TWI641857B - 電子裝置以及定位方法 - Google Patents

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TWI641857B TW107104802A TW107104802A TWI641857B TW I641857 B TWI641857 B TW I641857B TW 107104802 A TW107104802 A TW 107104802A TW 107104802 A TW107104802 A TW 107104802A TW I641857 B TWI641857 B TW I641857B
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Abstract

本發明提出一種電子裝置包括收音器以及處理器。收音器用以接收設置在固定裝置上的發音器提供的聲音信號。處理器耦接收音器。當處理器依據影像來判斷遮蔽物阻擋在電子裝置與固定裝置之間時，處理器依據電子裝置的先前移動資訊以及先前位置來估測電子裝置在當前時刻的虛擬位置。虛擬位置經由遮蔽物的邊界位置到固定裝置之間具有最短路徑。處理器依據收音器接收的聲音信號以及邊界位置來取得電子裝置與邊界位置之間的第一相對距離。處理器依據聲音信號以及第一相對距離來計算電子裝置在當前時刻相對於固定裝置的相對速度以及相對加速度。另外，一種定位方法亦被提出。

Description

電子裝置以及定位方法
本發明是有關於一種定位技術，且特別是有關於一種電子裝置以及定位方法。
在定位技術領域中，一般的光學技術的影像定位方式以及一般的聲學技術的聲音定位方式已普遍應用於當前的各種可攜帶式電子裝置的相關應用操作。例如，在虛擬實境的應用中，使用者攜帶著虛擬實境裝置在特定空間中進行虛擬實境操作，並且虛擬實境裝置需取得自身相對於遠端的固定主機的定位資訊，以配合虛擬實境應用程式的運作。然而，在一般情況下，當虛擬實境裝置與遠端的固定主機之間存在遮蔽物時，若虛擬實境裝置使用影像定位方式，則無法有效判斷被遮蔽的遠端的固定主機的位置。若虛擬實境裝置使用聲音定位方式，則因為聲音信號的傳遞路徑改變，導致產生定位判斷的誤差。因此，單獨使用影像或聲音的定位方式都無法有效地取得正確的定位資訊。有鑑於此，以 下提出幾個範例實施例的解決方案。
本發明提供一種電子裝置以及定位方法，可有效取得電子裝置與固定裝置之間的相對距離，並且可準確判斷電子裝置相對於固定裝置的相對速度與相對加速度。
本發明的電子裝置包括收音器以及處理器。收音器用以接收設置在固定裝置上的發音器提供的聲音信號。處理器耦接收音器。當處理器依據影像來判斷遮蔽物阻擋在電子裝置與固定裝置之間時，處理器依據電子裝置的先前移動資訊以及先前位置來估測電子裝置在當前時刻的虛擬位置。虛擬位置經由遮蔽物的邊界位置到固定裝置之間具有最短路徑。處理器依據收音器接收的聲音信號以及邊界位置來取得電子裝置與邊界位置之間的第一相對距離。處理器依據聲音信號以及第一相對距離來計算電子裝置在當前時刻相對於固定裝置的相對速度以及相對加速度。
本發明的定位方法適於電子裝置。所述定位方法包括以下步驟。藉由電子裝置的收音器接收設置在固定裝置上的發音器提供的聲音信號。當依據影像來判斷遮蔽物阻擋在電子裝置與固定裝置之間時，依據電子裝置的先前移動資訊以及先前位置來估測電子裝置在當前時刻的虛擬位置，其中虛擬位置經由遮蔽物的邊界位置到固定裝置之間具有最短路徑。依據收音器接收的聲音信號以及邊界位置來取得電子裝置與邊界位置之間的第一相對距 離。依據聲音信號以及第一相對距離來計算電子裝置在當前時刻相對於固定裝置的相對速度以及相對加速度。
基於上述，本發明的電子裝置以及定位方法可分析影像以有效判斷是否存在遮蔽物阻擋在電子裝置以及固定裝置之間。並且，當遮蔽物阻擋在電子裝置以及固定裝置之間時，本發明的電子裝置以及定位方法仍可透過分析聲音信號以及來有效地取得電子裝置相對於固定裝置的相對速度以及相對加速度。
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。
30‧‧‧遮蔽物
100、300‧‧‧電子裝置
110、310‧‧‧處理器
120、320_1、320_2、320_N‧‧‧收音器
200、400‧‧‧固定裝置
210、410‧‧‧發音器
A(t)、A’(t)、A(t-1)、IP(t)‧‧‧位置
S1‧‧‧牆面
X、Y、Z‧‧‧座標軸
S510、S511(1)~S514(1)、S511(N)~S514(N)、S520、S521、S522、S523、S530、S540、S610~S640‧‧‧步驟
圖1繪示本發明的一實施例的電子裝置以及固定裝置的方塊圖。
圖2繪示本發明的一實施例的電子裝置以及固定裝置的情境示意圖。
圖3繪示本發明的另一實施例的電子裝置以及固定裝置的方塊圖。
圖4繪示本發明的一實施例的定位方法的流程圖。
圖5繪示本發明的另一實施例的定位方法的流程圖。
為了使本發明之內容可以被更容易明瞭，以下提出多個實施例來說明本發明，然而本發明不僅限於所例示的多個實施例。又實施例之間也允許有適當的結合。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繪示本發明的一實施例的電子裝置以及固定裝置的方塊圖。參考圖1，電子裝置100包括處理器110以及收音器120。處理器110耦接收音器120。固定裝置200包括發音器210。在本實施例中，收音器120用以接收設置在固定裝置200上的發音器210提供的聲音信號。處理器110可分析聲音信號來判斷電子裝置100相對於固定裝置200的相對距離、相對速度以及相對加速度。在本實施例中，處理器110可依據飛行時間定位法(Time Of Flight,TOF)、飛行時間差法(Time Difference Of Flight,TDOF)、到達時間定位法(Time Of Arrival,TOA)或到達時間差定位法(Time Difference Of Arrival,TDOA)來分析發音器210提供的聲音信號，以計算相對距離。在本實施例中，處理器110可依據都卜勒效應(Doppler effect)來分析發音器210提供的聲音信號，以計算電子裝置100相對於固定裝置200的相對速度以及相對加速度。
在本實施例中，電子裝置100可例如攜帶式虛擬實境(Virtual Reality,VR)顯示裝置、行動裝置(Mobile device)、智慧型手錶(Smart watch)等諸如此類的可攜帶式裝置或可移動式裝置，本發明並不加以限制。在本實施例中，處理器110可例如是中央處 理器(Central Processing Unit,CPU)、微處理器(Microprocessor)、數位信號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、系統單晶片(System on Chip,SoC)或其他類似元件或上述元件的組合。處理器110可執行本發明各實施例所述的分析以及運算功能，並且可耦接記憶體以記錄相關參數以及資訊。在一實施例中，電子裝置100與固定裝置200例如為虛擬實境系統，固定裝置200為遠端主機。固定裝置200可與電子裝置100進行資料交換，並且電子裝置100以固定裝置200的位置為基準來進行定位。
圖2繪示本發明的一實施例的電子裝置以及固定裝置的情境示意圖。參考圖1以及圖2，電子裝置100、固定裝置200以及障礙物30位於同一空間中。固定裝置200例如設置在平行於X座標軸以及Z座標軸所形成的牆面S1上，電子裝置100可在X座標軸、Y座標軸以及Z座標軸上任意移動。在本實施例中，電子裝置100在前一時刻(t-1)位於位置A(t-1)，並且電子裝置100的收音器120與固定裝置200的發音器210之間並未被障礙物阻擋。符號“t”為時間參數，單位例如是秒(sec)。在本實施例中，電子裝置100的處理器110可分析由發音器210提供的聲音信號，來判斷電子裝置100在前一時刻(t-1)相對於固定裝置200的相對距離(r(t-1))、相對速度(v(t-1))以及相對加速度(a(t-1))。
在本實施例中，處理器110將依據發音器210提供的聲 音信號以及遮蔽物30的邊界位置IP(t)來取得在當前時刻(t)的收音器120與邊界位置IP(t)之間的第一相對距離(r(t))。需先說明的是，在本實施例中，固定裝置200可進一步設置有攝影機。攝影機用以擷取電子裝置100以及周圍環境的影像，並且將影像傳輸至電子裝置100的處理器110，但本發明並不限於此。在一實施例中，攝影機也可以是設置在電子裝置100上。攝影機用以擷取固定裝置200以及周圍環境的影像，並且將影像提供至處理器110。
在本實施例中，處理器110依據影像來判斷遮蔽物30是否阻擋在收音器120與發音器210之間。當處理器110判斷遮蔽物30阻擋在收音器120與發音器210之間時，處理器110依據電子裝置100的前一時刻(t-1)的先前移動資訊以及先前位置來估測電子裝置100在當前時刻(t)的虛擬位置A’(t)。在本實施例中，先前移動資訊是指上述的電子裝置100在前一時刻(t-1)位於位置A(t-1)時所相對於固定裝置200的先前位置、先前相對距離(r(t-1))、先前相對速度(v(t-1))以及先前相對加速度(a(t-1))。也就是說，在當前時刻(t)下，由於遮蔽物30的關係，處理器110無法準確判斷電子裝置100在當前時刻(t)的位置，因此以前一時刻(t-1)的先前移動資訊以及先前位置來推測出電子裝置100在當前時刻(t)可能所在的位置作為虛擬位置A’(t)。
在本實施例中，處理器110先分析影像，以判斷遮蔽物30的形狀外觀，並且定義遮蔽物30的邊界各點座標。在本實施例中，處理器110決定遮蔽物30的邊界位置IP(t)，其中虛擬位置A’(t) 經由遮蔽物30的邊界位置IP(t)到發音器210之間具有最短路徑。接著，處理器110分析聲音信號以決定發音器210與收音器120之間的第二相對距離。在本實施例中，處理器110將邊界位置IP(t)作為虛擬聲源，以對第二相對距離進行虛擬聲源修正。處理器110依據第二相對距離以及發音器210至邊界位置IP(t)的第三相對距離(rp(t))，取得第一相對距離(r(t))。最後，處理器110依據發音器210提供的聲音信號以及第一相對距離(r(t))來計算電子裝置100在位置A(t)的相對速度以及相對加速度。
然而，在一實施例中，電子裝置100可進一步包括至少另一收音器，並且處理器110可取得至少另一收音器與邊界位置IP(t)之間的至少另一第一相對距離。處理器110依據聲音信號以及至少另一第一相對距離來計算至少另一相對速度以及至少另一相對加速度。也就是說，由於這些收音器可設置於電子裝置100上的不同位置(具有不同座標)，處理器110可依據這些收音器提供的這些第一相對距離、這些相對速度以及這些相對加速度來進行三角關係轉換的運算，以取得電子裝置100的當前位置A(t)的座標資訊。
換句話說，即使障礙物30阻擋在電子裝置100與固定裝置200之間，本實施例的電子裝置100仍可有效地取得電子裝置100的位置資訊，並且可準確地判斷電子裝置100在當前時刻相對於固定裝置200的相對速度以及相對加速度。值得注意的是，上述的位置A(t-1)、位置A(t)、虛擬位置A’(t)以及邊界位置IP(t)可 依據收音器的數量來決定由一維、二維或三維的座標參數來表示之。
圖3繪示本發明的另一實施例的電子裝置以及固定裝置的方塊圖。圖4繪示本發明的一實施例的定位方法的流程圖。參考圖3以及圖4。參考圖3以及圖4，圖4的定位方法可適用於圖3的電子裝置300以及固定裝置400。在本實施例中，電子裝置300包括處理器310以及多個收音器320_1、320_2~320_N，其中N為大於1的正整數。固定裝置400包括發音器410。在本實施例中，這些收音器320_1、320_2~320_N設置在電子裝置300的裝置本體的多個不同位置，並且這些收音器320_1、320_2~320_N接收固定裝置400的發音器410發射的聲音信號。在本實施例中，處理器310各別分析這些收音器320_1、320_2~320_N的信號接收情況，以取得多個相對距離、多個相對速度以及多個相對加速度。
在步驟S510中，處理器310對這些收音器320_1、320_2~320_N接收的聲音信號進行各別分析，以取得這些收音器320_1、320_2~320_N各別對應於固定裝置400的相對距離、相對速度以及相對加速度。詳細來說，在步驟S511(1)中，收音器320_1接收發音器410發射的聲音信號。在步驟S512(1)中，處理器310分析收音器320_1所接收的聲音信號，並且計算收音器320_1與固定裝置400(或發音器410)之間的相對距離、相對速度以及相對加速度。在步驟S513(1)中，處理器310對上述計算對應於收音器320_1的相對距離進行虛擬聲源修正(如同於圖2實施例所述之對 於第二相對距離(rp(t)+r(t))進行修正)。在步驟S514(1)中，處理器310可進一步對上述對應於收音器320_1的修正後的相對距離、相對速度以及相對加速度進行自適應濾波(Adaptive Filter)操作，以優化上述對應於收音器320_1的修正後的相對距離、相對速度以及相對加速度。
在本實施例中，步驟S511(N)~S514(N)同理於上述步驟S511(1)~S514(1)。在步驟S511(N)~S514(N)中，處理器310同時分析收音器320_N接收發音器410發射的聲音信號，並且計算收音器320_N與固定裝置400(或發音器410)之間的相對距離、相對速度以及相對加速度。並且，處理器310對上述計算關於收音器320_N的相對距離進行虛擬聲源修正，以及對上述關於收音器320_N的修正後的相對距離、相對速度以及相對加速度進行自適應濾波操作。
須說明的是，由於這些收音器320_1、320_2~320_N設置於電子裝置300的裝置本體上的多個不同位置，這些收音器320_1、320_2~320_N分別具有不同的座標。因此，對應於這些收音器320_1、320_2~320_N的這些相對距離、這些相對速度以及這些相對加速度之間具有差異。因此，在步驟S530中，處理器310可將對應於這些收音器320_1、320_2~320_N的這些第一相對距離、這些該相對速度以及這些相對加速度進行三角關係轉換，以計算電子裝置300的當前位置的座標資訊。
此外，在步驟S520中，處理器310分析影像，並且定義 虛擬聲源的位置的座標資訊。處理器310將虛擬聲源的位置資訊提供至處理器310。在本實施例中，步驟S510以及步驟S520為同時執行，但本發明並不限於此。詳細而言，在步驟S521中，處理器310接收影像資料。在步驟S522中，處理器310判斷是否存在遮蔽物阻擋在這些收音器320_1、320_2~320_N與固定裝置400(發音器410)之間。在步驟S523中，當處理器310判斷存在一個遮蔽物阻擋在這些收音器320_1、320_2~320_N與固定裝置400(發音器410)之間時，處理器310判斷電子裝置300經由遮蔽物的邊界位置至固定裝置400的最短路徑，以決定在遮蔽物的邊界位置的虛擬聲源的座標資訊。接著，處理器310依據虛擬聲源的座標資訊來修正上述的相對距離(步驟S514(1)~步驟S514(N))。
在步驟S530中，處理器310整合這些收音器320_1、320_2~320_N的修正後的相對距離、相對速度以及相對加速度來進行三角關係轉換，以取得電子裝置300的當前位置的座標資訊。並且，在步驟S540中，處理器310可依據當前位置的座標資訊、相對速度以及相對加速度來預估電子裝置300在下一時刻的位置。因此，當遮蔽物阻擋在電子裝置300以及固定裝置400之間時，本實施例的電子裝置300以及定位方法仍可有效地取得電子裝置300相對於固定裝置的相對距離、相對速度以及相對加速度，並且可準確地判斷電子裝置300的當前位置的座標資訊。
另外，關於本實施例的電子裝置300的其他裝置特徵以及技術細節可依據上述圖1以及圖2實施例的說明而獲致足夠的 教示、建議以及實施說明，因此不再贅述。
圖5繪示本發明的另一實施例的定位方法的流程圖。參考圖1以及圖5，本實施例的可適用於圖1的電子裝置100。在步驟S610中，處理器110藉由電子裝置100的收音器120接收設置在固定裝置200上的發音器210提供的聲音信號。在步驟S620中，當依據影像來判斷遮蔽物阻擋在電子裝置100與固定裝置200之間時，處理器110依據電子裝置100的先前移動資訊以及先前位置來估測電子裝置100在當前時刻的虛擬位置，其中虛擬位置經由遮蔽物的邊界位置到固定裝置之間具有最短路徑。在步驟S630中，處理器110依據收音器110接收的聲音信號以及邊界位置來取得電子裝置100與邊界位置之間的第一相對距離。在步驟S640中，處理器110依據聲音信號以及第一相對距離來計算電子裝置100在當前時刻相對於固定裝置200的相對速度以及相對加速度。因此，本實施例的定位方法可有效取得電子裝置100與固定裝置200之間的相對距離，並且可準確判斷電子裝置100相對於固定裝置200的相對速度與相對加速度。
另外，關於本實施例的電子裝置100的其他裝置特徵以及技術細節可依據上述圖1至圖4實施例的說明而獲致足夠的教示、建議以及實施說明，因此不再贅述。
綜上所述，本發明的電子裝置以及定位方法藉由分析影像內容來判斷電子裝置以及固定裝置之間是否存在障礙物。當遮蔽物阻擋在電子裝置以及固定裝置之間時，本發明的電子裝置以 及定位方法可有效修正電子裝置以及固定裝置之間的相對距離、相對速度以及相對加速度。並且，本發明的電子裝置以及定位方法可整合電子裝置的多個收音器的聲音接收結果來經由三角運算以取得電子裝置的位置資訊。
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。

Claims (10)

  1. 一種電子裝置，包括： 一收音器，用以接收設置在一固定裝置上的一發音器提供的一聲音信號；以及 一處理器，耦接該收音器，當該處理器依據一影像來判斷一遮蔽物阻擋在該電子裝置與該固定裝置之間時，該處理器依據該電子裝置的一先前移動資訊以及一先前位置來估測該電子裝置在當前時刻的一虛擬位置， 其中該虛擬位置經由該遮蔽物的一邊界位置到該固定裝置之間具有一最短路徑，該處理器依據該收音器接收的該聲音信號以及該邊界位置來取得該電子裝置與該邊界位置之間的一第一相對距離，並且該處理器依據該聲音信號以及該第一相對距離來計算該電子裝置在當前時刻相對於該固定裝置的一相對速度以及一相對加速度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該處理器將該邊界位置作為一虛擬聲源，該處理器分析該聲音信號，以決定該固定裝置至該電子裝置的一第二相對距離，並且將該第二相對距離相減於該固定裝置至該邊界位置的一第三相對距離，以取得該第一相對距離。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該處理器對該收音器的該第一相對距離、該相對速度以及該相對加速度執行一自適應濾波操作，以優化該第一相對距離、該相對速度以及該相對加速度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，更包括： 至少另一收音器，耦接該處理器， 其中該處理器依據該另一收音器接收的該聲音信號以及該邊界位置來取得該電子裝置與該邊界位置之間的一另一第一相對距離，並且該處理器依據該聲音信號以及該至少另一第一相對距離來計算該電子裝置在當前時刻相對於該固定裝置的至少另一相對速度以及至少另一相對加速度， 其中該處理器將該些第一相對距離、該些該相對速度以及該些相對加速度進行三角關係轉換，以計算該電子裝置的一當前位置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中一攝影機設置於該電子裝置或該固定裝置上，並且該攝影機用以擷取該影像，並提供該影像至該處理器。
  6. 一種定位方法，適於一電子裝置，包括： 藉由該電子裝置的一收音器接收設置在一固定裝置上的一發音器提供的一聲音信號； 當依據一影像來判斷一遮蔽物阻擋在該電子裝置與該固定裝置之間時，依據該電子裝置的一先前移動資訊以及一先前位置來估測該電子裝置在當前時刻的一虛擬位置，其中該虛擬位置經由該遮蔽物的一邊界位置到該固定裝置之間具有一最短路徑； 依據該收音器接收的該聲音信號以及該邊界位置來取得該電子裝置與該邊界位置之間的一第一相對距離；以及 依據該聲音信號以及該第一相對距離來計算該電子裝置在當前時刻相對於該固定裝置的一相對速度以及一相對加速度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的定位方法，其中該處理器將該邊界位置作為一虛擬聲源，並且依據該收音器接收的該聲音信號以及該邊界位置來取得該電子裝置與該邊界位置之間的一第一相對距離的步驟包括： 分析該聲音信號，以決定該固定裝置至該電子裝置的一第二相對距離；以及 將該第二相對距離相減於該固定裝置至該邊界位置的一第三相對距離，以取得該第一相對距離。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的定位方法，更包括： 對該收音器的該第一相對距離、該相對速度以及該相對加速度執行一自適應濾波操作，以優化該第一相對距離、該相對速度以及該相對加速度。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的定位方法，更包括： 依據該另一收音器接收的該聲音信號以及該邊界位置來取得該電子裝置與該邊界位置之間的一另一第一相對距離； 依據該聲音信號以及該至少另一第一相對距離來計算該電子裝置在當前時刻相對於該固定裝置的至少另一相對速度以及至少另一相對加速度；以及 將該些第一相對距離、該些該相對速度以及該些相對加速度進行三角關係轉換，以計算該電子裝置的一當前位置。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的定位方法，其中一攝影機設置於該電子裝置或該固定裝置上，並且該攝影機用以擷取該影像，並提供該影像至該處理器。
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