KR20000010553A

KR20000010553A - 개인용 물체 검지기

Info

Publication number: KR20000010553A
Application number: KR1019980708403A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 버지스; 리 펠센스테인; 스티븐 사운더즈
Original assignee: 레베카 엘 윌슨; 인터벌 리서치 코포레이션
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 2000-02-15
Also published as: EP0895603A1; JP2000509493A; US6011754A; EP0895603A4; WO1997040403A1; US5724313A; AU3115397A

Abstract

개인용 물체 또는 장애물 검지기 장치가, 연속 전송 주파수 변조(CTFM) 위치표정 장치(12)와 음성 출력 장치(14)를 함유한다. CTFM 위치표정 장치는 주파수 소인 압력파를 전송하고, 적어도 하나의 물체(34)로부터의 반사 주파수 소인 압력파를 수신하며, 주파수 소인 압력파와 반사 주파수 소인 압력파 간의 주파수 차에 기초한 음성 신호를 형성한다. 음성 출력 장치(14)는 음성 신호에 의존하는 청각 압력파를 산출한다. 우선의 실시양태에 있어서, 청각 압력파는 검지한 물체의 각각에 대해 독립된 음조(30, 32)를 내포하여, 각 음조는 CTFM 위치표정 장치(12)로부터 상응하는 물체까지의 거리에 의존하는 음의 높이를 가진다. 또 다른 실시양태는 물체와 장애물의 스테레오 가청 기억역 지도를 산출하게 한쌍의 CTFM 위치표정 장치를 활용한다.

Description

개인용 물체 검지기

시각장애인에게 그의 인근의 장애물을 전자식으로 경보하는 많은 기지의 물체 검지 장치가 있다. (이러한 물체 검지 장치를 "장애물" 검지 장치라고도 일컫는다.) 엘칭어에 대한 미국특허 제 4,280,2204 호는, 듀얼모드 초음파 장애물 검지 장치가 장착된 맹인용의 이동성 지팡이를 기술하고 있다. 그 초음파 검지 장치는 최대와 최소의 세로 길이(zone depth)를 가진 소정의 공간지대 내의 장애물의 가청경보를 산출한다.

바이버에 대한 미국특허 제 4,5511,825 호는, 물체 방향 구분 목적상 전송 패턴의 빔 폭을 주기적으로 바꾸게 음파 에네르기 전송 주파수를 주기적으로 바꾸는 물체 검지 장치를 기술하고 있다. 가변 높이의 신호의 발생 및 음의 높이가 물체 거리에 의존하고, 고정 높이의 신호의 발생이 물체 존재에만 의존하여, 가변 높이의 음성 신호와 고정 높이의 음성 신호을 발생킨다.

트렙토에 대한 미국특허 제 4,680,740 호는, 저 음성 주파수 신호에 의해 조정되는 고 음성 주파수 신호를 발생시키어, 그를 토대로 한 음향 에네르기의 지향성 빔을 발산하는, 맹인용 음성 보조물을 기술하고 있다. 음향 에네르기가, 사용자의 인접의 물체에서 반사하여 사용자가 물체의 존재와 그의 대략의 위치를 음향으로 식별할 수 있는, 음성 신호를 되돌려 보내게 된다.

밴 및 그 외에 대한 미국특허 제 4,712,003 호는, 적외선 발산원 및 물체로부터 반사되는 적외선을 수신하는 광전소자를 가진, 보행용 지팡이 형태의 안내장치를 기재하고 있다. 광전소자 상의 조도 또는 수신한 에네르기를 토대로 한 물체의 거리에 관련하는 정보를 전기회로가 산출한다. 사용자가 감지하게 되는, 진동이, 그때 산출되어 전기회로에 의해 산출되는 거리 정보에 의존하는 주파수와 진폭을 가지는 것이다.

킴 및 그 외에 대한 미국특허 제 4,761,770 호는, 물체로부터의 반사 초음파 메아리 신호를 수신하여, 그 반사의 신호를 시간축에 늘리며, 그 늘린 신호를 가청 주파수 신호로 변환하는, 맹인용 초음파 지작 보조물을 기재하고 있다.

이들 장치는, 다수의 물체 또는 장애물을 동시에 검지하여 다수의 물체에 관련된 정보를 사용자에게 전달할 여지가 없는다는 것이 결점이다.

본 발명은 일반적으로 시각장애인 사용의 물체 검지 장치에 관한 것이며, 더 상세히는 소나기반(sonar-based)의 물체 검지 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 개인용 물체 검지기의 한 실시양태의 블록도;

도 2는 개인용 물체 검지기의 실시양태에 의해 실행되는 단계들의 공정계통도;

도 3은 본 발명의 실시양태들에 사용하는 CTFM 위치표정 장치의 한 실시양태의 블록도;

도 4는 본 발명의 실시양태들에 사용하는 FM 소인 발생기의 한 실시양태의 블록도;

도 5는 개인용 물체 검지기의 실시양태의 환경도; 그리고

도 6은 개인용 물체 검지기의 또 다른 실시양태의 그림이다.

본 발명의 목적은 소형화할 수 있고 저비용으로 생산할 수 있는 물체 검지기를 제공하는 데 있다. 또한 본 발명의 목적은, 시각장애인에 의해 잘못된 상태에 두어지는 것이 보다 적을, 물체 또는 장애물 검지기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시용자의 환경 내에서 주의를 끌지않는 장애물 검지기를 제공하는 데 있다. 본 발명의 여전히 또 따른 목적은, 수개의 물체를 동시에 검지하여 사용자가 그들을 구별할 수 있는, 물체 또는 장애물 검지기를 제공하는 데 있다.

상기 목적들을 달성함에 있어, 본 발명은, 계속 전송주파수 조정(CTFM) 위치표정 장치와 음성 출력 장치를 함유하는 개인용 물체 검지기를 제공한다. CTFM 위치표정 장치는 주파수소인 압력파를 전송하고, 물체로부터의 반사 주파수소인 압력파를 수신하며, 주파수소인 압력파와 반사 주파수소인 압력파 간의 주파수 차를 토대로 한 음성 신호를 형성함에 효과가 있다. 음성 출력 신호는 그 음성 신호에 따라서 청각 압력파를 산출한다. 우선의 실시양태에서는, 그 청각 압력파가 수개의 물체의 각각에 대한 음조(tone)를 내포하고, 각각의 음조는 CTFM 위치표정 장치로부터 상응하는 물체까지의 거리에 따른 음의 높이를 가진다.

상기의 목적을 달성함에 있어, 또한, 본 발명은 제 1의 CTFM 위치표정 장치, 제 2의 CTFM 위치표정 장치, 및 한쌍의 음성 출력 장치로 이루어지는 개인용 물체 검지기를 제공한다. 제 1의 CTFM 위치표정 장치는 제 1의 주파수소인 압력파를 전송하고, 물체로부터의 제 1의 반사 주파수소인 압력파를 수신하며, 제 1의 주파수소인 압력파와 제 1의 반사 주파수소인 압력파 간의 주파수 차에 따른 제 1의 신호를 형성한다. 제 2의 CTFM 위치표정 장치는 제 2의 주파수소인 압력파를 전송하고, 물체로부터의 제 2의 반사 주파수소인 압력파를 수신하며, 제 2의 주파수소인 압력파와 제 2의 반사 주파수소인 압력파 간의 주파수 차에 따른 제 2의 신호를 형성한다. 음성 출력 장치의 쌍이 제 1의 신호와 제 2의 신호에 따른 입체 음향 상(stereo sound image) 내에 음조를 산출하여, 그 음조는 물체의 가로 위치에 따른 입체 음향 상 내에 배치된다. 게다가, 그 음조는 물체까지의 거리에 따른 음의 높이를 가진다.

본 발명의, 이들 및 타의 목적과, 양상, 및 실시양태는 하기의 설명과, 첨부의 청구범위 및 부수의 도면으로 잘 이해하게 될 것이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 양태

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 개인용 물체 또는 장애물 검지기 (10)의 한 실시양태의 블록도를 보이고 있다. 이 검지기 (10)은, 그 인접의 일 이상의 (물체 또는 목표로 불러도 좋은) 장애물 (34 및 36)를 검지하는 데 유효한, 연속 시간 주파수 조정(CTFM) 위치표정 장치 (12)를 함유한다. CTFM 위치표정 장치 (12)는, 검지 물체들의 표시인 청각 압력파 (30 및 32)를 산출하는 음성 출력 장치 (14)에 결합돼 있다. 그 결과, 시각장애의 사용자는 검지기 (10)이 발생시키는 청각 압력파를 감지하여 근방의 장애물들을 안다.

도 2에는 개인용 물체 또는 장애물 검지기 (10)으로 행해지는 단계들의 공정 계통도가 도시돼 있다. CTFM 위치표정 장치 (12)는, 블록 (20)으로 가리킨 바와 같이, 소정의 방향으로 대기에 주파수소인 압력파를 전송하는 단계와, 블록 (22)로 가리킨 바와 같이, 각 검지 물체로부터의 상응하는 반사 주파수소인 압력파를 수신하는 단계를 또한 실행한다.

블록 (24)로 가리킨 바와 같이, 주파수소인 압력파와 반사 주파수소인 압력파를 상징하는 전기 신호들이 CTFM 위치표정 장치 (12)에 의해 처리되어 음성 신호를 형성하게 된다. 그 음성 신호는, 각 검지 물체에 대응하는 신호 구성요소, 또는 음조를 내포한다. 각 신호 구성요소는, 주파수소인 압력파와, 대응하는 반사 주파수소인 압력파 간의 주파수 차에 의존하는 주파수, 또는 음의 높이를 가진다. 게다가, 각 신호 구성요소는 주파수 차에 의존하는 진폭, 또는 음의 크기를 가진다.

음성 신호는, 블록 (26)으로 보인 바와 같이, 청각 압력파를 산출하는 단계를 실행하기 위하여 음성 출력 장치에 적용된다. 그 청각 압력파는 각 검지 물체에 대응하는 음조를 포함한다. 우선의 실시양태에 있어서, 각 음조의 음의 높이는 대응하는 물체까지의 거리로 증대하고, 또 각 음조의 음의 크기는 대응하는 물체의 접근으로 증대한다. 따라서, 복수의 검지 물체에 대해 복수의 음조가 산출된다. 도 1에 이를 도시하고 있는 데, 음조 (30)과 음조 (32)는 각각 물체 (34)와 물체 (36)에 대해 동시에 산출된다.

본 발명에 따른 CTFM 위치표정 장치 (12)의 실시양태의 블록도를 도 3에 보이고 있다. 앞서 기술한 바와 같이, CTFM 위치표정 장치 (12)는 주파수소인 압력파를 전송함에 의하여 장애물의 메아리 지연을 측정하며 다음 반사 압력파와 현 송신기 출력 간의 주파수의 차를 측정하는 것이다. 그러나, 반사 압력파로부터의 추가 정보를 추출하는 데는 다른 형식의 분석을 이용하여도 좋다.

CTFM 위치표정 장치 (12)는, 일 이상의 소인 패러미터에 기초한 주파수소인 신호를 발생시키는 FM 소인 발생기 (40)을 포함하고 있다. 그 주파수소인 신호는 변환기 (44)에의 적용을 위해 여진 증폭기(drive amplifier) (42)에 의해 증폭된다. 변환기 (44)는 주파수소인 신호에 따라 주파수소인 압력파를 발생시킨다. 우선의 실시양태에 있어서, 변환기 (44)는 전기적 신호를 초음파 압력파로 변환시킬 수 있는 초음파 변환기이다.

수신 변환기 (46)은, 물체 또는 장애물[보통, 물체 (35)로 표현됨]에 의해 되돌아 오는 반사 주파수소인 압력파를 수신한다. 우선의 실시양태에 있어서, 변환기 (46)은 초음파 압력파를 전기적 신호로 변환시킬 수 있는 초음파 변환기이다. 변환기 (46)은 대체로, 반사 주파수소인 압력파를, 그를 나타내는 전기 신호(여기에서는 "반사 신호"로 칭함)로 변환시킨다.

반사 신호와 주파수소인 신호는 총화 소자(summing element) (50)에 의해 결합되어 결합신호를 형성하게 된다. 결합신호는, 그 결합신호에 내포된 비트 엔벨로프(beat envelope)를 추출함에 의하여 음성 신호를 형성하는 정류기 (52)에 적용된다. 그 비트 엔벨로프는 임의로 신호 처리장치 (54)에 적용되어 추가의 신호 분석을 실행하게 되며/또는 여기에 기술한 바와 같이 반사 압력파로부터 추가 정보를 추출하게 된다. 그 처리된 음성 신호는, 음성 출력 장치 (14)에의 적용을 위해 음성 증폭기 (56)에 적용된다.

본 발명의 우선 실시양태에 있어서, FM 소인 발생기 (40)은 직선으로 소인한 주파수를 가진 정현파를 발생시킨다. 전송은, 변수 f₀에 의해 표시되는, 기본 주파수에서 시작하며, 변수 k에 의해 표시되는 소인 속도에 증대시키는 주파수로 소인한다. 그러므로, 시간 t_s에서의, 순간 전송 주파수 f는 하기 식에 의해 성립된다:

f=f₀+kt_s(1)

수신 변환기 (46)이 전송 변환기 (44)와 병치되는 경우, 거리 d의 정지 표적으로부터의 반사 신호의 지연은:

△t_d=2d/v (2)

이며, 여기에서 v는 전달 속도이다. 수신 반사 신호의 순간 주파수는 하기의 식에 의해 부여된다:

f_r=f₀+k(t_s-△t_r) (3)

반사 신호가 전송 신호에 부가되는 경우, 결과의 합계 신호는 두 정현파의 주파수의 차와 같은 비트(또는 헤테로다인) 주파수를 가진다. 변수 f_b에 의해 표시되는, 이 비트 주파수는 하기의 식에 의해 부여된다:

f_b=f-f_r=f₀+kt_s-f₀-kt_s+k△t_r=k△t_r(4)

비트 주파수 f_b가 기본 주파수 f₀와 시간 t_s의 양자에 관계가 없다는 것을 알게 된다. 그러므로, 변환기 소인 속도가 여전히 상수인 한, 장애물과 관련이 있는 비트 주파수는 일정하다. 비트 엔벨로프 신호는 정류기 (52)에 의해 추출되며, 이 정류기는 동기 복조기(synchronous demodulator)나 또는 간단한 다이오드축전기의 엔벨로프 정류기에 의하여 구체화되어도 좋다. 각 검지 장애물은 고정 주파수의 헤테로다인 신호음을 엔벨로프 신호에 산출한다. 표적 거리 윤곽은 필터 뱅크나 또는 푸리에 변환(Fourier transfodm) 계산으로 추출될 수 있다.

비트 엔벨로프 신호는, 헤드폰이나 일 이상의 스피커의 형식을 취할 수도 있는 음성 출력 장치 (14)를 사용하는 인간 경청자에게 공여된다. 소인정현 위치표정 기술의 유리한 특징은, 엔벨로프 신호에 대한 분석 필터 뱅크로서 인간 와우각(cochlea)을 사용할 수도 있다는 것이다. 소인 속도의 적당한 선택은 인간의 청각 계통의 유용범위에 미치는 엔벨로프 신호에 귀착한다. 그 결과, 경청자는 거리의 윤곽을 한 세트의 가청 음조로서 직접 이해할 수 있다.

△t_r의, 따라서 장애물 거범의 측정의 정확도는 장치의 신호 대 잡음의 비율과 엔벨로프 신호를 관찰하는 기간에 좌우된다. 임의 범위 정확도는 측정에 대한 충분한 시간을 기다림에 의해 가능하다. 반대로, 보다 신속한 측정은 정화도 요구가 누그러지는 경우에 이루어질 수 있다. 실제로, 범위 해결에 관한 가장 큰 제한은 주파수 소인의 직선성이다.

다음, 소인의 정지 또는 반복의 효과를 분석한다. 비교적 느린 톱니파형를 가진 선형 주파수 조절에 대하여, 식 1의 관계는 여전히 유지하나, t_s=t mod t_smax이며, 여기서 t_smax는 소인 기간이다. 전송 정현은 주파수 f₀에서 시작하며 율 k로 소인하여 f_max= f + kt_smax이다. 주파수의 스팬은 △f = kt_smax이다. 그 체계는 관련 메아리 지연 △t_rmax를 가진 약간의 최대 작동 범위 d_max도 또한 가진다.

양 (t_s-△t_r)이 실재하는 동안, 식 3의 비트 주파수 관계는 유지한다. 그러나, 앞의 소인 사이클로부터의 반사 신호를 수신하는 때는, 혼란이 생긴다. 원래의 바트 주파수, f_b로부터 오프세트인 위명(aliased)의 비트 주파수, f_b'가 총량 △f에 의해 생긴다:

f_b'= f_b-△f (5)

위명의 주파수는, 펄스토대의 위치표정 장치의 혼란 메아리들과 유사한 범위 윤곽의 위명의 상에 해당한다. 이들 위명의 상은, 그들과 관계가 있는 장애물 상 을 보강함에 있어 제거를 위하거나 사용을 위한 신호 처리장치 (54)에 의해 확인될 수 있다.

위명의 상을 제어하는 하나의 방법이 최대 동작 범위를 설정하는 것이므로 2△t_rmax<t_smax이다. 이 동작 상태는 범위 내의 위명 상들을 k△t_rmax이상의 주파수들에서만 나타나게 한다. 게다가, k△t_rmax보다 적은 비트 주파수를 가지고 있는, 위명의 상의 거리 혼란은 거리로 인해 약해지게 된다. △t_{rmax <<}t_smax를 수립하는 것은 혼란 상을, 묵살시킬 수 있게 매우 약화시키게 된다.

위명하는 문제에 대한 더 정확한 해결을 필요로 하는 적용을 위해, 엔벨로프 신호의 시간영역 구조를 관찰함에 의하여 위명의 상들을 확인하는 것이 가능하다. 위명의 상과 관련된 비트 신호는 새로운 주파수 소인 기간의 시발 후 즉각 나타나게 되나, 현재의 소인 기간과 관련되고 지연 △t_r과 주파수 f_b=k△t_r을 가진 비트 신호는 새로운 소인의 시발 후 어떤 시간 △t_r까지는 나타나지 않게 된다. 이들 조건을 토대로, 신호 처리장치 (54)는 위명으로서의 비트 신호를 확인하여, 식 5의 관계를, 그 것을 산출한 장애물을 결정하는 데 활용할 수 있다. 위명의 신호가 만약 범위 내 표적에 해당하지 않으면, 그 때는 그 것이 혼란 상이다.

환경 잡음 원은, 그 잡음 원이 CTFM 위치표정 장치의 작동 대역 가까이 그리고 변환기의 것과 같은 소인속도로 소인 정현(swept sinusoid)을 만약에 산출하면, 상 윤곽에 위상(false image)을 발생시킬 수 있다. 그렇지 않으면, CTFM 위치표정 장치 (12)의 주파수 소인 동작이, 범위 윤곽의 큰 경간에 걸쳐 잡음을 "흐리게(smear)"된다. 그러므로, 상호 관계가 없는 환경 잡음은 범위 윤곽에 있어서 단순히 증대의 잡음 계(noise floor)로 귀착한다.

다음, 특정한 환경 잡음 원의 분석을 설명한다. 어떤 중심 주파수와 대역폭의 펄스를 산출하는 한 환경 잡음 원을 생각해 보자. 소인 정현 장치의 범위 정보가 주파수 영역에 있기 때문에, 각 펄스의 에너지는 범위 윤곽의 큰 지역 전면에 분포되게 된다. 그러므로, 이 형식의 환경 잡음에 대해서는 위상이 발생되지 않는다.

다음, 고정 주파수의 정현을 방출하는 한 환경 잡음 원을 생각해 보자. 전송 소인 정현과 혼합되는 경우, 그 고정 음조는 엔벨로프 신호의 소인 비트 주파수로 귀착하게 된다. 충분히 긴 가간에 걸쳐 분석하는 경우, 이 소인 비트 주파수의 에네르기는 범위 윤곽의 큰 지역 전면에 분포되게 된다. 그 결과, 이 형식의 주위 잡음에 대해서도 역시 위상은 발생되지 않는다.

끝으로, 위치표정 장치의 동작 대역을 커버하는 광대역 잡음을 방출하는 원천을 생각해 보자. 그러한 원천은 범위 윤곽 전면에 고르게 분포되는 잡음을 단순히 산출하게 된다. 그 결과, 위상은 발생되지 않는다.

어떤 주어진 장애물은 완전한 반사체가 아닐 것이지만, 특정 주파수 파를 대신 선택적으로 반사하거나 흡수하게 된다. 신호 처리장치 (54)에 의해 실행되는 엔벨로프 신호의 분석의 부분으로서, 각 장애물과 관련이 있는 스펙트럼에 대한 다소의 정보를 재발견하는 것이 바람직할 수도 있다. 어떤 적용에 있어서의 장애물들의 확인에 상기 정보가 유용함을 알 수 있다. 반사 스펙트럼은 사용되는 파장에 의존하여 표적의 물질, 구조, 또는 기하학 정보를 전달한다.

장애물이 서서히 소인하는 정현으로 비추이기 때문에, 그의 반사 신호는, 시간영역에 있어서, 소인 범위에 걸친 장애물의 반사 스펙트럼의 직접 측정이다. 일단 장애물의 비트 주파수가 알려지면, 장애물의 반사 스펙트럼은 신호 처리장치 (54) 내의 변조와 저역 필터의 이용을 통해 시간영역에 추출할 수 있다.

전송 변환기 (44)에 비례하여 움직이는 장애물에 대해서는, 하기의 식으로 부여되는 반사 신호의 주파수에 도플러 편이(Doppler shift)가 있다:

△_df-2cosθv/λ (6)

다만 θ는 위치표정 장치에 수직인 장애물의 운동의 각도이고, v는 장애물의 속도이며, λ는 신호 파장이다. 반사 신호의 주파수의 이 편이(偏移)는 장애물과 관련하는 비트 주파수에 있어 동일한 편이로 귀착한다. 그 결과, CTFM 위치표정 장치에서 물러나는 물체들은 그들이 실제로 있는 것 보다 더 멀리 있는 것으로 나타나며, CTFM 위치표정 장치에 접근하는 물체들은 그들이 실제로 있는 것 보다 가까운 것으로 나타난다. 도플러 편이에 기인하는 오범위 효과를 최소화하려면, 관심 범위의 물체들에 대한 그 f_b>>△_df 를 충분히 큰 것이 되게 소인속도 k를 선택할 수 있다.

시간영역에 있어서의 장애물의 비트 신호를 분리하는 데 만약 변조를 사용하면, 소인 기간의 시발과 관계가 있는 복귀 신호의 상승 가장자리는 도플러 편이와는 무관한 측정의 △t_r을 제공할 수 있다. △t_r의 이 값은 비트 주파수의 측정치에 비유될 수 있으며 또 기대 비트 주파수와 측정 비트 주파수 간의 차를 도플러 편이를 측정하는 데 이용할 수 있다:

Δ

_df=f_b-k

Δ

t_r(7)

우선의 실시양태에 있어서, 개인용 물체 검지기는, 부근의 물체를 검지하기 위해 시각장애인이 사용하게 고안된 단거리의, 초음파의, 야외 소나 장치의 형식을 취하고 있다. 유용한 표적 범위가 가청 주파수 스팬 상태의 지도로 만들어지어 엔벨로프 신호는 음성 출력 장치 (14)를 경유하여 이용자에게 직접[신호 처리장치 (54)의 필요없이] 공여될 수가 있다. 많은 염가의 증폭기 및 이어폰의 작동 범위에 어울리게 하려면, 음성 출력에 대해 100Hz 내지 4kHz 범위를 선택한다. 5 미터의 최대 작동 범위를 위해서는,

Δ

t_rmax=30ms이다. 최대 거리의 장애물에 대해 4kHz의 비트 주파수를 산출하기 위하여는 소인속도 k를 133kHz/sec가 되게 선택한다.

이 실시양태의 거리분해능(range resolution)은 소인 주기가 아닌, 인간의 청각 계통에 의해 결정된다. 소인을 리세트할 때의 위명의 영향과 음성 출력 신호의 주기적 중단을 감소시키기 위하여, 가응한 한 긴 소인 주기를 만드는 것이 바람직하다. 그러나, 비용 때문에 또 공중에서의 음성의 희박화가 주파수로 급격하게 증대하기 때문에, 위치표정 장치의 대역폭을 한 옥타브 이하에 한정하는 것도 또한 바람직하다.

이 평균을 취함(trade-off)에 따라, 장치의 기본 주파수를 100kHz 가까이 선택할 수도 있고, 소인 주기를 750ms가까이 선택할 수도 있으며, 상측 주파수를 200kHz 가까이 선택할 수도 있다. 750ms 소인 주기와 출력 대역폭 4kHz 로는 위명의 상은 250 미터 이상의 범위에서만 혼란이 생긴다. 이 범위에서의 혼란 반사는 역 두제곱 손실로 인해 약 68dB까지 희박화하게 되며 (범위내 표적에 관계가 있는) 대기 희박화에 의해 영으로 효과적으로 희박화하게 된다.

이용자의 정상 동작은 100Hz 내지 300Hz와 거의 비슷한 도플러 편이에 귀착하게 된다. 소나의 주파수 소인이 시간에 걸쳐 상승하기 때문에, 도플러 편이는 이용자에 향해 움직이는 물체를 그의 실제 거리보다 약간 가까이 나타나게 한다. 이용자로부터 멀어지는 물체는 그의 실제 거리보다 약간 더 멀리 나타나게 한다. 도플러 편이의 이 효과는 작으나, 물체 검지기로서 장치의 가동에 있어서와, 그리고 실제에 있어서는 이용자에게 이익일 수도 있다.

상기 선택의 매개변수들은, 근거리의 표적들을, 이용자가 들을 수 없거나 음성 출력 장치로 재생할 수 없는 아음속 비트 주파수들에 배치되게 할 수도 있다. 출력 음조의 이용자의 지각작용에는 둘의 다른 문제가 있다. 첫째, 거리에 대한 주파수의 직접 배치는 대개의 이용자에게 직각적이지 않을 수도 있다. 둘째, 귀의 감지성은 주파수로 변하기 때문에, 물체와 관련된 음조의 지각한 음의 크기는, 비록 음조의 진폭이 있다해도, 거리로 직접 변하지 않게 된다. 이러한 문제는 하기의 신호 처리기법의 일 이상으로- 또는 그의 결합으로 제거될 수가 있다:

(1) 음성 출력의 스펙트럼을 이동시키게 변조를 적용한다. 이는, 물체 근방의 이용자의 지각작용을 향상시킬 것이고, 그 것은 달리 아음속 음조으로 표현되 기도 하였다. 이는, 임체음향 장치에 있어, 스테레오 상을 또한 향상시키 게 된다.

(2) 음성 출력에 조화를 부가하게 비직선형의 왜곡을 적용한다. 이는, 물체 근방의 이용자의 지각작용을 향상시키었고, 달리 아음속 음조로 표현되기도 하였다. 이는, 입체음향 장치에 있어, 스테레오 상을 또한 향상시키게 된 다.

(3) 음성 출력 신호의 주파수 규모를 바꾸어 놓게 변조와 흡인을 적용하여 가까 운 물체가 저 주파수 음조 대신, 고주파수 음조에 의해 표편되게 한다. 여 기에 설명한 우선의 실시양태에서는, 4kHz 발진기로 변조한 다음 4kHz 저역 필터를 적용하여 달성하였다. 이 형식의 처리는 사용자에 대해 더 지각적일 수도 있는 주파수 거리 관계를 주게 된다. 이 형식의 처리는 아음속 음조로 표현되는 근방의 물체의 문제를 또한 바로 잡았다.

(4) 귀의 주파수 의존성 감도를 보상하게 (가중 균등화 따위의) 균등화를 적용 한다. 신호 처리장치 (54)에 있어서의 음성 필터의 포함이, 출력 신호를 균 등화할 수 있었으므로 균등 단면의 구역의 물체들이 모든 거리의 균등 지각의 음의 크기를 산출하였다.

(5) 반향을 적용하여서 반향하는 음향에 대한 직접 비율이 각 물체의 거리로 감 소하도록 한다. 이 형식의 처리는, 반향이 인간의 시청에 있어서의 중요 한 거리 구실이기 때문에, 물체의 거리의 더 자여적인 감각을 산출하게 된 다. 이 처리는, 음성 신호를 저역 또는 고역 필터를 통과시킴에 의해 다음, 반향기에 의해 그리고 그 결과를 원래의 음성 신호로 합계함에 의해 달 성될 수 있다.

이제 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시양태들에서 사용하는 FM 소인 발생기의 실시양태의 블록도를 보이고 있다. FM 소인 발생기의 주파수를 제어하는, 소인 변수들을 카운터 (60)에 적용한다. 카운터 (60)의 출력은, 기억된 복수의 정현 관수치를 가진 정형파 색인표 (62)를 가동한다. 정현파 색인표 (62)는 고정기억장치(ROM)에 의해 전형적으로 구체화돼 있다.

정현파 색인표 (62)의 사이즈가 파형 데이터 해상도를 확정하는 한편, 카운터 (60)의 길이는 주파수 해상도를 확정한다. 실제로는, 카운터 (60)의 (전 체 출력 비트가 아닌) 복수의 상부 중요 출력 비트가 정현파 색인표 (62)에 어드레스를 제공하는 데 활용된다.

정현파 색인표 (62)의 출력은 시그-마델타 변조기 (64)에 적용된다. 시그마-델타 변조기 (64)와 카운터 (60)은 둘 다, 소나 출력의 바람직한 주파수보다 큰 비트 전송속도를 가진 단일의 각시장치(clock)(도시되지 않음)에 의해 각시된다. 실제로, 각시장치의 비트 전송속도는 소나 출력 주파수 10 내지 100 배와 비슷할 수 있다. 시그마-델타 변조기 (64)는 저역 필터 (66)에 적요되어 정현의, FM 파를 얻게 되는 고속도의 비트 스트림 출력을 산출한다.

FM 소인 출력은 도 3의 여진 증폭기 (42)에 직접 적용된다. 바람직하게, 그 여진 증폭기는 D급 증폭기이거나 H급 증폭기이다.

개인용 물체 검지기는 여러가지의 다른 형태로 꾸며지어도 좋다. 도 5에 예시된 바와 같이, 검지기는 CTFM 위치표정 장치(정확히 도시하지 않음)와 음성 출력 장치(정확히 도시하지 않음)를 수용하는 하우징 (80)을 포함하여도 좋다. 바람직하게, 하우징 (80)은, 사용자 (82)에 의한 물체 검지기의 손으로 쥔 사용이 가능하다. 도시된 바와 같이, 하우징 (80)은 형태가 작은 플래시라이트와 같다. 그 검지기는, CTFM 위치표정 장치의 전송 변환기 (84)가 사용자 (82)에 의해 의자 (86) 따위의 뭍체에 향해지는 경우, 일 이상의 음성 신호음 (85)를 산출한다.

대신, 개인용 물체 또는 장애물 검지기는, CTFM 위치표정 장치를 기계적으로 받아들이게 적합된, 착용자의 머리, 팔, 다리, 몸통 등등 용의 어떠한 착용가능의 의복부재로 꾸며질 수가 있다. 예를 들어, 검지기는 셔쓰, 재킷, 중절모, 모자, 차양, 머리띠 또는 타의 머리 장식, 조끼, 목걸이, 늘어뜨린 장식, 손목시계, 완장, 짧은 바지, 팬츠, 신발, 장화, 띠 등에 배치시키거나 포함시킬 수도 있다. 이에 관해서, 도 6은 CTFM 위치표정 장치를 기계적으로 받아들이게 적합된 머리띠 (90)을 예를 들어 보이고 있다.

장애물 검지기의 머리띠 실시양태는 도 6에 보인 바와 같이, 한쌍의 CTFM 위치표정 장치 (92와 94)와 한쌍의 음성 출력 장치 (96과 98)을 활용한다. 이어폰이나 헤드폰의 형태이어도 좋은, 음성 출력 장치의 쌍은 사용자의 전방의 장애물의 입체음향 가청 기억역 지도(사상)를 산출한다. 바람직하게, 음향 출력 장치 (96과 98)의 쌍은, 감지한 장애물의 고유한 가청 위치추정을 산출한다. 여기에서, 사용자 (82)는 결과의 스테레오 상의 음조의 위치에 의해, 물체 또는 장애물의 측면의 장소를 결정지을 수가 있다. 더 바람직하게, 음성 출력 장치 (96과 98)은 사용자에게, 감지된 장애물로부터 소리가 발산하고 있다는 감각을 준다.

본 발명의 상기 설명의 실시양태들은 많은 이점이 있다. CTFM 위치표정장치를 사용함에 의하여, 개인용 장애물 검지기의 다량의 엘렉트로닉스를 단일의 VSI 칩에 담을 수가 있다. 그 결과, 물체 검지기를 저비용으로 생산할 수 있으며, 손으로 잡거나 의복부재에 달고, 머리띠에 배치하며, 또는 셔쓰 호주머니에 설치하기 등등에 충분하게 작다.

더구나, 개인용 장애물 검지기를 착용가능의 의복 부재 처럼 꾸밈에 의해, 시각 장애자가 검지기 둔 곳을 잊는 것(이는 맹인용의 타의 보조 장치와 공통의 문제이다)을 보다 적게 할 수 있다. 게다가, 착용가능한 꾸밈은 사용자의 주변 내에 위치한 다른 사람의 주의를 끌지 않는다는 점에서도 이롭다.

더 이롭기는 CTFM 위치표정 장치가 다수의 물체 또는 장애물을 검지할 능력이 있다는 것이다. 그들에 응답하여, 개별 물체에 상응하는 별도의 음조들로 된 복수의 음조가 산출된다. 각 음조는 또한 상응하는 물체로부터 CTFM 위치표정 장치까지의 거리에 좌우되는 음의 높이와, 상응하는 물체의 크기에 좌우되는 강도를 또한 가진다.

소나 신호의 직접분석을 위한 사용자의 인간 가청 장치를 활용함에 의하여, 본 발명의 많은 실시양태는 사용자 인터페이스를 구동하는 분석/결정 장치의사용을 필요로 하지 않는다. 사실상, 본 발명의 실시양태들은 0.5 내지 10 미터의 거리에 있는 비활성 물체들을 검지하도록 실현된다.

본 발명은 기술에 통상 숙련한 이들에게 분명한 많은 대체와, 변경, 및 변화를 포함하는 광범위하게 다양한 다른 구성으로 본 발명을 이용할 수도 있다는 사실에 특히 유의할 일이다. 따라서, 첨부의 청구항의 정신과 광범한 범위에 해당하는 그러한 대체, 변경, 및 변화 모두를 본 발명에 포함키려는 것이다.

Claims

개인용 물체 검지기로서,

주파수 소인 압력파를 전송하고, 적어도 하나의 각 물체로부터의 반사 주파수 소인 압력파를 수신하며, 주파수 소인 압력파와 각 반사 주파수 소인 압력파 간의 주파수 차에 기초하는 음성 신호를 형성하는, CTFM 위치표정 장치와;

음성 신호에 의존하여 청각 압력파를 생산하는 음성 출력 장치,

를 함유하는 개인용 물체 검지기 장치.
제 1 항에 있어서,

청각 압력파가 적어도 하나의 물체의 가가각에 대한 음조를 내포하고, 각 음조는 CTFM 위치표정 장치로부터 적어도 하나의 물체의 상응하는 것까지의 거리에 의존하는 음의 높이를 가지는 개인용 물체 검지기 장치.
제 2 항에 있어서,

각 음조가 적어도 하나의 물체의 상응하는 것의 사이즈에 의존하는 강도를 가지는 개인용 물체 검지기 장치.
제 1 항에 있어서,

CTFM 위치표정 장치를 기계적으로 받아들이게 적합된, 착용가능의 옷 부재를 더 함유하는, 개인용 물체 검지기 장치.
제 4 항에 있어서,

착용가능의 옷 부재가 사용자의 머리에 착용하는 형식의 것인, 개인용 물체 검지기 장치.
제 1 항에 있어서,

CTFM 위치표정 장치를 수용하는 하우징을 더 함유하여, 그 하우징이 검지기의 손으로 쥔 사용을 가능하게 하는, 개인용 물체 검지기 장치.
제 6 항에 있어서,

하우징이 음성 출력 장치를 더 수용하는 개인용 물체 검지기 장치.
제 1 항에 있어서,

CTFM 위치표정 장치가:

수파수 소인 신호를 발생시키는 FM 소인 발생기와;

주파수 소인 신호에 기초한 주파수 소인 압력파를 발생시키는 제 1의 변환기를 포함하는,

개인용 물체 검지기 장치.
제 8 항에 있어서,

FM 소인 발생기가:

FM 소인 발생기의 주파수를 제어하는 소인 변수들을 수신하는 카운터와;

그에 기억된 복수의 정현 관수 치를 가진 메모리로서, 카운터 출력기초한 복수의 정현 관수 치의 적어도 하나를 만회하는 메모리와 교통하는 메모리와;

그 메모리로부터 만회한 복수의 정혀 관수 치의 적어도 하나를 수신하여 비트 스트림 출력을 산출하는 메모리와 교통하는 변조기; 및

비트 스트린 출력을 주파수 소인 신호에 변환하는 변조기와 교통하는 필터,

를 함유하는 개인용 물체 검지기 장치.
제 9 항에 있어서,

카운터가 제 1의 복수의 출력 비트를 발생시키고 카운터의 제 1의 복수의 출력 비트의 부분이 메모리에 어드레스를 제공함에 활용되는 개인용 물체 검지기 장치.
제 9 항에 있어서,

공통 클록 신호를 변조기와 카운터의 양자에 제공하기 위해 변조기와 카운터와 교통하는 클록 제네레이터를 더 함유하는 개인용 물체 검지기 장치.
제 11 항에 있어서,

크록 제네레이터가 주파수 소인 신호보다 큰 비트 속도를 가진 클록 신호를 발생시키는 개인용 물체 검지기 장치.
제 12 항에 있어서,

클록 신호가 주파수 소인 신호의 주파수 약 10 및 약 100 배의 사이의 비트 속도를 가지는 개인용 물체 검지기 장치.
제 8 항에 있어서,

CTFM 위치표정 장치가:

반사 주파수 소인 압력파를 수신하여, 반사 주파수 소인 압력파에 기초한 반사 신호를 발생시키는 제 2의 변환기와;

반사 신호와 주파수 소인 신호를 결합하여 결합 신호를 형성하는 합계기; 및

결합 신호에 내포된 비트(beat) 엔벨로프를추출합에 의하여 음성 신호를 형성하는 정류기,

를 포함하는, 개인용 물체 검지기 장치.
제 14 항에 있어서,

제 1의 변환기와 제 2의 변환기가 츠음파 변환기인 개인용 물체 검지기 장치.
제 14 항에 있어서,

정류기와 여통하는 신호 처리장치를 더 함유하는, 개인용 물체 검지기 장치.
제 16 항에 있어서,

신호 처리장치가, 인근의 물체의 지각작용을 향상시키게 음성 신호의 주파수를 옮기는 아음속의 음성 신호로 달리 표현되기도 하는 음성 신호를 조정하는 개인용 물체 검지기 장치.
제 16 항에 있어서,

신호 처리장치가 인근의 물체의 지각작용을 향상시키게 비직선 변형을 적용함에 의하여 음성 신호에 조화를 추가하는 개인용 물체 검지기 장치.
제 16 항에 있어서,

신호 처리장치가, 먼 물체보다 가까운 물체가 높은 주파수 신호에 의해 표현될 만큼 음성 신호의 주파수 스케일을 반대로 하게 조정하여 여과하는 개인용 물체 검지기 장치.
제 16 항에 있어서,

신호 처리장치가, 사용자의 감각의존 주파수를 보상하게 음성 신호를 균일하게 하는 개인용 물체 검지기 장치.
제 16 항에 있어서,

신호 처리장치가, 반향음에 대한 정비율이 사용자로부터의 물체의 거리로 감소할 만큼 음성 신호에 반향을 적용하는 개인용 물체 검지기 장치.
제 16 항에 있어서,

신호 처리장치가:

음성 신호의 주파수 내용의 부분만을 가진 여과 음성 신호를 산출하기 의하여 정류기와 연통하는 신호 필터와;

여과 반향의 음성 신호를 산출하게여과 음성 신호에 반향을 첨가하기 위하는 신호 필터와 연통하는 반향기; 및

음성 신호를 여과 반향의 음성 신호와 결합하기 위하여 정류기와 연통하며 반향기와 연통하는 합계기,

를 함유하는 개인용 물체 검지기 장치.
개인용 물체 검지기로서,

주파수 소인 신호를 발생시키는 FM 소인 제너레이터;

주파수 소인 신호에 따라 주파수 소인 압력파를 발생시키는 제 1의 변환기;

적어도 하나의 물체의 각각으로부터의 반사 주파수 소인 압력파를 수신하여, 그에 기초한 반사 신호를 발생시키는 제 2의 변환기;

통합 신호를 형성하게 반사 신호와 주파수 소인 신호를 통합하는 합계기;

통합 신호에 함유된 비트 엔벨로프를 추출함에 의하여 음성 신호를 형성하는 정류기;

FM 소인 제너레이터, 제 1의 변환기, 제 2의 변환기, 합계기, 및 정류기를 받아들이게 적합된 착용가능한 옷 부재; 및

음성 신호에 따라 청각 압력파를 산출하는 음성 출력 장치,

를 함유하고

청각 압력파가 적어도 하나의 물체의 각각에 대한 음조를 내포하며, 각 음조가 제 1의 변환기로부터 적어도 하나의 물체의 상응하는 것까지의 거리에 의존하는 음의 높이를 가지는,

개인용 물체 검지기 장치.
적어도 하나의 물체를 검지하는 방법으로서, 그 방법이:

주파수 소인 압력파를 전송하고;

적어도 하나의 물체로부터의 반사 주파수 소인 압력파를 수신하며;

주파수 소인 압력파와 반사 주파수 소인 압력파 간의 주파수 차에 의존하여 청각 압력파를 산출하는,

단계들로 이루어지는 방법.
제 24 항에 있어서,

청각 압력파가 적어도 하나의 물체의 각각에 대한 음조를 내포하고, 각 음조가 적어도 하나의 물체의 상응하는 것까지의 거리에 의존하는 음의 높이를 가지는 적어도 하나의 물체를 검지하는 방법.
제 25 항에 있어서,

각 음조가 적어도 하나의 물체의 상응하는 것의 사이즈 의존의 강도를 가지는 적어도 하나의 물체를 검지하는 방법.
제 24 항에 있어서,

전송의 단계가:

주파수 소인 신호를 발생시키며;

주파수소인 신호에 따라 주파수 소인 압력파를 발생시키는,

단계들을 포함하는 적어도 하나의 물체를 검지하는 방법.
제 27 항에 있어서,

산출의 단계가:

반사 주파수소인 압력파에 기초한 반사 신호를 발생시키고;

결합 신호를 형성하게 반사 신호와 주파수 소인 신호를 결합하고;

음성 신호를 산출하게 결합 신호에 내포된 비트 엔벨로프 신호를 추출하며;

청각 압력파를 산출하게 음성 신호를 음성 출력 장치에 적용하는,

단계들을 포함하는 적어도 하나의 물체를 검지하는 방법.
개인용 물체 검지기로서,

제 1의 주파수 소인 압력파를 전송하고, 물체로부터의 제 1의 반사 주파수 소인 압력파를 수신하며, 제 1의 주파수 소인 압력파와 제 1의 반사 주파수 소인 압력파 간의 주파수 차에 의존하는 제 1의 신호를 형성하는 제 1의 CTFM 위치표정 장치와;

제 2의 주파수 소인 압력파를 전송하고, 물체로부터의 제 2의 반사 주파수 소인 압력파를 수신하며, 제 2의 주파수 소인 압력파와 제 2의 반사 주파수 소인 압력파 간의 주파수 차에 의존하는 제 2의 신호를 형성하는 제 2의 CTFM 위치표정 장치; 및

제 1의 신호와 제 2의 신호에 기초한 스테레오 음성 상 내에 음조를 산출여, 그 음조가 물체의 측면의 위치에 따라 스테레오 음성 상 내에 배치되는 한쌍의 음성 출력 장치,

를 함유하는 개인용 물체 검지기 장치.
제 29 항에 있어서,

음조가 물체까지의 거리에 의존하는 음의높이를 가지는 개인용 물체 검지기 장치.
제 29 항에 있어서,

음조가 물체의 사이즈에 의존하는 강도를 가지는 개인용 물체 검지기 장치.
제 29 항에 있어서,

CTFM 위치표정 장치를 기계적으로 받아들이게 적합된 착용가능의 옷 부재를 더 함유하는, 개인용 물체 검지기 장치.
제 32 항에 있어서,

착용가능의 옷 부재가 착용자의 머리에 착용하는 형식의 것인 개인용 물체 검지기 장치.