TW201445451A - 電子裝置、位置測量方法及系統 - Google Patents
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Abstract
一種電子裝置、位置測量方法及系統。根據電子裝置的移動過程中,獲得移動資訊。並且,在移動過程中,電子裝置感應到識別標籤時,依據移動資訊計算自第一感應點移動至第二感應點的位移向量,藉此獲得第一感應點與第二感應點的相對位置。
Description
本發明是有關於一種位置估測技術,且特別是有關於一種可測量出物件在三維空間中位置的電子裝置、位置測量方法及系統。
目前物件辨識技術已被廣泛地應用於物流管控、倉儲管理、以及互動遊具設計等不同領域之中。物件辨識技術例如為近場通訊(Near Field Communication,NFC)、無線射頻身份辨別系統(Radio Frequency Identification(RFID)system)等。
上述類型技術僅能透過訊號衰減,來估計訊號的範圍,但無法判斷訊號的方向源,因此,限制了這些技術在定位上的應用。目前發展中的解決方案主要有「無線訊號三角定位」(RF Triangulation)及「無線訊號特徵定位」(RF Fingerprinting)兩種。而這些方法都必需在選定區域中佈設複數個訊號讀寫裝置,同時也必需面臨例如訊號的散射、多重路徑、及訊號衰減等等問題。這些因素直接影響到了建置成本、應用範圍,以及定位精確度。
本發明提供一種電子裝置、位置測量方法及系統,可測量出物件在三維空間中位置。
本發明的位置測量方法,包括:根據電子裝置的移動過程,獲得移動資訊;在移動過程中,電子裝置感應到識別標籤,其中識別標籤設置於物件中;並在感應到識別標籤時,依據移動資訊計算自第一感應點移動至第二感應點的位移向量,藉此獲得第一感應點與第二感應點的相對位置。
本發明的電子裝置,其包括運動感測模組、物件辨別模組以及處理單元。處理單元耦接至運動感測模組與物件辨別模組。運動感測模組用以根據一移動過程,獲得移動資訊。物件辨別模組用以判斷是否感應到識別標籤,其中識別標籤設置在物件中。並且,在電子裝置的移動過程中,在物件辨別模組感應到識別標籤時,透過處理單元依據移動資訊計算自第一感應點移動至第二感應點的位移向量,藉此獲得第一感應點與第二感應點的相對位置。
本發明的位置測量系統包括多個物件以及電子裝置。上述多個物件分布於三維空間,且分別配置有識別標籤。電子裝置包括運動感測模組、物件辨別模組以及處理單元。處理單元耦接至運動感測模組與物件辨別模組。運動感測模組用以根據一移動過程,獲得移動資訊。物件辨別模組用以判斷是否感應到識別標籤,其中識別標籤設置在物件中。並且,在電子裝置的移動過程
中,在物件辨別模組感應到識別標籤時,透過處理單元依據移動資訊計算自第一感應點移動至第二感應點的位移向量,藉此獲得第一感應點與第二感應點的相對位置。
基於上述,本發明結合物件辨識技術與運動感應技術,藉以測量出物件在三維空間中的位置,不僅不易受到訊號干擾,還可以彈性靈活配置。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
10‧‧‧位置測量系統
11~14、401~414、501~510‧‧‧物件
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧物件辨別模組
120‧‧‧運動感測模組
130‧‧‧處理單元
40‧‧‧火車遊戲組
400‧‧‧火車主體
50‧‧‧倉儲管理系統
500‧‧‧可攜式電子裝置
F‧‧‧場域
S205~S215‧‧‧位置測量方法的各步驟
S305~S330‧‧‧另一種位置測量方法的各步驟
圖1是依照本發明第一實施例的位置測量系統的示意圖。
圖2是依照本發明第一實施例的位置測量方法流程圖。
圖3是依照本發明第一實施例的另一種位置測量方法流程圖。
圖4是依照本發明第二實施例的位置測量系統的示意圖。
圖5是依照本發明第三實施例的位置測量系統的示意圖。
圖1是依照本發明第一實施例的位置測量系統的示意圖。位置測量系統10包括電子裝置100與多個物件。在此,以在
三維空間的場域F中具有物件11~14為例進行說明。而在其他實施例中並不限制物件的數量及設置的位置。物件11~14皆分別配置有一識別標籤。例如,可利用物件識別系統來對各個物件設置對應的識別標籤。物件識別系統包括物件編碼系統與物件標記系統。物件編碼系統將個別物件的屬性(如:名稱、種類、形狀、大小、顏色等)編譯成為一物件識別碼。而物件標記系統則將各個物件識別碼分別寫入不同的識別標籤中,並且將每個識別標籤與相對應的物件結合。
電子裝置100在場域F中進行移動,藉由感測多個物件11~14的識別標籤,藉以估測物件11~14的位置。電子裝置100包括物件辨別模組110、運動感測模組120以及處理單元130。處理單元130耦接至物件辨別模組110與運動感測模組120。
物件辨別模組110用以判斷是否感應到識別標籤。例如,識別標籤為無線射頻識別標籤(Radio Frequency Identification(RFID)tag),而物件辨別模組110為無線射頻識別讀取器(RFID reader)。RFID系統是一種非接觸式自動識別系統,其是利用無線電波來傳送識別資料,一組RFID系統包括RFID標籤與RFID讀取器。
運動感測模組120用以根據電子裝置100的移動過程來獲得移動資訊。而運動感測模組120例如為三維加速器、重力感測器及陀螺儀其中之一或其組合者。
處理單元130例如為中央處理單元(Central Processing
Unit,CPU)或是其他可程式化之微處理器(Microprocessor)等。在電子裝置100的移動過程中,處理單元130會依據運動感測模組120所獲得的移動資訊來計算電子裝置100的移動軌跡T。並且,在物件辨別模組110感應到物件的識別標籤時,處理單元130會依據移動資訊計算自第一感應點移動至第二感應點的位移向量,藉此獲得第一感應點與第二感應點的相對位置。上述第一感應點例如為電子裝置100初始位置,或是在前一次感應到識別標籤時的位置;而上述第二感應點例如為目前感應到識別標籤時的位置。另外,初始位置可以為自定,或是透過全球定位系統(Global Positioning System,GPS)所獲得的座標位置。
另,在其他實施例中,亦可將處理單元130所應處理的工作交由雲端伺服器來進行。例如,電子裝置100中可僅配置最低階的處理單元130並且設置一連線單元,利用連線單元連網而將相關的資料傳送至雲端伺服器。
底下即搭配上述位置測量系統10來說明位置測量方法。圖2是依照本發明第一實施例的位置測量方法流程圖。在本實施例中,透過電子裝置100在場域F中的移動,利用物件辨別模組110分別感應物件11~14的識別標籤,並利用運動感測模組120來獲得電子裝置100在移動時的移動資訊(例如:角動量與加速度),藉此依序估測物件11~14之間的相對位置。
在步驟S205中,根據電子裝置100的移動過程,獲得移動資訊。例如,透過運動感測模組120來偵測電子裝置100的角
動量與加速度,之後,處理單元130利用角動量與加速度來計算出移動軌跡T。另外,可透過下述方程式(1)來計算出在時間點t時的位置。
上述P(t)為電子裝置100在時間點t的位置,P(0)為電子裝置100的初始位置,V(0)為電子裝置100的初始速度,a(t)為電子裝置100在時間點t的加速度。
接著,在步驟S210中,在移動過程中,電子裝置100感應到識別標籤。例如,電子裝置100透過物件辨別模組110判斷是否感應到識別標籤。舉例來說,由物件辨別模組110發出頻率,倘若在頻率的傳輸範圍(例如小於或等於10公分)內存在有識別標籤,則識別標籤在接收到此一頻率之後,回傳一回應給物件辨別模組110。此時,物件辨別模組110便可判定感應到識別標籤。上述頻率的選擇可取決物件辨別模組110和識別標籤之間的距離,例如較低的頻率代表較短的傳輸範圍。
接著,在感應到識別標籤後,執行步驟S215,處理單元130依據移動資訊計算自第一感應點移動至第二感應點的位移向量,藉此獲得第一感應點與第二感應點的相對位置。在此,以圖2而言,以感應到物件11的識別標籤的位置為第一感應點,當電子裝置100移動至能夠感應到物件12的識別標籤的位置(即,第二感應點)時,處理單元130便可依據移動資訊來獲得位移向量並
計算出第一感應點與第二感應點的相對位置。另外,在獲得相對位置之後,處理單元130還可進一步記錄此相對位置。
據此,處理單元130利用移動軌跡T來推算出第一感應點與第二感應點的相對位置。另外,處理單元130還可依據物件辨別模組110用來感應識別標籤的頻率的傳輸範圍、或/及物件辨別模組110與識別標籤之間的訊號強弱,進一步推算出更精準的物件位置。
另外,可進一步設置防誤差機制來避免電子裝置100在同一位置停留而重複感應到同一個物件的識別標籤。底下再舉一例說明。
圖3是依照本發明第一實施例的另一種位置測量方法流程圖。在電子裝置100的移動過程中,於步驟S305中,根據電子裝置100的移動過程獲得移動資訊。關於步驟S305的詳細說明可參照上述步驟S205,在此省略不提。接著,在步驟S310中,透過物件辨別模組110判斷是否感應到識別標籤。而關於如何透過物件辨別模組110判斷是否感應到識別標籤,可參照上述步驟S210的說明,在此不再贅述。在感應到識別標籤時,執行步驟S315,否則,則執行步驟S305。
在執行步驟S315中,當感應到識別標籤時,處理單元130計算兩個感應點的位移向量與最短直線距離,即,計算第一感應點與第二感應點之間的一最短直線距離。在此,藉由兩點之間的最短直線距離來判斷電子裝置100是否在同一個位置內停留或在
附近徘徊。
接著,在步驟S320中,判斷最短直線距離是否大於門檻值。在最短直線距離大於門檻值的情況下,表示電子裝置100並未在同一個位置內停留或在附近徘徊,因此執行步驟S325,計算第一感應點與第二感應點的相對位置。另一方面,在最短直線距離不大於門檻值的情況下,表示電子裝置100可能在同一個位置內停留或在附近徘徊,因此執行步驟S330,判斷目前所讀取的物件識別碼是否與前次所讀取的物件識別碼相同。
若前所讀取的物件識別碼與前次所讀取的物件識別碼相同,確定了電子裝置100還未移動至感應到下一個物件的位置,則返回執行步驟S305。若前所讀取的物件識別碼與前次所讀取的物件識別碼不同,表示在誤差範圍內存在有不同的物件,據此執行步驟S325。
另外,在感應到識別標籤時,還可進一步去讀取識別標籤,藉此獲得物件識別碼。之後,處理單元130判斷此物件識別碼是否已讀取過。倘若物件識別碼為首次讀取,記錄此物件識別碼並新增對應的讀取次數。倘若物件識別碼已讀取過,累記此物件識別碼對應的讀取次數。上述過程亦可在步驟S330為否時,在執行步驟S325之前或之後執行。藉由累計物件識別碼的讀取次數,可作為後續行為分析的依據。
在步驟S325之後,返回執行步驟S305,以繼續執行步驟S310~S330,直到電子裝置100不再移動為止,或者上述位置測試
方法被禁能為止。
底下再舉兩個實施例來說明上述位置測量系統的應用方式。
圖4是依照本發明第二實施例的位置測量系統的示意圖。在本實施例中,位置測量系統10例如為火車遊戲組40,電子裝置100例如為火車主體400。例如,在火車主體400中設置有物件辨別模組110、運動感測模組120以及處理單元130。而在火車遊戲組40的各個物件401~414中,分別嵌入有識別標籤。
將第一實施例的位置測量系統10應用於火車遊戲組40,可獲得兒童在遊戲過程中,組合與配置各種物件的方式。運用上述位置測量方法(參照第一實施例的描述),改善了傳統的火車遊戲組僅能單方面地提供兒童遊戲學習的功能,即,利用所取得的資料(相對位置、移動軌跡、物件識別碼的讀取次數等等),可以作為兒童認知與學習發展的分析依據,也可以做為遊具設計者改進產品的參考。
另外,在其他實施例中,電子裝置100亦可以設計為讓兒童(即,被分析者)可攜帶在身上的裝置,例如手錶、手鍊或項鍊等等。並且,在各個玩具(物件)中內嵌識別標籤,透過上述位置測量方法,可記錄下兒童遊戲的行為,藉此作為後續分析的依據。
圖5是依照本發明第三實施例的位置測量系統的示意圖。在本實施例中,位置測量系統10例如為倉儲管理系統50,電子裝置100例如為可攜式電子裝置500。另外,在其他實施例中,電子裝置100亦可為載運工具。
在本實施例中,於各個貨物(物件501~510)中,分別嵌入有識別標籤。管理人員利用可攜式電子裝置500執行上述位置測量方法(參照第一實施例的描述),即可獲得各個物件501~510之間的相對距離。據此,可減少建置倉儲管理系統50的複雜度,並且具有不受限場域範圍的優點。也就是說,不用在選定區域中佈設複數個無線射頻識別讀寫裝置,而透過三角定位或訊號強弱等方式來定位指定貨物的位置。
綜上所述,於上述實施例中,結合物件辨識技術與活動感測技術而能夠應用於不同場域中進行位置的測量,因此無需在選定區域中佈設複數個訊號讀寫裝置,並且亦不受訊號的散射及訊號衰減的影響。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S205~S215‧‧‧位置測量方法的各步驟
Claims (13)
- 一種位置測量方法,包括:根據一電子裝置的一移動過程,獲得一移動資訊;在該移動過程中,該電子裝置感應到一識別標籤,其中該識別標籤設置於一物件中;以及在感應到該識別標籤時,依據該移動資訊計算自一第一感應點移動至一第二感應點的一位移向量,藉此獲得該第一感應點與該第二感應點的相對位置。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法,其中在感應到該識別標籤時,更包括:計算該第一感應點與該第二感應點之間的一最短直線距離;以及判斷該最短直線距離是否大於一門檻值,以在該最短直線距離大於該門檻值的情況下,計算該第一感應點與該第二感應點的該相對位置。
- 如申請專利範圍第2項所述的方法,其中在該最短直線距離尚未大於該門檻值的情況下,判斷該識別標籤的一物件識別碼是否與前次所讀取的物件識別碼相同,以在不相同的情況下,計算該第一感應點與該第二感應點的該相對位置。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法,其中在感應到該識別標籤時,更包括: 讀取該識別標籤,藉此獲得一物件識別碼;判斷該物件識別碼是否已讀取過;倘若該物件識別碼為首次讀取,記錄該物件識別碼並新增對應的一讀取次數;以及倘若該物件識別碼已讀取過,累記該物件識別碼對應的該讀取次數。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法,其中透過一運動感測模組來偵測該電子裝置的移動而獲得該移動資訊,其中該移動資訊包括一角動量與一加速度;以及在獲得該移動資訊的步驟之後更包括:利用該角動量與該加速度來計算該電子裝置的一移動軌跡。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法,更包括:記錄該相對位置。
- 一種電子裝置,包括:一運動感測模組,根據一移動過程,獲得一移動資訊;一物件辨別模組,判斷是否感應到一識別標籤,其中該識別標籤設置在一物件中;以及一處理單元,耦接至該運動感測模組與該物件辨別模組,其中在該移動過程中,在該物件辨別模組感應到該識別標籤時,依據該移動資訊計算自一第一感應點移動至一第二感應點的一位移向量,藉此獲得該第一感應點與該第二感應點的相對位置。
- 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置,其中 在該物件辨別模組感應到該識別標籤時,該處理單元計算該第一感應點與該第二感應點之間的一最短直線距離,並且判斷該最短直線距離是否大於一門檻值,以在該最短直線距離大於該門檻值的情況下,計算該第一感應點與該第二感應點的該相對位置。
- 如申請專利範圍第8項所述的電子裝置,其中在該最短直線距離尚未大於該門檻值的情況下,該處理單元判斷該識別標籤的一物件識別碼是否與前次所讀取的物件識別碼相同,以在不相同的情況下,計算該第一感應點與該第二感應點的該相對位置。
- 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置,其中在該物件辨別模組感應到該識別標籤時,該物件辨別模組讀取該識別標籤,藉此獲得一物件識別碼;而該處理單元判斷該物件識別碼是否已讀取過;倘若該物件識別碼為首次讀取,該處理單元記錄該物件識別碼並新增對應的一讀取次數;倘若該物件識別碼已讀取過,該處理單元累記該物件識別碼對應的該讀取次數。
- 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置,其中該移動資訊包括一角動量與一加速度。
- 如申請專利範圍第7項所述的電子裝置,其中該處理單元記錄該相對位置。
- 一種位置測量系統,包括:多個物件,分布於三維空間,且分別配置有一識別標籤;以及 一電子裝置,包括:一運動感測模組,根據該電子裝置的一移動過程,獲得一移動資訊;一物件辨別模組,判斷是否感應到一識別標籤,其中該識別標籤設置於一物件;以及一處理單元,耦接至該運動感測模組與該物件辨別模組,其中在該移動過程中,在該物件辨別模組感應到該識別標籤時,依據該移動資訊計算自一第一感應點移動至一第二感應點的一位移向量,藉此獲得該第一感應點與該第二感應點的相對位置。
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