使用LED灯在三维空间中的物体定位 |
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| 申请号 | CN201410553212.2 | 申请日 | 2014-10-17 | 公开(公告)号 | CN104567877A | 公开(公告)日 | 2015-04-29 |
| 申请人 | 国际商业机器公司; | 发明人 | N.埃利森-马里恩; M.A.纳尔逊; K.H.彼得斯; L.R.鲁杰罗; | ||||
| 摘要 | 公开了一种用于在设备处执行动作的系统和方法。第一 信号 从第一 光源 发送到第一区带，其中，所述第一信号标识所述第一区带。当所述设备处于所述区带中时，在所述设备处接收所述第一信号。所述设备据所接收到的第一信号确定所述设备处于所述第一区带中，并且基于所述设备处于所述第一区带中而在所述设备处执行所述动作。第二可变光源可以将第二信号发送到第二区带，其中，所述第二信号标识所述第二区带。可以执行三 角 测量以使用所述第一信号和所述第二信号来确定所述设备的 位置 。或者，可以使用所接收到的消息来确定所述设备的运动的参数。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种使用设备的方法，包括： |
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| 说明书全文 | 使用LED灯在三维空间中的物体定位技术领域背景技术[0002] 在三维空间中定位物体在很多应用中是有用的。GPS(全球定位系统)例如已经带来导航、通信、国防等方面的进步。GPS系统受限于从大约六英尺到大约九英尺的分辨率。然而，存在可以受益于以更精细的分辨率标度(例如几英尺)来定位物体的位置的应用。虽然存在对允许更精细的粒度的GPS的扩展(例如差分GPS和惯性导航系统)，但这些扩展增加显著的成本。此外，存在大量这些情况：在三维空间中定位物体可能是有用的，但GPS信号却不可得。 发明内容[0003] 根据本发明一个实施例，一种使用设备的方法，包括：将第一信号发送到第一区带，其中，所述第一信号标识所述第一区带；当所述设备处于所述第一区带中时，在所述设备处接收所述第一信号；据所接收到的第一信号确定所述设备处于所述第一区带中；以及基于所述设备处于所述第一区带中而在所述设备处执行动作。 [0004] 根据本发明另一实施例，一种用于执行动作的系统，包括：第一光源，被配置为：将第一信号发送到第一区带中，其中，所述第一信号标识所述第一区带；以及设备，被配置为：当所述设备处于所述第一区带中时，接收所述第一信号，据所接收到的第一信号确定所述设备处于所述第一区带中；基于确定所述设备处于所述第一区带中而在所述设备处执行动作。 [0005] 根据本发明另一实施例，一种用于定位设备的系统，包括：第一光源，被配置为：将标识第一区带的第一信号发送到所述第一区带；第二光源，被配置为：将标识第二区带的第二信号发送到所述第二区带；其中，所述设备在接收到所述第一信号时确定其处于所述第一区带内，而在接收到所述第二信号时确定其处于所述第二区带内。 附图说明[0008] 图1示出根据本发明示例性实施例的用于定位设备的示例性系统； [0009] 图2示出示例性实施例中的多个区带的顶视图； [0010] 图3示出包括多个LED的示例性LED灯泡； [0012] 图5图示本发明的物体定位系统在车辆中的使用； [0013] 图6示出用于作为安全设备使用的本发明另一实施例；以及 [0014] 图7示出紧急情况下的图6的安全设备。 具体实施方式[0015] 图1示出根据本发明示例性实施例的用于定位设备的示例性系统100。系统100包括第一发光二极管(LED)102，其照射体积106内的第一区带(“区带A”)104。第一LED102可以受控于控制器108，以改变第一LED 102的强度，从而从第一LED 102发送信号(例如二进制信号)。在一个实施例中，第一LED 102可以在两种状态之间(例如在ON状态与OFF状态之间)切换，以发送二进制信号。在示例性实施例中，信号包括指示空间体积的消息，从而接收信号的设备可以确定其处于空间体积内。在示例性实施例中，第一LED 102进行数据传输的速率可以大于大约10兆比特每秒(M比特/秒)。或者，数据传输的速率可以大于大约100M比特/秒或大于大约1吉比特每秒(G比特/秒)。按这些数据传输速率，在二进制信号的两种状态之间切换第一LED 102以发送二进制信号可能并不为人眼所检测到。因此，第一LED 102可以用于照明目的和数据传输目的二者。虽然关于LED的使用来描述本发明，但本发明可以用于可以在至少第一状态与第二状态之间改变以发送二进制信号的任何可变光源。 [0016] 来自第一LED 102的光将二进制信号发送到体积106内的第一区带104。在各个实施例中，二进制信号是标识区带A 104的编码信号(“消息A”)110。设备112可以是移动设备，其可以在体积106内来回移动，如图1所示。示例性设备112包括传感器，其对于来自LED 102的光是敏感的。设备112因此当其处于区带A 104内(即在位置1处)时从LED 102接收“消息A”110。设备112可以包括处理器，其被配置为：在接收到“消息A”110时，识别设备112正驻留在区带A 104内。 [0017] 第二LED 114照射第二区带(“区带B”)116，并且将二进制信号(“消息B”)120发送到第二区带116中。当在区带B 116中(即在位置2处)时，设备112可以从第二LED114接收“消息B”(120)，其对设备112指示设备112处于区带B 116内。例如，消息A可以是“01011”，而消息B可以是“10111”。这些消息可以连续地或周期性地重复。在示例性实施例中，第二LED 114可以受控于控制器108，以将消息B(120)发送到区带B 116。或者，第二LED 114可以受控于与控制器108不同的控制器。在各个实施例中，第一LED 102和第二LED 114可以通过相同波长和/或相同传输速率进行发送。或者，第一LED 102和第二LED 114可以通过不同波长和/或不同传输速率进行发送。因此，在替选实施例中，消息A和消息B可以是具有不同波长的信号，区带A和区带B可以基于所接收到的信号的波长而得以确定。在示例性实施例中，区带A 104的部分可以交叠区带B 116的部分。在替选实施例中，各区带可以不交叠。设备112可以能够移动进出区带A 104和区带B 116以及移动进出体积106。当设备112处于区带A104和区带B 116的交叠区域122中时，设备112可以接收消息A(110)和消息B(120)二者，因此确定其位于相交区域122中。当设备112处于位置3处时，因为其并未接收到消息A(110)或消息B(120)，所以可以确定其不处于第一区带104或第二区带106中。 [0018] 在示例性实施例中，控制器108控制LED 102和114的操作。在替选实施例中，每个LED可以具有其自身的控制器。控制器在这些替选实施例中可以集成到LED设备中。此外，控制器108或替选实施例的集成控制器可以操作任何LED 102和114，以将可编程消息发送到所选择的一个或多个区带。可编程消息可以提供对设备的通信和/或其它用于设备112的操作的信号。 [0019] 图2示出示例性实施例中的多个区带的顶视图。多个区带被布置为有效地覆盖所选择的体积(例如体积106)。可以如图2所示或使用提供用于组织体积的系统的任何合适的标记系统来标记区带。对于每个区带，可以提供对应LED，以将标识区带的消息提供到区带中。用于区带1的LED例如将所指定的信号或消息发送到区带1中。当区带1中的设备接收或解码信号或消息时，设备确定其正驻留在区带1中。在示例性实施例中，多个区带可以填充汽车或其他运输车辆的驾驶舱。因此，多个区带可以在某点相对于地球参照系处于运动中。 [0020] 在各个方面中，多个LED可以分离地位于体积周围的各个位置处。当体积是车辆的驾驶舱时，每个LED可以位于车辆的驾驶舱周围的各个位置处。或者，多个LED可以在单个LED灯泡310或LED灯夹具内的单个位置处组装，如图3所示。图3示出包括多个LED的示例性LED灯泡310。多个LED中的每一个被布置为提供光的信标以发送用于对应区带的信号。例如，多个LED中的三个可以用于提供用于照射区带1、2和5的信标301、302和305，如图3所示。区带1、2和5可以是图2所示的区带的截面，并且是仅为了说明的目的而选择的。 [0021] 在各个实施例中，每个LED灯泡310可以包括集成到LED灯泡310中的控制器。虽然控制器无论集成与否都可以操作LED灯泡310以提供静态消息，但控制器也可以被编程为操作LED灯泡310以将可编程消息发送到所选择的一个或多个区带中，以提供与示例性区带中的设备的通信和/或其它用于设备的操作的信号。 [0022] 图4示出用于本发明示例性实施例中的发光二极管的配置。对于所选择的LED402，光可能部分地受阻挡，以提供来自所选择的LED 402的光的信标404。光的信标404界定与所选择的LED 402对应的区带的区域。在各个实施例中，来自LED 402的光可以部分地被LED 402附近的遮蔽物406所阻挡，由此提供对应光的信标404。此外，信标404可以是在空间中可定向的。示例性控制器408可以用于选择信标404的定向，然后将信号发送到定向单元410，定向单元410相应地定向示例性LED 402和遮蔽物406。因此，可以基于所选择的准则来选择或调整与示例性LED 402对应的区带的位置。或者，LED 402的定向和遮蔽可以处于外壳内的固定位置(例如LED灯泡310)中。 [0023] 在一个实施例中，LED灯泡310的多个发光二极管中的每一个可以具有分离的电路和电连接器。发光二极管可以包括可以内建于LED灯泡310内的伴随遮蔽物和定向单元。或者，LED灯泡310可以具有与LED灯泡310关联的遮蔽物和定向单元。多个LED灯泡310可以用于所选择的应用。 [0024] 图5示出本发明的物体定位系统在车辆中的使用。示例性汽车驾驶舱包括三个LED灯502、504和506，其将它们的各个消息发送到所选择的区带中。例如，所选择的区带可以是驾驶者的座位或乘客座位。设备510由“驾驶者的座位区带”中的驾驶者握持。在示例性实施例中，设备510可以是蜂窝电话。设备510可以从这三个LED灯502、504和506接收所有三条消息，由此三角测量其位置以确定其处于驾驶者的座位区带中。设备510可以然后基于其位于驾驶者的座位区带内而执行动作。在另一实施例中，设备510可以仅从LED灯502、504和406之一接收消息，以确定其位于驾驶者的座位区带内，并且执行动作。在该实施例中，以多个LED覆盖驾驶者的座位区带可以因此用于冗余目的。此外，设备510可以进一步基于确定其在除了驾驶者的座位区带的区带中的位置来执行其它动作。 [0025] 在一个示例中，当蜂窝电话510确定其位于驾驶者的座位区带中并且因此由驾驶者使用时，蜂窝电话510可以禁用特定功能(例如用于键入文本消息或进行电话呼叫的能力)。蜂窝电话510然后可以在确定其位于除了驾驶者的座位区带之外的地方并且因此由乘客使用时启用这些功能。在另一实施例中，蜂窝电话510可以在其处于使用中的同时记录其所处的区带。因此，蜂窝电话510可以记录电话呼叫或文本消息是由驾驶者还是由乘客键入的。该信息可以用于确认或辩驳关于在驾驶的同时蜂窝电话使用的本地法规的违章。在另一实施例中，位置信息可以发送到接收文本消息或蜂窝电话呼叫的人，告诉在呼叫的另一端上的人电话正在汽车的哪个区带中被使用，由此向此人给出缩短呼叫的机会。例如，标准文本(即“驾驶者所发送的消息”)可以附加或预加到驾驶者的文本消息。对于电话呼叫，可以在呼叫接通之前对于呼叫的接收者播放音频消息。或者，可以按所选择的间隔贯穿电话交谈而播放可识别的信号或消息，以指示电话正由驾驶者使用。在又一实施例中，蜂窝电话510可以确定其正由驾驶者使用，并且将其通信能力转交给仪表板通信系统，允许驾驶者保持双手在驾驶方向盘上。为了在汽车处于运动中的同时确定驾驶者正使用蜂窝电话510，或换句话说，确定驾驶者的座位区带相对于地球参照系的运动或速度，蜂窝电话510可以与汽车的速度计进行通信。或者，蜂窝电话510可以与处于蜂窝电话510中或车辆中的GPS跟踪系统进行通信，以确定驾驶者的座位区带的速度。 [0026] 此外，关于车辆的速度和运输(transmission)状态的信息可以连同车辆内的蜂窝电话510的位置信息一起用于确定蜂窝电话510是否变为启用。例如，当汽车的速度为零并且汽车置于公园中时，由于不存在与在已停泊的汽车中蜂窝电话510的使用关联的危险，因此可以启用蜂窝电话510。然而，当汽车处于驾驶或倒车中和/或汽车的速度为非零时，于是可以禁止蜂窝电话510的使用。 [0027] 图6示出用于作为安全设备使用的本发明另一实施例。构件或安全杆602可以装配有沿着构件602间隔开的多个LED灯泡604、606和608。在示例性实施例中，LED灯泡604、606和608中的每一个可以包括被配置为提供区带(例如图2所示的区带)的多个LED。仅为了说明的目的，图6示出用于LED灯泡604、606和608中的每一个的区带2、1和5。构件602可以放置在任何合适的位置处并且定向，从而LED灯泡604、606和608所提供的区带照射工作者612可以位于的感兴趣体积中的设备610。 [0028] 在示例性实施例中，工作者612可以在他/她的身体上佩戴设备610。因此，可以在任何时间确定工作者的位置。工作者的移动将设备610移动进出LED灯泡604、606和608的各个区带。例如，图6所示的设备610处于LED灯泡1(604)的区带1和2内。设备610还处于LED灯泡2(606)的区带1以及LED 3(608)的区带1和5中。因此，设备610可以能够三角测量其在空间中关于构件602的位置。同时，设备610可以能够记录其确定其位置的时间。贯穿所选择的时间的各位置之间的差可以用于确定设备610的速度。因此，当设备在第一时间确定其在第一区带内的位置并且在第二时间确定其在第二区带内的位置时，设备610可以确定各区带之间的运动的速度。设备可以贯穿所选择的时间持续段存储信号以及接收它们的时间，并且据所存储的信号和时间来确定在所选择的时间持续段期间的设备610的速度和/或加速度。 [0029] 图7示出紧急情况下的图6的安全设备。工作者已经遭遇创伤或意外，并且因此已经跌倒。在此情况下，设备610仅处于LED灯泡1(604)的区带5中。为了说明的目的而示出最靠近设备610的LED灯泡2和LED灯泡3所提供的区带。设备610可以确定其位置以及其已经从其在图6中的初始位置移动到其在图7中的当前位置的速度和/或加速度。例如，当工作者跌倒时，设备610可能在短时间内穿过多个区带。据所确定的区带位置和信号接收时间，设备610可以确定其通过区带的速度和/或加速度。当所确定的速度或加速度大于所选择的阈值时，紧急情况可能存在，例如工作者612已经跌倒。因此，当所确定的速度或加速度大于所选择的阈值时，设备610可以因此将告警信号705发送到告警中心702或其它适当位置，以呼叫求助。可以确定水平方向以及垂直方向上的速度或加速度。 [0030] 在此所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非意图限制本发明。如在此使用的那样，单数形式“一个”、“某个”以及“这个”意图同样包括复数形式，除非上下文另外清楚指明。还应理解，术语“包括摂和/或“包含”当在本发明中使用时用于指定所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在性，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件或其群组的存在性或添加性。 [0031] 以下权利要求中的所有手段或步骤加功能的对应结构、材料、动作和等同物意图包括用于与具体要求的其它所要求的要素组合来执行功能的任何结构、材料或动作。已经为了说明和描述的目的陈述了本发明的描述，但并非意图将本发明囊括或限制为所公开的形式。在不脱离本发明的范围和金属的情况下，很多修改和变化对于本领域技术人员将是明显的。选取并且描述实施例以最佳地解释本发明的原理和实际应用，并且使得本领域技术人员能够针对具有适合于所预期的实际使用的各种修改的各种实施例理解本发明。 [0032] 虽然已经描述了本发明优选实施例，但本领域技术人员应理解，在现在和将来，可以进行落入所附权利要求的范围内的各种改进和增强。这些权利要求应理解为保持首先描述的本发明的正确保护范围。 |
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