TWI402489B - 利用電子裝置量測平面傾角的方法 - Google Patents

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利用電子裝置量測平面傾角的方法
本發明係關於一種量測平面傾角的方法,尤指一種利用電子裝置量測平面傾角的方法。
隨著數位科技的日新月異,電子裝置可藉由其所具備之硬體裝置模擬出許多工具。舉例而言,重力加速度感應器(G-sensor)已經成為近年來在電子裝置設計中,最被廣泛使用的一種硬體裝置。重力加速度感應器可藉由感知電子裝置朝向的變化,偵測出電子裝置之轉動方向而形成自由空間中三軸(X、Y、Z)之重力加速度,使得電子裝置之一顯示單元產生相對應之變化。例如,可以使得顯示單元中所顯示之圖片轉向,或者更換下一張圖片。
然而,重力加速度感應器的功能僅是形成電子裝置於自由空間中三軸之重力加速度,因此,必須透過電子裝置中所具備之處理單元與運算單元,藉由處理重力加速度感應器所感知出三軸之重力加速度,以實現目前許多工具之應用功能。
另外,習知技術中量測待測物體之傾角,必須透過操作員藉由人工方式,利用氣泡水平儀或是專業之角規工具,量測待測物體之傾角,並藉由眼睛觀察藉以判斷出待測物體之傾角。然而,不同的操作員之操作方式與觀察方式往往會造成誤差,進而使得待測物體之傾角的判斷不準確。
在此前提下,本案發明人深感實有必要開發出一種新的量測平面傾角的方法藉以同時改善上述種種問題。
有鑒於習知技術中,透過人工方式量測待測物體之傾角,往往會因為不同操作員之操作方式與觀察方式的不同而會造成誤差,進而使得待測物體之傾角的判斷不準確。另外,電子裝置中所具備之重力加速度感應器僅能形成電子裝置於自由空間中三軸之重力加速度。
緣此,本發明之主要目的在於提供一種利用電子裝置量測平面傾角的方法,其係利用電子裝置中所具備之重力加速度感應器與重力加速度感應器所形成之參考平面對待測平面進行傾角之量測。藉由重力加速度感應器對待測平面之感知,取得重力方向,並利用電子裝置中所具備之處理單元與運算單元進行運算,以取得待測平面之傾角,並使電子裝置顯示出習知氣泡水平儀之模擬畫面於顯示單元中,使得操作員可以取得更精準之傾角資訊。藉此,可有效解決上述之種種問題。
本發明為解決習知技術之問題,所採用之技術手段係提供一種利用電子裝置量測平面傾角的方法,係利用一電子裝置與一參考平面進行量測,該電子裝置係具有一重力加速度感應器、一顯示單元與一貼附平面,該參考平面係垂直於重力方向,該利用電子裝置量測平面傾角的方法係包含下列步驟:使該電子裝置進入一量測模式;將該貼附平面放置於一待測平面;該重力加速度感應器偵測該貼附平面與該參考平面之至少一傾角;依據該傾角運算一偏移座標;以及於該顯示單元中顯示一模擬畫面,該模擬畫面包含一動態影像,且該動態影像係位於該偏移座標。
於本發明所揭露之利用電子裝置量測平面傾角的方法中,係藉由電子裝置對待測平面進行傾角之量測,且於傾角量測完成之後,電子裝置會藉由運算單元與處理單元顯示出習知氣泡水平儀之模擬畫面於顯示單元中,使得操作員得知待測平面之傾角。可避免習知中不同操作員之操作方式與觀察方式所造成之誤差。顯而易見地,藉由本發明例所揭露之利用電子裝置量測平面傾角的方法,不需藉由人為觀察,僅需利用電子裝置,就可以準確且快速地完成待測平面傾角之量測,進而提昇待測平面傾角量測之速度與效率。藉以有效解決以上所述之種種問題。
本發明係揭露一種利用電子裝置量測平面傾角的方法,可廣泛運用於各種具有重力加速度感應器之電子裝置。以下茲列舉一個較佳實施例以說明本發明,而且相關之組合實施方式更是不勝枚舉,故在此不再一一贅述。然熟習此項技藝者皆知此僅為舉例,而並非用以限定發明本身。有關此較佳實施例之內容詳述如下。
請參閱第一圖與第二圖,第一圖係為本發明較佳實施例之電子裝置之外觀示意圖,第二圖係為本發明較佳實施例之電子裝置之功能方塊示意圖。一電子裝置1可包含一貼附平面10、一顯示單元11、一輸入單元12、一重力加速度感應器13、一運算單元14與一處理單元15。電子裝置1可為一行動通訊裝置、一個人數位助理、一多媒體播放裝置或一平板電腦。
貼附平面10可設置於電子裝置1之一側面,貼附平面10係為一平整板面。顯示單元11與輸入單元12可設置於電子裝置1之另一側面。顯示單元11可用以顯示一模擬畫面111,模擬畫面111可包含一動態影像b(標示於第四圖),動態影像b較佳者可為一氣泡影像,顯示單元11可為一液晶顯示面板。輸入單元12可用以輸入一模式選擇參數P1a與一精度參數P1b,輸入單元12可為一鍵盤或一觸控螢幕。
重力加速度感應器13可形成一與重力方向垂直之參考平面S(標示於第三A圖),並偵測出電子裝置1因為一傾角所產生的重力方向變化,其中,重力加速度感應器13會依據重力方向變化,傳送出一重力加速度G。
運算單元14係電性連接於重力加速度感應器13,運算單元14可包含一傾角運算程式141、一座標運算程式142與一阻尼振動模擬程式143。傾角運算程式141可藉由接收重力加速度G以運算出至少一傾角,座標運算程式142可藉由該等傾角以運算出一偏移座標,並傳送出偏移座標參數P2。阻尼振動模擬程式142可藉由接收重力加速度G以模擬出一阻尼振動,並傳送出阻尼振動參數P3。
處理單元15係電性連接於顯示單元11、輸入單元12與運算單元14。並用以接收輸入單元12所輸入之模式選擇參數P1a與精度參數P1b。處理單元15藉由模式選擇參數P1a可使得電子裝置1進入一量測模式,並傳送精度參數P1b至運算單元14。處理單元15可接收偏移座標參數P2與阻尼振動參數P3並傳送至顯示單元11。
於本發明較佳實施例中,係藉由將電子裝置1放置於一待測平面F(標示於第三A圖),並使得貼附平面10放置並貼附於待測平面F上,使得貼附平面10重合於待測平面F,再利用重力加速度感應器13所形成之參考平面S,運算出貼附平面10與參考平面S所夾持之至少一傾角,藉以推算出待測平面F之傾角方向,並於電子裝置1之顯示單元11中以動態影像b顯示出待測平面F之傾角方向。
在進行本發明所揭露之利用電子裝置量測平面傾角的方法時,首先,由一操作員(圖未示)藉由輸入單元12輸入模式選擇參數P1a,並傳送模式選擇參數P1a至處理單元15,處理單元15可依據模式選擇參數P1a使得電子裝置1進入量測模式以進行平面傾角之量測。
當電子裝置1進入量測模式後,操作員可再次藉由輸入單元12輸入精度參數P1b,精度參數P1b即表示電子裝置1處於一傾角時,顯示單元11所顯示之動態影像b所移動的一個單位長度。於本較佳實施例中,精度參數P1b可為0.01mm/m,即代表電子裝置1之貼附平面上每1公尺會產生0.01公釐的高度差。
接著,操作員可將電子裝置1放置於待測平面F上,並使得電子裝置1之貼附平面10緊密貼附於待測平面F上,藉以更加精確的運算出待測平面F之傾角。請參閱第三A圖至第三D圖,第三A圖至第三D圖係為本發明較佳實施例之操作示意圖,並請一併參閱第一圖與第二圖。
其中,平行於參考平面S可延伸出一X軸與一Y軸,且垂直於參考平面S可延伸出一Z軸,而X軸、Y軸與Z軸係分別相互垂直。另外,平行於貼附平面10可延伸出一X’軸與一Y’軸,且垂直於貼附平面10可延伸出一Z’軸,而X’軸、Y’軸與Z’軸係分別相互垂直。
由第三A圖可以得知,參考平面S與貼附平面10相互重合,亦即X軸、Y軸與Z軸係分別重合於X’軸、Y’軸與Z’軸,故待測平面F不具有傾角。
由第三B圖可以得知,參考平面S不與貼附平面10相互重合,亦即X軸與Z軸分別不重合於X’軸與Z’軸,而Y軸可重合於Y’軸,故貼附平面10之X’軸與參考平面S之X軸可形成一第一傾角ρ;而貼附平面10之Z’軸與參考平面S之Z軸亦可形成一第三傾角θ,此時第一傾角ρ可等於第三傾角θ,故參考平面S與貼附平面10間之傾角包含第一傾角ρ與第三傾角θ。
由第三C圖可以得知,參考平面S不與貼附平面10相互重合,亦即Y軸與Z軸分別不重合於Y’軸與Z’軸,而X軸可重合於X’軸,故貼附平面10之Y’軸與參考平面S之Y軸可形成一第二傾角Ψ;而貼附平面10之Z’軸與參考平面S之Z軸亦可形成第三傾角θ,此時第二傾角Ψ可等於第三傾角θ,故參考平面S與貼附平面10間之傾角包含第二傾角Ψ與第三傾角θ。
由第三D圖可以得知,參考平面S不與貼附平面10相互重合,亦即X軸、Y軸與Z軸分別不重合於X’軸、Y’軸與Z’軸,故貼附平面10之X’軸與參考平面S之X軸可形成第一傾角ρ;且附平面10之Y’軸與參考平面S之Y軸可形成第二傾角Ψ;而貼附平面10之Z’軸與參考平面S之Z軸亦可形成第三傾角θ,故參考平面S與貼附平面10間之傾角包含第一傾角ρ、第二傾角Ψ與第三傾角θ。
經由上述可知,當參考平面S不與貼附平面10相互重合時,至少可形成第一傾角ρ與第二傾角Ψ中至少一者,而一定會產生第三傾角θ。
以第三D圖為例,當電子裝置1放置於待測平面F後,重力加速度感應器13可偵測出參考平面S與貼附平面10之傾角,並藉由傾角產生重力加速度G,其中,重力加速度G可包含一X’軸重力加速度Gx、一Y’軸重力加速度Gy與一Z’軸重力加速度Gz。重力加速度感應器13藉由傾角產生重力加速度G係為習知技術,故於此不多加贅述。
接下來,重力加速度感應器13可將重力加速度G傳送至運算單元14,運算單元14可依據重力加速度G所包含之X’軸重力加速度Gx、Y’軸重力加速度Gy與Z’軸重力加速度Gz,並利用傾角運算程式141分別計算出第一傾角ρ、第二傾角Ψ與第三傾角θ。傾角運算程式141可具有以下方程式:
接著,運算單元14可依據傾角運算程式141所運算出之第一傾角ρ、第二傾角Ψ與第三傾角θ,並利用座標運算程式142分別運算出動態影像b偏離顯示單元11中心點的偏移位置(OffsetX’,OffsetY’)(標示於第四圖)。座標運算程式142可利用下列方程式運算出動態影像b偏離顯示單元11中心點的偏移位置(OffsetX’,OffsetY’):
由於,藉由上述方程式所運算出之偏移位置(OffsetX’,OffsetY’)係以精度參數P1b為單位的座標刻度,而一般顯示單元11多為一具有像素之液晶螢幕,因此顯示單元11所顯示之模擬畫面111可形成一像素座標系統。故座標運算程式142必須再經由下列方程式之轉換,將偏移位置(OffsetX’,OffsetY’)轉換為適合於顯示單元11顯示之偏移座標(Fx’,Fy’)(標示於第四圖)。其中,假設顯示單元11尺寸大小為高H×寬V,顯示單元11之高H(標示於第四圖)可視為Y’軸,顯示單元11之寬V(標示於第四圖)可視為X’軸。
請參閱第四圖,第四圖係為本發明較佳實施例之模擬畫面示意圖。假設顯示單元11之高H可為640像素,顯示單元之寬V可為480像素,即表示顯示單元11所顯示之模擬畫面111可具有640×480個像素之像素座標系統。其中,模擬畫面111之中心位置O所對應之像素座標為(320,240),而模擬畫面111之原點位置Z位於模擬畫面111之左上角,原點位置Z所對應之之像素座標為(0,0)。
故,藉由座標運算程式142運算出偏移座標(Fx’,Fy’)後,座標運算程式142可傳送出一包含偏移座標(Fx’,Fy’)之偏移座標參數P2至處理單元15,處理單元15可依據偏移座標(Fx’,Fy’)使得顯示單元11模擬出具有動態影像b之模擬畫面111。且動態影像b將於模擬畫面111中由中心位置O沿著移動方向D移動至偏移座標(Fx’,Fy’)。然而為了使動態影像b更加擬真在真實水中移動的氣泡,則必須要考慮動態影像b移動時受到重力加速度G的變化所引起的浮力變化與動態影像b受壓變形的影響。藉以模擬出一阻尼振動,阻尼振動係指使動態影像b沿移動方向D移動至偏移座標(Fx’,Fy’)後,會不斷擺動最終到達到平衡的一個過程。
為了完成上述之阻尼振動,於本發明中僅考慮一般狀況之下,浮力所導致的加速度恆定,然後動態影像b與偏移座標(Fx’,Fy’)之間的距離不斷遞減。同時,假設動態影像b沿移動方向D移動超過偏移座標(Fx’,Fy’)後,則動態影像b與偏移座標(Fx’,Fy’)之間的距離遞減會轉為負值,即沿移動方向D之反方向加速,如此一來,動態影像b就會在偏移座標(Fx’,Fy’)進行反覆來回擺動,於此同時,再對動態影像b的移動速度以等比例遞減,進而使得動態影像b之擺動過程逐漸停止。
另外,為了模擬動態影像b受壓變形的過程,本發明中係依據動態影像b當前之加速度,係依據一線性公式進行等比例的橢圓形壓縮。為了完成上述之阻尼振動,阻尼振動模擬程式143可利用下列方程式,運算出阻尼振動參數P3,並傳送至處理單元15以模擬動態影像b沿移動方向D移動至偏移座標(Fx’,Fy’)後,並不斷擺動最終到達到平衡的一個過程。
首先,依據上述傾角運算程式141所計算出第一傾角ρ與第二傾角Ψ,並可藉由模擬畫面111所形成之像素座標系統之1像素視為1單位長度,且於一般情況之下,重力加速度G可近似於10m/s2 ,故阻尼振動模擬程式143可先藉由下列方程式運算出動態影像b在模擬畫面111中X’軸與Y’軸之像素加速度(PAx’,PAy’),像素加速度(PAx’,PAy’)之單位為像素/s2
PAx '=10*1000*sin(ρ)
PAy '=10*1000*sin(Φ )
接著,阻尼振動模擬程式143會依據上述之像素加速度(PAx’,PAy’)計算出動態影像b速度變化,進而推算出動態影像b的位置變化。其中,(x1’,y1’)為動態影像b目前所在位置,(x2’,y2’)為動態影像b經過時間t後的所在位置,(Vx1’,Vy1’)係為動態影像b目前的移動速度,(Vx2’,Vy2’)係為動態影像b經過時間t後的移動速度。
Vx 2'=Vx 1'+t *PAx '
Vy 2'=Vy 1'+t *PAy '
x 2'=x 1'+t *(Vx 1'+Vx 2')/2
y 2'=y 1'+t *(Vy 1'+Vy 2')/2'
接著,當運算程式141所計算出第一傾角ρ與第二傾角Ψ之變化很小時,可視為電子裝置1已於待測平面F放置穩定,接著像素加速度(PAx’,PAy’)可依據下列方程式模擬出像素加速度(PAx’,PAy’)不斷遞減,且像素加速度(PAx’,PAy’)之遞減程度係依據動態影像b與偏移座標(Fx’,Fy’)逐漸減少而相對減少,直到動態影像b沿移動方向D移動超越偏移座標(Fx’,Fy’)後,則像素加速度(PAx’,PAy’)之遞減則轉為負值,如此一來,當動態影像b沿移動方向D移動超越偏移座標(Fx’,Fy’)後,就會以移動方向D之反方向偏移回偏移座標(Fx’,Fy’)。其中,(PAx”,Pay”)為遞減後的像素加速度。
PAx "=(1-x 1'/Fx ')*PAx '
PAy "=(1-y 1'/Fy ')*PAy '
最後,當像素加速度(PAx’,PAy’)遞減之後,依據能量守恆定律,動態影像b將會在偏移座標(Fx’,Fy’)附近無止境的擺動,因此,必須模擬摩擦力的影響,使得動態影像b得以靜止於偏移座標(Fx’,Fy’)。於本發明中,係藉由阻尼振動模擬程式143不斷根據時間依比例減少動態影像b經過時間t後的移動速度,因此當動態影像b之移動速度小於一預設值之後,且當動態影像b經過偏移座標(Fx’,Fy’)時,阻尼振動模擬程式143會將動態影像b之移動速度設置為0,藉以使得動態影像b停止於偏移座標(Fx’,Fy’)已達到穩定。
請參閱第五圖,為了進一步推廣本發明所揭露之技術,以下將進一步將本發明較佳實施例所揭露之技術彙整為一簡易流程圖,以便在所屬技術領域中具有通常知識者更容易記憶。下列之元件標號,請參閱第二至第四圖。
使電子裝置1進入量測模式並設定精度參數P1b(步驟S100)。
將電子裝置1之貼附平面10放置於待測平面F(步驟S110)。
重力加速度感應器13藉由偵測貼附平面10與參考平面S之第一傾角ρ、第二傾角Ψ與第三傾角θ,形成重力加速度G。(步驟S120)。
傾角運算程式141依據重力加速度G中所包含之X’軸重力加速度Gx、Y’軸重力加速度Gy與Z’軸重力加速度Gz推算出第一傾角ρ、第二傾角Ψ與第三傾角θ(步驟S130)。
座標運算程式142依據第一傾角ρ、第二傾角Ψ、第三傾角θ與精度參數P1b推算出動態影像b之偏移座標(Fx’,Fy’)(步驟S140)。
阻尼振動模擬程式143使動態影像b模擬阻尼振動,之後停止於該偏移座標(步驟S150)。
於本發明所揭露之利用電子裝置量測平面傾角的方法中,係藉由電子裝置對待測平面進行傾角之量測,且於傾角量測完成之後,電子裝置會藉由運算單元與處理單元顯示出習知氣泡水平儀之模擬畫面於顯示單元中,使得操作員得知待測平面之傾角。可避免習知中不同操作員之操作方式與觀察方式所造成之誤差。顯而易見地,藉由本發明例所揭露之利用電子裝置量測平面傾角的方法,不需藉由人為觀察,僅需利用電子裝置,就可以準確且快速地完成待測平面傾角之量測,進而提昇待測平面傾角量測之速度與效率。藉以有效解決以上所述之種種問題。
藉由上述之本發明實施例可知,本發明確具產業上之利用價值。惟以上之實施例說明,僅為本發明之較佳實施例說明,舉凡所屬技術領域中具有通常知識者當可依據本發明之上述實施例說明而作其它種種之改良及變化。然而這些依據本發明實施例所作的種種改良及變化,當仍屬於本發明之發明精神及界定之專利範圍內。
1...電子裝置
10...貼附平面
11...顯示單元
111...模擬畫面
12...輸入單元
13...重力加速度感應器
14...運算單元
141...傾角運算程式
142...座標運算程式
143...阻尼振動模擬程式
15...處理單元
F...待測平面
S...參考平面
b...動態影像
P1a...模式選擇參數
P1b...精度參數
P2...偏移座標參數
P3...阻尼振動參數
ρ...第一傾角
Ψ...第二傾角
θ...第三傾角
(OffsetX’,OffsetY’)...偏移位置
(Fx’,Fy’)...偏移座標
V...寬
H...高
O...中心位置
Z...原點位置
第一圖係為本發明較佳實施例之電子裝置之外觀示意圖;
第二圖係為本發明較佳實施例之電子裝置之功能方塊示意圖;
第三A圖至第三D圖係為本發明較佳實施例之操作示意圖;
第四圖係為本發明較佳實施例之模擬畫面示意圖;以及
第五圖係為本發明較佳實施例之流程圖。
S100-S150...本發明較佳實施例之流程圖

Claims (7)

  1. 一種利用電子裝置量測平面傾角的方法,係利用一電子裝置與一垂直於重力方向之參考平面進行量測,該參考平面係延伸一X軸與一Y軸,該電子裝置係具有一重力加速度感應器、一顯示單元與一貼附平面,該貼附平面係延伸一X’軸與一Y’軸,該利用電子裝置量測平面傾角的方法係包含下列步驟:(a)使該電子裝置進入一量測模式並預設一精度參數;(b)將該貼附平面放置於一待測平面;(c)該重力加速度感應器偵測該貼附平面之X’軸與該參考平面之X軸之夾角,以作為一第一傾角;(d)依據該精度參數與該第一傾角運算一偏移座標;以及(e)於該顯示單元中顯示一模擬畫面,該模擬畫面包含一動態影像,該動態影像位於該偏移座標。
  2. 如申請專利範圍第1項之利用電子裝置量測水平面的方法,其中該Y軸與該Y’軸不重合時,該步驟(c)更包含一步驟(c1),係偵測該貼附平面之Y’軸與該參考平面之Y軸之夾角,以作為一第二傾角。
  3. 如申請專利範圍第2項之利用電子裝置量測水平面的方法,其中該步驟(d)更包含一步驟(d1),係依據該精度參數、該第一傾角與該第二傾角運算該偏移座標。
  4. 如申請專利範圍第1項之利用電子裝置量測水平面的方法,其中該步驟(e)更包含一步驟(e0),該模擬畫面係具有一 像素座標系統,該偏移座標係位於該像素座標系統。
  5. 如申請專利範圍第1項之利用電子裝置量測水平面的方法,其中該步驟(e)更包含一步驟(e1),該動態影像係模擬一阻尼振動,之後停止於該偏移座標。
  6. 如申請專利範圍第1項之利用電子裝置量測水平面的方法,其中該步驟(a)中,該電子裝置係為一行動通訊裝置、一多媒體播放裝置、一個人數位助理與一平板電腦中之一者。
  7. 如申請專利範圍第1項之利用電子裝置量測水平面的方法,其中該步驟(e)中,該動態影像係為一氣泡影像。
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