超声波多区域悬停系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年8月21日提交的美国非临时申请号13/972，613的优先权，所述 申请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本文公开的实施例主要涉及跟踪声学跟踪系统中的用户输入的位置。
【背景技术】
[0004] 手指悬停正变成移动应用程序的非常令人希望的特征。藉由手指跟踪能力，用户 不必触摸移动装置的屏幕来控制在移动装置上执行的移动应用程序。悬停特征可用于远程 手势控制，诸如照片滑动或地图导航。不同于基于相机、电场和自电容或互电容的悬停解决 方案，基于超声波的悬停系统可发射来自超声波发射器的专门设计的宽带调制超声波模 式。
[0005] 超声波手指悬停跟踪可对基于电场的悬停系统和基于电容的悬停系统具有优点。 例如，一个优点可以是基于超声波的悬停系统使用最少的硬件量。例如，基于超声波的悬停 系统可共用由音频和话音应用程序所用的麦克风。此外，基于超声波的悬停系统可以以可 调节的悬停距离来操作并且还可离开屏幕操作。电场类的悬停系统可能需要特别的电极图 案设计和电路。基于电场的悬停系统可能仅跟踪整个手的重心的移动并且可能不能跟踪对 应于仅手指的移动。此外，电场类悬停系统的性能可能受装置接地状况影响。另外，基于电 容的悬停系统可能需要特别的触摸屏设计并且悬停距离可能较小(例如，2-3厘米）。
[0006] 基于超声波的悬停系统可通过使用多超声波发射器和麦克风来跟踪手指的移动。 在示例中，发射器(例如扬声器)发射超声波并且麦克风接收来自悬停指尖的反射信号模 式。指尖坐标可使用三角测量算法来计算。
[0007] 但是，基于超声波的悬停系统的精确性可能受多个因素(诸如信噪比和换能器带 宽）影响。误差源可能归因于来自手的非指尖部分的反射。不同于超声笔，悬停手指遭受来 自手掌和指节的非故意的反射。这些反射可能导致三角测量误差和跟踪的不连续性。另一 个误差源可能来自指尖上用于每个发射器和接收器对的反射点是不相同的事实。这可能产 生不平滑的跟踪，尤其是在Z方向。
【发明内容】
[0008] 存在一种将误差反射的效果减到最小的改进声学跟踪系统的必要。
[0009] 根据一些实施例，本发明提供一种用于确定目标的位置的系统。所述系统包含基 于由一或多个发射器所发射的声学信号来检测目标的一或多个接收器。所述系统还包含确 定所检测目标相对于所述一或多个接收器和所述一或多个发射器的相对位置的处理组件。 所述处理组件选择至少三个接收器和发射器对。每对包含来自所述一或多个接收器的一个 接收器和来自所述一或多个发射器的一个发射器。所述处理组件使用所选择的至少三个接 收器和发射器对来确定所检测目标的位置。
[0010] 根据一些实施例，本发明提供一种用于确定目标的位置的方法。所述方法包含由 一或多个接收器基于由一或多个发射器所发射的声学信号来检测目标。所述方法还包含确 定所检测目标相对于所述一或多个接收器和所述一或多个发射器的相对位置。所述方法还 包含选择至少三个接收器和发射器对。每对包含来自所述一或多个接收器的一个接收器和 来自所述一或多个发射器的一个发射器。所述方法还包含使用所选择的至少三个接收器和 发射器对来确定所检测目标的位置。
[0011] 根据一些实施例，本发明提供一种已在其上存储用于进行操作的计算机可执行指 令的计算机可读媒体，所述操作包含：由一或多个接收器基于由一或多个发射器所发射的 声学信号来检测目标;确定所检测目标相对于所述一或多个接收器和所述一或多个发射器 的相对位置;选择至少三个接收器和发射器对，每对包含来自所述一或多个接收器的一个 接收器和来自所述一或多个发射器的一个发射器;并且使用所选择的至少三个接收器和发 射器对来确定所检测目标的位置。
[0012] 根据一些实施例，本发明提供一种用于确定目标的位置的系统。所述系统包含用 于基于由一或多个发射器所发射的声学信号来检测目标的装置。所述系统还包含用于确定 所检测目标相对于所述一或多个接收器和所述一或多个发射器的相对位置的装置。所述系 统还包含用于选择至少三个接收器和发射器对的装置。每对包含来自所述一或多个接收器 的一个接收器和来自所述一或多个发射器的一个发射器。所述系统还包含用于使用所选择 的至少三个接收器和发射器对来确定所检测目标的位置的装置。
【附图说明】
[0013]图1是示出根据一些实施例的声学跟踪系统100的框图。
[0014] 图2是示出根据一些实施例的分割成多个区域的屏幕的框图。
[0015] 图3是示出由根据一些实施例的发射器产生信号模式的流程图。
[0016] 图4是示出根据一些实施例的发射器和接收器对关于两个坐标轴的简图。
[0017] 图5是示出根据一些实施例的所述(发射器、接收器)对关于旋转轴的简图。
[0018] 图6A和6B是示出根据一些实施例的基于发射器的位置、接收器的位置与所检测目 标相对于所述接收器和所述发射器的所确定相对位置的不同区域类型的框图。
[0019] 图7是示出根据一些实施例的用于优化所检测目标的所确定位置的过程流程的框 图。
[0020] 图8是示出根据实施例的确定目标的位置的方法的流程图。
[0021 ]图9是示出根据一些实施例的能够确定目标的位置的平台的简图。
【具体实施方式】
[0022] 在以下描述中，阐述描述某些实施例的具体细节。然而，对于所属领域的技术人员 将显而易见的是，所公开的实施例可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实 践。所呈现的具体实施例意图为说明性的而非限制性的。所属领域的技术人员可以认识到 尽管未具体描述于本文中但处于本公开的范围和精神内的其它材料。
[0023] 图1是示出根据一些实施例的声学跟踪系统100的框图。声学跟踪系统100包含用 于发射信号的一或多个发射器104和用于拾取由发射器104所发射的信号的一或多个接收 器106。声学跟踪系统100可嵌入、实施、附着或以其它方式并入计算装置108中，诸如个人计 算机或(例如，膝上型计算机、移动智能电话、个人数字助理或平板计算机)中。
[0024] 计算装置108可耦接至屏幕112(例如，触敏屏）。接收器106和发射器104可设置在 具有屏幕112的计算装置108上。所述发射器可发射声波的信号模式，以及目标110可悬停在 屏幕112上方，致使所述声波朝向屏幕112后反射。所述接收器可接收来自目标110的反射信 号模式并可基于所述反射信号模式来确定目标110的位置。当打开计算装置108时，所述接 收器可连续运行，使得它们始终准备好接收来自所述发射器的输入。
[0025] 在一些实施例中，发射器104可发射声学信号，诸如超声波信号。发射器104可以是 包含生成超声波信号的一或多个超声换能器的任何合适的超声波装置。接收器106可以是 任何合适的声学接收器诸如麦克风，以及发射器104可向耦接至声学跟踪系统100的多个麦 克风发射超声波信号。在一些实施例中，发射器104和接收器106可分别是附接到计算装置 108的扬声器和麦克风。
[0026] 如图1中所示，目标110可以是手的悬停指尖，以及声学跟踪系统100可跟踪所述指 尖的移动来检测所述指尖的相对精确位置。当声学跟踪系统1〇〇跟踪指尖110时，来自用户 的手的除所述手指外的部分的反射可能偏移所述手指的检测和跟踪光滑度的精确度。本公 开提供使得声学跟踪系统100能减小来自手的所述部分的非故意反射的所导致的误差的技 术。
[0027] 声学跟踪系统100还可包含处理组件132和存储器134。在一些实施例中，处理组件 132可以是一或多个处理器、中央处理单元(CPU)、图像信号处理器（ISP)、微控制器或数字 信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)和音频信号处理器，所述音频信号处理器可包含模 拟和/或数字音频信号处理器。存储器134可例如包含:系统存储器组件，其可以对应于随机 存取存储器(RAM)，内部存储器组件，其可以对应于只读存储器(ROM)，和外部或静态存储 器，其可以对应于光学、磁性或固态存储器。
[0028] 存储器134可对应于非瞬时性机器可读媒体，其包含例如软盘、软磁盘、硬盘、磁 带、任何其它磁性媒体、CD-ROM、任何其它光学媒体、穿孔卡片、纸带、具有孔洞图案的任何 其它物理媒体、1^1、？如14?如1、？1^3^?如1、任何其它存储器芯片或盒带，和/或处理组 件132能够读取的任何其它媒体。
[0029] 此外，存储器134可包含应用程序控制器142和应用程序144。在一些实施例中，发 射器104可发射声学信号以及接收器106可基于所发射的声学信号的反射来接收反射声学 信号。处理组件132可使用所反射的声学信号来确定目标110的位置并向应用程序控制器 142提供所确定的位置。应用程序控制器142可基于所确定的目标110的位置来影响应用程 序144的运行。应用程序144可使用目标110的坐标以例如确定一或多个用户输入。
[0030]图2是示出根据一些实施例的分割成多个区域的屏幕112的框图200。如图2中示出 的，屏幕112的一部分可以分割成多个部分，以及每一部分可对应于一个区域。每个区域可 包含至少一个接收器和至少一个发射器。屏幕112可以沿X轴204和y轴206均等分割，使得屏 幕112具有4个区域。4个区域包含区域208、区域210、区域212和区域214。虽然示出了4个区 域，但具有少于4个(但具有至少一个区域)或多于4个区域的实施例在本公开的范围内。另 外，在其它实施例中，屏幕112可以不均等分割或沿不同于X轴204和y轴206的轴分割。
[0031] 在图2中，声学跟踪系统100包含发射器104A和104B以及接收器106A、106B、106C和 106D。虽然示出了两个发射器，但是具有一个或多于两个发射器的实施例在本公开的范围 内。另外，虽然示出了四个接收器，但是具有少于四个(但具有至少一个发射器)或多于四个 发射器的实施例在本公开的范围内。接收器和发射器的量可取决于声学跟踪系统100的尺 寸。例如，如果屏幕112的尺寸小，则可供用于目标110悬停在上方的面积可以更小。因此，与 具有较大屏幕的实施例相比，可将较少的发射器和/或接收器并入声学跟踪系统100中。 [0032] 在一些实施例中，接收器106A、106B、106C和106D中的一或多个基于由发射器104A 和104B中的一或多个所发射的声学信号来检测目标110。由所述接收器接收到的声学信号 可以是基于悬停在屏幕112上方的目标110的反射声学信号。例如，接收器106A、106B、106C 和106D中的一或多个可检测在屏幕112附近范围内的目标110。处理组件132可确定所检测 目标相对于所述一或多个接收器和所述一或多个发射器的相对位置。
[0033]每个发射器可发射相对于彼此不同的声学信号。图3是示出根据一些实施例的由 发射器104A和104B生成信号模式的流程图300。在步骤302,确定用于每个发射器的基带正 交代码。正交代码是具有零互相关的代码。类似于码分多址(CDMA)，正交代码可用于生成时 域波形。在示例中，在所述接收器，假定悬停系统的发射和接收路径是同步的事实，可以通 过将正交代码关联到所收到的信号来恢复所发射的信号模式。还可使用其它的非正交信 号，诸如伪噪声(PN)序列或表现出小的互相关和大的自相关的其它类型代码。
[0034] 在步骤304,预调节所述基带正交代码