專利名稱：用定點(diǎn)技術(shù)對移動接收機(jī)自動校正的制作方法
用定點(diǎn)技術(shù)對移動接收機(jī)自動校正背景電子筆是可用作計算機(jī)或類似物的數(shù)據(jù)輸入裝置的筆形設(shè)備。電子筆作為標(biāo)準(zhǔn)筆進(jìn)行操作以準(zhǔn)許用戶在紙上書寫，同時又傳送聲學(xué)信號，這些聲學(xué)信號由接收機(jī)接收并用于確定筆的位置。作為示例，圖I解說了基本電子筆系統(tǒng)10，其包括發(fā)射聲學(xué)信號14的發(fā)射機(jī)單元12，和接收聲學(xué)信號14的接收機(jī)20。發(fā)射機(jī)單元12是以寫器具(諸如筆)的形式并包括用于生成聲學(xué)信號14 (諸如超聲波信號)的換能器16。發(fā)射機(jī)單元12還可包括發(fā)射機(jī)18，后者傳送包括遙測數(shù)據(jù)(諸如開關(guān)狀態(tài)、筆ID等等)和時間戳的紅外線(IR)或射頻(RF)信號19。接收機(jī)20包括接收聲學(xué)信號14的兩個話筒22a、22b和接收IR/RF信號19的IR/RF接收機(jī)24。圖2解說了附連到計算機(jī)30的電子筆系統(tǒng)10。接收機(jī)20被附連到工作區(qū)40并且還經(jīng)由電纜32被附連到計算機(jī)30。工作區(qū)40是寫器具將對其物理書寫的區(qū)域，在圖2 中示為紙張。接收機(jī)20通過夾子或其他固定裝置被附連到工作區(qū)40，從而工作區(qū)40和接收機(jī)20在使用期間相對于彼此不移動。工作區(qū)40相對于接收機(jī)20的位置，以及工作區(qū)40大小是通過校準(zhǔn)來定義的。由此，接收機(jī)20相對于工作區(qū)40的位置不變，直至工作區(qū)40從接收機(jī)20分離。接收機(jī)20從發(fā)射機(jī)單元12接收聲學(xué)信號，發(fā)射機(jī)單元12相對于接收機(jī)20的位置可從這些聲學(xué)信號確定。計算機(jī)30在顯示器34中映像發(fā)射機(jī)單元12的位置。概述與電子筆聯(lián)用的移動站和獨(dú)立工作區(qū)，該電子筆包括發(fā)射機(jī)，諸如可發(fā)射超聲波信號的聲學(xué)發(fā)射機(jī)。該移動站包括用于從發(fā)射機(jī)接收信號的接收機(jī)和檢測移動站的運(yùn)動的取向傳感器。校準(zhǔn)接收機(jī)相對于獨(dú)立工作區(qū)的位置。當(dāng)移動站以及由此接收機(jī)相對于工作區(qū)移動時，來自移動站中的取向傳感器的數(shù)據(jù)被接收?；趤碜匀∠騻鞲衅鞯臄?shù)據(jù)來生成變換矩陣，該變換矩陣可被用來對接收機(jī)的運(yùn)動作校正。基于收到信號和該變換矩陣來計算并映像電子筆中的發(fā)射機(jī)的位置，并且隨后顯示所映像的位置。附圖
簡要說明圖I解說了基本電子筆系統(tǒng)，其包括發(fā)射聲學(xué)信號的發(fā)射機(jī)單元和接收聲學(xué)信號的聲學(xué)接收機(jī)。圖2解說了附連到計算機(jī)的基本電子筆系統(tǒng)，其具有附連到聲學(xué)接收機(jī)的工作區(qū)。圖3解說了與電子筆和獨(dú)立工作區(qū)聯(lián)用的移動站的透視圖。圖4解說了對電子筆在獨(dú)立工作區(qū)上的位置進(jìn)行映像并顯示的移動站。圖5類似于圖4，但示出了在對移動站中聲學(xué)接收機(jī)的位置相對于獨(dú)立工作區(qū)進(jìn)行校準(zhǔn)之后，相對于獨(dú)立工作區(qū)移動移動站的效果。圖6是可與電子筆和獨(dú)立工作區(qū)聯(lián)用的移動站的框圖。圖7是示出與電子筆和獨(dú)立工作區(qū)一起使用移動站的方法的流程圖。詳細(xì)描述圖3解說了與電子筆150和獨(dú)立工作區(qū)160聯(lián)用的移動站的透視圖，電子筆150包括發(fā)射機(jī)152。發(fā)射機(jī)152可以是聲學(xué)發(fā)射機(jī)(例如,發(fā)射超聲波信號)，由此在本文中有時稱為聲學(xué)發(fā)射機(jī)152。然而,應(yīng)當(dāng)理解,發(fā)射機(jī)152可發(fā)射其他類型的信號,諸如，電磁信號或場，包括光。電子筆150還可包括紅外線(IR)或射頻(RF)發(fā)射機(jī)154，后者傳送包括遙測數(shù)據(jù)(諸如開關(guān)狀態(tài)、筆ID等等)和時間戳的IR或RF信號。電子筆150還可包括開關(guān)156，后者可用于指示何時電子筆150正在被用于書寫。替換地，電子筆150可包括一個或多個取向傳感器158 (諸如加速計)，后者檢測電子筆150的位置或運(yùn)動并(例如經(jīng)由IR/RF發(fā)射機(jī)154或編碼在發(fā)射機(jī)152所發(fā)射的信號上來)提供信息。例如，加速計158可檢測由正在工作區(qū)160移動的電子筆158引起的振動并且所檢出的振動用來指示何時電子筆150在進(jìn)行書寫。加速計158還可用來檢測使用期間(例如，當(dāng)在交通工具中使用時)的抖動或其他無意的振動或運(yùn)動。附加地或替換地，電子筆150可在筆尖包括壓力傳感器以確定何時電子筆150正在使用中。壓力傳感器、取向傳感器158、或開關(guān)156通過將數(shù)據(jù)流限制到電子筆150正在使用中時的時間來幫助減小功耗。移動站100包括用于接收由電子筆150的發(fā)射機(jī)152發(fā)射的信號的接收機(jī)120。接收機(jī)120可以是帶有兩個或更多個用于從聲學(xué)發(fā)射機(jī)152接收聲學(xué)信號的話筒122、124的聲學(xué)接收機(jī)，并且在本文中有時被稱為聲學(xué)接收機(jī)120。然而，應(yīng)當(dāng)理解，接收機(jī)120可接 收其他類型的信號，諸如來自發(fā)射機(jī)152的電磁信號或場，其中，所感測的場的幅度和/或矢量可用來確定發(fā)射機(jī)152的相對位置。移動站100還可包括用于從電子筆150的IR/RF發(fā)射機(jī)154接收IR/RF信號的IR/RF接收機(jī)132。若期望，例如在移動站100是蜂窩電話的情況下，話筒122、124中的一個或兩個還可用來接收語音信息。移動站100基于收到聲學(xué)信號計算電子筆150在使用期間的位置并將電子筆150的位置映像到顯示器112中，如圖3所示。因?yàn)楣ぷ鲄^(qū)160是不附連到移動站100的，因此不需要笨重或不方便的夾子或其他附連機(jī)制。然而，由于移動站100的移動性，當(dāng)移動站100相對于工作區(qū)160移動時，可能發(fā)生手寫形狀的失真。相應(yīng)地，移動站100內(nèi)的取向傳感器(圖6中所示)可用來補(bǔ)償移動站100相對于工作區(qū)160的運(yùn)動。此外,移動站100內(nèi)的取向傳感器可用來補(bǔ)償移動站100的總體運(yùn)動(諸如抖動)。進(jìn)一步，當(dāng)在電子筆150中使用取向傳感器(諸如加速計158)時，移動站100可使用收到信號來補(bǔ)償筆的運(yùn)動的外部源。如本文中所使用的，移動站是指諸如以下的設(shè)備蜂窩或其他無線通信設(shè)備、個人通信系統(tǒng)(PCS)設(shè)備、個人導(dǎo)航設(shè)備(PND)、個人信息管理器(PM)、個人數(shù)字助理(PDA)、膝上型電腦或其他適宜的移動設(shè)備。此外，“移動站”旨在包括所有能夠諸如經(jīng)由因特網(wǎng)、WiFi、或其他網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器通信的設(shè)備，包括無線通信設(shè)備、計算機(jī)、膝上型電腦等。移動站100可通過使用蜂窩塔和從無線通信接入點(diǎn)、或人造衛(wèi)星使用各種無線通信網(wǎng)絡(luò)(諸如無線廣域網(wǎng)(WWAN)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、無線個域網(wǎng)(WPAN)等)來訪問在線服務(wù)器。術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)”和“系統(tǒng)”常被可互換地使用。WffAN可以是碼分多址(CDMA)網(wǎng)絡(luò)、時分多址(TDMA)網(wǎng)絡(luò)、頻分多址(FDMA)網(wǎng)絡(luò)、正交頻分多址(OFDMA)網(wǎng)絡(luò)、單載波頻分多址(SC-FDMA)網(wǎng)絡(luò)、長期演進(jìn)(LTE)等等。CDMA網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)諸如cdma2000、寬帶CDMA (W-CDMA)等一種或多種無線電接入技術(shù)(RAT)。cdma2000包括IS-95、IS-2000和IS-856標(biāo)準(zhǔn)。TDMA網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、數(shù)字高級移動電話系統(tǒng)(D-AMPS)、或其他某種MT。GSM和W-CDMA在來自名為“第三代伙伴項(xiàng)目”(3GPP)的聯(lián)盟的文獻(xiàn)中描述。Cdma2000在來自名為“第三代伙伴項(xiàng)目2”(3GPP2)的聯(lián)盟的文獻(xiàn)中描述。3GPP和3GPP2文獻(xiàn)是公眾可獲取的。WLAN可以是IEEE 802. Ilx網(wǎng)絡(luò)，并且WPAN可以是藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)、IEEE 802. 15x、或其他某種類型的網(wǎng)絡(luò)。這些技術(shù)也可結(jié)合WWAN、WLAN和/或WPAN的任何組合來實(shí)現(xiàn)。圖4解說了對電子筆150在獨(dú)立工作區(qū)160上的位置進(jìn)行映像并顯示的移動站100。工作區(qū)160的大小、以及工作區(qū)160相對于移動站100中包括話筒122、124的聲學(xué)接收機(jī)120的位置是通過校準(zhǔn)來提供的。例如，在用戶對移動站100和工作區(qū)160定位之后，
通過例如用電子筆150順序地指向工作區(qū)160中預(yù)定義的點(diǎn)(諸如工作區(qū)160的四個角和中心點(diǎn))來校準(zhǔn)工作區(qū)160的大小和位置。校準(zhǔn)過程建立相對于工作區(qū)160的接收機(jī)坐標(biāo)系(RCS0)。一旦接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)被建立，電子筆150就可被用來在工作區(qū)160上書寫，并且電子筆150中聲學(xué)發(fā)射機(jī)152的位置由移動站100基于RCSO計算并被映像到顯示器112上。對聲學(xué)發(fā)射機(jī)152的位置計算是基于由兩個或更多個話筒122、124接收到的聲學(xué)信號的三角測量的。使用兩個話筒122、124導(dǎo)致發(fā)射機(jī)的兩個潛在位置，其中一個位置對應(yīng)于工作區(qū)160。當(dāng)移動站100相對于獨(dú)立工作區(qū)160不移動時，已建立的接收機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)(RCSO)保持準(zhǔn)確，并且工作區(qū)160上所書寫的圖形162在顯示器112中如實(shí)地再現(xiàn)為電子圖形162e。圖5類似于圖4，但示出了在已經(jīng)建立了接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)之后相對于獨(dú)立工作區(qū)160移動移動站100的效果。如所示，移動站100以及由此聲學(xué)接收機(jī)120相對于獨(dú)立工作區(qū)160繞Z軸旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)被旋轉(zhuǎn)φ到當(dāng)前接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSl)0因此，當(dāng)電子筆150被用來在工作區(qū)160上書寫圖形162時，電子筆150中聲學(xué)發(fā)射機(jī)152的位置由移動站100基于已建立的接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)計算并且該圖形被不正確地映像在顯示器112中，如電子圖形162e’所示。盡管將工作區(qū)160物理地附連到移動站100將防止不期望的相對運(yùn)動，但使用物理連接機(jī)制(諸如夾子)是笨重且不方便的。為了避免在使用電子筆150時將移動站100從一個位置移動到另一個位置的失真效應(yīng)，移動站100內(nèi)的取向傳感器(諸如加速計和/或陀螺儀)被用來對此類運(yùn)動作校正。在校準(zhǔn)被用來建立初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)之后，移動站100的任何運(yùn)動被取向傳感器檢測，基于取向傳感器所提供的數(shù)據(jù)來計算變換矩陣(T1_0)。變換矩陣(Τ1_0)被用來將移動站100運(yùn)動之后的當(dāng)前接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSl)變換到初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCS0)。例如，當(dāng)移動站100在穩(wěn)定位置(RCSl)中時，移動站100可通過將每個所計算的點(diǎn)(點(diǎn)I)變換成初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)中的結(jié)果點(diǎn)(點(diǎn)O)(例如，點(diǎn)0=Τ1_0*點(diǎn)I)來校正移動站100相對于工作區(qū)160的移動。替換地，變換矩陣(Τ1_0)可用來將已映像到初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)的先前所映像點(diǎn)變換成映像到當(dāng)前接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSl)中的點(diǎn)，并且新的點(diǎn)位置被映像到當(dāng)前接收機(jī)坐標(biāo)系(RCS1)中而無需變換。隨后將結(jié)果所得的點(diǎn)(點(diǎn)O)映像到移動站100的顯示器112。圖6是可與電子筆150和獨(dú)立工作區(qū)160聯(lián)用的移動站100的框圖。移動站100包括接收機(jī)120，接收機(jī)120可包括能夠從電子筆150接收聲學(xué)(例如超聲波)信號的兩個或更多個話筒122、124。移動站還包括檢測移動站100以及由此接收機(jī)120的運(yùn)動的取向傳感器130，取向傳感器130可以是加速計和/或陀螺儀。移動站還可包括用于從電子筆150接收提供遙測信息和/或時間戳的IR/RF信號的IR或RF接收機(jī)132。聲學(xué)接收機(jī)120、取向傳感器120、和IR/RF接收機(jī)132 (若使用)被連接至移動站控制單元135并與之通信。移動站控制單元135接受并處理來自聲學(xué)接收機(jī)120、取向傳感器130、和IR/RF接收機(jī)132的數(shù)據(jù)。移動站控制單元135可由處理器136以及相關(guān)聯(lián)的存儲器138、軟件140、硬件142、和固件144來提供。移動站控制單元135包括點(diǎn)計算單元146，點(diǎn)計算單元146基于聲學(xué)接收機(jī)120所接收的聲學(xué)信號計算并映像電子筆150上的聲學(xué)發(fā)射機(jī)152的位置。移動站控制單元還包括坐標(biāo)變換單元148,坐標(biāo)變換單元148生成從初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)到新接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSl)的變換矩陣并將該變換矩陣提供給點(diǎn)計算單元146以用于計算并映像聲學(xué)發(fā)射機(jī)152的點(diǎn)位置。應(yīng)當(dāng)理解，為了清楚起見，點(diǎn)計算單元146和坐標(biāo)變換單元148被示為從處理器136分開，但它們可使用處理器136中運(yùn)行的軟件140、或者在硬件142或固件144中來實(shí)現(xiàn)。將理解，如本文中所使用的，處理器136可以但無需必然包括一個或多個微處理器、嵌入式處理器、控制器、專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、及類似物。術(shù)語處理器旨在描述由系統(tǒng)而非特定硬件實(shí)現(xiàn)的功能。不僅如此，如本文中所使用的，術(shù)語“存儲器”是指任何類型的計算機(jī)存儲介質(zhì)，包括與移動站相關(guān)聯(lián)的長期、短期、或其他存儲器，并且不限于任何特定類型的存儲器或特定數(shù)目的存儲器、或存儲器存儲于其上的介質(zhì)的類型。 移動站100還包括與移動站控制單元135通信的用戶接口 110，例如，移動站控制單元135接受來自用戶接口 110的數(shù)據(jù)并控制用戶接口 110。用戶接口 110包括顯示器112，以及按鍵板114或其他輸入設(shè)備，通過這些輸入設(shè)備用戶可將信息輸入到移動站100中。在一個實(shí)施例中，按鍵板114可被整合到顯示器112中，諸如觸摸屏顯示器。例如，當(dāng)移動站100是蜂窩電話時，用戶接口 110還可包括話筒116和揚(yáng)聲器118。若期望，話筒116可與聲學(xué)接收機(jī)話筒122、124中的一個或多個組合。移動站100可另外包括耦合至控制單元135的附加系統(tǒng)，諸如相機(jī)133或從衛(wèi)星定位系統(tǒng)(SPS)衛(wèi)星接收要用來確定移動站100的位置的信號的SPS接收機(jī)131?？膳c移動平臺100聯(lián)用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)(SPS)典型地包括諸發(fā)射機(jī)系統(tǒng)，這些發(fā)射機(jī)被放置成使得各實(shí)體能夠至少部分地基于從這些發(fā)射機(jī)接收到的信號來確定它們在地球上或上方的位置。此類發(fā)射機(jī)通常發(fā)射用具有設(shè)定數(shù)目個碼片的重復(fù)偽隨機(jī)噪聲(PN)碼作標(biāo)記的信號，并且可位于基于地面的控制站、用戶裝備和/或空間飛行器上。在特定示例中，此類發(fā)射機(jī)可位于環(huán)地軌道衛(wèi)星飛行器(SV)上。例如，諸如全球定位系統(tǒng)(GPS)、Galileo、Glonass或Compass之類的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的星座中的SV可發(fā)射用可與由該星座中其他SV所發(fā)射的PN碼區(qū)分開的PN碼(例如，如在GPS中那樣對每顆衛(wèi)星使用不同PN碼或者如在Glonass中那樣在不同頻率上使用相同碼)作標(biāo)記的信號。根據(jù)某些方面，移動平臺100的位置確定(若使用)不限于使用全球SPS系統(tǒng)(例如，GNSS)O例如，可使用其他各種區(qū)域性系統(tǒng)，諸如舉例而言，日本上空的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS)、印度上空的印度區(qū)域性導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(IRNSS)、中國上空的北斗等，和/或可與一個或多個全球和/或區(qū)域性導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)或以其他方式使其能與之聯(lián)用的各種擴(kuò)增系統(tǒng)(例如，基于衛(wèi)星的擴(kuò)增系統(tǒng)(SBAS))。作為示例而非限定，SBAS可包括提供完整性信息、差分校正等的(諸)擴(kuò)增系統(tǒng)，諸如舉例而言，廣域擴(kuò)增系統(tǒng)(WAAS)、歐洲對地靜止導(dǎo)航覆蓋服務(wù)(EGN0S)、多功能衛(wèi)星擴(kuò)增系統(tǒng)(MSAS)、GPS輔助式Geo (對地靜止)擴(kuò)增導(dǎo)航或GPS和Geo擴(kuò)增導(dǎo)航系統(tǒng)(GAGAN)和/或類似系統(tǒng)。因此，如本文中所使用的，SPS可包括一個或多個全球和/或區(qū)域性導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)和/或擴(kuò)增系統(tǒng)的任何組合，并且SPS信號可包括SPS信號、類SPS信號和/或與此一個或多個SPS相關(guān)聯(lián)的其他信號。
本文中所描述的方法體系取決于應(yīng)用可藉由各種手段來實(shí)現(xiàn)。例如，這些方法體系可在硬件142、固件144、軟件140、或其任何組合中實(shí)現(xiàn)。對于硬件實(shí)現(xiàn)，這些處理單元可以在一個或多個專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、數(shù)字信號處理器件(DSPD)、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、電子器件、設(shè)計成執(zhí)行本文中所描述功能的其他電子單元、或其組合內(nèi)實(shí)現(xiàn)。對于固件和/或軟件實(shí)現(xiàn)，這些方法體系可用執(zhí)行本文中描述的功能的模塊(例如，規(guī)程、函數(shù)等等)來實(shí)現(xiàn)。任何有形地實(shí)施指令的機(jī)器可讀介質(zhì)可被用來實(shí)現(xiàn)本文中所述的方法。例如，軟件代碼可被存儲在存儲器138中并由處理器136執(zhí)行。存儲器可以實(shí)現(xiàn)在處理器單元內(nèi)或在處理器單元外部。如本文所使用的，術(shù)語“存儲器”是指任何類型的長期、短期、易失性、非易失性、或其他存儲器，且并不限于任何特定類型的存儲器或特定數(shù)目的存儲器、或存儲器存儲在其上的介質(zhì)的類型。例如，軟件140代碼可被存儲于存儲器138中并由處理器136執(zhí)行，并且可被用來運(yùn)行該處理器以及控制如本文中所描述的移動站100的操作。存儲于計算機(jī)可讀介質(zhì)(諸如存儲器138)中的程序代碼可包括例如基于從工作區(qū)160中預(yù)定義點(diǎn)處的聲學(xué)發(fā)射機(jī)接 收到的聲學(xué)信號來校準(zhǔn)聲學(xué)接收機(jī)120相對于工作區(qū)160的位置的程序代碼。存儲于計算機(jī)可讀介質(zhì)中的程序代碼可進(jìn)一步包括使用來自取向傳感器130的數(shù)據(jù)生成變換矩陣以對聲學(xué)接收機(jī)120相對于工作區(qū)160的運(yùn)動作校正的程序代碼、使用聲學(xué)接收機(jī)120接收到的聲學(xué)信號和變換矩陣確定并映像聲學(xué)發(fā)射機(jī)152相對于工作區(qū)160的位置的程序代碼、以及在顯示器112中顯示所映像的聲學(xué)發(fā)射機(jī)152的位置的程序代碼。如果在固件和/或軟件中實(shí)現(xiàn)，則各功能可以作為一條或多條指令或代碼存儲在計算機(jī)可讀介質(zhì)上。示例包括用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的計算機(jī)可讀介質(zhì)和用計算機(jī)程序編碼的計算機(jī)可讀介質(zhì)。計算機(jī)可讀介質(zhì)包括物理計算機(jī)存儲介質(zhì)。存儲介質(zhì)可以是能被計算機(jī)訪問的任何可用介質(zhì)。作為示例而非限定，此類計算機(jī)可讀介質(zhì)可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盤存儲、磁盤存儲或其他磁存儲設(shè)備、或能被用來存儲以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望程序代碼且能被計算機(jī)訪問的任何其他介質(zhì)；如本文中所使用的盤(disk)和碟(disc)包括壓縮碟(⑶)、激光碟、光碟、數(shù)字多用碟(DVD)、軟盤和藍(lán)光碟，其中盤常常磁學(xué)地再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而碟用激光光學(xué)地再現(xiàn)數(shù)據(jù)。以上組合也應(yīng)被包括在計算機(jī)可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。因此，移動站100包括用于校準(zhǔn)聲學(xué)接收機(jī)120相對于工作區(qū)160的位置的裝置，其可由聲學(xué)接收機(jī)120協(xié)同點(diǎn)計算單元146來實(shí)現(xiàn)，點(diǎn)計算單元146可被實(shí)施于硬件142中、固件144中、或于處理器136中運(yùn)行的軟件140中或其某一組合中。移動站還包括用于補(bǔ)償聲學(xué)接收機(jī)120相對于工作區(qū)160的運(yùn)動的裝置，其可由取向傳感器130協(xié)同坐標(biāo)變換單元148來實(shí)現(xiàn)，坐標(biāo)變換單元148可使用硬件142、固件144、或在處理器136中運(yùn)行的軟件140或其某一組合來實(shí)施。用于補(bǔ)償?shù)难b置可包括用于檢測聲學(xué)接收機(jī)的運(yùn)動的裝置，其可由取向傳感器130中的加速計和/或陀螺儀實(shí)現(xiàn)，以及用于使用該用于檢測運(yùn)動的裝置生成從經(jīng)校準(zhǔn)位置到新位置的變換矩陣的裝置，其可以是坐標(biāo)變換單元148，坐標(biāo)變換單元148可使用硬件142、固件144、或在處理器136中運(yùn)行的軟件140或其某一組合來實(shí)施。移動站可進(jìn)一步包括用于使用從聲學(xué)發(fā)射機(jī)152接收到的聲學(xué)信號和用于補(bǔ)償聲學(xué)接收機(jī)相對于工作區(qū)的移動的裝置來計算并映像聲學(xué)發(fā)射機(jī)152相對于工作區(qū)160的位置的裝置，其可由點(diǎn)計算單元146來實(shí)現(xiàn)，點(diǎn)計算單元146可使用硬件142、固件144、或在處理器136中運(yùn)行的軟件140或其某一組合來實(shí)施。此外，移動站可包括用于顯示所映像的聲學(xué)發(fā)射機(jī)152的位置的裝置，其可由顯示器112，以及使用硬件142、固件144、或在處理器136中運(yùn)行的軟件140或其某一組合來實(shí)現(xiàn)。圖7是示出與電子筆150和獨(dú)立工作區(qū)160 —起使用移動站的方法的流程圖。在對工作區(qū)160和移動站100定位之后，校準(zhǔn)移動站100中的接收機(jī)120相對于工作區(qū)160的位置(202)。工作區(qū)160的大小也可被同時校準(zhǔn)?？赏ㄟ^順 序地讓電子筆150指點(diǎn)工作區(qū)160中的預(yù)定義點(diǎn)(諸如工作區(qū)160的四個角和中心點(diǎn))來執(zhí)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)過程建立接收機(jī)相對于工作區(qū)160的初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)。隨著初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)建立，接收機(jī)120可從電子筆150接收信號(諸如聲學(xué)或電磁信號)，移動站可使用初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)從這些信號中確定電子筆150的位置并在顯示器112上映像該位置。當(dāng)移動站100相對于工作區(qū)160被移動時，從連同接收機(jī)120 —起位于移動站100中的取向傳感器接收數(shù)據(jù)(204)。若期望，可在移動站100運(yùn)動期間(諸如在大幅度運(yùn)動期間)禁止映像發(fā)射機(jī)152的位置。一旦移動站如取向傳感器所指示的處于穩(wěn)定狀態(tài)中(例如，不再移動或不再遭受大幅度移動)，則從取向傳感器收到的數(shù)據(jù)被用來生成新接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSl)與初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)之間的變換矩陣(T1_0) (206)。該變換矩陣可基于例如其中使用三個角來描述任何旋轉(zhuǎn)的歐拉旋轉(zhuǎn)定理來生成。根據(jù)歐拉定理，如果旋轉(zhuǎn)是以旋轉(zhuǎn)矩陣D、C、和B的形式記載的，則總旋轉(zhuǎn)A可被寫為A=BCD式 I
β11 β12 aO、= 2;ι ( 1 。式 2
、β31 ατι基于“x,y, z (仰俯一側(cè)滾一偏航)約定”，其中，Θ是仰俯、Ψ是側(cè)滾，Φ是偏航，旋轉(zhuǎn)矩陣D、C、和B可被寫為
1 cos 0 sin 汐 O、I.)三-sin0 cos珍 O 式 3
、O O Iy 'cosΘ O -sin Θ 'Cf 三 O I O 式 4
^ sin 6^ O cos 沒，，
rI O O、Ji = O cosy sin I// 0式 5
-sin ψ cosψ .然后矩陣A由下式給出an=cos Θ cos Φ ；a12=cos Θ sin Φ ；a13=-sin θ ；a21=sin Ψ sin Θ cos Φ—cos Ψ sin Φ ；a22=sin Ψ sin Θ sin Φ—cos Ψ cos Φ ；式 6
a23 = cos Θ sin Ψ ;a31=cos Ψ sin Θ cos Φ—sin Ψ sin Φ ；a32 = cos Ψ sin Θ sin Φ -sin Ψ cos Φ ；a33=cos Θ cos Ψ.當(dāng)然，若期望，可使用其他數(shù)學(xué)等效約定來生成變換矩陣(T1_0)。此外，可以基于聲學(xué)接收機(jī)120與工作區(qū)160之間的運(yùn)動將是一維的(即，僅“偏航”角Φ可變化，而其他兩維，仰俯Θ和側(cè)滾ψ將不變化)假定來更簡單地生成變換矩陣。然后聲學(xué)接收機(jī)120可從電子筆150中的聲學(xué)發(fā)射機(jī)152接收聲學(xué)信號，并且移 動站100可使用收到的聲學(xué)信號和變換矩陣來計算并映像聲學(xué)發(fā)射機(jī)152相對于獨(dú)立工作區(qū)160的位置(208)。例如，變換矩陣(T1_0)可用來將新接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSl)中的所計算點(diǎn)位置(點(diǎn)I)轉(zhuǎn)換到初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO )中的點(diǎn)位置(點(diǎn)O ),即，點(diǎn)O=T 1_0*點(diǎn)I。經(jīng)校正的點(diǎn)位置隨后被提供給移動站100圖形用戶界面以用于順序處置以被存儲并映像到顯示器(210)。替換地，若期望，變換矩陣(Τ1_0)可用來將初始接收機(jī)坐標(biāo)系(RCSO)中的先前映像的點(diǎn)位置(點(diǎn)0)轉(zhuǎn)換成新接收機(jī)坐標(biāo)(RCSl)中的點(diǎn)位置(點(diǎn)I),即，點(diǎn)I =點(diǎn)0/Τ1_0。新計算的點(diǎn)位置(點(diǎn)I)隨后可被提供給移動站100圖形用戶界面以用于順序處置以被存儲并映像到顯示器(210)。如果移動站100被再次相對于工作區(qū)160移動，則重復(fù)此過程，即，從取向傳感器接收到的數(shù)據(jù)(204)被用來生成新的變換矩陣(Τ2_0)(206)，Τ2_0可用來對聲學(xué)接收機(jī)120的位置變化作校正(208)。另外，可基于來自移動站100中取向傳感器130的信號來檢測移動站100的運(yùn)動的外部源并對其作補(bǔ)償。作為示例，當(dāng)移動站100和電子筆150在車輛中使用時，由外部源引起的移動站100的運(yùn)動可被檢測出，并且外部運(yùn)動對發(fā)射機(jī)的所映像的位置的影響可隨后被校正。此外，使用電子筆150中的取向傳感器(諸如加速計158)，可檢測出電子筆150的運(yùn)動的外部源(例如，由車輛或其他源引起的振動或抖動)并對其作補(bǔ)償。來自取向傳感器130和/或158的信號可與合適的頻率和/或幅度閾值進(jìn)行比較以檢測指示外部源的運(yùn)動。此外，來自移動站100和電子筆150中的取向傳感器130和158的信號可彼此進(jìn)行比較以確定運(yùn)動的共同外部源。來自取向傳感器130和/或158的指示運(yùn)動的外部源的信號可隨后被用來過濾掉該運(yùn)動或?qū)Πl(fā)射機(jī)152的所映像的位置中的運(yùn)動作校正。此外，可相對于外部參考系(諸如全局參考系)來確定電子筆150的位置。作為示例，使用取向傳感器130可獲悉移動站100相對于外部參考系的位置，并且電子筆150相對于移動站100的位置是已知的，如本文中所討論的。相應(yīng)地，可相對于外部參考系來確定電子筆150的位置。在一個實(shí)施例中，外部參考系可以是例如由衛(wèi)星定位系統(tǒng)所定義的全局參考系，其中，使用SPS接收機(jī)131以及取向傳感器130，移動站100的位置在全局參考系中是已知的。因此，電子筆150的位置可以是相對于全局參考系的。此外，除了與移動站100的距離以外，還可相對于移動站100來確定電子筆150的取向，以使得電子筆150的相對布置是已知的。例如，使用取向傳感器158(可以是加速計、以及羅盤、或陀螺儀)可用來指示電子筆150相對于移動站的取向。此外，移動站100中的相機(jī)133可用來使用例如對象識別或者一個或多個發(fā)光二極管155 (圖3)或可安裝在電子筆150上的其他類型的信標(biāo)(諸如IR發(fā)射機(jī)154 (圖3))來標(biāo)識電子筆150的取向。若期望，電子筆150的取向可通過以上所述的傳感器的組合或附加或替換的傳感器來確定。盡管出于指導(dǎo)目的結(jié)合具體實(shí)施例解說了本 發(fā)明，但是本發(fā)明并不被限定于此?？勺鞒龈鞣N適應(yīng)性改編以及改動而不會脫離本發(fā)明的范圍。因此，所附權(quán)利要求的精神和范圍不應(yīng)當(dāng)被限定于前面的描述。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括 校準(zhǔn)接收機(jī)相對于工作區(qū)的位置，所述工作區(qū)不附連到所述接收機(jī)，所述接收機(jī)接收來自發(fā)射機(jī)的信號； 當(dāng)所述接收機(jī)相對于所述工作區(qū)移動時，接收來自耦合至所述接收機(jī)的取向傳感器的數(shù)據(jù)； 使用來自所述取向傳感器的所述數(shù)據(jù)來生成變換矩陣以對所述接收機(jī)相對于所述工作區(qū)的運(yùn)動作校正； 使用從所述發(fā)射機(jī)接收到的信號和所述變換矩陣來計算并映像所述發(fā)射機(jī)相對于所述工作區(qū)的位置；以及 顯示所述發(fā)射機(jī)的所映像的位置。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述接收機(jī)和所述取向傳感器是在移動站中的。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)是安裝在寫器具上的。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，接收關(guān)于所述寫器具的取向的取向信號并使用所述取向信號來確定所述寫器具在使用中。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，接收關(guān)于所述接收機(jī)的取向的取向信號并使用所述取向信號來確定所述發(fā)射機(jī)相對于所述接收機(jī)的取向。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，確定所述接收機(jī)在外部參考系中的位置，以及使用所述發(fā)射機(jī)相對于所述接收機(jī)的取向和所述接收機(jī)在所述外部參考系中的位置來確定所述發(fā)射機(jī)在所述外部參考系中的位置。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述取向傳感器是加速計。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述接收機(jī)是聲學(xué)接收機(jī)并且所述發(fā)射機(jī)是聲學(xué)發(fā)射機(jī)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述聲學(xué)接收機(jī)接收超聲波信號。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，使用從所述取向傳感器接收到的數(shù)據(jù)來補(bǔ)償所述接收機(jī)的運(yùn)動的外部源。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，接收關(guān)于所述發(fā)射機(jī)的取向的取向信號并使用所收到的取向信號來補(bǔ)償所述發(fā)射機(jī)的運(yùn)動的外部源。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 使用從所述取向傳感器接收到的數(shù)據(jù)來生成第二變換矩陣以對所述接收機(jī)相對于所述工作區(qū)的附加運(yùn)動作校正； 使用從所述發(fā)射機(jī)接收到的信號和所述第二變換矩陣來計算并映像所述發(fā)射機(jī)相對于所述工作區(qū)的位置；以及 顯示所述發(fā)射機(jī)的所映像的位置。
13.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，校準(zhǔn)所述接收機(jī)的所述位置是當(dāng)所述接收機(jī)是初始接收機(jī)坐標(biāo)系并且在所述接收機(jī)的所述運(yùn)動之后所述接收機(jī)在新接收機(jī)坐標(biāo)系中時執(zhí)行的，并且其中，所述變換矩陣被用來將所述發(fā)射機(jī)在所述新接收機(jī)坐標(biāo)系中的所計算位置變換成所述發(fā)射機(jī)在所述初始接收機(jī)坐標(biāo)系中的位置。
14.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，校準(zhǔn)所述接收機(jī)的所述位置是當(dāng)所述接收機(jī)是初始接收機(jī)坐標(biāo)系并且在所述接收機(jī)的所述運(yùn)動之后所述接收機(jī)在新接收機(jī)坐標(biāo)系中時執(zhí)行的，并且其中，所述變換矩陣被用來將所述發(fā)射機(jī)在所述初始接收機(jī)坐標(biāo)系中的先前所計算位置變換成在所述新接收機(jī)坐標(biāo)系中的位置。
15.—種移動站,包括 接收機(jī)，用于接收來自發(fā)射機(jī)的信號； 取向傳感器，用于檢測所述接收機(jī)的取向的變化； 顯示器； 處理器，其連接至所述接收機(jī)、所述取向傳感器和所述顯示器； 存儲器，其連接至所述處理器；以及 軟件，其保持在所述存儲器中并且在所述處理器中運(yùn)行以使所述處理器校準(zhǔn)所述接收機(jī)相對于不附連到所述接收機(jī)的工作區(qū)的位置，使用來自所述取向傳感器的數(shù)據(jù)來生成變換矩陣以對所述接收機(jī)相對于所述工作區(qū)的運(yùn)動作校正；使用由所述接收機(jī)接收到的信號和所述變換矩陣來計算并映像所述發(fā)射機(jī)相對于所述工作區(qū)的位置；以及在所述顯示器中顯示所述發(fā)射機(jī)的所映像的位置。
16.如權(quán)利要求15所述的移動站，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)是安裝在寫器具上的。
17.如權(quán)利要求16所述的移動站，其特征在于，來自所述發(fā)射機(jī)的信號包括關(guān)于所述寫器具的取向的取向信號，其中，所述軟件使所述處理器使用所接收到的取向信號來確定所述寫器具在使用中。
18.如權(quán)利要求15所述的移動站，其特征在于，來自所述發(fā)射機(jī)的信號包括關(guān)于所述發(fā)射機(jī)的取向的取向信號，其中，所述軟件使所述處理器使用所接收到的取向信號來確定所述發(fā)射機(jī)相對于所述接收機(jī)的取向。
19.如權(quán)利要求18所述的移動站，其特征在于，進(jìn)一步包括，被耦合以向所述處理器提供收到的衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號的衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機(jī)，其中所述軟件使所述處理器使用所收到的衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號來確定所述接收機(jī)在外部參考系中的位置，所述軟件還使所述處理器使用所述發(fā)射機(jī)相對于所述接收機(jī)的取向和所述接收機(jī)在所述外部參考系中的位置來確定所述發(fā)射機(jī)在所述外部參考系中的位置。
20.如權(quán)利要求15所述的移動站，其特征在于，所述取向傳感器是加速計。
21.如權(quán)利要求15所述的移動站，其特征在于，所述接收機(jī)是聲學(xué)接收機(jī)并且所述發(fā)射機(jī)是聲學(xué)發(fā)射機(jī)。
22.如權(quán)利要求21所述的移動站，其特征在于，所述聲學(xué)接收機(jī)接收超聲波信號。
23.如權(quán)利要求15所述的移動站，其特征在于，進(jìn)一步包括，使用來自所述取向傳感器的數(shù)據(jù)來補(bǔ)償所述接收機(jī)的運(yùn)動的外部源。
24.如權(quán)利要求15所述的移動站，其特征在于，來自所述發(fā)射機(jī)的信號包括關(guān)于所述發(fā)射機(jī)的取向的取向信號，其中，所述軟件使所述處理器使用所接收到的取向信號來補(bǔ)償所述發(fā)射機(jī)的運(yùn)動的外部源。
25.如權(quán)利要求15所述的移動站，其特征在于，所述保持在所述存儲器中并在所述處理器中運(yùn)行的軟件使所述處理器在所述接收機(jī)正相對于所述工作區(qū)移動時停止計算并映像所述發(fā)射機(jī)的位置。
26.如權(quán)利要求15所述的移動站，其特征在于，所述保持在所述存儲器中并在所述處理器中運(yùn)行的軟件使所述處理器使用來自所述取向傳感器的數(shù)據(jù)來生成第二變換矩陣以對所述接收機(jī)相對于所述工作區(qū)的附加運(yùn)動作校正；使用從所述發(fā)射機(jī)接收到的信號和所述第二變換矩陣來計算并映像所述發(fā)射機(jī)相對于所述工作區(qū)的位置；以及在所述顯示器中顯示所述發(fā)射機(jī)的所映像的位置。
27.如權(quán)利要求15所述的移動站，其特征在于，校準(zhǔn)所述接收機(jī)的所述位置是當(dāng)所述接收機(jī)是初始接收機(jī)坐標(biāo)系并且在所述接收機(jī)的所述運(yùn)動之后所述接收機(jī)在新接收機(jī)坐標(biāo)系中時執(zhí)行的，并且其中，所述變換矩陣被用來將所述發(fā)射機(jī)在所述新接收機(jī)坐標(biāo)系中的所計算位置變換成所述發(fā)射機(jī)在所述初始接收機(jī)坐標(biāo)系中的位置。
28.如權(quán)利要求15所述的移動站，其特征在于，校準(zhǔn)所述接收機(jī)的所述位置是當(dāng)所述接收機(jī)是初始接收機(jī)坐標(biāo)系并且在所述接收機(jī)的所述運(yùn)動之后所述接收機(jī)在新接收機(jī)坐標(biāo)系中時執(zhí)行的，并且其中，所述變換矩陣被用來將所述發(fā)射機(jī)在所述初始接收機(jī)坐標(biāo)系中的先前所計算位置變換成在所述新接收機(jī)坐標(biāo)系中的位置。
29.—種系統(tǒng),包括 用于校準(zhǔn)接收機(jī)相對于工作區(qū)的位置的裝置，所述工作區(qū)不附連到所述接收機(jī)，所述接收機(jī)接收來自發(fā)射機(jī)的信號； 用于補(bǔ)償所述接收機(jī)相對于所述工作區(qū)的運(yùn)動的裝置； 用于使用從所述發(fā)射機(jī)接收到的信號和所述用于補(bǔ)償所述接收機(jī)相對于所述工作區(qū)的運(yùn)動的裝置來計算并映像所述發(fā)射機(jī)相對于所述工作區(qū)的位置的裝置；以及 用于顯示所述發(fā)射機(jī)的所映像的位置的裝置。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于補(bǔ)償?shù)难b置包括 用于檢測所述接收機(jī)的運(yùn)動的裝置；以及 用于使用所述用于檢測運(yùn)動的裝置來生成從經(jīng)校準(zhǔn)的位置到新位置的變換矩陣的裝置。
31.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)是安裝在寫器具上的。
32.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接收機(jī)是聲學(xué)接收機(jī)并且所述發(fā)射機(jī)是聲學(xué)發(fā)射機(jī)。
33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述聲學(xué)接收機(jī)接收超聲波信號。
34.一種包括存儲于其上的程序代碼的計算機(jī)可讀介質(zhì)，包括 用于校準(zhǔn)接收機(jī)相對于工作區(qū)的位置的程序代碼，所述工作區(qū)不附連到所述接收機(jī)； 用于使用來自取向傳感器的數(shù)據(jù)來生成變換矩陣以對所述接收機(jī)相對于所述工作區(qū)的運(yùn)動作校正的程序代碼； 用于使用由所述接收機(jī)接收到的信號和所述變換矩陣來計算并映像發(fā)射機(jī)相對于所述工作區(qū)的位置的程序代碼；以及 用于顯示所述發(fā)射機(jī)的所映像的位置的程序代碼。
全文摘要
與電子筆聯(lián)用的移動站和獨(dú)立工作區(qū)，該電子筆包括發(fā)射機(jī)，諸如聲學(xué)發(fā)射機(jī)。該移動站包括接收來自發(fā)射機(jī)的信號的接收機(jī)和檢測移動站的運(yùn)動的取向傳感器。該接收機(jī)的位置相對于獨(dú)立工作區(qū)被校準(zhǔn)。當(dāng)移動站以及由此接收機(jī)相對于工作區(qū)移動時，來自取向傳感器的數(shù)據(jù)被接收。基于來自取向傳感器的數(shù)據(jù)來生成變換矩陣，該變換矩陣可被用來對接收機(jī)的運(yùn)動作校正?；谑盏叫盘柡驮撟儞Q矩陣來計算并映像電子筆中的發(fā)射機(jī)的位置，并且隨后顯示所映像的位置。
文檔編號G06F3/041GK102947778SQ201180028617
公開日2013年2月27日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者B·烏齊莫維奇, L·希恩布拉特 申請人:高通股份有限公司