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TWI678121B - 用於一燈塔定位系統之輔助裝置 - Google Patents

用於一燈塔定位系統之輔助裝置 Download PDF

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TWI678121B
TWI678121B TW106135915A TW106135915A TWI678121B TW I678121 B TWI678121 B TW I678121B TW 106135915 A TW106135915 A TW 106135915A TW 106135915 A TW106135915 A TW 106135915A TW I678121 B TWI678121 B TW I678121B
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sensing
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育根 蔡
Iok Kan Choi
吳宗翰
Tsung Han Wu
林光偉
Kuang Wei Lin
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宏達國際電子股份有限公司
Htc Corporation
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Abstract

一種用於一燈塔定位系統之輔助裝置。該燈塔定位系統包含一第一定位基地台及一第二定位基地台，該第一定位基地台包含一第一訊號發射器及一第二訊號發射器，且該第二定位基地台包含一第一訊號發射器及一第二訊號發射器。該輔助裝置計算出該等第一訊號發射器之一第一訊號時序，計算出該等第二訊號發射器之一第二訊號時序，且根據該第一訊號時序及該第二訊號時序決定一第三訊號時序，其中該第三訊號時序與該第一訊號時序不重疊，且該第三訊號時序與該第二訊號時序不重疊。該輔助裝置根據該第三訊號時序發射複數個訊號。

Description

用於一燈塔定位系統之輔助裝置
本發明係關於一種輔助裝置；更具體而言，係關於一種用於一燈塔定位系統之輔助裝置。
在虛擬實境(Virtual Reality；VR)技術中，如何正確且快速地定位一實體空間中之使用者以及探測該實體空間中之景深資訊以便將之模擬在三維的虛擬環境中，為相當重要之議題。
近期被廣泛地討論之虛擬實境定位技術為燈塔(lighthouse)定位技術，其係以二個定位基地台來定位使用者所配戴之可追蹤裝置(例如：頭戴式顯示裝置(Head-Mounted Display；HMD))，藉此來定位使用者。簡言之，二個定位基地台輪流地運作，各定位基地台在其掃描週期(sweep cycle)會先以第一訊號發射器(例如：紅外線發光二極體(Infrared Light Emitting Diode；IR LED))發出同步訊號，再以第二訊號發射器所發出之光束(例如：雷射)掃描實際空間。可追蹤裝置以其所包含之多個感應器來感應定位基地台所發出之同步訊號及光束。後端之主機則根據可追蹤裝置所感應到之同步訊號及光束計算出可追蹤裝置在實際空間中之位置，再將之模擬在三維的虛擬環境中。
儘管燈塔定位技術能準確地定位一實體空間中之可追蹤裝 置，目前卻沒有能與之配合的技術能探測該實體空間中之景深資訊。因此，如何在採用燈塔定位技術時能知悉景深資訊為一亟需克服的議題。
本發明之一目的在於提供一種用於一燈塔(lighthouse)定位系統之輔助裝置。該燈塔定位系統包含一第一定位基地台及一第二定位基地台，其中該第一定位基地台包含一第一訊號發射器及一第二訊號發射器，且該第二定位基地台包含一第一訊號發射器及一第二訊號發射器。該輔助裝置包含一處理器及一訊號發射器，且二者彼此電性連接。該處理器根據複數個第一感測訊號組計算出該等第一訊號發射器之一第一訊號時序，且根據複數個第二感測訊號組計算出該等第二訊號發射器之一第二訊號時序。各該第一感測訊號組係感應自該等第一訊號發射器其中之一，且各該第二感測訊號組係感應自該等第二訊號發射器其中之一。該處理器根據該第一訊號時序及該第二訊號時序決定一第三訊號時序，其中該第三訊號時序與該第一訊號時序不重疊，且該第三訊號時序與該第二訊號時序不重疊。該訊號發射器根據該第三訊號時序發射複數個訊號。
本發明之另一目的在於提供一種用於一燈塔定位系統之輔助裝置。該燈塔定位系統包含一第一定位基地台及一第二定位基地台，其中該第一定位基地台包含一第一訊號發射器及一第二訊號發射器，且該第二定位基地台包含一第一訊號發射器及一第二訊號發射器。該輔助裝置包含一處理器及一訊號發射器，且二者彼此電性連接。該處理器判斷複數個第一感測訊號組對該訊號發射器所造成之至少一第一干擾值大於一門檻值，判斷複數個第二感測訊號組對該訊號發射器所造成之至少一第二干擾 值小於該門檻值，根據該等第一感測訊號組計算出該等第一訊號發射器之一第一訊號時序，且根據該第一訊號時序決定一第二訊號時序。各該第一感測訊號組係感應自該等第一訊號發射器其中之一，各該第二感測訊號組係感應自該等第二訊號發射器其中之一，且該第二訊號時序與該第一訊號時序不重疊。
本發明所提供之輔助裝置會避開燈塔定位系統所使用之所有訊號時序，或是避開燈塔定位系統所使用的那些會造成較大干擾之訊號時序，因此輔助裝置所發射之訊號不會對燈塔定位系統造成干擾。此外，由於輔助裝置知道自己的訊號時序，因此亦不會受到燈塔定位系統所發射之訊號之干擾。透過本發明之輔助裝置，在一實體空間同時採用正確率高之燈塔定位技術及探究景深資訊得以實現。
以下結合圖式闡述本發明之詳細技術及實施方式，俾使本發明所屬技術領域中具有通常知識者能理解所請求保護之發明之技術特徵。
10a、10b、10c、10d、10e‧‧‧訊號時序
11‧‧‧輔助裝置
111‧‧‧處理器
113‧‧‧訊號發射器
115‧‧‧接收器
12a、……、12b‧‧‧感測訊號組
13‧‧‧定位基地台
131‧‧‧第一訊號發射器
133‧‧‧第二訊號發射器
14a、……、14b‧‧‧感測訊號組
15‧‧‧定位基地台
151‧‧‧第一訊號發射器
153‧‧‧第二訊號發射器
17‧‧‧可追蹤裝置
20‧‧‧訊號時序
T1‧‧‧掃描週期
T2‧‧‧掃描週期
第1A圖係描繪第一實施方式之輔助裝置11之架構示意圖；第1B圖係描繪將輔助裝置11與燈塔定位系統置放於一實體空間搭配使用時之示意圖；第1C圖係描繪第一實施方式之訊號時序圖；以及第2圖係描繪第二實施方式之訊號時序圖。
以下將透過實施方式來解釋本發明所提供之用於一燈塔定位系統之輔助裝置。然而，該等實施方式並非用以限制本發明需在如該等 實施方式所述之任何環境、應用或方式方能實施。因此，關於實施方式之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明之範圍。應理解，在以下實施方式及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且各元件之尺寸以及元件間之尺寸比例僅為例示而已，而非用以限制本發明之範圍。
本發明之第一實施方式為一用於一燈塔定位系統之輔助裝置11，其架構示意圖係描繪於第1A圖。輔助裝置11包含一處理器111、一訊號發射器113及一接收器115，其中處理器111電性連接至訊號發射器113及接收器115。處理器111可為各種處理器、中央處理單元(Central Processing Unit；CPU)、微處理器或本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知之其他計算裝置中之任一者。訊號發射器113為各種能發射訊號之裝置(例如：紅外線雷射發射器，但不以此為限)。接收器115則可為各種能接收訊號及資料之裝置。於本實施方式中，輔助裝置11為能量測一實體空間之景深資訊之裝置。舉例而言，輔助裝置11可為一景深相機(depth camera)，但不以此為限。
第1B圖係描繪於一實體空間同時使用輔助裝置11與一燈塔定位系統之示意圖。需說明者，第1B圖為該實體空間之俯視圖，且其所示之具體範例並非用以限制本發明之範圍。燈塔定位系統包含二定位基地台13、15及一可追蹤裝置17。定位基地台13包含一第一訊號發射器131及一第二訊號發射器133，且定位基地台15包含一第一訊號發射器151及一第二訊號發射器153。舉例而言，第一訊號發射器131、151各可為一紅外線發光二極體(Infrared Light Emitting Diode；IR LED)，第二訊號發射器133、153 各可為一紅外線雷射發射器(IR laser)，而輔助裝置11可為一使用紅外線之裝置(例如：一景深相機)。
定位基地台13會在自己的各個掃描週期(sweep cycle)T1以第一訊號發射器131發出同步訊號，再以第二訊號發射器133發出訊號(例如：光束)掃描該實體空間。同樣的，定位基地台15會在自己的各個掃描週期T2以第一訊號發射器151發出同步訊號，再以第二訊號發射器153發出訊號(例如：光束)掃描該實體空間。請參閱第1C圖，其係描繪第一訊號發射器131、第二訊號發射器133、第一訊號發射器151及第二訊號發射器153所分別對應之訊號時序10a、10b、10c、10d。可追蹤裝置17包含複數個感應器(未繪示)用以感應第一訊號發射器131、151及第二訊號發射器133、153所發射之訊號。舉例而言，可追蹤裝置17可為一頭戴式顯示裝置(Head-Mounted Display；HMD)，但不以此為限。
需說明者，燈塔定位系統之運作細節並非本發明之重點，故不贅言。以下說明將著重於輔助裝置11與燈塔定位系統搭配使用時會面臨之技術問題及因應之技術手段。
如前所述，輔助裝置11為能量測一實體空間之景深資訊之裝置。輔助裝置11計算景深資訊之運作方式係由其訊號發射器113發射訊號(例如：紅外線)，再由其感應器(未繪示)感應反射之訊號，再根據感應到之反射訊號計算出景深資訊。由於輔助裝置11及燈塔定位系統係置放於同一實體空間，因此輔助裝置11發射訊號之時間點必須適當地安排，輔助裝置11及燈塔定位系統才不會對彼此造成干擾。
於本實施方式中，輔助裝置11與可追蹤裝置17係整合於同一 裝置中。輔助裝置11之接收器115自可追蹤裝置17接收複數個感測訊號組12a、……、12b及複數個感測訊號組14a、……、14b。感測訊號組12a、……、12b中的每一組係感應自第一訊號發射器131或第一訊號發射器151，而感測訊號組14a、……、14b中的每一組係感應自第二訊號發射器133或第二訊號發射器153。需說明者，於其他實施方式中，輔助裝置11則可不與可追蹤裝置17整合。於該等實施方式中，輔助裝置11則會包含與處理器111電性連接之至少一感應器(未繪示)以接收感測訊號組12a、……、12b、14a、……、14b。
輔助裝置11之處理器111根據感測訊號組12a、……、12b計算出第一訊號發射器131、151之訊號時序10a、10c，如第1C圖所示。此外，處理器111根據感測訊號組14a、……、14b計算出第二訊號發射器133、153之訊號時序10b、10d，如第1C圖所示。接著，處理器111根據訊號時序10a、10c及訊號時序10b、10d決定一個與訊號時序10a、10c不重疊且與訊號時序10b、10d不重疊之訊號時序10e，如第1C圖所示。之後，訊號發射器113便可根據訊號時序10e發射複數個訊號。另外，當輔助裝置11為一使用紅外線之景深相機時，訊號時序10e所對應之時間區間為其運作之時段(亦即，訊號發射器113可於訊號時序10e所對應之時段發射複數個訊號，且接收器115或至少一感應器可於訊號時序10e所對應之時段接收/感應感測訊號組以便據以量測該實體空間之景深資訊)。
由於輔助裝置11所使用之訊號時序10e與訊號時序10a、10c不重疊且與訊號時序10b、10d不重疊，因此輔助裝置11所發射之訊號不會對燈塔定位系統造成干擾。具體而言，燈塔定位系統係由一主機/電腦決定 第一訊號發射器131、第二訊號發射器133、第一訊號發射器151及第二訊號發射器153所分別對應之訊號時序10a、10b、10c、10d，且會將與訊號時序10a、10b、10c、10d相關之資訊傳送予可追蹤裝置17。由於可追蹤裝置17知道其所要使用的是訊號時序10a、10b、10c及10d，因此會忽略根據訊號時序10e所發出之訊號。此外，由於輔助裝置11知道自己係以訊號時序10e發射訊號，因此亦不會受到燈塔定位系統所發射之訊號之干擾。透過第一實施方式所提供之輔助裝置11，在一實體空間同時採用正確率高之燈塔定位技術及探究景深資訊得以實現。
關於本發明之第二實施方式，請參閱第1A圖及第2圖。於第二實施方式中，輔助裝置11所能進行之運作、所具有之功能及所能達成之技術效果與第一實施方式中所述者大致相同。第一及第二實施方式之主要差異在於輔助裝置11如何決定其訊號發射器113所使用之訊號時序，以及所決定出來之訊號時序。以下敘述將僅著重於第二實施方式與第一實施方式相異之處。
於本實施方式中，處理器111會判斷感測訊號組12a、……、12b對訊號發射器113所造成之至少一第一干擾值是否大於一門檻值，亦會判斷感測訊號組14a、……、14b對訊號發射器113所造成之至少一第二干擾值是否大於該門檻值。處理器111後續在為訊號發射器113決定訊號時序時，會避開那些會造成較大干擾之時段/訊號時序。
茲假設處理器111判斷感測訊號組12a、……、12b所造成之該至少一第一干擾值大於該門檻值，且感測訊號組14a、……、14b所造成之該至少一第二干擾值小於該門檻值。由於感測訊號組12a、……、12b所 造成之該至少一第一干擾值大於該門檻值，且感測訊號組12a、……、12b中的每一組係感應自第一訊號發射器131或第一訊號發射器151，因此需避開第一訊號發射器131、151所使用之訊號時序10a、10c，如第2圖所示。具體而言，處理器111會根據感測訊號組12a、……、12b計算出第一訊號發射器131、151之訊號時序10a、10c，再根據訊號時序10a、10c決定一個與訊號時序10a、10c不重疊之訊號時序20，如第2圖所示。之後，訊號發射器113便可根據訊號時序20發射複數個訊號。當輔助裝置11為一使用紅外線之景深相機時，訊號時序20所對應之時間區間為其運作之時段(亦即，訊號發射器113可於訊號時序20所對應之時段發射複數個訊號，且接收器115或至少一感應器可於訊號時序20所對應之時段接收/感應感測訊號組以便據以量測該實體空間之景深資訊)，以便據以量測該實體空間之景深資訊。
於本實施方式中，處理器111在為訊號發射器113決定訊號時序時，只會避開那些會造成較大干擾之時段/訊號時序，因此，輔助裝置11之訊號發射器113所使用之訊號時序20與第二訊號發射器133、153所使用之訊號時序10b、10d可能會部分重疊，如第2圖所示。於某些實施方式中，使用重疊的訊號時序的訊號發射器可使用不同的波長(亦即，採用分頻技術)，以維持精準的定位效果及取得正確的景深資訊。具體而言，第二訊號發射器133、153可使用第一波長，訊號發射器113可使用第二波長，且第一波長與第二波長不同。
前述說明係以感測訊號組12a、……、12b所造成之該至少一第一干擾值大於該門檻值且感測訊號組14a、……、14b所造成之該至少一第二干擾值小於該門檻值為例，本發明所屬技術領域中具有通常知識者依 據前述說明應能理解當感測訊號組12a、……、12b所造成之該至少一第一干擾值小於該門檻值且感測訊號組14a、……、14b所造成之該至少一第二干擾值大於該門檻值時，輔助裝置11如何為訊號發射器113決定訊號時序，茲不贅言。
由上述說明可知，輔助裝置11在為其訊號發射器113決定訊號時序時，會避開那些會造成較大干擾之時段/訊號時序，因此輔助裝置11所發射之訊號不會對燈塔定位系統造成明顯的干擾。若配合分頻技術，則能使燈塔定位系統維持精準的定位效果，且輔助裝置11能取得更正確的景深資訊。透過第二實施方式所提供之輔助裝置11，在一實體空間同時採用正確率高之燈塔定位技術及探究景深資訊得以實現。
上述實施方式僅用來例舉本發明之部分實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，而非用來限制本發明之保護範疇及範圍。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，而本發明之權利保護範圍以申請專利範圍為準。

Claims (11)

  1. 一種用於一燈塔(lighthouse)定位系統之輔助裝置，該燈塔定位系統包含一第一定位基地台及一第二定位基地台，該第一定位基地台包含一第一訊號發射器及一第二訊號發射器，該第二定位基地台包含一第一訊號發射器及一第二訊號發射器，該輔助裝置包含：一處理器，根據複數個第一感測訊號組計算出該等第一訊號發射器之一第一訊號時序，根據複數個第二感測訊號組計算出該等第二訊號發射器之一第二訊號時序，且根據該第一訊號時序及該第二訊號時序決定一第三訊號時序，其中各該第一感測訊號組係感應自該等第一訊號發射器其中之一，各該第二感測訊號組係感應自該等第二訊號發射器其中之一，該第三訊號時序與該第一訊號時序不重疊，且該第三訊號時序與該第二訊號時序不重疊；以及一訊號發射器，電性連接至該處理器，且根據該第三訊號時序發射複數個訊號。
  2. 如請求項1所述之輔助裝置，更包含：一接收器，電性連接至該處理器，且自該燈塔定位系統所包含之一可追蹤裝置接收該等第一感測訊號組與該等第二感測訊號組。
  3. 如請求項1所述之輔助裝置，更包含：至少一感應器，電性連接至該處理器，且感應該等第一感測訊號組及該等第二感測訊號組。
  4. 如請求項1所述之輔助裝置，其中該第一訊號發射器為一紅外線發光二極體(Infrared Light Emitting Diode；IR LED)，該第二訊號發射器為一紅外線雷射發射器，且該輔助裝置為一使用紅外線之裝置。
  5. 如請求項4所述之輔助裝置，其中該輔助裝置為一景深相機。
  6. 一種用於一燈塔定位系統之輔助裝置，該燈塔定位系統包含一第一定位基地台及一第二定位基地台，該第一定位基地台包含一第一訊號發射器及一第二訊號發射器，該第二定位基地台包含一第一訊號發射器及一第二訊號發射器，該輔助裝置包含：一訊號發射器；以及一處理器，電性連接至該訊號發射器，用以判斷複數個第一感測訊號組對該訊號發射器所造成之至少一第一干擾值大於一門檻值，判斷複數個第二感測訊號組對該訊號發射器所造成之至少一第二干擾值小於該門檻值，根據該等第一感測訊號組計算出該等第一訊號發射器之一第一訊號時序，且根據該第一訊號時序決定一第二訊號時序，其中各該第一感測訊號組係感應自該等第一訊號發射器其中之一，各該第二感測訊號組係感應自該等第二訊號發射器其中之一，且該第二訊號時序與該第一訊號時序不重疊；其中該訊號發射器根據該第二訊號時序發射複數個訊號。
  7. 如請求項6所述之輔助裝置，更包含：一接收器，電性連接至該處理器，且自該燈塔定位系統所包含之一可追蹤裝置接收該等第一感測訊號組及該等第二感測訊號組。
  8. 如請求項6所述之輔助裝置，更包含：至少一感應器，電性連接至該處理器，且感應該等第一感測訊號組及該等第二感測訊號組。
  9. 如請求項6所述之輔助裝置，其中該等第二訊號發射器與該輔助裝置所包含之該訊號發射器所使用之波長不同。
  10. 如請求項6所述之輔助裝置，其中該第一訊號發射器為一紅外線發光二極體，該第二訊號發射器為一紅外線雷射發射器，且該輔助裝置為一使用紅外線之裝置。
  11. 如請求項10所述之輔助裝置，其中該輔助裝置為一景深相機。
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