TWI647595B - 人體姿勢偵測系統、穿戴裝置以及方法 - Google Patents

人體姿勢偵測系統、穿戴裝置以及方法 Download PDF

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Abstract

一種人體姿勢偵測系統，包含慣性偵測單元、至少二超音波收發器以及處理器。慣性偵測單元用以感測人體的第一部份的方向向量。該些超音波收發器分別設置於第一部份以及人體的第二部份。處理器用以根據方向向量產生第一部份的候選姿勢範圍，處理器並用以根據傳遞於該些超音波收發器之間的超音波測量第一以及第二部份之間的距離，處理器更用以根據該距離自候選姿勢範圍當中決定第一部份的當前姿勢。

Description

人體姿勢偵測系統、穿戴裝置以及方法
本案涉及一種偵測系統、穿戴裝置以及方法，尤為一種人體姿勢偵測系統、人體姿勢偵測穿戴裝置以及人體姿勢偵測方法。
目前可透過多種方式偵測人體姿勢的資訊，其中一種方式是透過設置有複數慣性偵測單元(IMUs)的系統來進行偵測。然而，由於慣性偵測單元係透過重力作為參照進行偵測，是故，利用複數慣性偵測單元以進行偵測的人體姿勢偵測服裝的準確率將很容易受到建築物結構當中的鋼筋所產生的磁場影響。當此種人體位置偵測服裝運作於室內空間當中時，其準確率將大幅地降低。
顯然地，目前的人體姿勢偵測系統所能應用的地點相當受限。因此，此種人體位置偵測方式亟待加以改良。
為了解決上述問題，本案提供一種人體姿勢偵測系統、人體姿勢偵測穿戴裝置以及人體姿勢偵測方法。
本案的一實施態樣係涉及一種人體姿勢偵測系統。該人體姿勢偵測系統包含一慣性偵測單元、一超音波模組以及一處理器。該慣性偵測單元設置於一人體的一第一部份，其係用以感測該第一部份的一方向向量。該超音波模組包含設置於該第一部份的一第一超音波收發器以及設置於該人體的一第二部份的一第二超音波收發器。該處理器通訊耦接於該慣性偵測單元以及該超音波模組。該處理器用以根據該慣性偵測單元感測的該方向向量產生對應該第一部份的一候選姿勢範圍，該處理器並用以根據傳遞於該第一超音波收發器以及該第二超音波收發器之間的一超音波測量該第一部份以及該第二部份之間的一距離，該處理器更用以根據透過該超音波測量的該距離以自該候選姿勢範圍當中決定該第一部份的一當前姿勢。
本案的另一實施態樣係涉及一種人體姿勢偵測穿戴裝置。該人體姿勢偵測穿戴裝置包含一軀幹容置部、複數肢體容置部、複數慣性偵測單元、複數超音波收發器以及一處理器。該些肢體容置部耦接於該軀幹容置部。該些慣性偵測單元分別設置於該軀幹容置部以及該些肢體容置部。該些慣性偵測單元用以感測該軀幹容置部以及該些肢體容置部的複數方向向量。該些超音波收發器設置於該肢體容置部上的複數參照點。該些超音波收發器用以分別發送複數超音波並接收該些超音波。該些超音波收發器各自更用以根據其接收的該些超音波的複數飛行時間，測量該些參照點之間的複數距離。該處理器通訊耦接於該些慣性偵測單元以及該些超音波收發器。該處理 器用以接收該些方向向量以及該些距離，該處理器更用以根據該些方向向量以及該些距離產生該些肢體容置部與該軀幹容置部的一當前姿勢。
本案的另一實施態樣係涉及一種人體姿勢偵測方法。該人體姿勢偵測方法係應用於一人體。所述人體姿勢偵測方法包含下列步驟：透過一慣性偵測單元感測該人體的一第一部份的一方向向量；透過一處理器根據傳遞於一第一超音波收發器以及一第二超音波收發器之間的一超音波測量該第一部份以及該人體的一第二部份之間的一距離，其中該第一超音波收發器設置於該第一部份而該第二超音波收發器設置於該第二部份；透過該處理器根據該慣性偵測單元感測的該方向向量產生對應該第一部份的一候選姿勢範圍；以及透過該處理器根據該超音波模組測量的該距離自該候選姿勢範圍當中決定該第一部份的一當前姿勢。
應注意的是，前述的發明內容以及後述的實施方式皆僅係舉例說明，其主要目的係為詳細地解釋本案申請專利範圍當中的內容。
100‧‧‧人體姿勢偵測系統
101‧‧‧慣性偵測單元
102a‧‧‧第一超音波收發器
102b‧‧‧第二超音波收發器
103‧‧‧處理器
J1、J2‧‧‧關節
OV1、OV2、OV3‧‧‧方向向量
CGR‧‧‧候選姿勢範圍
θ1‧‧‧夾角
CG1‧‧‧第一當前姿勢
CG2‧‧‧第二當前姿勢
CG3‧‧‧第三當前姿勢
DST1‧‧‧第一距離
DST2‧‧‧第二距離
DST3‧‧‧第三距離
200‧‧‧人體姿勢偵測服裝
HG‧‧‧頭部裝備
TFC‧‧‧軀幹容置部
LFC1、LFC2、LFC3、LFC4‧‧‧肢體容置部
201a~201f‧‧‧慣性偵測單元
202a~202h‧‧‧超音波收發器
203‧‧‧處理器
204‧‧‧顯示螢幕
700‧‧‧人體姿勢偵測方法
S701~S707‧‧‧步驟流程
800‧‧‧使用者
A800‧‧‧虛擬人物
參照後續段落中的實施方式以及下列圖式，當可更佳地理解本案的內容：第1圖為根據本案一實施例繪示的人體姿勢偵測系統之示意圖；第2圖為根據本案一實施例繪示的人體姿勢偵測系統之示意圖；第3A圖為根據本案一實施例繪示的候選姿勢範圍之示意圖；第3B圖為根據本案第3A圖之實施例繪示的人體姿勢偵測系統之示意圖；第3C圖為根據本案第3A圖之實施例繪示的人體姿勢偵測系統之示意圖；第3D圖為根據本案第3A圖之實施例繪示的人體姿勢偵測系統之示意圖；第4A圖為根據本案一實施例繪示的人體姿勢偵測服裝之示意圖；第4B圖為根據本案一實施例繪示的人體姿勢偵測服裝之示意圖；第5圖為根據本案第4A圖以及第4B圖之實施例繪示的人體姿勢偵測服裝之示意圖；第6圖為根據本案第4A圖之實施例繪示的虛擬人物之示意圖；以及第7圖為本案一實施例的人體姿勢偵測方法之步驟流程圖。
以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本案之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本案之實施例 後，當可由本案所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本案之精神與範圍。
本文之用語只為描述特定實施例，而無意為本案之限制。單數形式如“一”、“這”、“此”、“本”以及“該”，如本文所用，同樣也包含複數形式。
關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本案，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。
關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件或裝置相互直接作實體接觸，或是相互間接作實體接觸，亦可指二或多個元件或裝置相互操作或動作。
關於本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。
關於本文中所使用之『及/或』，係包括所述事物的任一或全部組合。
關於本文中所使用之方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本案。
關於本文中所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在本案之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本案之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本案之描述上額外的引導。
第1圖為根據本案一實施例繪示的人體姿勢偵測系統之示意圖。在本實施例中，此人體姿勢偵測系統100可設置於一使用者身體上的若干部份，特別是肢體部份。該人體姿勢偵測系統100包含一慣性偵測單元101、一第一超音波收發器102a、一第二超音波收發器102b以及一處理器103。該慣性偵測單元101、該第一超音波收發器102a以及該第二超音波收發器102b皆透過一網路與該處理器103通訊耦接，例如Wi-Fi或藍芽網路等等，上述構件可藉此與該處理器103進行資訊交換。在一些實施例中，該慣性偵測單元101、該第一超音波收發器102a、該第二超音波收發器102b以及該處理器103彼此之間皆透過一網路進行通訊耦接，藉此，上述的各構件彼此之間皆可進行資訊交換。
在本實施例中，設置於該使用者手臂的一末端的該慣性偵測單元101係為一種結合了包含三軸加速計以及三軸陀螺儀的一感應電路。該三軸加速計係用以偵測該手臂的該末端的線性加速度，而該三軸陀螺儀係用以偵測該手臂的該末端的角速度。該慣性偵測單元101可於使用者的手臂移動時偵測一方向向量。設置於該使用者手臂上的一第一參照點的該第一超音波收發器102a係用以發送一第一超音波並用以接收自其他超音波音源傳來的超音波。設置於該使用者軀幹上的一第二參照點的該第二超音波收發器102b係用以發送一第二超音波並用以接收自其他超音波音源傳來的超音波。在本實施例中，該第一超音波以及第二超音波皆為獨特且彼此不同的超音波(例如，該第一超音波以及第二超音波各自為透過相異頻率、 相異振幅或相異波形發送的超音波)，藉此，該第一超音波收發器以及該第二超音波收發器能夠辨別此二種超音波的發送源。在另一實施例中，該第一超音波以及第二超音波係為分時訊號，亦即此兩超音波訊號雖具有相似的格式(例如，頻率、振幅或波形)，但卻是分別在不同的時間週期當中產生的。藉此，該些超音波收發器能夠根據接收此二種超音波的時間週期來辨別此二種超音波的發送源。
在一實施例中，該第一參照點以及該第二參照點係分別設置於人體上的不同部份，在如第1圖所示的本實施例中，該第一參照點係位於人體上的前臂部份，而該第一參照點係位於人體上的胸口部份。一般狀況下，在人體表現某種手勢或姿勢時，該前臂部份相對於該胸口部份係為可動的。在本實施例中，該人體姿勢偵測系統100可偵測此兩部份間的一關聯性，進而辨識人體所表現的手勢或姿勢。
在本實施例中，該處理器103可包含但不限於單一處理單元或複數微處理器的集合體，該單一處理單元或該集合體透過匯流排電性耦接於內部或外部記憶體。該內部或外部記憶體包含揮發性或非揮發性的記憶體。該處理器103係用以自該內部或外部記憶體存取一指令集，並執行該指令集，以進一步根據該指令集進行預設的程序。該處理器103可設置於該使用者的身體部份上，或是設置於能夠與該慣性偵測單元101、該第一超音波收發器102a以及該第二超音波收發器102b進行通訊的範圍內。在一些實施例中，該處理器103係為一行動裝置或電腦的內部中央處理器。只要該處理器103可與上述 構件進行資訊交換，該處理器103可根據該指令集進行預設的程序。
在本實施例中，該慣性偵測單元101係設置於該使用者手臂上的一特殊點(例如手臂的中心點或端點)，舉例來說，其可設置於該使用者的手掌上或是由該使用者握持。該第一超音波收發器102a係設置於該使用者前臂上的該第一參照點，而該第二超音波收發器102b所設置的該第二參照點大致上係設置於使用者的胸口部份。因應人體運動時的運動學限制(kinematic constraint)，該第一超音波收發器102a以及該第二超音波收發器102b的設置位置在不同使用者身上可能有些微不同。應注意的是，該第一超音波收發器102a以及該第二超音波收發器102b的設置位置係用以準確地偵測該第一參照點以及該第二參照點之間的相對距離，是故，領域中人可以因應需求調整該些超音波收發器設置於該使用者的手臂以及軀幹上的位置，以使其間傳遞的超音波較不受遮蔽。
在本實施例中，如前所述，該第一超音波收發器102a以及該第二超音波收發器102b皆與該處理器103通訊耦接。在本實施例中，當該第一超音波收發器102a發送該第一超音波，該第一超音波經由空氣傳遞，並於一時間長度後由該第二超音波收發器102b所接收。根據該第一超音波由該第一超音波收發器102a傳遞至該第二超音波收發器102b的該時間長度，該處理器103可測量該第二超音波收發器102b與該第一超音波收發器102a之間的一相對距離。
在一實施例中，該處理器103包含一計時電路。 當該處理器103觸發該第一超音波收發器102a發送該第一超音波時，該處理器103啟動該計時電路以對該第一超音波的飛行時間進行計時。當該第二超音波收發器102b接收該第一超音波後，該第二超音波收發器102b將通知該處理器103其已接收該第一超音波，而該處理器103停止該計時電路的計時。而該第一超音波的該飛行時間係由該計時電路累積計算而得。根據該飛行時間，該處理器103可獲取該使用者前臂以及該使用者胸口之間的該相對距離。當該飛行時間越長，該處理器103判斷的該相對距離越遠，當該飛行時間越短，該處理器103判斷的該相對距離越近。在上述實施例中，該處理器103係對該第一超音波收發器102a以及該第二超音波收發器102b進行同步以計算該飛行時間，然而，本案並不限制於僅能透過上述方式實施。在另一實施例中，在該些超音波收發器上可設置有無線電射頻收發器或是光訊號收發器等等以進行同步程序。
在本實施例中，如前所述，該處理器103通訊耦接於上述感測器，並用以自記憶體存取該指令集以執行以下程序。該處理器103可獲取該方向向量以及該相對距離。該方向向量可用以追蹤該第一參照點相對於重力方向的一位置。該處理器103可根據該第一參照點的該位置產生關於該使用者前臂的一候選姿勢範圍。應注意的是，該候選姿勢範圍係為包含該使用者前臂的複數潛在可能位置的一資料集。是故，為了進一步縮小此潛在可能位置的範圍，該處理器103需要更多的資訊。在某些例子中，該處理器103可以獲取使用者的關節J1以及關節J2的運動學限制，或是使用者手臂的長度等等資訊，根 據這些資訊，該處理器103可自該候選姿勢範圍當中排除某些候選姿勢。然而，由於人類肢體上的關節可以沿複數軸向轉動以表現許多複雜的手勢，該處理器103僅能縮小該候選姿勢範圍至一特定範圍當中。
在本實施例中，該相對距離可用以追蹤該第一參照點以及該第二參照點之間的遠近程度。當該處理器103確認該些參照點之間的距離之後，該處理器103即可再進一步地將該候選姿勢範圍縮小至唯一的一個結果。意即，當獲取使用者的前臂以及胸口之間的距離後，該處理器103可自該候選姿勢範圍當中準確地判斷使用者的前臂的當前姿勢。
在一些實施例當中，若該第一超音波收發器102a以及該第二超音波收發器102b之間的相對距離仍不足以確認該使用者手臂上的各部份的位置，本案可設置一第三超音波收發器(圖中未示)作為額外的參照點。在此狀況下，該第三超音波收發器可接收上述二超音波收發器發送的超音波，並據以測量其自身以及上述二超音波收發器之間的相對距離。該處理器103可透過該第三超音波收發器量測的該些相對距離對該使用者的前臂的該當前姿勢進行調整。顯然地，透過設置更多的超音波收發器，該處理器103可計算出的該當前姿勢將更加準確。
第2圖為根據本案一實施例繪示的人體姿勢偵測系統之示意圖。在本實施例中，類似於前述實施例，圖中所示的人體姿勢偵測系統100包含一慣性偵測單元101、一第一超音波收發器102a、一第二超音波收發器102b以及一處理器103。應注意的是，當該人體姿勢偵測系統100應用於一使用 者身上時，該些偵測單元以及超音波收發器的設置位置將類似於上述第1圖之實施例當中的配置。然而，應當理解，在本案的一些實施例當中，該人體姿勢偵測系統100的該些偵測單元以及超音波收發器可透過傳輸線耦接至彼此，例如透過平扁線或雙絞線等等，在此狀況下，該慣性偵測單元101、該第一超音波收發器102a、該第二超音波收發器102b以及處理器103可透過該些傳輸線與彼此通訊。例如，當該第一超音波收發器102a產生該第一超音波，該第一超音波收發器102a可將關於該第一超音波的發送時間的資訊透過該些傳輸線的其中之一傳送至該第二超音波收發器102b，據此，該第二超音波收發器102b可於接收到該第一超音波時根據此資訊測量彼此間的一距離。或者，當該第一超音波收發器102a產生該第一超音波，該第一超音波收發器102a可將關於該第一超音波的發送時間的資訊透過該些傳輸線的其中之一傳送至處理器103，第二超音波收發器102b可將關於該第一超音波的接收時間的資訊透過該些傳輸線的其中之一傳送至處理器103，據此，處理器103根據發送時間與接收時間的資訊測量第一超音波收發器102a與第二超音波收發器102b之間的一距離。
第3A圖為根據本案一實施例繪示的候選姿勢範圍之示意圖。在本實施例中，第3A圖中繪示一使用者的手臂，如圖中所示，該使用者可彎曲他的手臂並可水平地旋轉其手肘關節。如上所述，該慣性偵測單元101可被設置於該使用者的手腕位置以測量該使用者的手腕的方向向量OV1-OV3。在本實施例中，該慣性偵測單元101所偵測的該方向向量 OV1-OV3係為由該慣性偵測單元101延伸出的幾何法線方向。如第3A圖所示，該使用者可透過其前臂做出多個不同的手勢，然而，由該慣性偵測單元101偵測到的該些方向向量OV1-OV3與重力方向的夾角θ1皆係為完全相同的。因此，在此狀況下，由該慣性偵測單元101偵測的該方向向量OV1-OV3所提供的資訊將不足以判別如第3A圖中所示的多種使用者前臂位置的可能性當中找出正確的當前姿勢。如第1圖所示的處理器103僅能產生關於使用者前臂的一候選姿勢範圍CGR，即如圖中的弧線範圍所示。意即，若僅透過該慣性偵測單元101來偵測並計算人體位置，將產生多重解的可能性。
第3B圖為根據本案第3A圖之實施例繪示的人體姿勢偵測系統之示意圖。在本實施例中，第3B圖的圖式係由第3A圖延伸而來。然而，如圖中所示，設置於該使用者手腕附近的該第一超音波收發器102a可發送第一超音波，而設置於使用者胸口的該第二超音波收發器102b可接收該第一超音波，因此，如第1圖所示的處理器103根據該第一超音波的傳遞時間，即可測量該使用者身體上的該二部份之間的一第一距離DST1。據此，處理器103可自該候選姿勢範圍CGR當中決定一可能的姿勢作為計算結果，其即為一第一當前姿勢CG1。另外，如前所述，使用者關節J1以及關節J2的運動學限制也可被用於計算過程，進而使該第一當前姿勢CG1的判斷更為準確。
第3C圖為根據本案第3A圖之實施例繪示的人體姿勢偵測系統之示意圖。在本實施例中，第3C圖的圖式係由 第3A圖延伸而來。同樣地，設置於該使用者手腕附近的該第一超音波收發器102a可發送第一超音波至設置於使用者胸口的該第二超音波收發器102b，而處理器103可根據該第一超音波的傳遞時間測量該使用者身體上的該二部份之間的一第二距離DST2。據此，處理器103可自該候選姿勢範圍CGR當中決定一可能的姿勢作為計算結果，其即為一第二當前姿勢CG2。由於第3B圖當中所式的該第一距離DST1以及本圖中所繪示的該第二距離DST2明顯不同，該處理器103可準確地識別該第二當前姿勢CG2與前述的該第一當前姿勢CG1。
第3D圖為根據本案第3A圖之實施例繪示的人體姿勢偵測系統之示意圖。在本實施例中，第3D圖的圖式係由第3A圖延伸而來。如圖中所示，設置於該使用者手腕附近的該第一超音波收發器102a可發送第一超音波至設置於使用者胸口的該第二超音波收發器102b，而處理器103可根據該第一超音波的傳遞時間測量該使用者身體上的該二部份之間的一第三距離DST3。據此，處理器103可自該候選姿勢範圍CGR當中決定一可能的姿勢作為計算結果，其即為一第三當前姿勢CG3。由於該第三距離DST3明顯地較前述圖式中的該第一距離DST1以及該第二距離DST2為長，該處理器103可準確地識別該第三當前姿勢CG與前述的二當前姿勢的差異。
如第3A至第3D圖所示，顯然地，經由超音波收發器的輔助，本案的技術可以有效地將可能的使用者候選姿勢縮減至特定的結果。換言之，透過慣性偵測單元以及超音波收發器的結合，本案有效地將以往偵測人體位置的多重解問題縮 減至單一解。
第4A圖以及第4B圖皆為根據本案一實施例繪示的人體姿勢偵測服裝之示意圖。在本實施例中，人體姿勢偵測服裝200係由一使用者800所穿戴。人體姿勢偵測服裝包含一頭部裝備HG、一軀幹容置部TFC以及四個肢體容置部LFC1-LFC4。該頭部裝備HG包含一處理器203以及一顯示螢幕204。該處理器203設置於該頭部裝備HG當中，而該顯示螢幕204係設置於朝向使用者800臉部的位置。該軀幹容置部TFC適當地包覆該使用者800的軀幹部份，而該些肢體容置部LFC1-LFC4則分別地包裹該使用者800的四個肢體部份。
在本實施例中，四個慣性偵測單元201a-201d分別設置於該些肢體容置部LFC1-LFC4上，鄰近該使用者800身上的若干特殊點(例如，中心點或端點)。此四個慣性偵測單元201a-201d係用以偵測使用者四肢的複數方向向量。兩個慣性偵測單元201e-201f係沿著該使用者800的脊椎設置於該軀幹容置部TFC上。此兩個慣性偵測單元201e-201f係用以偵測使用者軀幹的方向向量。
在本實施例中，兩個超音波收發器202a-202b設置於該肢體容置部LFC1上，使用者右臂的各部份皆可設置(例如，右前臂或是手腕，以及右上臂)一個超音波收發器。兩個超音波收發器202c-202d設置於該肢體容置部LFC2上，使用者左臂的各部份皆可設置一個超音波收發器。該些超音波收發器202c-202d可設置於該使用者800的不同肢體部份上(例如，右手腕、右前臂以及右上臂)。而由處理器所選擇的當前 姿勢代表了這些不同肢體部份的相對位置。兩個超音波收發器202e-202f設置於該肢體容置部LFC3上，使用者右腳的各部份皆可設置一個超音波收發器。兩個超音波收發器202g-202h設置於該肢體容置部LFC4上，使用者左腳的各部份皆可設置一個超音波收發器。在一實施例中，該些超音波收發器202a-202h所發送的該些超音波皆為獨特且彼此不同的超音波(例如，該第一超音波以及第二超音波各自為透過相異頻率、相異振幅或相異波形發送的超音波)，藉此，該些超音波收發器202a-202h能夠辨別此二種超音波的發送源。在另一實施例中，該些超音波係為分時訊號，亦即該些超音波訊號雖具有相似的格式(例如，頻率、振幅或波形)，但卻是分別在不同的時間週期當中產生的。藉此，該些超音波收發器能夠根據接收此該些超音波的時間週期來辨別此該些超音波的發送源。
在本實施例中，設置於該頭部裝備HG當中的該處理器203通訊耦接於該些慣性偵測單元201a-201f以及該些超音波收發器202a-202h。該處理器203係用以自內部或外部記憶體存取一指令集以進一步根據該指令集進行下列程序。相似於第1圖之實施例，該處理器203可自慣性偵測單元201a-201f獲取該些方向向量，並測量該些超音波收發器202a-202h間的相對距離。接著，該處理器203可根據該方向向量、該些相對距離以及使用者800各關節的運動學限制來計算該服裝下的該使用者800各關節的旋轉角度。各關節的運動學限制係用以排除關節旋轉角度不合理的計算結果。在計算過程中加入使用者800各關節的運動學限制後，該處理器203可 產生關於該使用者800的身體所表現的當前姿勢。
在本實施例中，該顯示螢幕204電性耦接於該處理器203。該處理器203係用以向該顯示螢幕204發送關於一模擬環境的資訊，使該顯示螢幕204可根據該資訊向使用者800輸出該模擬環境的一景象。應注意的是，此處所說的該模擬環境係為透過擬真影像、聲音以及其他感官刺激模擬虛擬或充滿幻想的環境的一種電腦技術。例如，該模擬環境可為虛擬實境(VR)空間、擴增實境(AR)空間或混合實境(MR)空間。在此例中，提供給該使用者800的該景象顯示了該模擬環境當中的一部份視角。在該模擬環境當中，顯示有模擬該使用者800於該模擬環境當中的存在的一虛擬人物。該處理器203可將關於使用者800的身體所表現的該當前姿勢的資訊傳送至該顯示螢幕204，而該景象當中的該虛擬人物可根據該資訊表現對應的一姿勢。因此，由該處理器203產生的該當前姿勢可有效地被應用於該模擬環境當中以模擬該使用者800的動作。
第5圖為根據本案第4A圖以及第4B圖之實施例繪示的人體姿勢偵測服裝之示意圖。在本實施例中，圖中繪示若干模組方塊圖以表示該人體姿勢偵測服裝200的各構件之間的連結關係。如第5圖所示，該頭部裝備HG包含該處理器203以及該顯示螢幕204。該慣性偵測單元201a以及該些超音波收發器202a-202b係設置於該肢體容置部LFC1上。該慣性偵測單元201b以及該些超音波收發器202c-202d係設置於該肢體容置部LFC2上。該慣性偵測單元201c以及該些超音波收發器202e-202f係設置於該肢體容置部LFC3上。該慣性偵測單元 201d以及該些超音波收發器202g-202h係設置於該肢體容置部LFC4上。該些慣性偵測單元201e-201f係設置於該軀幹容置部TFC上。在本實施例中，上述的該些慣性偵測單元以及該些超音波收發器皆與該處理器通訊耦接以進行資訊交換。如上述實施例所述，該處理器203係用以獲取該方向向量、該些相對距離以及該些關節的該些運動學限制，進而計算該使用者的各關節的旋轉角度，並且產生關於該使用者的身體所表現的當前姿勢，而顯示螢幕204可獲取該當前姿勢以將該使用者所表現的動作顯示於該模擬環境當中。
第6圖為根據本案第4A圖之實施例繪示的虛擬人物A800之示意圖。如第4A之實施例所述，顯示螢幕204可獲取關於該使用者800的身體所表現的該當前姿勢的資訊，並向該使用者800顯示該模擬環境當中的該景象。第6圖繪示了該模擬環境的該景象當中所呈現的該虛擬人物A800的一可能態樣。顯然地，本圖中的該虛擬人物A800所呈現的一姿勢係對應於第4A圖當中的該使用者800所表現的該當前姿勢。
第7圖為本案一實施例的人體姿勢偵測方法之步驟流程圖。在本實施例中，此人體姿勢偵測方法700可透過前述實施例當中的該人體姿勢偵測系統100或是該人體姿勢偵測服裝200所實施，故可一併參照前述實施例當中的描述。在本實施例中，此人體姿勢偵測方法700的詳細步驟將敘述於後續段落當中。
步驟S701：透過一慣性偵測單元感測該人體的一第一部份的一方向向量。如第1圖及第2圖的實施例所述，設置 於該使用者手臂終端的該慣性偵測單元101係用以偵測該手臂的該方向向量。如第4A圖以及第4B圖的實施例所述，該些慣性偵測單元201a-201d係分別設置於該些肢體容置部LFC1-LFC4以偵測該使用者四肢的該些方向向量。
步驟S702：透過一第一超音波收發器自該人體的該第一部份發送一第一超音波。如第1圖及第2圖的實施例所述，設置於該第一參照點的該第一超音波收發器102a係用以產生該第一超音波。如第4A圖及第4B圖的實施例所述，位於該使用者四肢上的該些超音波收發器202a-202h係各自用以發送彼此相異的超音波。
步驟S703：透過一第二超音波收發器於該人體的一第二部份接收該第一超音波。如第1圖及第2圖的實施例所述，設置於該第二參照點的該第二超音波收發器102b係用以接收該第一超音波。如第4A圖及第4B圖的實施例所述，位於該使用者四肢上的該些超音波收發器202a-202h皆可接收自其他超音波收發器發送而來的超音波。
步驟S704：透過一處理器根據該第一超音波的一飛行時間測量該第一部份以及該第二部份之間的一相對距離。如第1圖及第2圖的實施例所述，在該第一超音波的發送時間已知的狀況下，該處理器103可測量該第一超音波收發器102a以及該第二超音波收發器102b之間的相對距離。如第4A圖及第4B圖的實施例所述，當該些超音波的發送時間為已知，該處理器103同樣地可測量其自身該些超音波收發器202a-202h之間的相對距離。
步驟S705：透過該處理器獲取該方向向量。如第1圖及第2圖的實施例所述，該處理器103係用以自該慣性偵測單元101獲取該方向向量。如第4A圖及第4B圖的實施例所述，該處理器203係用以自該些慣性偵測單元201a-201f獲取該些方向向量。
步驟S706：透過該處理器根據該方向向量產生對應該第一部份的一候選姿勢範圍。如第1圖及第2圖的實施例所述，該處理器103係用以根據該方向向量產生對應該使用者的肢體的該候選姿勢範圍CGR。應注意的是，該候選姿勢範圍係為包含該使用者前臂的複數潛在可能位置的資料集。如第4A圖及第4B圖的實施例所述，該處理器203可用以根據該些方向向量計算對應該使用者的各肢體的候選姿勢範圍。在某些例子中，該處理器203可利用該使用者的各關節的運動學限制以縮小所述的候選姿勢範圍。
步驟S707：透過該處理器根據該相對距離自該候選姿勢範圍當中決定該第一部份的一當前姿勢。如第1圖、第2圖以及第3A-3D圖的實施例所述，當該使用者的手臂長度已知，該處理器103可判斷該使用者手臂的當前姿勢，例如，該處理器103可根據該第二超音波收發器102b所測量的該第一至第三距離DST1-DST3以自該候選姿勢範圍CGR當中判斷該當前手勢CG1-CG3。如第4A圖、第4B圖以及第5圖的實施例所述，該處理器203可自各候選姿勢範圍的組合當中判斷該使用者身體的當前姿勢。
綜上所述，本案提供了一種結合超音波收發器以 及慣性偵測單元進而偵測肢體位置的技術。即便本案的系統被應用於會對慣性偵測單元造成影響的鋼筋材料建築當中，本案的系統仍能夠有效地偵測人體的肢體位置。
雖然本案以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (17)

  1. 一種人體姿勢偵測系統，包含：一慣性偵測單元，設置於一人體的一第一部份，用以感測該第一部份的一方向向量；一超音波模組，包含設置於該第一部份的一第一超音波收發器以及設置於該人體的一第二部份的一第二超音波收發器；以及一處理器，通訊耦接於該慣性偵測單元以及該超音波模組，其中該處理器用以根據該慣性偵測單元感測的該方向向量產生對應該第一部份的一候選姿勢範圍，該處理器並用以根據傳遞於該第一超音波收發器以及該第二超音波收發器之間的一超音波，測量該第一部份以及該第二部份之間的一距離；其中該處理器更用以根據該超音波模組測量的該距離，自該候選姿勢範圍當中決定該第一部份的一當前姿勢。
  2. 如請求項1所述之人體姿勢偵測系統，其中該第一部份係為該人體的一第一肢體部份，而該處理器係根據該方向向量以及該第一肢體部份的一運動學限制產生該候選姿勢範圍。
  3. 如請求項2所述之人體姿勢偵測系統，其中該第二部份係為該人體的一軀幹部份，而該處理器產生的該候選姿勢範圍係為該第一肢體部位相對於該軀幹部份的一位置以及一方向。
  4. 如請求項2所述之人體姿勢偵測系統，其中該第二部份係為人體的一第二肢體部份，而該處理器決定的該當前姿勢係為該第一肢體部份相對於該第二肢體部份的一相對位置。
  5. 如請求項1所述之人體姿勢偵測系統，其中該超音波係由該第一超音波收發器產生並發送至該第二超音波收發器，或由該第二超音波收發器產生並發送至該第一超音波收發器。
  6. 如請求項1所述之人體姿勢偵測系統，其中該處理器係根據該超音波的一飛行時間測量該距離。
  7. 一種人體姿勢偵測穿戴裝置，包含：一軀幹容置部；複數肢體容置部，耦接於該軀幹容置部；複數慣性偵測單元，分別設置於該軀幹容置部以及該些肢體容置部，用以感測該軀幹容置部以及該些肢體容置部的複數方向向量；複數超音波收發器，設置於該肢體容置部上的複數參照點，用以分別發送複數超音波及接收該些超音波；以及一處理器，通訊耦接於該些慣性偵測單元以及該些超音波收發器，其中該處理器用以根據該些超音波的複數飛行時間測量該些參照點之間的複數距離，該處理器並用以接收該些方向向量，該處理器更用以根據該些方向向量以及該些距離，產生該些肢體容置部與該軀幹容置部的一當前姿勢。
  8. 如請求項7所述之人體姿勢偵測穿戴裝置，其中該處理器更用以根據複數運動學限制調整該當前姿勢。
  9. 如請求項7所述之人體姿勢偵測穿戴裝置，其中該些慣性偵測單元係設置於該些肢體容置部的末端或沿該軀幹容置部的一主軸設置。
  10. 如請求項7所述之人體姿勢偵測穿戴裝置，其中該些參照點係分佈於該些肢體容置部的複數肢節上。
  11. 如請求項10所述之人體姿勢偵測穿戴裝置，更包含：一頭戴顯示裝置，通訊耦接於該處理器，用以輸出一模擬環境的一景象，該景象中具有一虛擬人物，其中該頭戴顯示裝置更用於根據該些肢體容置部與該軀幹容置部的該當前姿勢，以顯示該虛擬人物的一姿勢。
  12. 一種人體姿勢偵測方法，應用於一人體，該人體姿勢偵測方法包含：透過一慣性偵測單元感測該人體的一第一部份的一方向向量；透過一處理器根據傳遞於一第一超音波收發器以及一第二超音波收發器之間的一超音波，測量該第一部份與該人體的一第二部份之間的一距離，其中該第一超音波收發器設置於該第一部份而該第二超音波收發器設置於該第二部份；透過該處理器根據該慣性偵測單元感測的該方向向量，產生對應該第一部份的一候選姿勢範圍；以及透過該處理器根據該距離自該候選姿勢範圍當中，決定該第一部份的一當前姿勢。
  13. 如請求項12所述之人體姿勢偵測方法，其中該第一部份係為該人體的一第一肢體部份，而該處理器係根據該方向向量以及該第一肢體部份的一運動學限制產生該候選姿勢範圍。
  14. 如請求項13所述之人體姿勢偵測方法，其中該第二部份係為該人體的一軀幹部份，而該處理器產生的該候選姿勢範圍係為該第一肢體部份相對於該軀幹部份的一位置以及一方向。
  15. 如請求項13所述之人體姿勢偵測方法，其中該第二部份係為人體的一第二肢體部份，該處理器決定的該當前姿勢係為該第一肢體部份相對於該第二肢體部份的一相對位置。
  16. 如請求項12所述之人體姿勢偵測方法，其中該超音波係由該第一超音波收發器產生並發送至該第二超音波收發器，或由該第二超音波收發器產生並發送至該第一超音波收發器。
  17. 如請求項12所述之人體姿勢偵測方法，其中該處理器係根據該超音波的一飛行時間測量該距離。
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