带有计算机接口的物体的三维位移制造技术

本发明专利技术提供了一个在三维区域中跟踪一个对象的三维方位的系统，它是通过利用三角测量技术生成与这种三维方位相应的信号而实现的。这种信号可以用来操纵一个可变操作系统，从而产生一个虚实系统。三角测量设备包括至少三个超声波发射器，它们与安放于三维区域中的运动体上的超声波接收器协同工作。信号从多路复用的频率中产生与／或中间信号可以用一个三维加速表来进行投影。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一个控制系统，它是用来控制与三维运动相应的信号的产生，例如，一个可以生成与某个物体在三维空间的运动相应的声音信号的系统。本专利技术尤其涉及可变操作仪器的控制，如舞台灯光、幻灯投影仪、视频投影仪，特别是对一个物体的运动进行转换而产生音乐。本专利技术还涉及可变操作设备的控制，如带有虚实系统的计算机接口。在授与Will Bauer的美国专利No.5,107,746(1992年4月28日)和美国专利No.5,214,615(1993年5月25日)中描述并公开了这种控制系统。这些专利中所涉及的系统包括通过三维空间中的运动来控制一个音乐合成器的系统及控制其它可变操作设备的系统。简单来说，那些专利是关于生成一个与方位数据对应的控制信号，该方位数据是从三角测量计算中获得的，而这种计算则是基于超声波脉冲从相互隔离开的固定发射器到一个运动对象所用的时间来进行的。如果有更高的方位采样速度和备用传感器的附加输入，那么，那些专利中的系统就能够进行更精细的控制。本专利技术者就考虑到了这个问题。本专利技术涉及改进的声学方位采样速率和传感器的混合，这样就可以对包括方位和其它信息的附加信息进行处理，从而改进对前述的媒介设备、虚实计算机设备和可变操作设备的控制结构。依据本专利技术，可以提供一个控制系统，根据至少一个三维区域运动对象的运动控制可变操作系统进行实时操作，它包括至少三个，四个更好，超声波发射器，它们分别安置在惯性参考点上，用来进行所述至少一个对象的三维方位的三角测量定位；脉冲发生装置，分别向每个超声波发射器提供至少第一和第二预选频率的脉冲来生成相应的超声波脉冲；每一对象的多个分隔开的接收站，每个接收站包括一个超声波接收器和一个与其相联系的脉冲检测器，来检测超声波接收器所接收的脉冲，每个接收站与所述的对象相关联，并与该对象一起在三维空间中进行运动；一个编码器，它与每个接收站相关联，将脉冲的到达时间编码为一个适合无线电波发射的格式；一个无线电波发射器，发射与脉冲到达时间相应的信号；一个无线电波接收器，在所述的至少一个对象和无线电波发射器的远地端，接收从无线电波发射器传来的编码信号；一个解码器，对从无线电波接收器来的信号进行解码；一个对象跟踪微处理器控制器，接收所述的从每个超声波接收器来的数据(每一个超声波接收器与所述的至少一个对象相关联)，根据所述至少一个对象的径向方位数据来计算它的三维方位、速度和加速度，并且一方面对超声波发射器的脉冲发生器发出指令，另一方面与一个计算机相连接，产生对应于已计算出的对象三维方位的指令，并用所述至少一个对象上的每一个接收站的径向方位数据来控制所述可变操作系统的变化。可变操作系统可以是一个虚实系统、音乐合成器或其它可变操作设备。依据本专利技术，还可以提供一个控制系统，根据至少一个三维区域运动对象的运动控制可变操作系统进行实时操作，它包括至少三个，四个更好，超声波发射器，它们分别安置在惯性参考点上，用来进行所述至少一个对象的三维方位的三角测量定位；一个脉冲发生器，向超声波发射器提供脉冲来生成相应的超声波脉冲；每一对象的多个分隔开的接收站，每个接收站包括一个超声波接收器和一个与其相联系的脉冲检测器，来检测超声波接收器所接收的脉冲。每个接收站与所述的对象联系在一起，并与该对象一起在三维空间中进行运动；一个接收器跟踪微处理器控制器，接收从每个接收站来的脉冲、将其数字化，测量脉冲的到达时间，控制脉冲发生器发出信号的产生和计时，根据自脉冲发生器发射信号起，到分别从各个接收站检测出相应的脉冲之间所用的时间，计算出对应每一个脉冲，各个接收器的径向方位数据；一个编码器，与跟踪微处理器控制器联系一起，将脉冲到达时间编码为适于无线电发射的格式；一个无线电波发射器，发射与脉冲到达时间对应的编码信号；一个无线电波接收器，在所述的至少一个对象和无线电波发射器的远地端，接收从无线电波发射器传来的编码信号；一个解码器，对从无线电波接收器来的信号进行解码；一个三维加速表，测量由每个接收到的脉冲定义的参考点沿每条空间轴线的加速度；计算装置，用所述的加速度计算临时方位数据；一个对象跟踪微处理器控制器，接收从每个超声波接收器来的数据(每一个超声波接收器与所述的至少一个对象联系一起)，并接收所述的临时方位数据，根据所述至少一个对象的径向方位数据及临时方位数据来计算它的三维方位、速度和加速度，并且一方面对超声波发射器的脉冲发生器发出指令，另一方面与一个计算机相连接，产生对应于已计算出的对象三维方位的指令，并用所述至少一个对象上的每一个接收站的径向方位数据来控制所述可变操作系统的变化。现在，通过举例并参照附图的方式，对本专利技术的实施方案进行描述，其中附图说明图1是依据本专利技术的一个系统的模块示意图；图2是在实现图1系统的固件中可能使用的一种产生脉冲和计时方法的模块示意图。图3是在固件中可能使用的一种脉冲检测方法的模块示意图；图4是本专利技术另一实施方案的模块示意图5是实现图4系统的固件中可能使用的一种脉冲检测算法的模块示意图。图1显示了一个数字信号处理(DSP)控制器16，它向扬声器12、13、14和15中的每一个发送信号，从而重复发出一系列声音脉冲，对这些脉冲进行多路复用，以提供一个比使用美国专利No.5,107,746和5,214,615的系统可能产生的采样速率更高的采样速率。多路复用的声音脉冲可以包含多个不同频率的脉冲，如4个不同频率F1、F2、F3和F4。每个脉冲宽度大约为0.25到4毫秒。每个声音脉冲F1、F2、F3或F4应当具有足够高的频率，要高于可以听到的声音频率。合适的频率范围在17KHz到60KHz之间，并且脉冲系列中的每个脉冲在该范围内相互之间被很好地隔离开来。脉冲可以由任何适当的设备产生，DSP控制器16和数模(D/A)转换器17，后者能够重复产生一系列不同的脉冲。在美国专利No.5,107,746和5,214,615所描述并公布的系统中，一个单一频率脉冲的采样速率为每秒3到300，并为每秒发送和接收的脉冲数量所限制。在实际情况中，那些以前的系统中，一个单一超声频率的脉冲大约每隔32毫秒(ms)发射一次。于是，方位的更新速度受到限制，每发射一个新的脉冲，才能确定一个新的方位，或者说每秒大约更新32次(每32毫秒更新一次)。当发射并分别检测4个分离频率的脉冲时，采样速率就要乘以4，即采样速率为128Hz(4×32)。所以，每隔8毫秒就有一个脉冲，而如果在同一频率的脉冲下，只能重复每32毫秒一个脉冲。通过使用频率对来产生附加脉冲类型，甚至有可能获得更高的脉冲速率。一个包含频率F1并伴随着晚0.1毫秒的频率F2的脉冲与包含频率F2并伴随着晚0.1毫秒的频率F3的脉冲是不同的。采用频率复用和对几个在时间上交错的频率进行分组来组成每个脉冲这两项技术可以使采样速率变得更高，可能会高达512至1024Hz左右。在图1中，DSP控制器16既是系统的脉冲发生器，又是检测器。由于近来在DSP集成电路芯片设计方面的进步，现在它有可能在数字领域执行比较复杂的实时信号处理任务，仅仅在几年之前，还需要大量的模拟信号处理单元才能执行这样的任务。这一进展使硬件设计变得相对简单，并使其在信号处理能力方面更为灵活。可以通过固件重新设置数字硬件，来执行各种不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个控制系统，根据至少一个三维区域运动对象的运动控制可变操作系统进行实时操作，它包括：至少三个超声波发射器，它们分别安置在惯性参考点上，用来进行所述至少一个对象的三维方位的三角测量定位；脉冲发生装置，分别向各个超声波发射器提供至少第 一和第二预选频率的脉冲来生成相应的超声波脉冲；每个对象的多个分隔开的接收站，每个接收站包括一个超声波接收器和一个与其相联系的脉冲检测器，来检测超声波接收器所接收的脉冲，每个接收站与所述的对象联系在一起，并与该对象一起在三维空间中进行运动 ；一个与每个接收站相关的编码器，将脉冲的到达时间编码为一个适合无线电波发射的形式；一个无线电波发射器，发射与脉冲到达时间相应的编码信号；一个接收器跟踪微处理器控制器，接收从每个接收站来的脉冲、将其数字化，测量脉冲的到达时间，控制 来自脉冲发生器信号的产生和计时，根据自脉冲发生器发射一个预选频率之一的脉冲起，到分别从各个接收站检测出相应的脉冲之间所用的时间，计算出对应每一个脉冲，各个接收器的径向方位数据；一个无线电波接收器，在所述的至少一个对象和无线电波发射器的远 地端，接收从无线电波发射器传来的信号；一个解码器，对从无线电波接收器来的信号进行解码；一个对象跟踪微处理器控制器，接收每个与所述至少一个对象联系在一起的超声波接收器的数据，根据所述至少一个对象的径向方位数据来计算它的三维方位、速度和 加速度，并且一方面对超声波发射器的脉冲发生器发出指令，另一方面与一个计算机相连接，产生对应于已计算出的对象三维方位的指令，并用所述至少一个对象上的每一个超声接收站的径向方位数据来控制所述可变操作系统的变化。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威尔保尔，
申请(专利权)人：声学定位研究公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]