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TWI633275B - 距離偵測裝置及其距離偵測方法 - Google Patents

距離偵測裝置及其距離偵測方法 Download PDF

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TWI633275B
TWI633275B TW106125193A TW106125193A TWI633275B TW I633275 B TWI633275 B TW I633275B TW 106125193 A TW106125193 A TW 106125193A TW 106125193 A TW106125193 A TW 106125193A TW I633275 B TWI633275 B TW I633275B
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Taiwan
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distance
sound
speaker
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sound signal
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TW106125193A
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English (en)
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TW201910723A (zh
Inventor
杜博仁
張嘉仁
曾凱盟
Original Assignee
宏碁股份有限公司
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

一種距離偵測裝置及其距離偵測方法。將聲音接收器所接收到的聲音信號與預設聲音信號進行交叉相關運算，以產生交叉相關信號，依據揚聲器輸出預設聲音信號的時間點、交叉相關信號中對應第一峰值的第一聲音接收時間以及對應第二峰值的第二聲音接收時間計算第一距離以及第二距離，並依據第一距離以及第二距離計算聲音接收器與反射板間的距離。

Description

距離偵測裝置及其距離偵測方法
本發明是有關於一種偵測裝置，且特別是有關於一種距離偵測裝置及其距離偵測方法。
一般來說，在三維空間中求取座標位置需要許多的麥克風搭配，例如當只有一個喇叭作為訊號源時，需要大於四個以上的麥克風，才能透過每一個麥克風與喇叭的距離以及麥克風彼此之間的距離，來計算出特定麥克風的三維位置。
本發明提供一種距離偵測裝置及其距離偵測方法，可減少距離量測所需的聲音接收器數量。
本發明的距離偵測裝置包括揚聲器、聲音接收器以及處理器。揚聲器配置於反射板的一側，輸出預設聲音信號，反射板 反射預設聲音信號而產生反射聲音信號。處理器將聲音接收器所接收到的聲音信號與預設聲音信號進行交叉相關運算，以產生交叉相關信號，其中交叉相關信號包括對應預設聲音信號的第一峰值以及對應反射聲音信號的第二峰值，處理器依據揚聲器輸出預設聲音信號的時間點、對應第一峰值的第一聲音接收時間以及對應第二峰值的第二聲音接收時間計算第一距離以及第二距離，並依據第一距離以及第二距離計算聲音接收器與反射板間的距離。
在本發明的一實施例中，上述的第一距離為聲音接收器與揚聲器間的距離，第二距離為聲音接收器與虛擬揚聲器間的距離，揚聲器與虛擬揚聲器相對於反射板呈對稱，揚聲器與虛擬揚聲器間相隔第三距離，處理器依據第一距離、第二距離以及第三距離計算聲音接收器在反射板的法線方向上與反射板間的距離。
在本發明的一實施例中，上述的預設聲音信號具有時變的振幅與頻率，預設聲音信號經低通濾波後所得到的第一低通濾波信號與預設聲音信號之間具有時間差值，處理器對聲音接收器所接收到的聲音信號進行低通濾波以產生第二低通濾波信號，處理器依據時間差值與第二低通濾波信號預估聲音接收器接收到預設聲音信號與反射聲音信號時的時間。
在本發明的一實施例中，上述的時間差值為揚聲器輸出預設聲音信號的封包振幅峰值的時間與第一低通濾波信號的封包振幅峰值所對應的時間差值。
在本發明的一實施例中，上述的低通濾波為無限脈衝響 應濾波。
在本發明的一實施例中，上述的交叉相關運算為快速交叉相關運算。
本發明還提供一種距離偵測裝置的距離偵測方法，距離偵測裝置包括揚聲器以及聲音接收器，揚聲器配置於反射板的一側，用以輸出預設聲音信號，反射板反射預設聲音信號而產生反射聲音信號，距離偵測裝置的距離偵測方法包括下列步驟。將聲音接收器所接收到的聲音信號與預設聲音信號進行交叉相關運算，以產生交叉相關信號，其中交叉相關信號包括對應預設聲音信號的第一峰值以及對應反射聲音信號的第二峰值。依據揚聲器輸出預設聲音信號的時間點、對應第一峰值的第一聲音接收時間以及對應第二峰值的第二聲音接收時間計算第一距離以及第二距離。依據第一距離以及第二距離計算聲音接收器與反射板間的距離。
在本發明的一實施例中，上述的第一距離為聲音接收器與揚聲器間的距離，第二距離為聲音接收器與虛擬揚聲器間的距離，揚聲器與虛擬揚聲器相對於反射板呈對稱，揚聲器與虛擬揚聲器間相隔第三距離，距離偵測裝置的距離偵測方法包括，依據第一距離、第二距離以及第三距離計算聲音接收器在反射板的法線方向上與反射板間的距離。
在本發明的一實施例中，上述的預設聲音信號具有時變的振幅與頻率，預設聲音信號經低通濾波後所得到的第一低通濾 波信號與預設聲音信號之間具有時間差值，距離偵測裝置的距離偵測方法包括下列步驟。對聲音接收器所接收到的聲音信號進行低通濾波以產生第二低通濾波信號。依據時間差值與第二低通濾波信號預估聲音接收器接收到預設聲音信號與反射聲音信號時的時間。
在本發明的一實施例中，上述的時間差值為揚聲器輸出預設聲音信號的封包振幅峰值的時間與第一低通濾波信號的封包振幅峰值所對應的時間差值。
在本發明的一實施例中，上述的低通濾波為無限脈衝響應濾波。
在本發明的一實施例中，上述的交叉相關運算為快速交叉相關運算。
基於上述，本發明的實施例將聲音接收器所接收到的聲音信號與預設聲音信號進行交叉相關運算，以產生交叉相關信號，依據揚聲器輸出預設聲音信號的時間點、交叉相關信號中對應第一峰值的第一聲音接收時間以及對應第二峰值的第二聲音接收時間計算第一距離以及第二距離，並依據第一距離以及第二距離計算聲音接收器與反射板間的距離，如此可減少距離量測所需的聲音接收器數量。
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。
102、102’‧‧‧揚聲器
104‧‧‧聲音接收器
106‧‧‧處理器
A1‧‧‧反射板
d、R、R1、R2、H‧‧‧距離
s(t)‧‧‧預設聲音信號
tA、tB、t_Tx、t_Max、t_Tx_IIR、t_Rx_IIR‧‧‧時間
t1‧‧‧時間差值
TA、TC、TN‧‧‧時間長度
Tx_IIR‧‧‧第一低通濾波信號
Rx_IIR‧‧‧第二低通濾波信號
y(t)‧‧‧聲音信號
S402~S406‧‧‧距離偵測裝置的距離偵測方法步驟
圖1是依照本發明一實施例之距離偵測裝置的示意圖。
圖2是依照本發明一實施例的交叉相關信號的波形示意圖。
圖3A是依照本發明一實施例的揚聲器輸出的預設聲音信號的波形示意圖。
圖3B是依照本發明一實施例的聲音接收器所接收到的聲音信號的波形示意圖。
圖4是依照本發明一實施例的距離偵測裝置的距離偵測方法的流程圖。
圖1是依照本發明一實施例之距離偵測裝置的示意圖，請參照圖1。距離偵測裝置包括揚聲器102、聲音接收器104以及處理器106，其中處理器106耦接聲音接收器104，揚聲器102與聲音接收器104的相對距離R1可例如為固定，然不以此為限。揚聲器102配置於反射板A1的一側，揚聲器102可輸出預設聲音信號，反射板A1可反射預設聲音信號而產生反射聲音信號，其中預設聲音信號具有時變的振幅與頻率，也就是說，預設聲音信號在不同時間點可對應不同的振幅與頻率，對應地，反射聲音信號也具有時變的振幅與頻率。聲音接收器104用以接收聲音信號，處理器106可用以對預設聲音信號以及聲音接收器104所接收到的 聲音信號進行信號處理。聲音接收器104所接收到的聲音信號可包括揚聲器102輸出的預設聲音信號以及反射板A1反射預設聲音信號而產生的反射聲音信號，其中反射聲音信號可等效於以反射板A1為中心，而與揚聲器102呈對稱配置的虛擬揚聲器102’所輸出，如圖1所示，揚聲器102與虛擬揚聲器102’相對於反射板A1呈對稱，且皆與反射板A1相距距離d。
處理器106可例如包括中央處理器、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)、控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device,PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合。此外，處理器106中可配置有隨機存取記憶體(RAM)或唯讀記憶體(ROM)等揮發性儲存媒體，處理器106可例如與聲音接收器104整合在同一電子裝置(例如可攜式電子裝置)中，亦或是與聲音接收器104分別配置在不同的電子裝置中。在部分實施例中，處理器106也可透過網路或其它方式以有線或無線的方式與揚聲器102以及聲音接收器104進行信號傳輸。
處理器106可將聲音接收器104所接收到的聲音信號與揚聲器所輸出的預設聲音信號進行交叉相關運算，以產生交叉相關信號，其中交叉相關運算可例如為快速交叉相關運算，然不以此為限。圖2是依照本發明一實施例的交叉相關信號的波形示意圖。如圖2所示，由於聲音接收器104所接收到的聲音信號包括 揚聲器102輸出的預設聲音信號以及反射板A1反射預設聲音信號而產生的反射聲音信號，因此交叉相關信號將包括對應預設聲音信號的第一峰值以及對應反射聲音信號的第二峰值，其中第一峰值對應的聲音接收時間tA以及第二峰值對應聲音接收時間tB。處理器106可依據聲音接收時間tA來計算聲音接收器104與揚聲器102之間的距離R1，並依據聲音接收時間tB來計算聲音接收器104與虛擬揚聲器102’之間的距離R2。如此處理器106便可依據距離R1、距離R2以及揚聲器102與虛擬揚聲器102’之間的距離計算聲音接收器104與反射板A1間的距離，例如計算聲音接收器104與揚聲器102與虛擬揚聲器102’的中點間的距離R，或是計算聲音接收器104在反射板A1的法線方向上與反射板A1間的距離H。由上述內容可知，本實施例的距離偵測裝置可僅使用一個聲音接收器104獲得聲音接收器104與反射板A1間的距離R或距離H，相較於習知技術可使用更少的聲音接收器便可達到距離量測的目的。
詳細來說，聲音接收器104與揚聲器102之間的距離R1以及聲音接收器104與虛擬揚聲器102’之間的距離R2，可分別以下列式子獲得：R1=c．(tB-tA) (1)
R2=c．(tB-tA) (2)
其中c為聲速。此外，聲音接收器104與揚聲器102與虛擬揚聲器102’的中點間的距離R以及聲音接收器104與反射板 A1間的距離H可例如分別由下列式子獲得：
如此將聲音接收器104所接收到的聲音信號與預設聲音信號進行交叉相關運算來產生交叉相關信號，依據揚聲器102輸出預設聲音信號的時間點、交叉相關信號中對應第一峰值的聲音接收時間tA以及對應第二峰值的聲音接收時間tB計算距離R1以及距離R2，便可依據距離R1以及距離R2計算聲音接收器104與反射板A1間的距離，而有效地減少距離量測所需的聲音接收器數量。
在部分實施例中，處理器106可例如透過網路傳輸的方式與揚聲器102進行資料傳輸，以得知揚聲器102輸出預設聲音信號的時間點。其中，預設聲音信號經低通濾波後(例如對預設聲音信號進行無限脈衝響應濾波，然不以此為限)所得到的第一低通濾波信號與預設聲音信號之間具有時間差值，處理器106可依據此時間差值預估聲音接收器104接收到預設聲音信號的封包振幅峰值時所對應的時間，並依據聲音接收器104接收到預設聲音信號的封包振幅峰值的準確時間與揚聲器102輸出預設聲音信號的封包振幅峰值的時間計算揚聲器102與聲音接收器104間的距離R1。舉例來說，圖3A是依照本發明一實施例的揚聲器輸出的預設聲音信號的波形示意圖。在圖3A中，預設聲音信號s(t)的封包振 幅峰值對應時間t_Tx，而預設聲音信號s(t)經低通濾波後所得到的第一低通濾波信號Tx_IIR(如虛線所示)的振幅峰值對應時間t_Tx_IIR，則第一低通濾波信號Tx_IIR與預設聲音信號s(t)之間的時間差值t1等於t_Tx_IIR-t_Tx。
處理器106可對聲音接收器104所接收到的聲音信號進行低通濾波(例如進行與預設聲音信號所進行的低通濾波相同的低通濾波處理)以產生第二低通濾波信號，處理器106依據時間差值與第二低通濾波信號預估聲音接收器104接收到預設聲音信號的封包振幅峰值時所對應的第二時間。舉例來說，圖3B是依照本發明一實施例的聲音接收器所接收到的聲音信號的波形示意圖。在圖3B中，聲音接收器104所接收到的聲音信號y(t)經低通濾波後所得到的第二低通濾波信號Rx_IIR(如虛線所示)的振幅峰值對應時間t_Rx_IIR，處理器106可將時間t_Rx_IIR減去時間差值t1，以預估聲音接收器104接收到預設聲音信號的封包振幅峰值時所對應的時間t_Max。
處理器106可判斷對應時間t_Max的聲音接收器104接收到的聲音信號y(t)的頻率值與對應時間t_Tx的揚聲器102輸出的預設聲音信號s(t)的頻率值間的差值是否超出預設範圍。詳細來說，處理器106可對以時間t_Max為基準(例如以時間t_Max為中心，然不以此為限)的時間長度T_C內的聲音接收器104所接收到的聲音信號y(t)進行傅立葉轉換運算，並判斷在以時間t_Tx為基準(例如以時間t_Tx為中心，然不以此為限)的時間長度T_C內聲 音接收器104所接收到的聲音信號y(t)在頻域中具有最大振幅的頻域信號的頻率值與對應時間t_Tx的揚聲器102輸出的預設聲音信號s(t)的頻率值間的差值是否超出預設範圍。當對應時間t_Max的聲音接收器104接收到的聲音信號y(t)的頻率值與對應時間t_Tx的揚聲器102輸出的預設聲音信號s(t)的頻率值間的差值未超出預設範圍時，代表聲音接收器104已接收到預設聲音信號s(t)。其中時間長度T_C可例如設定為對應預設聲音信號s(t)的封包振幅小於預設值的時間長度，也就是說僅利用預設聲音信號s(t)中封包振幅較大的部分來進行頻率值的比較，以提高比較結果的精確度，此外亦可減少處理器106的運算量。
處理器106可在對應時間t_Max的聲音接收器104接收到的聲音信號y(t)的頻率值與對應時間t_Tx的揚聲器102輸出的預設聲音信號s(t)的頻率值間的差值未超出預設範圍時，將以時間t_Tx為基準的時間長度T_C內的揚聲器102輸出的預設聲音信號s(t)與以時間t_Max為基準的時間長度T_N內的聲音接收器104所接收到的聲音信號進行交叉相關運算，以產生交叉相關信號，其中交叉相關運算可例如為快速交叉相關運算，然不以此為限，此外時間長度T_N大於時間長度T_C，時間長度T_N可例如設定為大於等於預設聲音信號s(t)的時間長度TA，但須小於預設聲音信號s(t)傳遞揚聲器102與聲音接收器104在使用空間中能夠配置的最遠的相對距離所需的時間。處理器106可依據交叉相關信號的振幅峰值所對應的時間t_Rx(亦即聲音接收器104接收到預設聲 音信號s(t)的封包振幅峰值的準確時間，其可作為圖1實施例的時間tA)與時間t_Tx計算揚聲器102與聲音接收器104間的距離R1。舉例來說，揚聲器102與聲音接收器104間的距離R1可等於(t_Rx-t_Tx)×c，其中c為聲速。
值得注意的是，在部分實施例中，時間長度T_N亦可被設定為小於時間長度TA，例如將時間長度T_N設定為對應預設聲音信號s(t)的封包振幅小於另一預設值的時間長度。如此將時間長度T_N設定為小於預設聲音信號s(t)傳遞揚聲器102與聲音接收器104在使用空間中能夠配置的最遠的相對距離所需的時間，處理器106便不需如習知技術般對預設聲音信號s(t)與聲音接收器104在長時間(至少需時間長度TA加上預設聲音信號s(t)傳遞揚聲器102與聲音接收器104在使用空間中能夠配置的最遠的相對距離所需的時間)內所接收到的聲音信號y(t)進行交叉相關運算，而可大幅地減少處理器106將預設聲音信號s(t)與聲音信號y(t)進行交叉相關運算的時間。而且，由於處理器106已經先判斷出以時間t_Tx為基準的時間長度T_C內聲音接收器104所接收到的聲音信號y(t)在頻域中具有最大振幅的頻域信號的頻率值與對應時間t_Tx的揚聲器102輸出的預設聲音信號s(t)的頻率值間的差值未超出預設範圍，因此亦可確保聲音接收器104已接收到預設聲音信號s(t)，進而可精確地得到聲音接收器104接收到預設聲音信號s(t)的封包振幅峰值的時間t_Rx，進而計算出揚聲器102與聲音接收器104間的距離R1。
以此類推，虛擬揚聲器102’與聲音接收器104間的距離R2間的距離亦可以類似的方式獲得，本領域具通常知識者應可藉由上述實施例得知其實施方式，因此在此不再贅述。
在部分實施例中，在揚聲器102與聲音接收器104間的相對速度不為0的情形下。處理器106也可利用都普勒效應來修正計算出的揚聲器102與聲音接收器104間的距離。舉例來說，揚聲器102可例如每隔一個時段輸出一個預設聲音信號，在本實施例中，預設聲音信號s(t)可以下列式子表示：s(t)=A(t)．cos[2π．f(t)．t] (5)
其中t為時間，A(t)為預設聲音信號s(t)的振幅，而f(t)為預設聲音信號s(t)的頻率。每個時段的時間長度可例如設定為預設聲音信號s(t)的時間長度加上預設聲音信號s(t)傳遞揚聲器102與聲音接收器104在使用空間中能夠配置的最遠的相對距離所需的時間，如此可確保聲音接受器104在每個時段中皆可接收到揚聲器102所發出的預設聲音信號s(t)。
假設揚聲器102在第m個時段輸出預設聲音信號s(t)，其中m為大於1的整數，且預設聲音信號s(t)在預設聲音信號s(t)的封包振幅峰值對應時間t_Tx以及頻率f_TMax，另外聲音接收器104接收到的預設聲音信號y(t)在時間t_Max對應頻率f_TMax。其中頻率f_RMax可例如藉由處理器106對以時間t_Max為基準(例如以時間t_Max為中心，然不以此為限)的時間長度T_C內聲音接收器104所接收到的聲音信號y(t)進行傅立葉轉換運算 而求得。頻率f_RMax可例如為聲音信號y(t)在頻域中具有最大振幅的頻域信號的頻率值，然不以此為限。在部分實施例中，處理器106亦可進一步依據進行傅立葉轉換運算後所得到的多個頻域信號進行內插運算(例如多項式內差運算，然不以此為限)，以得到更精確的頻率f_RMax。其中時間長度T_C可例如設定為對應預設聲音信號s(t)的封包振幅小於預設值的時間長度，藉由僅利用預設聲音信號s(t)中封包振幅較大的部分來進行頻率值的比較，可提高計算頻率的精確度，同時並可減少處理器106的運算量。
處理器106可依據前次計算出的揚聲器102與聲音接收器104間的相對速度利用都普勒效應修正預設聲音信號s(t)的頻率值，舉例來說，處理器106例如以下列式子修正預設聲音信號s(t)的頻率f(t)：
其中f’(t)為修正後的頻率，為第m個時段第k-1階的揚聲器102與聲音接收器104間的初始相對速度，c為聲速，k為正整數。修正後的預設聲音信號x(t)可如下列式子所示：
揚聲器102與聲音接收器104間的初始相對速度(k等於1時的相對速度)可由處理器106依據頻率f_RMax與頻率f_TMax 計算而得，例如可依據下列式子計算而得。
其中為第m個時段的揚聲器102與聲音接收器104間的初始相對速度。處理器106可將修正後的預設聲音信號x(t)與聲音接收器104所接收到的聲音信號y(t)進行交叉相關運算，以產生交叉相關信號，其中交叉相關運算可例如為快速交叉相關運算，然不以此為限。處理器106並依據交叉相關信號的封包振幅峰值所對應的時間與預設聲音信號s(t)的封包振幅峰值對應的時間t_Tx計算揚聲器102與聲音接收器104間的距離R1。
舉例來說，第m個時段的第k階的修正相對距離可如下列式子所示：
處理器106可依據對應第m個時段的揚聲器102與聲音接收器104間的修正相對距離與對應第m-1個時段的揚聲器102與聲音接收器104間的修正相對距離計算對應第m個時段的揚聲器102與聲音接收器104間的相對速度。舉例來說，第m個時段的第k階的相對速度可如下列式子所示：
其中Td為各個時段的時間長度，Rm-1為第m-1個時段所計算出的相對距離。處理器106可在得到初始相對速度後，開始依據上述式子(6)、(7)、(9)、(10)遞回地計算揚聲器102與聲音 接收器104間的相對速度，直到相對速度收斂至特定值。舉例來說，處理器106可依據對應第m個時段的揚聲器102與聲音接收器104間的相對速度以及對應第m-1個時段的揚聲器102與聲音接收器104間的相對速度判斷對應第m個時段的揚聲器102與聲音接收器104間的相對速度是否已收斂至預設範圍內。例如，處理器106可依據下列式子判斷相對速度是否已收斂：
其中THV為預設的門檻值，當的絕對值收斂至-THV與THV構成的預設範圍時，代表處理器106所計算出的第m個時段的第k階的修正相對距離的精準度已達到要求，而可將其作為第m個時段最終確定相對距離。同理，第m個時段的第k階的相對速度也可被作為第m個時段的最終確定相對速度。此外，第m個時段的揚聲器102與聲音接收器104間的最終確定相對加速度am可如以下列式子所示：a m =(v m -v m-1)/Td (12)
以此類推，第m個時段的虛擬揚聲器102’與聲音接收器104間的最終確定相對距離、最終確定相對速度以及最終確定相對加速度亦可以類似的方式獲得，本領域具通常知識者應可藉由上述實施例得知其實施方式，因此在此不再贅述。
圖4是依照本發明一實施例的距離偵測裝置的距離偵測方法的流程圖，請參照圖3。在本實施例中，揚聲器配置於反射板 的一側，且揚聲器與虛擬揚聲器相對於反射板呈對稱，揚聲器可輸出預設聲音信號，反射板可反射預設聲音信號而產生反射聲音信號。揚聲器輸出的預設聲音信號具有時變的振幅與頻率，對應地，反射聲音信號也具有時變的振幅與頻率。由上述實施例可知，距離偵測裝置的距離偵測方法可至少包括下列步驟。首先，將聲音接收器所接收到的聲音信號與預設聲音信號進行交叉相關運算，以產生交叉相關信號，其中交叉相關信號包括對應預設聲音信號的第一峰值以及對應反射聲音信號的第二峰值(步驟S402)，交叉相關運算可例如為快速交叉相關運算，然不以此為限。接著，依據揚聲器輸出預設聲音信號的時間點、對應第一峰值的第一聲音接收時間以及對應第二峰值的第二聲音接收時間計算第一距離以及第二距離(步驟S404)，其中第一距離為聲音接收器與揚聲器間的距離，第二距離為聲音接收器與虛擬揚聲器間的距離，揚聲器與虛擬揚聲器間相隔一段第三距離。然後，依據第一距離以及第二距離計算聲音接收器與反射板間的距離(步驟S406)，例如可依據該第一距離、第二距離以及第三距離計算聲音接收器在反射板的法線方向上與反射板間的距離。
其中，預設聲音信號經低通濾波後所得到的第一低通濾波信號與預設聲音信號之間具有時間差值，其中時間差值可例如為揚聲器輸出預設聲音信號的封包振幅峰值的時間與第一低通濾波信號的封包振幅峰值所對應的時間差值。在部分實施例中，可對聲音接收器所接收到的聲音信號進行低通濾波以產生第二低通 濾波信號，並依據時間差值與第二低通濾波信號預估聲音接收器接收到預設聲音信號與反射聲音信號時的時間，以依據揚聲器輸出預設聲音信號的封包振幅峰值的時間與聲音接收器接收到預設聲音信號與反射聲音信號時的時間來計算聲音接收器與反射板間的距離。
綜上所述，本發明的實施例將聲音接收器所接收到的聲音信號與預設聲音信號進行交叉相關運算，以產生交叉相關信號，依據揚聲器輸出預設聲音信號的時間點、交叉相關信號中對應第一峰值的第一聲音接收時間以及對應第二峰值的第二聲音接收時間計算第一距離以及第二距離，並依據第一距離以及第二距離計算聲音接收器與反射板間的距離，如此可減少距離量測所需的聲音接收器數量。
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. 一種距離偵測裝置，包括：一揚聲器，配置於一反射板的一側，輸出一預設聲音信號，該反射板反射該預設聲音信號而產生一反射聲音信號；一聲音接收器；以及一處理器，將該聲音接收器所接收到的聲音信號與該預設聲音信號進行交叉相關運算，以產生一交叉相關信號，其中該交叉相關信號包括對應該預設聲音信號的一第一峰值以及對應該反射聲音信號的一第二峰值，該處理器依據該揚聲器輸出該預設聲音信號的時間點、對應該第一峰值的一第一聲音接收時間以及對應該第二峰值的一第二聲音接收時間計算一第一距離以及一第二距離，其中該第一距離為該聲音接收器與該揚聲器間的距離，該第二距離為該聲音接收器與一虛擬揚聲器間的距離，該揚聲器與該虛擬揚聲器相對於該反射板呈對稱，該揚聲器與該虛擬揚聲器間相隔一第三距離，該處理器依據該第一距離、該第二距離以及該第三距離計算該聲音接收器在該反射板的法線方向上與該反射板間的距離，其中該聲音接收器與該揚聲器與該虛擬揚聲器的中點間的距離以及該聲音接收器與該反射板間的距離分別由下列式子獲得：；以及 其中R1為該第一距離，R2為該第二距離，2d為該第三距離，R為該聲音接收器與該揚聲器與該虛擬揚聲器的中點間的距離，以及H為該聲音接收器與該反射板間的距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的距離偵測裝置，其中該預設聲音信號具有時變的振幅與頻率，該預設聲音信號經一低通濾波後所得到的一第一低通濾波信號與該預設聲音信號之間具有一時間差值，該處理器對該聲音接收器所接收到的聲音信號進行該低通濾波以產生一第二低通濾波信號，該處理器將對應該第二低通濾波信號的振幅峰值的一第一時間減去該時間差值，以預估該聲音接收器接收到該預設聲音信號與該反射聲音信號時的時間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的距離偵測裝置，其中該時間差值為該揚聲器輸出該預設聲音信號的封包振幅峰值的時間與該第一低通濾波信號的封包振幅峰值所對應的時間差值。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的距離偵測裝置，其中該低通濾波為無限脈衝響應濾波。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的距離偵測裝置，其中該交叉相關運算為快速交叉相關運算。
  6. 一種距離偵測裝置的距離偵測方法，該距離偵測裝置包括一揚聲器以及一聲音接收器，該揚聲器配置於一反射板的一 側，用以輸出一預設聲音信號，該反射板反射該預設聲音信號而產生一反射聲音信號，該距離偵測裝置的距離偵測方法包括：將該聲音接收器所接收到的聲音信號與該預設聲音信號進行交叉相關運算，以產生一交叉相關信號，其中該交叉相關信號包括對應該預設聲音信號的一第一峰值以及對應該反射聲音信號的一第二峰值；以及依據該揚聲器輸出該預設聲音信號的時間點、對應該第一峰值的一第一聲音接收時間以及對應該第二峰值的一第二聲音接收時間計算一第一距離以及一第二距離，其中該第一距離為該聲音接收器與該揚聲器間的距離，該第二距離為該聲音接收器與一虛擬揚聲器間的距離，該揚聲器與該虛擬揚聲器相對於該反射板呈對稱，該揚聲器與該虛擬揚聲器間相隔一第三距離，該距離偵測裝置的距離偵測方法包括：依據該第一距離、該第二距離以及該第三距離計算該聲音接收器在該反射板的法線方向上與該反射板間的距離，其中該聲音接收器與該揚聲器與該虛擬揚聲器的中點間的距離以及該聲音接收器與該反射板間的距離分別由下列式子獲得：；以及 其中R1為該第一距離，R2為該第二距離，2d為該第三距離， R為該聲音接收器與該揚聲器與該虛擬揚聲器的中點間的距離，以及H為該聲音接收器與該反射板間的距離。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的距離偵測裝置的距離偵測方法，其中該預設聲音信號具有時變的振幅與頻率，該預設聲音信號經一低通濾波後所得到的一第一低通濾波信號與該預設聲音信號之間具有一時間差值，該距離偵測裝置的距離偵測方法包括：對該聲音接收器所接收到的聲音信號進行該低通濾波以產生一第二低通濾波信號；以及將對應該第二低通濾波信號的振幅峰值的一第一時間減去該時間差值，以預估該聲音接收器接收到該預設聲音信號與該反射聲音信號時的時間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的距離偵測裝置的距離偵測方法，其中該時間差值為該揚聲器輸出該預設聲音信號的封包振幅峰值的時間與該第一低通濾波信號的封包振幅峰值所對應的時間差值。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的距離偵測裝置的距離偵測方法，其中該低通濾波為無限脈衝響應濾波。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的距離偵測裝置的距離偵測方法，其中該交叉相關運算為快速交叉相關運算。
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