TW201913137A

TW201913137A - 多人定位系統以及多人定位方法

Info

Publication number: TW201913137A
Application number: TW106131057A
Authority: TW
Inventors: 鄭珍如; 石維國; 佑和
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-04-01
Also published as: CN109490829B; CN109490829A; TWI633326B

Abstract

本發明提出一種多人定位系統包括第一穿戴式裝置、第二穿戴式裝置以及處理裝置。第一穿戴式裝置藉由發射第一感測信號來感測第一深度資訊。第二穿戴式裝置藉由發射第二感測信號來感測第二深度資訊。第一感測信號相異於第二感測信號。處理裝置通信連接於第一穿戴式裝置以及第二穿戴式裝置。處理裝置藉由分析第一深度資訊來取得第一穿戴式裝置在感測區域中的第一位置資訊。處理裝置藉由分析第二深度資訊來取得第二穿戴式裝置在感測區域中的第二位置資訊。另外，一種多人定位方法亦被提出。

Description

多人定位系統以及多人定位方法

本發明是有關於一種定位技術，且特別是有關於一種多人定位系統以及多人定位方法。

隨著虛擬實境技術的發展，有越來越多的虛擬實境應用可適用於多人操作的情境。然而，當多個使用者同時在同一操作區域中執行虛擬實境的應用時，各使用者除了需各別進行定位之外，還須有效判斷彼此的位置，才可有效進行多人虛擬實境的操作。對此，由於傳統的定位方式是採用外向內(Out-side-in)的感測定位技術，因此需要複雜的架設環境以及具有較高的架設成本，並且其應用的場所類型有較多的侷限。據此，如何建置多人定位系統以有效進行多人定位操作，並且使多人定位系統可具有較低的建置成本以及可廣泛應用於各種場所是本領域目前重要課題之一。

本發明提供一種多人定位系統以及多人定位方法，可有效進行多人定位操作，並具有較低的建置成本且可廣泛應用各種操作環境。

本發明的一種多人定位系統包括第一穿戴式裝置、第二穿戴式裝置以及處理裝置。第一穿戴式裝置用以藉由發射第一感測信號來感測第一深度資訊。第二穿戴式裝置用以藉由發射第二感測信號來感測第二深度資訊。第一感測信號的第一信號特徵相異於第二感測信號的第二信號特徵。處理裝置通信連接於第一穿戴式裝置以及第二穿戴式裝置。處理裝置用以接收第一深度資訊以及第二深度資訊。處理裝置藉由分析第一深度資訊來取得第一穿戴式裝置在感測區域中的第一位置資訊，並且處理裝置藉由分析第二深度資訊來取得第二穿戴式裝置在感測區域中的第二位置資訊。

本發明的一種多人定位方法適用於多人定位系統。多人定位方法包括以下步驟：藉由第一穿戴式裝置發射第一感測信號來感測第一深度資訊，並且藉由第二穿戴式裝置發射第二感測信號來感測第二深度資訊，其中第一感測信號的第一信號特徵相異於第二感測信號的第二信號特徵；藉由處理裝置通信連接於第一穿戴式裝置以及第二穿戴式裝置，並且處理裝置用以接收第一深度資訊以及第二深度資訊；以及藉由處理裝置分析第一深度資訊來取得第一穿戴式裝置在感測區域中的第一位置資訊，並且處理裝置藉由分析第二深度資訊來取得第二穿戴式裝置在感測區域中相對於周圍環境的第二位置資訊。

基於上述，本發明提供一種多人定位系統以及多人定位方法可適用於多個穿戴式裝置分別以內向外(In-side-out)的感測定位技術，來取得周圍環境的多個深度資訊，並且整合這些穿戴式裝置的感測結果來取得這些穿戴式裝置之間的相對位置關係。

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。

為了使本發明之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。

圖1繪示本發明一實施例的多人定位系統的方塊圖。參考圖1，多人定位系統100包括第一穿戴式裝置110、第二穿戴式裝置120以及處理裝置130。在本實施例中，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可藉由有線連接或無線連接的方式與處理裝置130進行通訊以傳輸資料。在本實施例中，第一穿戴式裝置110用以藉由發射第一感測信號ES1來感測周圍環境的第一深度資訊，並且第二穿戴式裝置120用以藉由發射第二感測信號ES2來感測周圍環境的第二深度資訊。在本實施例中，處理裝置130藉由分析第一深度資訊來取得第一穿戴式裝置110在感測區域中的第一位置資訊，並且處理裝置130藉由分析第二深度資訊來取得第二穿戴式裝置120在感測區域中的第二位置資訊。在本實施例中，第一深度資訊以及第二深度資訊係指穿戴式裝置與周圍環境的物件或人物之間的距離。在本實施例中，第一位置資訊以及第二位置資訊係指穿戴式裝置在此周圍環境(或感測區域)中的絕對位置、相對位置或坐標。

也就是說，本實施例的多人定位系統100可用於定位第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120分別位於某一空間中的位置。舉例來說，多人定位系統100可記錄第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120分別在此空間中對應於周圍背景物件的絕對位置、相對位置或坐標等。並且，在本實施例中，處理裝置130可進一步整合第一位置資訊以及第二位置資訊，以取得第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120之間的相對位置關係。因此，處理裝置130可分別提供對應的位置資訊至第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120，以使第一穿戴式裝置110可辨識第二穿戴式裝置120在此空間中的位置，並且同樣使第二穿戴式裝置120可辨識第一穿戴式裝置110在此空間中的位置。

在本實施例中，第一穿戴式裝置110包括第一信號接收器111、第一資料傳輸模組112、第一信號發射模組113，其中第一信號發射模組113包括第一信號發射器113_1以及第一信號產生器113_2。第一資料傳輸模組112耦接第一信號接收器111以及第一信號發射模組113。在本實施例中，第二穿戴式裝置120包括第二信號接收器121、第二資料傳輸模組122、第二信號發射模組123，其中第二信號發射模組123包括第二信號發射器123_1以及第二信號產生器123_2。第二資料傳輸模組122耦接第二信號接收器121以及第二信號發射模組123。並且，在一實施例中，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120還可進一步包括處理器(Processor)，可執行信號處理、影像處理、距離計算等操作，以實現本發明各實施例所述的操作手段。

在本實施例中，第一資料傳輸模組112以及第二資料傳輸模組122包括有線或無線的傳輸界面以及通信模組，例如採用藍芽(Bluetooth)、無線區域網路(WiFi)等方式，本發明並不加以限制。在本實施例中，第一信號發射模組113以及第二信號發射模組123可為紅外線(Infrared)信號發射模組或是超音波(Ultrasound)信號發射模組，其中第一信號發射器113_1以及第二信號發射器123_1可分別藉由不同發射頻率來發射信號。在一實施例中，第一信號產生器113_2以及第二信號產生器123_2也可用以分別產生不同的信號波長的紅外線信號或超音波信號。在本實施例中，第一信號接收器111以及第二信號接收器121可分別設計而僅接收相對應的發射頻率或信號波長的紅外線信號或超音波信號。

在本實施例中，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可例如是虛擬實境(Virtual Reality, VR)顯示裝置、擴增實境(Augmented Reality, AR)顯示裝置、混合實境(Mixed Reality, MR)顯示裝置或光學頭戴式顯示器(Optical Head Mounted Display, OHMD)等諸如此類的穿戴式顯示器。因此，本實施例的第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可進一步包括顯示模組、儲存模組或穿戴機構等，本發明並不加以限制。

在本實施例中，處理裝置130例如是中央處理單元(Central Processing Unit, CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits, ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device, PLD)、其他類似處理電路或這些裝置的組合。在本實施例中，處理裝置130可外設於第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120，並且第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可藉由有線或無線的方式通信連接於處理裝置130。然而，在一實施例中，處理裝置130亦可分別設置於第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置當中，以使第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120彼此可直接通信連接，並且可分別獨立執行本發明各實施例所述的多人定位操作。

圖2繪示本發明一實施例的多人定位系統的情境示意圖。參考圖1以及圖2，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可位於感測區域SR中。在本實施例中，感測區域SR為立體區域，其中座標軸X以及座標軸Y所形成的平面可視為地板面，並且朝座標軸Z方向為垂直方向。座標軸X、座標軸Y以及座標軸Z彼此垂直。舉例而言，在本實施例中，兩個使用者可分別穿戴第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120，並且位於感測區域SR中。然而，本發明的感測區域SR並不限於圖2所式，圖2的感測區域SR僅用於釋例性說明使用者所處之空間以及周圍環境。在本實施例中，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可分別藉由發射第一感測信號ES1以及第二感測信號ES2來感測周圍環境的第一深度資訊以及第二深度資訊，以使第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可建立與周圍環境之間的距離，以及建立周圍環境的模型以回饋相同的模擬環境於使用者。

並且，若存在一個背景物件OB位於感測區域SR中，則當第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120分別接收到由背景物件OB反射的第一反射信號RS1以及第二反射信號RS2時，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可辨識與此背景物件OB的距離以及此背景物件OB的座標。此外，由於背景物件OB不會隨時間移動，而第二穿戴式裝置120可能會隨時間移動，因此第一穿戴式裝置110可依據取得的第一深度資訊以及物件是否隨時間移動的特徵來分辨感測到的物件是屬於第二穿戴式裝置120背景物件OB，而不會有混淆情況。同理，第二穿戴式裝置同樣可執行相同判斷操作。

也就是說，在本實施例中，處理裝置130可用以整合第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120提供的深度資訊以及位置資料，並且依據整合後的深度資訊以及位置資料來提供相對應的影像資料或控制資訊，以使第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可執行或顯示對應的影像或操作。舉例來說，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可連線執行虛擬實境的互動程式，並且第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120除了可在各自的虛擬實境顯示影像識別周圍環境的背景物件OB位置、形狀以及大小，並且可在彼此的虛擬實境顯示影像中識別彼此且追蹤彼此的位置。

圖3繪示本發明一實施例的感測信號以及反射信號的信號波形圖。參考圖1至圖3，在本實施例中，當第一穿戴式裝置110發射的第一感測信號ES1經由一物件反射後，若第一穿戴式裝置110接收到第一反射信號RS1，則第一穿戴式裝置110可藉由計算發射第一感測信號ES1以及接收第一反射信號RS1的時間差T1來取得第一深度資訊。同理，當第二穿戴式裝置120發射的第二感測信號ES2經由另一物件反射後，若第二穿戴式裝置120接收到第二反射信號ES1，則第二穿戴式裝置120可藉由計算發射第二感測信號ES2以及接收第二反射信號RS2的時間差T2來取得第二深度資訊。

值得注意的是，在本實施例中，為了使第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120在分別執行感測周圍環境的深度資訊的操作時，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可區隔各別的感測信號，以避免發生信號干擾以產生錯誤的距離判斷，因此本實施例的第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可分別發射具有不同信號特徵的第一感測信號ES1以及第二感測信號ES2。在本實施例中，第一感測信號ES1以及第二感測信號ES2可例如具有不同發射頻率的信號特徵。舉例來說，第一感測信號ES1的發射頻率可例如是持續發射10ms(毫秒)，並接著停止發射10ms。第二感測信號ES1的發射頻率可例如是持續發射16ms，並接著停止發射16ms。並且，第一反射信號RS1以及第二反射信號RS2的接收頻率分別相同於第一感測信號ES1以及第二感測信號ES2，但是本發明的信號頻率大小並不限於此，各頻率可依據不同使用需求來對應設計之。因此，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可有效避免干擾或是發生誤判的情況。然而，在一實施例中，第一感測信號ES1或第二感測信號ES2也可具有混合式發射頻率的信號特徵，例如持續發射12ms，並接著停止發射12ms，再持續發射15ms，並再接著停止發射15ms，以使有效增加多個感測信號之間的區隔性。

另外，在一實施例中，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120還可設計具有不同信號波長的信號特徵。舉例來說，第一感測信號ES1為使用頻譜3um(微米)~5um的紅外線信號，並且第二感測信號ES2為使用頻譜7um~14um的紅外線信號。因此，第一感測信號ES1例如具有的信號波長3um的信號特徵，並且，第二感測信號ES2例如具有的信號波長7um的信號特徵。因此，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可經由設計以使只接收各自對應的信號波長的第一反射信號RS1以及第二反射信號RS2，而有效避免干擾或是發生誤判的情況。甚至，在又一實施例中，第一感測信號ES1以及第二感測信號ES2亦可分別混合不同不同發射頻率以及不同信號波長，以進一步增加信號區隔的強度。

在本實施例中，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可分別經由第一資料傳輸模組112以及第二資料傳輸模組122將各自的信號特徵以及取得的深度資訊傳送至處理裝置130，以使處理裝置130可經由資料分析來整合周圍環境的距離資訊以及不同使用者之間的相對距離與位置，並且可據此建構立體虛擬模型並應用於虛擬實境程式中。因此，本發明的多人定位系統100採用內向外(In-side-out)的感測定位技術來進行定位，並且可整合多個使用者於同一操作空間中同時執行定位以及周圍環境的距離判斷，並可有助結合多人虛擬實境的相關應用。

圖4繪示本發明一實施例的多人定位方法的流程圖。參考圖4，本實施例的多人定位方法可至少適用於圖1實施例的多人定位系統100。在步驟S410中，多人定位系統100可藉由第一穿戴式裝置110發射第一感測信號ES1來感測周圍環境的第一深度資訊，並且藉由第二穿戴式裝置120發射第二感測信號ES2來感測周圍環境的第二深度資訊，其中第一感測信號ES1的第一信號特徵相異於第二感測信號ES2的第二信號特徵。因此，第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120可同時於同一感測區域中同時執行周圍環境的距離感測，而不會有互相干擾的情況。在步驟S420中，多人定位系統100可藉由處理裝置130通信連接於第一穿戴式裝置110以及第二穿戴式裝置120，並且處理裝置130用以接收第一深度資訊以及第二深度資訊。在步驟S430中，多人定位系統100可藉由處理裝置130分析第一深度資訊來取得第一穿戴式裝置110的第一位置資訊，並且處理裝置130藉由分析第二深度資訊來取得第二穿戴式裝置120的第二位置資訊。也就是說，本實施例的多人定位系統100可有效取得在感測區域中的多個使用者之間的位置資訊以及周圍環境的距離資訊。

綜上所述，本發明的多人定位系統以及多人定位方法，是採用內向外(Inside-Out)的感測定位技術來進行定位，其中可藉由多個使用者穿戴的多個穿戴式裝置分別發射不同信號特徵的感測信號，以使有效進行周圍環境的距離感測，並且經由後端處理裝置來整合這些穿戴式裝置的深度感測結果，以取得與周圍環境的距離以及彼此之間的相對位置。因此，本發明的多人定位系統可有效適用多人虛擬實境的相關追蹤定位應用，並且無須在周圍環境中外設其他感測器，而具有較低成本以及具有可廣泛應用於各式場所的優點。

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。

100‧‧‧多人定位系統

110‧‧‧第一穿戴式裝置

111‧‧‧第一信號接收器

112‧‧‧第一資料傳輸模組

113‧‧‧第一信號發射模組

113_1‧‧‧第一信號發射器

113_2‧‧‧第一信號產生器

120‧‧‧第二穿戴式裝置

121‧‧‧第二信號接收器

122‧‧‧第二資料傳輸模組

123‧‧‧第二信號發射模組

123_1‧‧‧第二信號發射器

123_2‧‧‧第二信號產生器

130‧‧‧處理裝置

ES1‧‧‧第一感測信號

ES2‧‧‧第二感測信號

RS1‧‧‧第一反射信號

RS2‧‧‧第二反射信號

SR‧‧‧感測區域

OB‧‧‧背景物件

X、Y、Z‧‧‧座標軸

T1、T2‧‧‧時間差

S410、S420、S430‧‧‧步驟

圖1繪示本發明一實施例的多人定位系統的方塊圖。圖2繪示本發明一實施例的多人定位系統的情境示意圖。圖3繪示本發明一實施例的感測信號以及反射信號的信號波形圖。圖4繪示本發明一實施例的多人定位方法的流程圖。

Claims

一種多人定位系統，包括：一第一穿戴式裝置，用以藉由發射一第一感測信號來感測周圍環境的一第一深度資訊；一第二穿戴式裝置，用以藉由發射一第二感測信號來感測周圍環境的一第二深度資訊，其中該第一感測信號的一第一信號特徵相異於該第二感測信號的一第二信號特徵；以及一處理裝置，通信連接於該第一穿戴式裝置以及該第二穿戴式裝置，並且該處理裝置用以接收該第一深度資訊以及該第二深度資訊，其中該處理裝置藉由分析該第一深度資訊來取得該第一穿戴式裝置的一第一位置資訊，並且該處理裝置藉由分析該第二深度資訊來取得該第二穿戴式裝置的一第二位置資訊。
如申請專利範圍第1項所述的多人定位系統，其中該第一信號特徵為一第一發射頻率，並且該第二信號特徵為一第二發射頻率，其中該第一發射頻率相異於該第二發射頻率。
如申請專利範圍第1項所述的多人定位系統，其中該第一信號特徵為一第一信號波長，並且該第二信號特徵為一第二信號波長，其中該第一信號波長相異於該第二信號波長。
如申請專利範圍第1項所述的多人定位系統，其中該第一感測信號以及該第二感測信號為一紅外線信號或一超音波信號。
如申請專利範圍第1項所述的多人定位系統，其中該處理裝置藉由該第一信號特徵以及該第二信號特徵來分辨該第一穿戴式裝置以及該第二穿戴式裝置，並且該處理裝置整合該第一位置資訊以及該第二位置資訊，以決定該第一穿戴式裝置以及該第二穿戴式裝置之間在一感測區域中的一相對位置關係。
如申請專利範圍第5項所述的多人定位系統，其中該處理裝置依據該第一深度資訊以及該相對位置關係來判斷由該第一穿戴式裝置所感測到的在該感測區域中的一物件為該第二穿戴式裝置或是一背景物件，其中該處理裝置依據該第二深度資訊以及該相對位置關係來判斷由該第二穿戴式裝置所感測到的在該感測區域中的一另一物件為該第一穿戴式裝置或是該背景物件。
如申請專利範圍第1項所述的多人定位系統，其中該第一穿戴式裝置以及該第二穿戴式裝置各別包括：一信號發射器，用以發射一感測信號；一資料傳輸模組，耦接該信號接收器，並且通信連接於該處理裝置；以及一信號接收器，用以接收該感測信號經由一物件反射的一反射信號，並且依據發射該感測信號以及接收該反射信號的一時間差來決定一深度資訊，其中該資料傳輸模組輸出該深度資訊以及該感測信號的一信號特徵資訊至該處理裝置。
一種多人定位方法，適用於一多人定位系統，包括：藉由一第一穿戴式裝置發射一第一感測信號來感測周圍環境的一第一深度資訊，並且藉由一第二穿戴式裝置發射一第二感測信號來感測周圍環境的一第二深度資訊，其中該第一感測信號的一第一信號特徵相異於該第二感測信號的一第二信號特徵；藉由一處理裝置通信連接於該第一穿戴式裝置以及該第二穿戴式裝置，並且該處理裝置用以接收該第一深度資訊以及該第二深度資訊；以及藉由該處理裝置分析該第一深度資訊來取得該第一穿戴式裝置的一第一位置資訊，並且該處理裝置藉由分析該第二深度資訊來取得該第二穿戴式裝置的一第二位置資訊。
如申請專利範圍第8項所述的多人定位方法，更包括：藉由該處理裝置依據該第一感測信號以及該第二感測信號來分辨該第一穿戴式裝置以及該第二穿戴式裝置，並且該處理裝置整合該第一位置資訊以及該第二位置資訊，以決定該第一穿戴式裝置以及該第二穿戴式裝置之間在一感測區域中的一相對位置關係。
如申請專利範圍第9項所述的多人定位方法，更包括：藉由該處理裝置依據該第一深度資訊以及該相對位置關係來判斷由該第一穿戴式裝置所感測到的在該感測區域中的一物件為該第二穿戴式裝置或是一背景物件；以及藉由該處理裝置依據該第二深度資訊以及該相對位置關係來判斷由該第二穿戴式裝置所感測到的在該感測區域中的一另一物件為該第一穿戴式裝置或是該背景物件。