超聲波多區(qū)域懸停系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年8月21日提交的美國非臨時申請?zhí)?3/972，613的優(yōu)先權(quán)，所述 申請以全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本文公開的實施例主要涉及跟蹤聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)中的用戶輸入的位置。
【背景技術(shù)】
[0004] 手指懸停正變成移動應(yīng)用程序的非常令人希望的特征。藉由手指跟蹤能力，用戶 不必觸摸移動裝置的屏幕來控制在移動裝置上執(zhí)行的移動應(yīng)用程序。懸停特征可用于遠(yuǎn)程 手勢控制，諸如照片滑動或地圖導(dǎo)航。不同于基于相機(jī)、電場和自電容或互電容的懸停解決 方案，基于超聲波的懸停系統(tǒng)可發(fā)射來自超聲波發(fā)射器的專門設(shè)計的寬帶調(diào)制超聲波模 式。
[0005] 超聲波手指懸停跟蹤可對基于電場的懸停系統(tǒng)和基于電容的懸停系統(tǒng)具有優(yōu)點。 例如，一個優(yōu)點可以是基于超聲波的懸停系統(tǒng)使用最少的硬件量。例如，基于超聲波的懸停 系統(tǒng)可共用由音頻和話音應(yīng)用程序所用的麥克風(fēng)。此外，基于超聲波的懸停系統(tǒng)可以以可 調(diào)節(jié)的懸停距離來操作并且還可離開屏幕操作。電場類的懸停系統(tǒng)可能需要特別的電極圖 案設(shè)計和電路?；陔妶龅膽彝Ｏ到y(tǒng)可能僅跟蹤整個手的重心的移動并且可能不能跟蹤對 應(yīng)于僅手指的移動。此外，電場類懸停系統(tǒng)的性能可能受裝置接地狀況影響。另外，基于電 容的懸停系統(tǒng)可能需要特別的觸摸屏設(shè)計并且懸停距離可能較小(例如，2-3厘米）。
[0006] 基于超聲波的懸停系統(tǒng)可通過使用多超聲波發(fā)射器和麥克風(fēng)來跟蹤手指的移動。 在示例中，發(fā)射器(例如揚聲器)發(fā)射超聲波并且麥克風(fēng)接收來自懸停指尖的反射信號模 式。指尖坐標(biāo)可使用三角測量算法來計算。
[0007] 但是，基于超聲波的懸停系統(tǒng)的精確性可能受多個因素(諸如信噪比和換能器帶 寬）影響。誤差源可能歸因于來自手的非指尖部分的反射。不同于超聲筆，懸停手指遭受來 自手掌和指節(jié)的非故意的反射。這些反射可能導(dǎo)致三角測量誤差和跟蹤的不連續(xù)性。另一 個誤差源可能來自指尖上用于每個發(fā)射器和接收器對的反射點是不相同的事實。這可能產(chǎn) 生不平滑的跟蹤，尤其是在Z方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 存在一種將誤差反射的效果減到最小的改進(jìn)聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)的必要。
[0009] 根據(jù)一些實施例，本發(fā)明提供一種用于確定目標(biāo)的位置的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含基 于由一或多個發(fā)射器所發(fā)射的聲學(xué)信號來檢測目標(biāo)的一或多個接收器。所述系統(tǒng)還包含確 定所檢測目標(biāo)相對于所述一或多個接收器和所述一或多個發(fā)射器的相對位置的處理組件。 所述處理組件選擇至少三個接收器和發(fā)射器對。每對包含來自所述一或多個接收器的一個 接收器和來自所述一或多個發(fā)射器的一個發(fā)射器。所述處理組件使用所選擇的至少三個接 收器和發(fā)射器對來確定所檢測目標(biāo)的位置。
[0010] 根據(jù)一些實施例，本發(fā)明提供一種用于確定目標(biāo)的位置的方法。所述方法包含由 一或多個接收器基于由一或多個發(fā)射器所發(fā)射的聲學(xué)信號來檢測目標(biāo)。所述方法還包含確 定所檢測目標(biāo)相對于所述一或多個接收器和所述一或多個發(fā)射器的相對位置。所述方法還 包含選擇至少三個接收器和發(fā)射器對。每對包含來自所述一或多個接收器的一個接收器和 來自所述一或多個發(fā)射器的一個發(fā)射器。所述方法還包含使用所選擇的至少三個接收器和 發(fā)射器對來確定所檢測目標(biāo)的位置。
[0011] 根據(jù)一些實施例，本發(fā)明提供一種已在其上存儲用于進(jìn)行操作的計算機(jī)可執(zhí)行指 令的計算機(jī)可讀媒體，所述操作包含：由一或多個接收器基于由一或多個發(fā)射器所發(fā)射的 聲學(xué)信號來檢測目標(biāo);確定所檢測目標(biāo)相對于所述一或多個接收器和所述一或多個發(fā)射器 的相對位置;選擇至少三個接收器和發(fā)射器對，每對包含來自所述一或多個接收器的一個 接收器和來自所述一或多個發(fā)射器的一個發(fā)射器;并且使用所選擇的至少三個接收器和發(fā) 射器對來確定所檢測目標(biāo)的位置。
[0012] 根據(jù)一些實施例，本發(fā)明提供一種用于確定目標(biāo)的位置的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含用 于基于由一或多個發(fā)射器所發(fā)射的聲學(xué)信號來檢測目標(biāo)的裝置。所述系統(tǒng)還包含用于確定 所檢測目標(biāo)相對于所述一或多個接收器和所述一或多個發(fā)射器的相對位置的裝置。所述系 統(tǒng)還包含用于選擇至少三個接收器和發(fā)射器對的裝置。每對包含來自所述一或多個接收器 的一個接收器和來自所述一或多個發(fā)射器的一個發(fā)射器。所述系統(tǒng)還包含用于使用所選擇 的至少三個接收器和發(fā)射器對來確定所檢測目標(biāo)的位置的裝置。
【附圖說明】
[0013]圖1是示出根據(jù)一些實施例的聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100的框圖。
[0014] 圖2是示出根據(jù)一些實施例的分割成多個區(qū)域的屏幕的框圖。
[0015] 圖3是示出由根據(jù)一些實施例的發(fā)射器產(chǎn)生信號模式的流程圖。
[0016] 圖4是示出根據(jù)一些實施例的發(fā)射器和接收器對關(guān)于兩個坐標(biāo)軸的簡圖。
[0017] 圖5是示出根據(jù)一些實施例的所述(發(fā)射器、接收器)對關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸的簡圖。
[0018] 圖6A和6B是示出根據(jù)一些實施例的基于發(fā)射器的位置、接收器的位置與所檢測目 標(biāo)相對于所述接收器和所述發(fā)射器的所確定相對位置的不同區(qū)域類型的框圖。
[0019] 圖7是示出根據(jù)一些實施例的用于優(yōu)化所檢測目標(biāo)的所確定位置的過程流程的框 圖。
[0020] 圖8是示出根據(jù)實施例的確定目標(biāo)的位置的方法的流程圖。
[0021 ]圖9是示出根據(jù)一些實施例的能夠確定目標(biāo)的位置的平臺的簡圖。
【具體實施方式】
[0022] 在以下描述中，闡述描述某些實施例的具體細(xì)節(jié)。然而，對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 將顯而易見的是，所公開的實施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實 踐。所呈現(xiàn)的具體實施例意圖為說明性的而非限制性的。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識到 盡管未具體描述于本文中但處于本公開的范圍和精神內(nèi)的其它材料。
[0023] 圖1是示出根據(jù)一些實施例的聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100的框圖。聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100包含用 于發(fā)射信號的一或多個發(fā)射器104和用于拾取由發(fā)射器104所發(fā)射的信號的一或多個接收 器106。聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100可嵌入、實施、附著或以其它方式并入計算裝置108中，諸如個人計 算機(jī)或(例如，膝上型計算機(jī)、移動智能電話、個人數(shù)字助理或平板計算機(jī))中。
[0024] 計算裝置108可耦接至屏幕112(例如，觸敏屏）。接收器106和發(fā)射器104可設(shè)置在 具有屏幕112的計算裝置108上。所述發(fā)射器可發(fā)射聲波的信號模式，以及目標(biāo)110可懸停在 屏幕112上方，致使所述聲波朝向屏幕112后反射。所述接收器可接收來自目標(biāo)110的反射信 號模式并可基于所述反射信號模式來確定目標(biāo)110的位置。當(dāng)打開計算裝置108時，所述接 收器可連續(xù)運行，使得它們始終準(zhǔn)備好接收來自所述發(fā)射器的輸入。
[0025] 在一些實施例中，發(fā)射器104可發(fā)射聲學(xué)信號，諸如超聲波信號。發(fā)射器104可以是 包含生成超聲波信號的一或多個超聲換能器的任何合適的超聲波裝置。接收器106可以是 任何合適的聲學(xué)接收器諸如麥克風(fēng)，以及發(fā)射器104可向耦接至聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100的多個麥 克風(fēng)發(fā)射超聲波信號。在一些實施例中，發(fā)射器104和接收器106可分別是附接到計算裝置 108的揚聲器和麥克風(fēng)。
[0026] 如圖1中所示，目標(biāo)110可以是手的懸停指尖，以及聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100可跟蹤所述指 尖的移動來檢測所述指尖的相對精確位置。當(dāng)聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)1〇〇跟蹤指尖110時，來自用戶 的手的除所述手指外的部分的反射可能偏移所述手指的檢測和跟蹤光滑度的精確度。本公 開提供使得聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100能減小來自手的所述部分的非故意反射的所導(dǎo)致的誤差的技 術(shù)。
[0027] 聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100還可包含處理組件132和存儲器134。在一些實施例中，處理組件 132可以是一或多個處理器、中央處理單元(CPU)、圖像信號處理器（ISP)、微控制器或數(shù)字 信號處理器(DSP)、圖形處理單元(GPU)和音頻信號處理器，所述音頻信號處理器可包含模 擬和/或數(shù)字音頻信號處理器。存儲器134可例如包含:系統(tǒng)存儲器組件，其可以對應(yīng)于隨機(jī) 存取存儲器(RAM)，內(nèi)部存儲器組件，其可以對應(yīng)于只讀存儲器(ROM)，和外部或靜態(tài)存儲 器，其可以對應(yīng)于光學(xué)、磁性或固態(tài)存儲器。
[0028] 存儲器134可對應(yīng)于非瞬時性機(jī)器可讀媒體，其包含例如軟盤、軟磁盤、硬盤、磁 帶、任何其它磁性媒體、CD-ROM、任何其它光學(xué)媒體、穿孔卡片、紙帶、具有孔洞圖案的任何 其它物理媒體、1^1、？如14?如1、？1^3^?如1、任何其它存儲器芯片或盒帶，和/或處理組 件132能夠讀取的任何其它媒體。
[0029] 此外，存儲器134可包含應(yīng)用程序控制器142和應(yīng)用程序144。在一些實施例中，發(fā) 射器104可發(fā)射聲學(xué)信號以及接收器106可基于所發(fā)射的聲學(xué)信號的反射來接收反射聲學(xué) 信號。處理組件132可使用所反射的聲學(xué)信號來確定目標(biāo)110的位置并向應(yīng)用程序控制器 142提供所確定的位置。應(yīng)用程序控制器142可基于所確定的目標(biāo)110的位置來影響應(yīng)用程 序144的運行。應(yīng)用程序144可使用目標(biāo)110的坐標(biāo)以例如確定一或多個用戶輸入。
[0030]圖2是示出根據(jù)一些實施例的分割成多個區(qū)域的屏幕112的框圖200。如圖2中示出 的，屏幕112的一部分可以分割成多個部分，以及每一部分可對應(yīng)于一個區(qū)域。每個區(qū)域可 包含至少一個接收器和至少一個發(fā)射器。屏幕112可以沿X軸204和y軸206均等分割，使得屏 幕112具有4個區(qū)域。4個區(qū)域包含區(qū)域208、區(qū)域210、區(qū)域212和區(qū)域214。雖然示出了4個區(qū) 域，但具有少于4個(但具有至少一個區(qū)域)或多于4個區(qū)域的實施例在本公開的范圍內(nèi)。另 外，在其它實施例中，屏幕112可以不均等分割或沿不同于X軸204和y軸206的軸分割。
[0031] 在圖2中，聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100包含發(fā)射器104A和104B以及接收器106A、106B、106C和 106D。雖然示出了兩個發(fā)射器，但是具有一個或多于兩個發(fā)射器的實施例在本公開的范圍 內(nèi)。另外，雖然示出了四個接收器，但是具有少于四個(但具有至少一個發(fā)射器)或多于四個 發(fā)射器的實施例在本公開的范圍內(nèi)。接收器和發(fā)射器的量可取決于聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100的尺 寸。例如，如果屏幕112的尺寸小，則可供用于目標(biāo)110懸停在上方的面積可以更小。因此，與 具有較大屏幕的實施例相比，可將較少的發(fā)射器和/或接收器并入聲學(xué)跟蹤系統(tǒng)100中。 [0032] 在一些實施例中，接收器106A、106B、106C和106D中的一或多個基于由發(fā)射器104A 和104B中的一或多個所發(fā)射的聲學(xué)信號來檢測目標(biāo)110。由所述接收器接收到的聲學(xué)信號 可以是基于懸停在屏幕112上方的目標(biāo)110的反射聲學(xué)信號。例如，接收器106A、106B、106C 和106D中的一或多個可檢測在屏幕112附近范圍內(nèi)的目標(biāo)110。處理組件132可確定所檢測 目標(biāo)相對于所述一或多個接收器和所述一或多個發(fā)射器的相對位置。
[0033]每個發(fā)射器可發(fā)射相對于彼此不同的聲學(xué)信號。圖3是示出根據(jù)一些實施例的由 發(fā)射器104A和104B生成信號模式的流程圖300。在步驟302,確定用于每個發(fā)射器的基帶正 交代碼。正交代碼是具有零互相關(guān)的代碼。類似于碼分多址(CDMA)，正交代碼可用于生成時 域波形。在示例中，在所述接收器，假定懸停系統(tǒng)的發(fā)射和接收路徑是同步的事實，可以通 過將正交代碼關(guān)聯(lián)到所收到的信號來恢復(fù)所發(fā)射的信號模式。還可使用其它的非正交信 號，諸如偽噪聲(PN)序列或表現(xiàn)出小的互相關(guān)和大的自相關(guān)的其它類型代碼。
[0034] 在步驟304,預(yù)調(diào)節(jié)所述基帶正交代碼