。当确定重量在预定范围内时，该物件被识别为正常。该解决方案相当粗糙，且易受测量误差的影响。另一种进行检查的方法是将X射线照射到盒子或包装上。该解决方案涉及大规模且昂贵的操作。此外，由X射线提供的电离辐射可能不适合于检查某些类型的商品。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述需求，以克服或基本上改善上述缺点，或者更一般地，提供一种替代或改进的基于超宽带的物件识别方法(和相关系统)。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于超宽带的物件识别方法，包括：使用发射器向物件发射超宽带信号；使用接收器接收来自物件的反射信号；以及使用处理器基于所接收的反射信号确定物件的身份。

优选地，基于所接收的反射信号确定物件的身份包括基于所接收的反射信号确定物件的存在或不存在。

优选地，确定物件的身份包括：将所接收的反射信号与和已知物件身份相关联的一个或多个预定信号进行比较；并且基于该比较确定物件的身份是不是与一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份。

优选地，确定物件的身份是不是与一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份包括：如果所接收的反射信号与预定信号之一匹配，则确定物件的身份是与预定信号之一相关联的物件身份。

优选地，确定物件的身份是不是与一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份包括：基于所接收的反射信号与一个或多个预定信号的最佳匹配，确定物件的身份是与预定信号之一相关联的物件身份。

优选地，当接收的反射信号和预定信号之一之间的差小于差阈值时，所接收的反射信号与预定信号之一匹配。差异阈值可以是可调节的(例如，在操作期间)或者可以是固定的。

在第一方面的一个实施例中，该方法还包括基于所接收的反射信号与一个或多个预定信号的匹配程度来确定匹配指数。

优选地，该方法还可以包括在显示器上显示以下中的一个或多个：匹配指数，所确定的物件身份的指示等。

在第一方面的一个实施例中，该方法还包括记录所确定的物件的身份并将与所识别的物件身份相关联的计数加一。

在第一方面的一个实施例中，该方法还包括当接收的反射信号与所有预定信号都不匹配时提供警报。

优选地，发射器和接收器被布置在收发器单元中。

优选地，物件被布置在容器中，使得物件不可见。

根据本发明的第二方面，提供了一种基于超宽带的物件识别系统，包括：发射器，用于将超宽带信号发送到物件；接收器，用于接收来自物件的反射信号；以及处理器，用于根据所接收的反射信号确定物件的身份。

优选地，处理器被布置成基于所接收的反射信号确定物件的存在或不存在。

优选地，处理器被布置成通过将所接收到的反射信号与一个或多个与已知物件身份相关联的预定信号进行比较来确定物件的身份；以及基于该比较确定物件的身份是不是与一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份。

优选地，处理器被布置成通过确定物件的身份是与预定信号之一相关联的物件身份(如果所接收的反射信号与预定信号之一匹配)来确定物件的身份是不是与一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份。

优选地，处理器被布置成通过以下方式确定物件的身份是不是与一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份：基于所接收的反射信号与一个或多个预定信号的最佳匹配，确定物件的身份是与预定信号之一相关联的物件身份。

优选地，当处理器确定接收的反射信号和预定信号之一之间的差小于差阈值时，接收的反射信号与预定信号之一匹配。差阈值可以是可调节的(例如，在操作期间)或可以是固定的。

在第二方面的一个实施例中，处理器还被布置为基于接收的反射信号与一个或多个预定信号的匹配程度来确定匹配指数。

在第二方面的一个实施例中，该系统还包括与处理器可操作地连接的显示器，用于显示以下中的一个或多个：匹配指数，所确定的物件身份的指示等。

优选地，处理器还被布置为记录所确定的物件的身份，并将与所识别的物件身份相关联的计数加一。

优选地，发射器和接收器被布置在收发器单元中。

优选地，物件被布置在容器中，使得物件不可见。

优选地，该系统被集成在独立的物件识别设备中。更优选地，物件识别设备是便携式的。

附图说明

现在将参考附图通过示例来描述本发明的实施例，其中：

图1是本发明一个实施例中的基于超宽带的物件识别设备；

图2是本发明一个实施例中基于超宽带的物件识别系统的方框图；

图3是本发明一个实施例中基于超宽带的物件识别设备的发射器和接收器装置；

图4是本发明另一实施例中的基于超宽带的物件识别设备的发射器和接收器装置；

图5是本发明一个实施例中基于超宽带的物件识别方法的流程图；

图6是本发明一个实施例中的图5的确定步骤的流程图；

图7是本发明一个实施例中的图5的确定步骤的流程图；

图8A是示出来自物件的示例性反射接收信号的曲线图；

图8B是表示在本发明的一个实施例中的图5的基于超宽带的物件识别方法的输出的曲线图；以及

图9是本发明一个实施例中的基于超宽带的物件识别系统。

具体实施方式

图1示出了本发明一个实施例中的基于超宽带的(基于UWB)物件识别设备100。设备100包括主体104和联接到主体104的手柄102。用户可以握住手柄102并将设备100用作便携式设备。UWB收发器101安装在主体104上，以用于将信号发送到待测物件10并接收从物件10反射的信号。在该实施例中，物件10被布置在隐藏该物件10的盒子(或包装)12中。

图2是本发明一个实施例中基于超宽带的物件识别系统200的主要部件的方框图。系统200可以具有不同的配置，并且它可以在单个设备中实现或者在多个可操作地连接的设备中分布式地实现。系统200一般包括接收、存储和执行适当的计算机指令、命令或代码所必需的合适部件。在该实施例中，系统200的主要部件包括具有发射器201T和接收器201R的UWB收发器201。发射器201T和接收器201R可以是相同的部件，或者它们可以是不同的部件。系统200还包括处理器202和存储器204。处理器202可以由一个或多个CPU、MCU、控制器、逻辑电路、树莓派芯片等形成。存储器204可以包括一个或多个易失性存储器单元(例如随机存取存储器、动态随机存取存储器、静态随机存取存储器)、一个或多个非易失性存储器单元(例如只读存储器、可编程只读存储器、可擦除可编程只读存储器、電子可擦除可编程只读存储器、铁电存储器、磁阻式存储器、快闪存储器、固态驱动器、NAND闪存和非易失性双列直插式内存模块)，或它们的任何组合。系统200还包括一个或多个输入设备206，例如键盘、鼠标、触控笔、图像扫描仪、麦克风、触觉输入设备(例如，触敏屏幕)和图像/视频输入设备(例如，相机)。系统200还可以包括一个或多个输出设备208，例如一个或多个显示器(例如，监视器)、扬声器、磁盘驱动器、耳机、耳机、打印机、3D打印机等。显示器可以包括LCD显示器、LED/OLED显示器或可以是或不是触敏性的任何其他合适的显示器。系统200还可以包括一个或多个磁盘驱动器212，其可以包括固态驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器、闪存驱动器和/或磁带驱动器。合适的操作系统可以被安装在系统200中，例如安装在磁盘驱动器212上或存储器204中。存储器204和磁盘驱动器212可以由处理器202操作。系统200还包括通信模块210，其用于与一个或多个其他计算设备(例如服务器、个人计算机、终端、平板电脑、电话或其他无线或手持计算设备)建立一个或多个通信链路(未示出)。通信模块210可以是调制解调器、网络接口卡(NIC)、集成网络接口、射频收发器、光学端口、红外端口、USB连接或其他有线或无线通信接口。通信链路可以是有线的或无线的，以用于传送命令、指令、信息和/或数据。收发器201、处理器202、存储器204、输入设备206、输出设备208、通信模块210和磁盘驱动器212通过总线、外围组件互连(PCI)(例如串行总线)、通用串行总线(USB)、光学总线或其他类似的数据和/或电源总线相互连接。尽管未示出，但系统可以由DC电源(例如，电池单元、电池组)或AC电源(例如，具有用于连接到AC电源插座的电源线和插头)供电。系统还可以通过通信模块210与一个或多个外部数据存储器或服务器连接。

本领域技术人员将理解，图2中所示的系统200仅仅是示例性的。图1中的设备100可以具有与基于超宽带的物件识别系统200相同的结构。

图3和图4是本发明的示例性UWB发射器和接收器装置。在图3中，UWB收发器301包括九个发射器和接收器单元301T/R，以3行和3列的阵列排列，并且每个均可作为发射器和接收器操作。在图4中，UWB收发器401包括以米尔斯交叉阵列布置的四个发射器401T和四个接收器401R，其中一个水平行包括四个发射器401T，一个垂直列包括四个接收器401R。图3和图4中的这些UWB发射器和接收器装置可以包含在图1的设备100和图2的系统200中。

图5示出了本发明的一个实施例中的基于超宽带的物件识别方法500。为简单起见，方法500仅参考一个发射器和接收器进行描述。然而，应注意，方法500可以很好地应用于具有多个发射器和接收器的实施例。

方法500开始于步骤502，其中使用例如设备100或系统200的发射器将超宽带信号发送到物件。然后，在步骤504中，来自物件的反射信号(例如，波形)被接收在例如设备100或系统200的接收器处。在步骤506中，使用例如设备100或系统200的处理器基于所接收的信号确定物件的身份。物件的身份的确定可以包括基于所接收的反射信号确定物件的存在或不存在。方法500还可以包括记录所确定的物件的身份，并且使用例如设备100或系统200的处理器将与所识别的物件身份相关联的计数加一。

下面将参考图6和图7进一步描述确定步骤506的细节。

图6示出了图5的确定步骤500的一个实现600。为简单起见，方法600仅参考一个发射器和接收器进行描述。然而，应注意，方法600可以很好地应用于具有多个发射器和接收器的实施例。

方法600开始于步骤602，其中将接收到的反射信号(来自物件)与和已知物件身份相关联的预定信号进行比较。预定信号在操作之前确定并被存储在例如设备100或系统200的存储器中。步骤602中的比较可以由设备100或系统200的处理器执行。然后，在步骤604中，确定接收的反射信号和预定信号之间的差是否小于阈值。该确定步骤可以由设备100或系统200的处理器执行。阈值可以是固定的或可调节的。步骤604可以被认为是确定接收的反射信号和预定信号之间的匹配，或者确定接收的反射信号和预定信号之间的匹配程度。

如果确定差异小于阈值，则在步骤606中，确定物件的身份为与预定信号相关联的已知物件身份。该确定步骤可以由设备100或系统200的处理器执行。随后，在步骤608中，例如通过设备100或系统200的处理器和存储器将所识别的物件身份的计数加一。优选地，设备100或系统200保持所识别的物件身份的计数以用于记录。

或者，如果确定差值不小于阈值，则在步骤610中，确定物件的身份不是与预定信号相关联的已知物件身份。随后，在步骤612中，通过例如设备100或系统200的输入/输出设备提供警报。

在一些实施例中，方法600还可以包括在设备100或系统200的显示器处显示匹配指数，该匹配指数指示所接收的反射信号与预定信号的匹配程度，或者所确定的物件身份的指示，或两者。

图7示出了图5的确定步骤500的一个实现700。为简单起见，方法700仅参考一个发射器和接收器进行描述。然而，应注意，方法700可以很好地应用于具有多个发射器和接收器的实施例。

方法700开始于步骤702，其中将所接收的反射信号(来自物件)与多个预定信号进行比较，每个预定信号与已知物件身份相关联。预定信号在操作之前确定并被存储在例如设备100或系统200的存储器中。步骤702中的比较可以由设备100或系统200的处理器执行。然后，在步骤704中，由例如设备100或系统200的处理器确定预定信号中的哪一个与接收的反射信号的差少于相应的阈值。

如果确定至少一个预定信号与接收到的反射信号相差少于相应阈值，则该方法前进到步骤706，其中由例如设备100或系统200的处理器确定关于与接收的反射信号相比的预定信号中的哪一个与接收的反射信号相应的阈值最佳地匹配。最佳匹配可以是与相应阈值具有最小差异的预定信号。一旦确定了最佳匹配，则在步骤708中，将物件的身份确定为与最佳匹配的预定信号相关联的已知物件身份。并且，在步骤710中，通过例如设备100或系统200的处理器和存储器将相应的所识别的物件身份的计数加一。优选地，设备100或系统200保持与预定信号相关联的不同物件身份的计数以用于记录。

或者，如果在步骤704中确定预定信号中没有一个与接收到的反射信号相差少于相应阈值，则该方法前进到步骤712，其中通过例如设备100或系统200的输入/输出设备提供警报。

在一些实施例中，方法700还可以包括在设备100或系统200的显示器处显示匹配指数，该匹配指数指示所接收的反射信号与预定信号的匹配程度，或者所确定的物件身份的指示，或两者。

图8A示出了来自物件的示例性反射接收信号，该反射接收信号例如由上述实施例中的系统200或设备100接收。

图8B是在本发明的一个实施例中图5的基于超宽带的物件识别方法的输出显示。该显示包括不同颜色的网格，其表示接收信号和预定信号之间的匹配指数。中间的数字“1”表示所确定的物件身份。

图9是本发明一个实施例中的基于超宽带的物件识别系统900。系统900具有与图2的系统200和图1的设备100相同或相似的结构。系统900一般包括与信息处理系统950可操作地连接的UWB收发器901。UWB收发器901被布置在传送带40旁边，以扫描或测试通过的物件10。UWB收发器901可操作地与信息处理系统950连接。信息处理系统950包括处理器、存储器、输入/输出设备、磁盘驱动器、通信模块等，如图2的系统200中的那些。图9的信息处理系统950可操作地与远程服务器20连接，以用于存储和检索信息和数据(例如，由系统900测量或记录的数据)。在该实施例中，如果系统900没有确定到匹配，则传送系统可以采取响应动作。例如，物件10可以从传送带40移除，或者可以与可以识别或分类的物件分离。在一些实施例中，输送机系统可以根据所识别的物件分类以分离已经通过系统900的物件(例如，通过将它们引导到不同的站)。

尽管不是必需的，但是参考附图描述的实施例可以实现为应用程序编程接口(API)或者由开发者使用的一系列库，或者可以包括在另一个软件应用程序中，例如终端或个人计算机。通常，由于程序模块包括协助执行特定功能的例程、程序、物件、组件和数据文件，本领域技术人员将理解，软件应用程序的功能可以分布在多个例程、物件或部件上，以实现本文所需的相同功能。

还应当理解，在本发明的方法和系统完全由计算系统实现或部分由计算系统实现的情况下，可以使用任何适当的计算系统体系结构。这将包括独立计算机、网络计算机、专用或非专用硬件设备。在使用术语“计算系统”和“计算设备”的情况下，这些术语旨在包括能够实现所描述的功能的计算机或信息处理硬件的任何适当装置。

本领域技术人员将理解，在不脱离广泛描述的本发明的精神或范围的情况下，可以对具体实施例中所示的本发明进行许多变化和/或修改。例如，本发明的基于超宽带的物件识别设备、系统和方法可以应用于测试：被布置在隐藏物件的盒子或包装中的物件，没有被布置在任何盒子或包装中的物件，以及被布置在盒子或包装中的物件，其中盒子或包装只允许对物件部分可见。基于超宽带的物件识别设备、系统和方法可以在独立设备(例如，图1的实施例)上实现，或者在多个设备(例如，图9的实施例)上分布式地实现。UWB收发器可以采用不同的形式、方向、数量、形状和尺寸。可以根据应用(例如，所需的分辨率)来选择发射器和接收器的数量。匹配指数的显示器和所确定的物件身份的指示可以采用不同的形式。可以选择性地重新分组不同实施例中的特征以提供新的实施例。例如，上述实施例中的方法可以以类似的方式应用于系统200、设备100或系统900。方法实施例可以全部在系统200、设备100或系统900中实现。或者，它们可以选择性地在系统200、设备100或系统900中实现。在具有多个发射器和接收器元件的实施例中，该方法还可以被布置为利用分析所接收的具有最多信息的反射信号(例如，波形)。可以执行在同一接收器处接收的多个接收的反射信号的动态分析，以减少分析和测量误差。在图9的实施例中，信息处理系统可以是台式计算机、智能手机、平板电脑、笔记本电脑等。

因此，所描述的本发明的实施例应该在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (30)

1.一种基于超宽带的物件识别方法，包括：

使用发射器将超宽带信号发送到物件；

使用接收器接收来自所述物件的反射信号；以及

使用处理器基于所接收的反射信号确定物件的身份。

2.如权利要求1所述的基于超宽带的物件识别方法，其中，基于所接收的反射信号确定所述物件的身份包括：

基于所接收的反射信号确定所述物件的存在或不存在。

3.如权利要求1所述的基于超宽带的物件识别方法，其中，确定所述物件的身份包括：

将所接收的反射信号与一个或多个与已知物件身份相关的预定信号进行比较；以及

基于所述比较确定所述物件的身份是不是与所述一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份。

4.如权利要求3所述的基于超宽带的物件识别方法，其中，确定所述物件的身份是不是与所述一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份包括：

如果所接收的反射信号与所述预定信号之一匹配，则确定所述物件的身份是与所述预定信号之一相关联的物件身份。

5.如权利要求3所述的基于超宽带的物件识别方法，其中，确定所述物件的身份是不是与所述一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份包括：

基于所接收的反射信号与所述一个或多个预定信号的最佳匹配，确定所述物件的身份是与所述预定信号之一相关联的物件身份。

6.如权利要求4所述的基于超宽带的物件识别方法，其中，当所接收的反射信号和所述预定信号之一之间的差小于差阈值时，所接收的反射信号与所述预定信号之一匹配。

7.如权利要求6所述的基于超宽带的物件识别方法，其中，所述差阈值是可调节的。

8.如权利要求6所述的基于超宽带的物件识别方法，其中，所述差阈值是固定的。

9.如权利要求4至8中任一项所述的基于超宽带的物件识别方法，还包括基于所接收的反射信号与所述一个或多个预定信号的匹配程度来确定匹配指数。

10.如权利要求9所述的基于超宽带的物件识别方法，还包括在显示器上显示所述匹配指数。

11.如权利要求1至8中任一项所述的基于超宽带的物件识别方法，还包括在显示器上显示所确定的物件身份的指示。

12.如权利要求1至8中任一项所述的基于超宽带的物件识别方法，还包括记录所确定的物件的身份并将与所识别的物件身份相关联的计数加一。

13.如权利要求4至8中任一项所述的基于超宽带的物件识别方法，还包括当所接收的反射信号与所有所述预定信号都不匹配时提供警报。

14.如权利要求1至8中任一项所述的基于超宽带的物件识别方法，其中，所述发射器和所述接收器被布置在收发器单元中。

15.如权利要求1至8中任一项所述的基于超宽带的物件识别方法，其中，所述物件被布置在容器中，使得所述物件不可见。

16.一种基于超宽带的物件识别系统，包括：

发射器，用于将超宽带信号发送到物件；

接收器，用于接收来自所述物件的反射信号；以及

处理器，用于根据所接收的反射信号确定所述物件的身份。

17.如权利要求16所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述处理器被布置成基于所接收的反射信号确定所述物件的存在或不存在。

18.如权利要求16所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述处理器被布置成通过以下方式确定所述物件的身份：

将所接收的反射信号与一个或多个与已知物件身份相关的预定信号进行比较；以及

基于所述比较确定所述物件的身份是不是与所述一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份。

19.如权利要求18所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述处理器被布置成通过以下方式确定所述物件的身份是不是与所述一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份：

如果所接收的反射信号与所述预定信号之一匹配，则确定所述物件的身份是与所述预定信号之一相关联的物件身份。

20.如权利要求18所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述处理器被布置成通过以下方式确定所述物件的身份是不是与所述一个或多个预定信号中的任何一个相关联的物件身份：

基于所接收的反射信号与所述一个或多个预定信号的最佳匹配，确定所述物件的身份是与所述预定信号之一相关联的物件身份。

21.如权利要求19所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，当所述处理器确定所接收的反射信号和所述预定信号之一之间的差小于差阈值时，所接收的反射信号与所述预定信号之一匹配。

22.如权利要求21所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述差阈值是可调节的。

23.如权利要求21所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述差阈值是固定的。

24.如权利要求19至23中任一项所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述处理器还被布置为基于所接收的反射信号与所述一个或多个预定信号的匹配程度来确定匹配指数。

25.如权利要求24所述的基于超宽带的物件识别系统，还包括与所述处理器可操作地连接的显示器，所述显示器用于显示所述匹配指数。

26.如权利要求16至23中任一项所述的基于超宽带的物件识别系统，还包括显示器，所述显示器与所述处理器可操作地连接，以用于显示所确定的所述物件身份的指示。

27.如权利要求16至23中任一项所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述处理器还被布置为记录所确定的所述物件的身份，并将与所识别的物件身份相关联的计数加一。

28.如权利要求16至23中任一项所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述发射器和所述接收器被布置在收发器单元中。

29.如权利要求16至23中任一项所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述物件被布置在容器中，使得所述物件不可见。

30.如权利要求16至23中任一项所述的基于超宽带的物件识别系统，其中，所述系统被集成在便携式物件识别设备中。

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