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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System, das es ermöglicht,
elektronische Daten an elektronische Einrichtungen an vorbestimmten
räumlichen
Stellen zu übertragen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System, das
die Position von tragbaren elektronischen Einrichtungen mit einer Genauigkeit
von weniger als einem Meter bestimmt und es erlaubt, Daten zwischen
tragbaren elektronischen Einrichtungen entsprechend ihrer bekannten räumlichen
Position zu übertragen.
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Gegenwärtig verfügbare tragbare
Rechengeräte
umfassen Laptops, Notebooks, Subnotebooks oder handgehaltene Computer,
Personal Digital-Assistenten, Personal Organizer, persönliche Kommunikationsgeräte (z. B.
Zweiweg-Pager) oder digital lesbare Smartcards. Solche tragbaren
Geräte werden
schnell leistungsfähiger
und hoch entwickelt, indem Hochgeschwindigkeits-Prozessoren, Festplatten,
PCMCIA-Modems, Cursor-Steuerungen und kleinformatige Tastaturen
oder grafische Eingabegeräte (z.
B. für
Schreibstift-basierte Personal Digital-Assistenten) einbezogen werden.
Mit den wachsenden Fähigkeiten
dieser tragbaren Geräte
nimmt der Wunsch von Bentzern zu, anwendungsspezifische Daten zu übertragen.
Zum Beispiel kann ein Personal Digital-Assistent durch eine drahtlose
Verbindung (Funk oder Infrarot) mit einem Desktop-Computer verbunden
werden, um den Inhalt eines elektronischen Adressbuches zu übertragen.
Alternativ kann eine Smartcard benutzt werden, um Finanztransaktionen durch Überweisungen
zu ermöglichen,
während
ein Zweiweg-Pager benutzt werden kann, um einen begrenzten Umfang
an vorprogrammierten Antworten zu empfangen und zu senden.
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Da
jedoch die Zahl von kommunizierenden tragbaren Geräte mit drahtlosen
Verbindungen zunimmt, nimmt auch die Zahl der potenziellen Kommunikationsprobleme
zu. Als Beispiel betrachte man die Übertragung einer Datendatei
von einem ersten Personal Digital-Assistenten (PDA) an einen zweiten PDA.
Wenn eine direkte Drahtverbindung zwischen den PDAs hergestellt
wird, gibt es keine Unsicherheit hinsichtlich des Empfängers der
Datendatei. Der Benutzer des ersten PDA weiß, dass er Daten von dem ersten
PDA an den zweiten PDA überträgt. Wenn aber
eine drahtlose Kommunikationsverbindung, vermittelt durch ein Netzwerk,
eingesetzt wird, muss die Netzwerkadresse des zweiten PDA bekannt
sein, wobei verschiedene Handshake-Protokolle oder Verschlüsselungsroutinen
manuell eingeleitet werden, um Belauschen zu verhindern und sicherzustellen, dass
Daten nur an bestimmte Einrichtungen übertragen werden. Leider können solche
Prozeduren die allgemeine Informationsübertragung begrenzen, wo die
Identität
von bestimmten Einrichtungen nicht bekannt oder ohne weiteres verfügbar ist.
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Das
Problem von unbekannten Geräteadressen
kann minimiert werden, wenn es möglich
wäre, Daten
an bestimmte räumliche
Stellen zu leiten. Zum Beispiel kann ein PDA so konfiguriert werden,
der ortsempfindlich ist, wobei ein Benutzer imstande ist, Daten
an andere räumlich
spezifizierte Geräte
zu senden. Diese Funktion wäre
besonders vorteilhaft für den
Austausch von Information, z. B. "Visitenkarten"-Daten, in einem überfüllten Raum, in dem viele PDAs
arbeiten. Ein Benutzer eines ersten PDA müsste nur einen Knopf drücken, um
eine Informationsübertragung
an einen benachbarten, zweiten PDA einzuleiten, ohne die Netzwerkadresse, E-Mail-Adresse,
logische Adresse oder andere identifizierende Adressinformation
des zweiten PDA selbst spezifisch zu kennen. Ein Computernetzwerk, das
in der Lage ist, mit beiden PDAs durch drahtlose Verbindungen zu
interagieren und räumliche
Information bezüglich
des Orts des PDA zu speichern, empfängt die Information von dem
ersten PDA, stellt fest, welcher PDA in der Nähe des ersten Benutzers ist,
und sendet diese Information weiter an den zweiten PDA. Diese räumliche
Funktionalität
ist erweiterbar, wobei Benutzer von PDAs in der Lage sind, die Übertragung
von Visitenkartendaten an alle PDAs an einer spezifizierten räumlichen
Stelle, an einen spezifizierten Radius oder Bereich oder selbst
an spezifizierte Räume
in einem Gebäude
zu richten.
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DE 41 01 156 A1 offenbart
ein Verfahren und Einrichtungen zum Lokalisieren von Objekten in
einem zweidimensionalen oder dreidimensionalen Raum. Infrarotsender
sind an beweglichen Objekten angebracht. Die Sender erzeugen codierte
Infrarotsignale, die durch eine CCD-Matrixkamera überwacht werden.
Für jeden
Impuls einer verschiedenen Frequenz wird ein Steuerignal für eine Vertolgungseinrichtung,
das eine X-, Y- und Z-Koordinate umfasst, bereitgestellt. Bevorzugt
werden Impulsfrequenzen von 5 bis 50 Hz mit 5 Hz Differenz benutzt,
da die CCD-Kamera
25 Vollbilder pro Sekunde erzeugt.
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US 5,363,185 betrifft ein
Verfahren und Vorrichtung zum Identifizieren dreidimensionaler Koordinaten
und Ausrichtung für
einen Roboter. Ein Paar von CCD-Videokameras wird verwendet, um
die Position eines Laser- oder anderen Lichtquellenpunktes auf der
Oberfläche
eines Werkstücks
zu messen. Im Betrieb liefert die Lichtquelle eine kleinen Lichtpunkt, der
auf die Stelle, die dem Roboter anzugeben ist, konzentriert ist.
Der Lichtpunkt wird dann in dem Sichtfeld jeder der Kameras lokalisiert.
Unter Verwendung des Konzepts der Stereo-Triangulation werden die dreidimensionalen
Koordinaten des Punktes durch einen Mikrocomputer berechnet. Der Lichtpunkt
von dem Objekt kann auch durch einen Emitter erzeugt werden, z.
B. eine Laserdiode, die an dem Werkstück befestigt ist und durch
eine Energiequelle stimuliert wird.
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US 5,493,692 offenbart eine
selektive Zustellung von elektronischen Nachrichten in einem Mehrfach-Computersystem
basierend auf der Umgebung eines Identifizierten Benutzers. Das
System umfasst mehrfache Anzeigeeinrichtungen und mehrfache Benutzer.
Wertere Komponenten, die in einem solchen System zu finden sein
könnten,
umfassen ein festverdrahtetes Netzwerk-Rückgrat, Funk- und Infrarot-Sender-Empfänger, eine
Workstation, einen Dateiserver, einen Drucker und verschiedene mobile Einheiten.
Tabs und Pads sind mobile Einheiten, die durch die drahtlosen Medien
mit dem Netzwerk verbunden sind. Ein Tab ist ein kleiner Griffel-basierter mobiler
Computer. Platinen können
ebenfalls eine Einrichtung für
Computersystem-Kommunikationen bereitstellen. Ein Benutzer kann
feiner ein aktives Abzeichen tragen. Ein Standortdienst stellt einen
Platz bereit, um ortsspezifische Information zu speichern, und eine
Möglichkeit
zum Ausführung
von Anfragen über
diese Information. Global sind Stellen gewöhnlich Raumvolumen, die durch
irgendwelche geometrischen Mittel spezifiziert werden, die sie in
der physikalischen Welt aufstellen können. Ein Beispiel einer Beschreibung
einer Stelle könnte
ein Satz von dreidimensionalen "Basis"-Objekten sein, wobei die Vereinigung
ihrer Volumen die Stelle darstellt. Stellen könnten z. B. nur die Raumnummern
eines Gebäudes
sein.
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Es
ist die Aufgabe dieser Erfindung, ein genaueres System zum Bestimmen
der räumlichen Stelle
von anderen elektronischen Einrichtungen bereitzustellen. Diese
Aufgabe wird durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
erfüllt.
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Bevorzugte
Ausführung
sind der Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Ein
System zum Übertragen
von digitaler Information an räumlich
lokalisierbare, tragbare elektronische Einrichtungen wird bereitgestellt,
das umfasst: eine Vielzahl von tragbaren elektronischen Einrichtungen,
wobei jede tragbare elektronische Einrichtung eine Einrichtung enthält, die
drahtlose Kommunikation bereitstellt, ein Raumlokalisierungsmodul zum
Bestimmen der räumlichen
Stelle jeder der Vielzahl von elektronischen Einrichtungen mit Submeter-Genauigkeit, und
ein Kommunikationsmodul, das mit dem Raumlokalisierungsmodul verbunden
ist, zum Vermitteln von drahtloser Kommunikation zwischen einer
ersten tragbaren elektronischen Einrichtung und diesen Mitgliedern
der Vielzahl von tragbaren elektronischen Einrichtungen in einer
benutzerdefinierten räumlichen
Stelle.
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Ein
Verfahren zum Übertragen
von digitaler Information an räumlich
lokalisierbare, elektronische Einrichtungen wird bereitgestellt,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bestimmen der
räumlichen
Stelle jeder einer Vielzahl von elektronischen Einrichtungen mit
Submeter-Genauigkeit, (b) Auswählen
eines benutzerdefinierten räumlichen
Gebietes zum Kommunizieren mit der Vielzahl von elektronischen Einrichtungen,
und (c) Ermöglichen
von drahtloser Kommunkation zwischen einer ersten tragbaren elektronischen
Einrichtung und diesen Mitgliedern der Vielzahl von tragbaren elektronischen Einrichtungen
in dem benutzerdefinierten räumlichen Gebiet.
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Vorzugsweise
kann ein Bereich von räumlichen
Stellen und Ausrichtungen spezifiziert werden, wobei an angrenzende
elektronische Einrichtungen, an alle elektronischen Einrichtungen
in einem Raum, an alle elektronischen Einrichtung in einer bestimmten
Ausrichtung oder Richtung oder auch an alle elektronischen Einrichtungen
an räumlichen
Stellen innerhalb eines spezifizierten Bereichs (z. B. innerhalb
von zwei Metern) übertragen
wird. In Form einer Benutrerschnittstelle erlaubt die vorliegende
Erfindung vorteilhaft einem Benutzer einer tragbaren elektronischen
Einrichtung, intuitiver mit anderen tragbaren Einrichtungen basierend
auf ihrer empfundenen physikalischen, räumlichen Stelle anstatt auf
einer durch ihre Netzwerkadresse oder ihren Namen definierten logischen
Stelle zu interagieren.
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In
einer bevorzugten Ausführung
wird ein Computernetzwerk mit drahtloser Sende- und Empfangsfähigkeit benutzt, um Information
bezüglich
der Stelle aller tragbaren elektronischen Einrichtungen zu unterhalten.
Das Identifizieren der räumlichen Stelle
von vielfachen elektronischen Einrichtungen mit einer räumlichen
Auflösung
in der Größerordnung von
Zentimetern oder Millimetern wird durch die Verwendung eines billigen
Raumlokalisierungssystems ermöglicht,
das Infrarot-Signalisierungseinrichtungen (Infrarot-Identifizierungsanhänger) einsetzt,
die an den elektronischen Einrichtungen angebracht oder in diese
integriert sind. Das Raumlokalisierungssystem umfasst wenigstens
zwei herkömmliche
und weitverbreitet käufliche
CCD-Videokameras mit sich überschneidenden
Sichtfeldern. Die Videokameras sind in der Lage, sowohl sichtbares
Licht als auch Infrarot zu erfassen, und sind weiter eingerichtet,
eine Folge von Bildern bei vorbestimmten Bildraten zu liefern. Ein
oder mehr Identifikationsanhänger
zum Liefern von modulierten Infrarotsignalen sind in einem Raum oder
Bereich innerhalb des sich überschneidenden Sichtfeldes
der Videokameras angeordnet, und ein Bildverarbeitungssystem wird
benutzt, um die modulierten Infrarotsignale aus der Folge von Bildern
zu extrahieren und die räumliche
Stelle des Infrarotanhängers
unter Verwendung der aus den sichtbaren Lichtbildern und Infrarotbildern
gewonnenen Information zu identifizieren.
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Verschiedene
mögliche
Infrarot-Signalisierungsmodi werden erwogen. Bei einer bevorzugten Ausführung emittieren
Infrarot-Identifizierungsanhänger
intermittierend Infrarot-Erfassungssignale mit einer Rate kleiner
als die Bildrate der Videokameras, um die räumliche Stelle festzusetzen.
Das Infrarotmuster, das durch Vergleich von mehrfachen Bildern der Videokameras
blinkend gesehen wird, kann benutzt werden, um Infrarot Anhänger sicher
zu identifizieren und Identifikationsinformation oder andere Daten
zu übertragen.
Weil mehrfache Infrarot-Identifizierungsanhänger innerhalb des gleichen
Bildes der Videokamera räumlich
getrennt werden, kann das Identifizieren und Verfolgen von mehrfachen
Anhängern
vorteilhaft parallel durchgeführt
werden. In der Praxis kann die Datengewinnung aus einem Raum große Zahlen
von an Objekten angebrachten identifizierenden Infrarot-Anhängern benutzen.
Zusätzlich zu
Objekten, z. B. elektronische Geräte, können Infrarot-Anhänger eingesetzt
werden, um bestimmte Positionen, Stellen oder Bereiche in einem
Raum zu beschreiben, um nützliche
Festpunkte zum Festsetzen von räumlichen
Stellen bereitzustellen.
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Bei
bestimmten Ausführungen
können
mehrfache an beweglichen Objekten angebrachte Anhänger benutzt
werden, um die Ausrichtung sowie die Stelle des Objekts zu bestimmem
und zu verfolgen. Dies erlaubt es, die Datenübertragung in Bezug auf die
Ausrichtung einer elektronischen Einrichtung zu definieren. Zum
Beispiel ist ein Befehl möglich,
um Daten an andere elektronische Geräte auf der linken Seite des
elektronischen Gerätes
eines bestimmten Benutzers zu übertragen.
Als ein weiterer Vorteil könnte
der Gebrauch von zwei oder mehr angebrachten Anhängern die Bestimmung des Drehwinkels
eines Objekts erlauben. Der Gebrauch von mehrfachen Anhängern mildert
auch mit der Verdunkelung eines Objekts oder elektronischen Gerätes verbundene
Probleme und erhöht
die Genauigkeit der Positionsbestimmung. Des Weiteren können mehrfache Anhänger benutzt
werden, um die Datenübertragungsrate
zu erhöhen.
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Alternative
Ausführungen,
die den Gebrauch von sichtbarem Licht anstatt Infrarot oder abweichende
Positions- und Datencodierschemas einschließen, werden ebenfalls innerhalb
des Umfangs der vorliegenden Erfindung erwogen. Zum Beispiel ist
es möglich,
einen getrennten Infrarot-Kommunikationskanalempfänger zum
Empfang von Infrarot-Identifikationssignalen zu verwenden, die im
Wesentlichen zeitgleich mit Infrarot-Erfassungssignalen emittiert werden,
die benutzt werden, um die räumliche
Stelle des Infrarot-Anhängers
zu ermitteln. Mit Zeitkoinzidenzverfahren ist es möglich, Identifikationsdaten
mit viel höheren
Raten als die relativ langsamen Datenübertragungsraten zu übertragen,
die unter Verwendung von mehrfachen Bildvergleichen von den Videokameras
allein möglich
sind. Um den Leistungsbedarf zu verringern, ist es außerdem möglich, passive Infrarot-Reflektoren
als Anhänger
zu verwenden (mit einem getrennten im Raum montierten Blitzer, der
Infrarotlicht auf Verlangen liefert), oder Infrarot-Identifikationsanhänger zu
benutzen, die nur als Reaktion auf eine Identifikationsanforderung
aktiviert werden.
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Die
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung verwenden vorteilhaft billige und allgemein
verfügbare
Komponenten, z. B. Infrarotsender und CCD-Videokameras, um eine
hoch genaue räumliche
Lokalisierung von gekennzeichneten elektronischen Einrichtungen
bereitzustellen. Geeignete hochwertige CCD-Videokameras werden in
großem Umfang
für Verbraucher-Sicherheitssysteme
eingesetzt. Wegen der relativen Wirtschaftlichkeit sind solche CCD-Videokameras
recht billig, was sie für
diese Anwendung ideal macht.
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Da
Infrarotsignale für
das menschliche Auge unsichtbar, aber für die CCD-Videokamera sichtbar sind,
ist das Infrarot-Signalisierungssystem für Benutzer im Wesentlichen
unsichtbar, während
es dennoch für
automatisierte Systeme leicht ist, sie ohne hoch entwickelte Bildverarbeitungsverfahren
zu lokalisieren und zu interpretieren. Die vorliegende Erfindung
kann schnell implementiert werden, nachdem mit einem Computernetzwerk
verbundene Videokameras installiertsind, und benötigt kein komplexes Einrichten
oder Initialisieren. Mit einer begrenzten Zahl von preiswerten Videokameras
erlaubt die vorliegende Erfindung das Verfolgen der räumlichen Stelle
großer
Zahlen von markierten elektronischen Einrichtungen, was die Datenübertragung
zwischen elektronischen Geräten,
die an spezifizierten räumlichen
Stellen aufgestellt sind, mit Submeter-Genauigkeit über ein
geeignet konfiguriertes Computernetzwerk ermöglicht.
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Wertere
Funktionen, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
aus dem Betrachten der folgenden Beschreibung und Zeichnungen von
bevorzugten Ausführungen
ersichtlich werden. Inhalt der Zeichnungen:
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1 ist ein schematischer
Umriss für
ein hoch genaues, räumlich
definiertes Datenübertragungssystem.
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2 ist ein schematischer
Umriss eines CCD-Kamera-basierten Systems zum genauen Lokalisieren
der räumlichen
Stelle von mit Infrarot-Identifikationsanhängern markierten elektronischen
Geräten.
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3 ist eine Grafik, die Infrarotimpulsstärke über Zeit
veranschaulicht, wobei periodische Impulse, um die Position festzusetzen,
gefolgt von Datenimpulsen, um Information zu übertragen, gezeigt werden.
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4 veranschaulicht ausgewählte bildverarbeitete
Rahmen von zwei Videokameras, die blinkende Infrarot-Datensignale
zeigen, die imstande sind, korreliert zu werden, um eine räumliche
Position zu bestimmen.
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5 ist ein alternatives Impulsschema,
das zwei im Wesentlichen zeitkoinzidente Kommunikationskanäle verwendet,
um Position und Übertragungsrate
zu bestimmen.
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6 veranschaulicht ausgewählte bildverarbeitete
Rahmen von zwei Videokameras, die entsprechend dem alternativen
Impulsschema von 5 arbeiten,
mit blinkenden Infrarot Datensignalen, die imstande sind, korreliert
zu werden, um räumliche
Position auf einem ersten Kommunikationskanal zu bestimmen, und
Daten, die auf einem im Wesentlichen zeitkoinzidenten zweiten Kommunikationskanal
bereitgestellt werden.
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7 veranschaulicht schematisch
den Aufbau eines aktiven Infrarot-Anhängers.
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1 veranschaulicht ein System 100,
das die Übertragung
von elektronischen Daten an elektronische Einrichtungen an vorbestimmten
räumlichen
Stellen ermöglicht.
Das System 100 umfasst eine Vielzahl von Raumlokalisierungsmodulen 190 und 192,
die die absolute räumliche
Stelle von bestimmten elektronischen Geräten ermitteln. Die Raumlokalisierungsmodule 190 und 192 verfolgen räumliche
Positionen von elektronischen Geräten und liefern zusätzlich einen
Mechanismus zur elektronischen Datenübertragung in Verbindung mit
einem Computernetzwerk 180. Wie die Fachleute in der Technik
anerkennen werden, sind die Position und Größe und die Zahl von Raumlokalisierungsmodulen 190 und 192 nur
repräsentativ
und nicht gedacht, die vorliegende Erfindung zu begrenzen. Ebenso
kann das Computernetzwerk 180 mehrfache Computer, Workstations,
spezialisierte Bildverarbeitungshardware, Server oder andere Informationverarbeitungs-
und Verbindungshardware umfassen. Mehrfache mit dem Netzwerk 100 verbundene Raumlokalisierungsmodule
können
benutzt werden, und eine breite Vielfalt von Mechanismen zum Bestimmen
der räumlichen
Position kann eingesetzt werden, einschließlich bildbasierter Verfahren,
Ultraschall- oder anderer akustischer Verfahren oder auch funkbasierter
Verfahren, wie z. B. Differenz-GPS.
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In 1 verfolgen die Raumlokalisierungsmodule 190 und 192 eine
Vielzahl elektronischer Geräte,
angezeigt als Kreise 170–178. Die elektronischen
Geräte
sind über
zwei Räume 152 und 154 eines
Gebäudes 150 verteilt,
wobei sich ein Raumlokalisierungsmodul in jedem Raum befindet. Eine
Maßstabsmarke 101,
die eine Entfernung von einem Meter darstellt, wird zum Größenvergleich
gezeigt. Die elektronischen Geräte 170–178 in
dem Gebäude 150 können z.
B. Personal Digital-Assistenten, Zweiweg-Pager, Laptop- oder Notebook
Computer, Computer-Tabletts oder jedes andere elektronische Gerät sein,
das zur drahtlosen Kommunikation durch Funk, Infrarot, Schall oder
andere Übertragungsstrecken imstande
ist. In 1 sind Kommunikationsverbindungen
zur Datenübertragung
allgemein durch Wellenlinien 161, 163, 165, 167 und 181, 183, 185 und 187 veranschaulicht.
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Im
Betrieb ist das System 100 in der Lage, sowohl die relative
als auch die absolute räumliche Stelle
von anderen elektronischen Geräten
mit Submeter-Genauigkeit zu bestimmen, und das Senden und Empfangen
von Daten nur an spezifizierte elektronische Geräte 170–178 basierend
auf der relativen oder absoluten räumlichen Stelle dieser elektronischen
Geräte
zu vermitteln. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungen, die später in Verbindung
mit 2 erörtert werden,
ist räumliche
Lokalisierung im Zentimeter- oder gar Millimeterbereich möglich, jedoch
ist für
viele Anwendungen eine Submeter-Genauigkeit angemessen. Die Datenübertragung
an oder zwischen elektronischen Geräten auf der Basis von Kriterien
der räumlichen
Stelle kann viele Formen annehmen. Zum Beispiel kann ein Benutzer
mit dem elektronischen Gerät 170 wünschen,
Daten nur an ein angrenzend gelegenes elektronisches Gerät 172 zu übertragen.
Der Benutzer kann einfach einen geeigneten Knopf drücken, eine
Maus benutzen, um einen Menübefehl,
z. B. "Übertragen
Angrenzend", anzuklicken,
oder eine andere Einleitungsaktion durchführen, um eine Datenübertragung
an das Gerät 172 einzuleiten.
Das System 100, das mit Submeter-Genauigkeit arbeitet,
ist in der Lage, festzustellen, dass die räumlichen Stellen von anderen
benachbarten elektronischen Geräten 174 und 178 nicht
so nahe bei dem Gerät 170 liegen
wie das angrenzende Gerät 172,
und folglich keine Daten an diese anderen benachbarten elektronischen
Geräte zu
richten.
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Anstelle
des Übertragens
an nur ein angrenzendes elektronisches Gerät benutzt ein anderer Modus
der räumlich
begrenzten Datenübertragung
eine Übertragung
an elektronische Geräte
innerhalb eines bestimmten Umkreises. Zum Beispiel könnte ein
Benutzer des elektronischen Geräts 170 Daten
an alle Geräte
im Umkreis von etwa 5 Metern senden. Alle elektronischen Geräte 172, 174 und 176 in
diesem Umkreis (allgemein durch die gestrichelte Linie 195 angegeben)
wären imstande,
eine Datenübertragung zu
empfangen, während
ein elektronisches Gerät 178 außerhalb
der gestrichelten Linie 195 keine Datenübertragung empfangen würde. Dieser
Datenübertragungsmodus
ist besonders nützlich
in großen Räumen, wo
Gruppen von Leuten unabhängig
interagieren. Rauminterne Übertragung
ist noch ein anderer Datenübertragungsmodus,
der in einem Gebäude 150,
das mit einem System 100 ausgestattet ist, möglich ist.
Zum Beispiel könnte
ein Benutzer elektronische Daten an alle elektronischen Geräte 171, 173, 175 und 177 im
Raum 154 senden, ohne diese Daten an irgendein elektronisches
Gerät im
Raum 152 zu senden. Noch ein anderer Modus der gezielten
Datenübertragung
basierend auf einer räumlichen
Stelle kann mit elektronischen Geräten mit einer grafischen Benutzerschnittstelle,
die eine Zeichnung anzuzeigen vermag, wie z. B. durch 1 veranschaulicht, ermöglicht werden.
Mithilfe einer Maus, einem Zeiger, einem Cursor oder einer anderen
geeigneten Schnittstellenvorrichtung könnte ein Benutzer die absoluten
oder relativen räumlichen
Stellen von elektronischen Geräten
inspizieren und grafisch die elektronischen Geräte auswählen, die eine Datenübertragung
empfangen (oder nicht empfangen) sollen. Die vorliegende Erfindung
erlaubt vorteilhaft einem Benutzer eines tragbaren elektronischen
Geräts,
intuitiver mit anderen tragbaren Geräten basierend auf ihrer empfundenen
physikalischen und räumlichen
Stelle zu interagieren, wobei eine selektive Datenübertragung
unter Verwendung praktisch jeder räumlichen Beschreibung, die
ein Benutzer typischerweise einsetzt, möglich ist. Der Benutzer eines elektronischen
Gerätes
braucht keine durch die Netzwerkadresse oder andere obskure Spezifikation
definierte logische Stelle zu kennen, um mit anderen elektronischen
Geräten
zu interagieren; nur die empfundene räumliche Stelle in jedem beliebigen
Maßstab
von Submeter bis gebäudeweit
wird benötigt.
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Wie
die Fachleute in der Technik erkennen werden, ist ein Hauptaspekt
der vorliegenden Erfindung der Gebrauch einer Vorrichtung zum schnellen und
effizienten Bestimmen der räumlichen
Stelle von elektronischen Geräten
mit Submeter-Genauigkeit. Für
beste Ergebnisse können
Lokalisierungssysteme im Millimeterbereich benutzt werden, obwohl
eine absolute Positionsbestimmung im Zentimeterbereich gewöhnlich für viele
Datenübertragungsanwendungen
ausreicht. 2 ist ein
Beispiel eines Systems 10 zum genauen Lokalisieren von
Infrarot-Signalquellen 45 (Infrarot-Anhänger) mit einer Genauigkeit von
Zentimetern oder weniger. Das System 10 umfasst vielfache
CCD-Videokameras 25, die sich in einem Raum 12 befinden.
Diese Videokameras 25 können
eine feste Sicht haben, wie z. B. die CCD-Videokameras 20, 21, 22 und 62,
oder sie können
eine bewegliche Sicht haben, wie durch die bewegliche CCD-Videokamera 24 bereitgestellt.
Infrarot-Signalquellen 45, die zur räumlichen Lokalisierung geeignet sind,
können
an statischen oder im Wesentlichen unbeweglichen Objekten, z. B.
Wänden
(Anhänger 51, 40, 41 und 42)
oder Schreibtischen (Anhänger 44) positioniert
sein, um Raumgrenzen und Bereiche definieren zu helfen. Infrarot-Signalquellen 45 können auch
an leicht beweglichen Objekten positioniert sein, z. B. ein tragbares
elektronisches Gerät 70 (Anhänger 72)
oder Gerät 74 (Anhänger 76).
Die Bildverarbeitung zur räumlichen
Lokalisierung und Daten benutzt ein Computersystem, in diesem Beispiel durch
ein Computersystem 60 dargestellt. Das Computersystem 60 kann
natürlich
außerhalb
des Raumes 12 liegen, und es gibt keine besondere Forderung
nach einer lokalen Computerprozesssteuerung. Das Computersystem
ist durch drahtlose oder verdrahtete Verbindungen mit den Videokameras 25 verbunden
und kann allein stehend oder mit einem Computernetzwerk verbunden
sein, das Bildverarbeitungsaufgaben verteilt und Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung
gestattet.
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Das
vorliegende System 10 benutzt vorteilhaft emittierte Infrarotsignale,
die für
das menschliche Auge unsichtbar, jedoch für die CCD-Kameras 25 ohne
weiteres sichtbar sind. Nach geeigneter Bildverarbeitung liefern
die emittierten Infrarotsignale von mehrfachen Infrarot Anhängern eine
dreimensionale räumliche
Lokalisierung für
jeden dieser mehrfachen Infrarot-Anhänger. Die emittierten Infrarotsignale
sind typischerweise intermittierende Punktquellenblitze (Infrarot-Blinksignale),
die zusammen mit den sichtbaren Lichtbildern auf Rahmen von CCD-Videokameras
erscheinen. Da die Kameras 25 typisch zwischen etwa 10
bis 30 Bilder pro Sekunde von Bilddaten liefern, ist die Blinkrate
so gewählt,
dass sie kleiner als etwa 5 bis 15 Blitze pro Sekunde ist, um das Einfangen
von Infrarotbildern ohne Aliasing-Probleme sicherzustellen. Subtraktive
Bildverarbeitung zwischen angrenzenden Bildrahmen oder ein anderes geeignetes
Bildverarbeitungsverfahren wird verwendet, um das Infrarotsignal
zu verbessern und von dem sichtbaren Hintergrund zu trennen, was
es erlaubt, zweidimensionale räumliche
Muster von Infrarotblitzen in jedem bildverarbeiteten Rahmen zu
bestimmen. Die Bildverarbeitungsverfahren, die zum Betrieb des vorliegenden
Systems benötigt
werden, um Infrarot Punktquellen in einem vorwiegend sichtbaren
Lichtbild zu verbessern und zu unterscheiden, können relativ einfach sein und
benötigen
keine hoch entwickelten Bilderkennungsalgorithmen.
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Nachdem
die zweidimensionale Erfassung von Infrarot-Signalquellen vollendet
ist, können
die Rahmen von den mehrfachen Kameras 25 mithilfe von herkömmlichen
Bildverarbeitungsverfahren räumlich
gemultiplext werden, um eine dreidimensionale Lokalisierung jeder
Infrarot-Signalquelle im Raum 12 zu gewinnen. Um die Bedeckung
zu maximieren und die dreidimensionale Lokalisierung zu gewährleisten,
sind die Kameras 25 so angeordnet, dass eine Kombination
von wenigstens zwei Kameras ein sich überschneidendes Sichtfeld auf
jeden Teil des Raumes 12 hat. Jede Kamera kann kalibriert werden,
um eine räumliche
Lokalisierung durch die Verwendung von Bezugsobjekten oder Steuerung der
Kameraplattform zu erlauben. Zum Beispiel ist eine feste Kamera 20 mit
einer festen Brennweite kalibriert, um die Berechnung des Winkels
von zwei in ihre Linse eintretenden Strahlen basierend auf der Stelle
von zwei Punkten in ihrem Bild zu erlauben. Wie die Fachleute erkennen
werden, kann dieser Winkel aus einer angegebenen Brennweite der
Linse berechnet werden. Wenn nötigt,
können
begrenzte Versuche durchgeführt
werden, um ein genaues Abbilden zu bestimmen, das unterschiedliche
Brennweiten und Linsenverzerrungen kompensiert. Die Kalibration
geht weiter durch Bereitstellen von geeigneten Infrarot-Signalquellen
in einem bekannten Abstand von einer positionierten Kamera, die
als permanete oder halbpermanente Bezugsquellen benutzt werden,
um die Berechnung von Strahlenwinkeln zu erlauben. Diese Bezugsquellen
befinden sich typischerweise an Verbindungen eines Raumes (z. B. können die
Anhänger 40 und 42 benutzt
werden). Ein neues Objekt (wie z. B. Infrarot-Anhänger 41)
kann lokalisiert werden, vorausgesetzt, dass wenigstens eine Kamera
ein Bild des neuen Objekts und zweier Bezugsquellen liefern kann,
während
eine zweite Kamera das neue Objekt und wenigstens eine Bezugsquelle
abbilden kann. Mit zusätzlichen Infrarot-Bezugsquellen,
die durch mehrfache Kameras erfassbar sind, ist es sogar möglich, das
Verfahren so zu erweitern, dass der Kamerastandort in Bezug auf
die Bezugsquellen anfangs nicht bekannt sein muss.
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Eine
breite Vielfalt von Infrarot-Signalquellen 45 kann zur
Kamerakalibration benutzt werden, räumliche Lokalisierung, Identifikation
und Datenübertragung.
Zu Zwecken der vorliegenden Erfindung können die Infrarot-Signalquellen 45 begrifflich
in aktive Infrarot-Anhänger 50,
die intern Infrarotlicht erzeugen (z. B. Anhänger 72 am tragbaren
Gerät 70) oder
passive Infrarot-Anhänger 51 geteilt
werden, die Infrarotlicht 54 als Reaktion auf von einer
Infrarot-Lichtquelle 30 geliefertes einfallendes Infrarotlicht 32 steuerbar
reflektieren. Aktive Infrarot-Anhänger sind gewöhnlich größer und
teurer als passive Infrarot-Anhänger,
die eine Batterie oder andere Stromquelle, einen Infrarot-Emitter,
z. B. eine Infrarot-LED, und eine geeignete digitale Steuerung benötigen. Wie
z. B. in Beispiel in 7 zu
sehen ist, kann ein aktiver Infrarot-Anhänger 110 hergestellt
werden, indem vier herkömmliche
und allgemein erhältliche
Module, die einen Puffer 112 mit IR-Sender-LED 122,
einen Verstärker 114 mit
IR-Detektor 124, einen Mikrocontroller 116 und
eine Triggerschaltung 118 umfassen, zusammengeschaltet
werden. Eine Lithium-Batterie, Photozelle oder andere langlebige
Stromquelle 120 liefert eine Niederspannung zum Treiben
der Module. Im Vorgabezustand werden die Module 112, 114 und 116 in
einem abgeschalteten Modus gehalten. Das vierte Modul, die Triggerschaltung 118,
ist immer aktiv, ist aber bestimmt, mit sehr kleinem Stromverbrauch
zu arbeiten. Wenn die Triggerschaltung 118 durch ein externes
Signal 130, z. B. einen Infrarot- oder optischen Impuls,
aktiviert wird, werden die Module 112, 114 und 116 mit
Strom versorgt. Adressierungssignale 131 können im
Modul 114 empfangen, durch das Modul 116 decodiert
und dann als Antwortsignal 132 von dem Modul 112 unter
Verwendung der Sender-LED 122 zurückgesendet werden. Das Mikrocontroller-Modul 116 überwacht
die Zeit und wird nach einer gewissen Zahl von Millisekunden oder
dem Fehlen von Empfängeraktivität sich selbst
(Modul 116) zusammen mit den Modulen 112 und 114 wieder
in den Abschaltzustand bringen. Das Antwortsignal 132 (Infrarot-Impulse)
enthält
die Identität
des aktiven Infrarot-Anhängers
zusammen mit allen gewünschten
Daten.
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Wie
einzusehen ist können
viele unterschiedliche Arten von Triggerschaltungen eingesetzt werden.
Eine einfache Implementierung einer Triggerschaltung umfasst einen
astabilen Niederleistungs-Oszillator mit einer langen und etwas
zufälligen
Periode (um Kollisionen von wiederholten Anhängersignalen zu vermeiden).
Die Triggerschaltung könnte
auch so ausgelegt sein, dass sie durch einen besonders starken IR-Blitz
aktiviert wird, oder sie könnte
ein anderes Medium, z. B. den Empfang einer bestimmten Funkfrequenz,
verwenden. In bestimmten erwogenen Ausführungen kann die Triggerschaltung
so ausgelegt sein, dass das IR-Detektions-/Verstärkung-Modul 114 unnötig gemacht
wird.
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Passive
Infrarot Anhänger 51 sind
eine billige Alternative zu aktiven Infrarot-Anhängern 50. Passive
infrarot-Anhänger 51 reflektieren
steuerbar von einer Infrarot-Lichtquelle 30 geliefertes
Infrarotlicht 32. Die Infrarot-Lichtquelle 30 kann,
kontinuierlich, intermittierend oder periodisch, wie erforderlich,
betrieben werden. In der veranschaulichten Ausführung enthält jeder passive Infrarot-Anhänger 51 ein
infrarot-reflektierendes Material, das durch einen abwechselnd lichtdurchlässigen oder
lichtabsorbierenden Verschluss bedeckt wird. Der Verschluss ist
typisch eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristallanzeige (LCD), die
normalerweise keine wesentliche Menge an Infrarotlicht überträgt. Ein
elektrisches Niederleistungssignal wird angelegt, um den Verschluss
von diesem infrarot-undurchlässigen
Zustand in einen im Wesentlichen durchlässigen Zustand zu bringen.
Durch geeignetes Umschalten zwischen einem infrarotlicht-durchlässigen und
einem undurchlässigen
Zustand kann Information in dem Muster von Infrarot-Reflexionen 54 von
den Infrarot-Anhängern 51 codiert
werden, die durch die Kameras 25 erfasst wird.
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Wie
die Fachleute erkennen werden, sind verschiedene Aktivierungs-,
Datenübertragungs- und Timing-Modifikationen
sowohl an der Infrarot-Lichtquelle 30 als auch den passiven
Infrarot-Anhängern 51 möglich, um
die Zuverlässigkeit
der Datenübertragung
zu erhöhen
und Leistung einzusparen. Mit Verfahren ähnlich den bereits in Verbindung
mit den aktiven Infrarot-Anhängern 50 erörterten
können
die passiven Infrarot-Anhänger 51 aktiviert
werden, um Identifikationscodes und andere Daten als Reaktion auf
ein Infrarot-Auslösesignal
zu senden. Dies vermeidet die Notwendigkeit der dauernden Aktivierung der
LCD-Verschlussvorrichtung und verringert in hohem Maße den Langzeit-Leistungsbedart.
Wie bei den aktiven Infrarot-Anhängern 50 können mehrfache
passive Anhänger
gleichzeitig betrieben werden, da das räumlich lokalisierende Kamerasystem
der vorliegenden Erfindung eindeutig zwischen mehrfachen passiven
Anhängern 51,
die Information als Reaktion auf das gleiche Aktivierungssignal
senden, unterscheiden kann.
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Verschiedene
Informationsübertragungs- und
Signalisierungsschemas sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung
geeignet. Ein bevorzugtes Schema, mit besonderem Verweis auf 3 und 4 angedeutet, kann, wie gewünscht, von
entweder einem passiven Infrarot-Anhänger 50 oder einem
passiven Infrarot-Anhänger 51 verwendet
werden. 3 ist eine Grafik,
die IR-Impulserfassung über
Zeit veranschaulicht, wobei drei bestimmte Modi von gepulstem Betrieb
gezeigt werden. Die Arbeitsweise eines Anhängers 50 oder 51 im
Lokalisierungs- oder Initialisierungsmodus wird durch eine Serie
von erfassten, periodischen Infrarot-Impulsen 104, identifiziert durch
die eckige Klammer 106, dargestellt. Um Leistung ein zusparen,
können
diese Impulse 104 tatsächlich
aus mehrfachen kurzen Infrarot-Spitzen oder -Impulsen bestehen,
mit einer Rate, die hoch genug ist, um eine scheinbar kontinuierliche
Erfassung eines Infrarotsignals durch die Kameras bei jedem Impuls 104 sicherzustellen.
Natürlich
kann die IR-Intensität
für die
Dauer jedes Impulses 104 kontinuierlich beibehalten anstatt
gepulst zu werden, wenn die Leistung nicht begrenzt ist.
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Die
periodischen erfassten Infrarot-Impulse 104 erlauben die
Erfassung der dreidimensionalen Stelle eines markierten Objekts
(z. B. elektronisches Gerät 70 oder 74)
durch Kameras und die Bestimmung der Impulstrennung 103 zwischen
aufeinanderfolgenden Impulsen 104. Wie einzusehen ist,
werden, um Aliasing-Fehler durch ungenau bestimmte Impulstrennung
zu vermeiden, werden die Kameras 25 bei einer Bildrate 102 betrieben,
die wesentlich schneller ist als die Impulstrennung 103,
wobei eine Bildrate, die zwei bis drei Mal so schnell ist wie die Impulstrennung,
vorgeschlagen wird.
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Nach
einer kurzen Zeit (weniger als eine Sekunde) wird das Blinken angehalten,
und die Übertragung
von Identifikationsinformation und Daten beginnt. Die Datenübertragung
durch Blinken der Anhänger 50 oder 51 wird
durch die Klammer 108 angedeutet. Die Abwesenheit eines
Impulses 104 wird als eine binäre "0" interpretiert,
während
das Vorhandensein eines Impulses 104 als eine binäre "1" interpretiert wird. Wie einzusehen
ist, erlaubt dies die Informationscodierung durch jede Zahl von
binären
Codierschemas. Für
beste Ergebnisse wird die Verwendung von einem oder mehreren der
vielen verfügbaren
Fehlerkorrekturcodes bevorzugt. Nachdem Identifikationsinformation
und Daten gesendet sind (nach möglichen
mehrfachen Sendewiederholungen), können die Infrarot-Impulse 104 von
den Anhängern 50 oder 51 angehalten
werden, wie durch Klammer 110 angedeutet, um Leistung einzusparen.
Die Anhänger können natürlich zu
vorbestimmten Zeiten, zufälligen Zeiten
oder als Reaktion auf Aktivierungssignale, wie gewünscht, reaktiviert
werden.
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Die
Erfassung von Infrarot-Impulsen durch Kameras 25, um eine
räumliche
Lokalisierung und Informationsübertragung
zu ermöglichen,
wird schematisch in 4 gezeigt.
Zwei Folgen von verarbeiteten Bildrahmen 122 (Kamera 1)
und 124 (Kamera 2) sind dargestellt. Die Kameras haben
ein teilweise sich überschneidendes
Sichtfeld mit drei möglichen Infrarot-Impulsquellen. Jeder
Rahmen in den Folgen 122 und 124 sind zusammengesetzte
Bilder von mehreren Rahmen, wobei nicht-infrarote sichtbare Hintergrundinformation
subtrahiert wird, um die Infrarot-Impulse zu isolieren.
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Im
Rahmen 130 von Kamera 1 sind mögliche Positionen 150, 151 und 152 von
Infrarot-Impulsen (dargestellt durch einen Stern) durch gestrichelte
Linen angedeutet. Diese Positio nen entsprechen möglichen Positionen 160, 161 und 162 im
Rahmen 170 einer unterschiedlich positionierten Kamera
2. Unter Verwendung von Bildverarbeitungverfahren, wie z. B. vorher
beschrieben, werden die Infrarot-Impulse in den Rahmen 122 und 124 von
Kamera 1 und Kamera 2 isoliert und als Bezugspunkte benutzt. Zweidimensionale
Information von jeder Kamera wird gewonnen und mit Kalibrationsinformation
verschmolzen, um die dreidimensionale Position der Infrarot-Impulse
zu gewinnen.
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Drei
bestimmte Modi von gepulstem Betrieb werden in den Rahmen 122 und 124 gezeigt.
Die Arbeitsweise eines Infrarot-Anhängers 50 oder 51 im Lokalisierungs-
oder Initialisierungsmodus wird durch periodische Infrarot-Impulse
bei Position 150 dargestellt. Mit jedem zusammengesetzten
und bildverarbeiteten Rahmen 130–138, der eine einzelne
Impulstrennung darstellt (entsprechend der Impulstrennung 103 von 3) erscheint ein Infrarot-Impuls
bei Position 150 in jedem Rahmen 130–138 der
Folge 122. Ein entsprechender Infrarot-Impuls erscheint natürlich auch
bei Position 160 in der Rahmenfolge 124 für Kamera
2. Dies entspricht der Serie von periodischen Infrarot-Impulsen 104,
die durch Klammer 106 in 3 identifiziert
ist.
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Die
Informationsübertragung
von einem anderen Infrarot-Anhänger
wird durch aperiodisches Blinken von Infrarot Impulsen an Position 151 in
den Rahmen 130–138 der
Rahmenfolge 122 (und der entsprechenden Position 161 in
der Rahmenfolge 124) gezeigt. Die Abwesenheit eines Infrarot
Impulses in einem Rahmen wird als eine binäre "0" interpretiert
(z. B. Rahmen 131, 132 und 137), während das
Vorhandensein eines Infrarot-Impulses als eine binäre "1" interpretiert wird (z. B. Rahmen 130, 133, 135, 136, 138).
Folglich kann, wie in 4 veranschaulicht,
die binäre
Sequenz "1001 ...
1101" bestimmt werden.
Diese binäre
Sequenz kann Vorspann-Information, Daten, Paket-Steuerinformation, Fehlerkorrekturinformation
oder jede andere nötige Information
sein, die von den Anhängern 50 oder 51 übertragen
werden könnte.
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Wie
oben erwähnt
können,
nachdem geeignete Identifikationsinformation und Daten gesendet sind,
die Infrarot-Impulse angehalten werden, um Leistung zu sparen. Die
Anhänger
können
natürlich reaktiviert
werden, um erneut die Stelle von Anhängern zu identifizieren und
Identifikationsinformation und andere Daten zu übertragen. In 4 wird dies durch das Muster von Infrarot
Impulsen bei Position 152 in der Rahmenfolge 122 (und
der entsprechenden Position 162 in der Rahmenfolge 124)
veranschaulicht. Um Leistung zu sparen, werden keine Infrarot-Impulse
während
einer Zeitdauer emittiert, die die Rahmen 130–136 umfasst.
Als Reaktion auf ein Aktivierungssignal wird eine periodische Serie
von Infrarot-Impulsen für
Lokalisierungs- und Initialisierungszwecke emittiert, wie in Rahmen 137 und 137 zu
sehen.
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Im
Betrieb erlaubt das vorliegende System das Verfolgen von mehrfachen
tragbaren Objekten (z. B. ein elektronisches Gerät 70 oder 74 mit
angebrachtem Anhänger 72 bzw. 76).
Vorteilhaft können große Zahlen
von tragbaren Objekten mit hoher räumlicher Genauigkeit parallel
verfolgt werden, ohne hoch entwickelte Verfolgungstechniken verwenden
zu müssen,
um Anhänger-Information
zu bestimmen.
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Jedoch
ist ohne den Gebrauch von Hochgeschwindigkeits-Kameras die Hauptbegrenzung
der vorangehenden Ausführung
ihre relativ niedrige Datenübertragungsrate.
Weil Bitübertragung
eng mit der Bildrate der Kameras verbunden ist, begrenzt die relativ
niedrige Bildrate allgemein erhälticher
billiger Kameras die theoretische Datenübertragungsrate auf 10 oder
20 Bit pro Sekunde. In der Praxis wird wegen des nötigen Overheads,
der mit der Fehlerkontrolle verbunden ist, die Bitübertragungsrate
noch niedriger sein. Ein möglicher
Weg, dieses Problem zu überwinden,
ist die Verwendung von sekundären Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationskanälen zur
Datenübertragung,
während
Infrarot-Impuls/Kamera-Erfassungssysteme mit niedriger Datenübertragungsrate
zur räumlichen
Lokalisierung benutzt werden. Ein Beispiel eines Systems mit zwei Kommunikationskanälen wird
in 5 und 6 veranschaulicht.
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5 ist eine Grafik, die IR-Erfassung über Zeit
für zwei
getrennte Infrarot-Kommunikationskanäle veranschaulicht. Infrarot-Impulse 204 des
Kommunikationskanals 1 werden durch Kameras, die mit einer Bildrate 202 arbeiten,
unter Verwendung von in Verbindung mit 3 und 4 beschriebenen
Prozessen erfasst. Ein getrennter Infrarot Kommunikationskanal höherer Geschwindigkeit
2 mit viel kurzeren Infrarot-Impulsen kann durch ein getrenntes
(nichtkamerabasiertes) Infrarot-Kommunikationssystem erfasst werden.
In bevorzugten Ausführungen
können Infrarot-Impulse
gemäß anwendbaren
IRDA- (Infrarot-Daten-Assoziation) Standards zur Datenübertragung
auf dem Kanal 2 benutzt werden, obwohl jeder Hochgeschwindigkeits-Kommunikationskanal,
einschließlich
Funk- oder optischer Nachrichtenübermittlung,
benutzt werden kann. Im Betrieb werden die Infrarot-Impulse von
Kanal 1 zur räumlichen
Lokalisierung eines Infrarot-Anhängers
benutzt, während eine
zeitkoinzidente Kommunikation auf 2 Kanal die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung
bereitstellt. Zum Beispiel umfasst in 1 und 2 ein Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Kommunikationssystem, das
bei etwa 19.2 kbps arbeitet, einen Infrarot-Anhänger 57 und einen
an dem Computer 60 angebrachten Hochgeschwindigkeits-Infrarotdetektor 64. Räumliche
Lokalisierung wird durch Kameras 25 bereitgestellt, die
Niedergeschwindigkeits-Infrarotimpulse erfassen, während alle
auf dem Hochgeschwindigkeitskanalempfangenen zeitkoinzidenten Daten
mit einem Anhänger
an der identifizierten räumlichen
Stelle verbunden sind. Natürlich
resultiert die Verwendung von Zeitkoinzidenz-Kommunikation in einem
etwas reduzierten Datendurchsatz infolge statistisch bestimmbarer
Datenkollisionen (wenn zwei oder mehr Anhänger gleichzeitig Daten senden, was
destruktive Datenüberlappung
zur Folge hat), was aber für
die meisten Situationen angemessen ist.
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Zeitkoinzidenz-Datenübertragungsverfahren
entsprechend der vorliegenden Erfindung können mit Verweis auf 6 besser verstanden werden.
Zwei von verschiedenen Kameras aufgenommene bildverarbeitete Rahmenfolgen 222 und 224 werden
zusammen mit einem Beispiel von Hochgeschwindigkeitsdaten (Kästen 270, 272, 274 und 276), die
zeitgleich mit den angegebenen Rahmen empfangen werden, veranschaulicht.
Daten können
von drei getrennten Anhängern
empfangen werden, die sich an drei verschiedenen räumlichen
Positionen befinden (Positionen 250, 251 und 252 in
Rahmenfolge 222, Positionen 260, 261 und 262 in
Rahmenfolge 224). Unter Verwendung vorher erörterter
Techniken kann ein Infrarot-Impuls
(bezeichnet durch einen Stern) sicher in drei Dimensionen lokalisiert
werden, wenn die zweidimensionalen Rahmenfolgen 222 und 224 gegeben
sind. Wenn möglich,
werden die Daten der räumlichen
Stelle mit den Hochgeschwindigkeitsdaten korreliert, um die räumliche
Lokalisierung eines an einem elektronischen Gerät oder anderem Objekt angebrachten
spezifisch identifizierten Anhängers
bereitzustellen.
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6 veranschaulicht mehrere
mögliche
Ergebnisse für
erfindungsgemäße Zeitkoinzidenz-Raumlokalisierungsverfahren.
Rahmen 230 zeigt einen räumlich lokalisierbaren Infrarot-Impuls bei
Position 250. Zeitkoinzidente Daten 270 sind einem
Anhänger
zuzuschreiben, der den Infrarot-Impuls bei Position 250 emittiert,
vorausgesetzt, es gibt keine Datekollision. Eine Datenkollision
kann auftreten, wenn zwei oder mehr Datenpakete gleichzeitig empfangen
werden, oder wenn sich die räumlich
lokalisierbaren Infrarot-Impulse überschneiden. Rahmen 231 veranschaulicht
eine Situation ohne Datenkollision, wobei ein Infrarot-Impuls bei
Position 252 mit Identifikationsdaten 272 korreliert
wird. Wenn jedoch zwei oder mehr Anhänger während der gleichen Zeitdauer
aktiv sind, wie in Rahmen 232 zu sehen, ist das empfangene
Signal 274 das entstellte Ergebnis einer Datenpaketkollision,
und das Signal wird ignoriert. Nach vorprogrammierten Zufallsverzögerungen (in
Rahmen 233 zu sehen) oder aktiven Anforderungen zum Neuübertragen
werden die Anhänger
wieder aktiviert, mit hoffentlich nicht-überlappender Datenübertragung,
um eine eindeutige Identifikation zu erlauben. Man beachte, dass
in bestimmten Fällen von
Infrarot-Impulsüberlappung
eine Datenkollision nicht unbedingt auftritt, und es möglich sein
kann, die räumliche
Stelle und Daten durch in Betracht ziehen von vorher empfangenen
räumlichen
Infrarot-Stellen zu verbinden.
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Obwohl
die vorangehende Kombination von Infrarot-Anhängern und CCD-Kameras ein be vorzugtes
billiges System zur räumlichen
Lokalisierung von tragbaren elektronischen Einrichtungen ist, können alternative
Techniken zur räumlichen
Lokalisierung von elektronischen Einrichtungen mit Zentimeter-Genauigkeit
ebenfalls benutzt werden. Zum Beispiel können Systeme, die auf Differenz-GPS,
Ultraschall-Entfernungsmessung, Trägheitsverfolgung oder Mehrstations-Niederleistungs-Funkempfang basieren,
verwendet werden. Diese alternativen Systeme sind jedoch im Allgemeinen
schwerer zu kalibrieren, zu steuern und auf Zentimeter-Genauigkeit
zu halten als das vorangehende Infrarot-Anhänger-Verfolgungssystem, das
CCD-Videokameras verwendet.
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Während die
vorliegende Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungen
derselben beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass viele Alternativen,
Modifikationen und Variationen für
die Fachleute in der Technik ersichtlich sein werden. Die verschiedenen
hierin beschriebenen Ausführungen sollten
folglich als veranschaulichend und nicht den Umfang der vorliegenden
Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert, begrenzend
angesehen werden.