JPH1091890A - 高精度位置確定データ伝送システム及びその方法 - Google Patents

高精度位置確定データ伝送システム及びその方法

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JPH1091890A
JPH1091890A JP9133267A JP13326797A JPH1091890A JP H1091890 A JPH1091890 A JP H1091890A JP 9133267 A JP9133267 A JP 9133267A JP 13326797 A JP13326797 A JP 13326797A JP H1091890 A JPH1091890 A JP H1091890A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 物理的、空間的位置に基づいて他のポータブ
ル機器と直観的に交信することを可能にする。 【解決手段】 位置確定しうるポータブル電子機器への
デジタル情報を伝送するシステム１０は、部屋１２に固
定又は移動可能に配置したＣＣＤビデオカメラ群２５
と、空間の境界や領域を限定するために壁や机に取り付
けたタグ５１，４０，４１，４２，４４と、電子機器７
０，７４に取り付けたタグ７２，７６と、ＣＣＤビデオ
カメラ群２５が撮像した赤外線信号に基づき部屋１２に
おける電子機器７０，７４の物理的な配置を得るコンピ
ュータシステム６０とを有し、物理的に特定した位置に
存在する電子機器７０，７４に対してのみデータを送信
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、あらかじめ決めら
れた場所にある電子機器への電子データの伝送を可能に
するシステム、特に、ポータブル電子機器の位置をサブ
メートルの精度で決定するシステムに関し、それらの既
知の場所に応じてのポータブル電子機器間のデータの伝
送を可能にする。
【０００２】
【従来の技術】現在利用可能なポータブルコンピュータ
機器にはラップトップ型、ノート型、サブノート型、ポ
ケットコンピュータ、携帯情報端末、電子手帳、パーソ
ナル通信機器（双方向ポケットベル）またはデジタルス
マートカード（メモリカード）などがある。これらのポ
ータブル機器は急速によりパワフルで、精巧になり、高
速プロセッサ、付属ハードディスク、ＰＣＭＣＩＡモデ
ム、カーソルコントローラ、小型キーボード、あるいは
グラフィック用入力装置（たとえばペン型の携帯情報端
末）といったものを備えている。これらの機器の処理能
力の向上に伴い、ユーザ側の、アプリケーション限定デ
ータを送りたいという要望も高まってきている。たとえ
ば携帯情報端末は（無線や赤外線といった）コードレス
接続によって結ばれ、電子アドレス帳の内容をデスクト
ップ型コンピュータに送ることもできる。スマートカー
ドは送金などの金融業務を可能にすることもでき、また
双方向ポケットベルは範囲の限定された既定の応答を送
受できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワイヤ
レスリンクを持つポータブル電子機器の数が増えるにつ
れ、潜在的な通信の問題も増加してきた。一例として、
データファイルを第一の携帯情報端末（ＰＤＡ）から第
二のＰＤＡに送る場合を考える。もし直接の有線通信が
これらのＰＤＡ間で行えるならば、データファイルの受
信などについて不確定さが伴うことはない。第一のＰＤ
Ａのユーザは第一のＰＤＡから第二のＰＤＡへデータを
送っていることを確信できる。しかしながら、もしネッ
トワークを介したワイヤレス通信リンクが使用されてい
る場合は、第二のＰＤＡのネットワーク上のアドレスが
既知でなければならない。加えて、盗用を防ぎ手動起動
の特定の機器のみへのデータの伝送を確かなものにする
ためのハンドシェークプロトコルや暗号のルーチンとい
ったことも既知でなければならない。不運にもこのよう
な手続きは特定の機器を識別できなかったり、またはす
ぐに使えなかったりするような一般的情報の伝送を限定
することになりかねない。
【０００４】データを特定の場所に直接送ることができ
れば、アドレス不明の機器に関する問題を最小限にする
ことができる。たとえば、ＰＤＡが置かれる場所を感知
しやすいように作成してあれば、ユーザは場所を特定し
た他の機器にデータを送ることもできる。この機能は沢
山のＰＤＡが動作中であるような混雑している部屋に名
刺データを送るといったような情報交換に特に有効であ
ろう。第一のＰＤＡのユーザは近隣の第二のＰＤＡのネ
ットワークアドレス、電子メールアドレス、論理アドレ
スその他の識別アドレス情報がわかっていなくても、そ
こへの情報伝送を開始するのにボタンを押すだけでよ
い。ワイヤレスリンクを通して両方のＰＤＡと交信で
き、またＰＤＡの場所に関する情報を記憶できるコンピ
ュータネットワークが第一のＰＤＡからの情報を受け、
どのＰＤＡが第一のＰＤＡに近いか判断し、そのＰＤＡ
に情報を伝送する。このような場所の扱いが可能な機能
は、ＰＤＡのユーザが名刺データを特定の場所、特定の
半径内やエリア、さらにはビルのなかの特定の部屋にあ
るすべてのＰＤＡに送ることができるように拡張可能で
ある。
【０００５】したがって、必要とされているのは他の電
子機器の位置を突き止めたり、それらの位置や方向に基
づいて特定の電子機器にのみデータを送受信したりでき
るシステムである。近隣の電子機器への伝送時に場所の
範囲を特定することができれば好適である。たとえば部
屋のすべての電子機器とか、特定の方向にあるすべての
電子機器とか特定の範囲（たとえば２メートル以内など
のように）にあるすべての電子機器などのようにであ
る。
【０００６】本発明は、ユーザインターフェイスの観点
からポータブル電子機器のユーザがネットワークアドレ
スや名前といったもので限定される論理的な場所でな
く、物理的、空間的位置に基づいて他のポータブル機器
と直観的に交信することを可能にする高精度位置確定デ
ータ伝送システム及び方法を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係る高精度位置確定データ伝送システム
は、位置確定の可能なポータブル電子機器へデジタル情
報を伝送するシステムであって、無線通信をサポートす
る複数のポータブル電子機器と、前記の複数の電子機器
の各々をサブメートル精度で位置確定するための位置確
定モジュールと、第一のポータブル電子機器と、ユーザ
が限定した場所にある前記複数のポータブル電子機器の
メンバーとの間の無線通信を仲介する前記位置確定モジ
ュールに接続された通信モジュールとを有することを特
徴とする。
【０００８】また、本発明に係る高精度位置確定データ
伝送方法は、位置確定可能な電子機器へのデジタル情報
の伝送方法であって、複数の電子機器の各々につきサブ
メートルの精度での位置確定をするステップと、複数の
電子機器と通信するための、ユーザが限定した領域を選
択するステップと、第一のポータブル電子機器と前記の
ユーザが限定した領域内にある複数のポータブル電子機
器のメンバーとの間の無線通信を促進するステップとを
有することを特徴とする。
【０００９】更に、本発明に係る高精度位置確定データ
伝送システムは、電子機器を高精度に位置確定するため
のシステムであって、第一のコマ速度で画像を連続して
撮影できるよう構成された少なくとも二つのビデオカメ
ラと、各電子機器に取り付けられ、前記第一のコマ速度
よりも遅く設定された第二のコマ速度で空間的に離れ、
ビデオカメラで捕らえられる信号群を発生する識別タグ
と、一連の画像から前記識別タグの三次元での位置を確
定するよう構成された画像処理システムとを有すること
を特徴とする。
【００１０】本発明において、例えば好適な実施形態例
としては、ワイヤレス送受信機能を持ったコンピュータ
ネットワークがすべてのポータブル電子機器の位置に関
する情報を維持するのに使われる。複数の電子機器の位
置をセンチメートルやミリメートルのオーダーの精度で
識別することは電子機器に付属もしくは組み込まれた赤
外線信号装置（赤外線識別タグ）を使う低価格位置確定
システムによって可能である。位置確定システムは、既
存の広く商業的に流通しているＣＣＤビデオカメラを少
なくとも２つ備え、各ビデオカメラを撮像範囲を重複さ
せて配置する。ビデオカメラは、可視光および赤外線の
検出が可能で、所定のこま送り速度の画像が撮れるよう
に作られている。変調赤外線信号を出すための一つ以上
の赤外線識別タグは、ビデオカメラの重複する視野にお
さまる空間または場所に置かれており、画像処理システ
ムが連続する画像の中から変調赤外線信号を取り出し、
また、可視光や赤外線の画像で得られる情報を使って赤
外線識別タグの位置を識別する。
【００１１】様々な赤外線信号モードの操作が考えられ
る。ある好適な実施形態例では、赤外線識別タグは位置
を知らせるための赤外線検出信号を断続的にビデオカメ
ラのこま送り速度よりも遅く発信している。複数のビデ
オカメラを通して比べられた赤外線信号の点滅パターン
は赤外線識別タグを明確に識別し、識別信号や他のデー
タを送るのに使われる。好都合なことに赤外線識別タグ
は、空間的には同じビデオカメラの同一撮像範囲であっ
てかつ離れているので、複数のタグの識別や追跡が同時
に可能である。一部屋からのデータ補足のために物体に
付けられる識別用赤外線タグを利用することも実用的で
ある。つまり、電子機器といった物体に加えて赤外線タ
グは、特定の位置、場所、一部屋内のどこにあるかとい
った空間的な位置を表す指標を提供するよう配置でき
る。
【００１２】ある種の実施の形態の例では、移動体に取
り付けられた複数のタグがその物体の方向や場所をきめ
たり追跡したりするのに使われる。これは電子機器の所
在方向を限定したデータの伝送を可能にする。たとえ
ば、ある特定のユーザの電子機器の左側にある他の電子
機器にデータを送るという指令が可能となる。また、他
の利点として、二つ以上の付随タグの使用で物体の回転
の方向を認識することができる。複数のタグの使用は物
体や電子機器の所在の曖昧さに伴う問題を軽減し、また
位置確定の精度を向上させる。さらに複数の識別タグに
よってデータ伝送率を増やすことができる。
【００１３】赤外線の代わりの可視光の使用や様々な赤
外線信号用のデータ符号化方法、赤外線信号の配置とい
った他の変形例も本発明の範囲内で実施可能である。た
とえば赤外線タグの位置を確定するために用いられる赤
外線検出信号と実質的に同時に発せられる赤外線識別信
号の受信のための別な赤外線通信回線受信機を使用する
こともできる。同時伝送方法を用いれば、単独のビデオ
カメラによる複数の画像を使用して比較的ゆっくりした
データの伝送率よりずっと速く識別データを送ることが
できる。加えて要求される電力を減らすため、受動赤外
線反射機をタグ（別個に部屋に備え付けられ、必要に応
じて赤外線を発する赤外線フラッシュ）として使うこと
も可能である。また、識別要求にのみ応じて動作する赤
外線識別タグも使用可能である。
【００１４】好都合なことには、識別タグのついた電子
機器の位置を高精度に決めるために本発明では比較的安
価で入手しやすい赤外線送信機やＣＣＤビデオカメラと
いった部品を利用することが可能である。適切な高品質
ＣＣＤビデオカメラは、消費者セキュリティシステムに
広く使われている。そのようなＣＣＤビデオカメラは、
まったく安価であり、そのような経済的観点からこの応
用に理想的である。
【００１５】赤外線信号は、ＣＣＤビデオカメラでは容
易に見えるが肉眼では見えないため赤外線信号システム
は本質的にユーザには見えない。一方で赤外線信号シス
テムは、手のこんだ画像処理技術を用いずに位置を確定
したり、解釈したりする自動システムに簡単に使える。
本発明は、ビデオカメラに接続されたコンピュータネッ
トワークが設置されれば簡単に実現でき、複雑な設定や
初期化も必要としない。安価なビデオカメラを個数を限
定して使うことで本発明は識別タグのついた多数の電子
機器の位置を追跡し、適切に構成されたコンピュータネ
ットワークを使ってサブメートル精度で特定の場所にあ
る適切な電子機器間でデータを転送することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
好適な実施の形態について説明する。
【００１７】図１に位置のわかっている電子機器への電
子データの伝送を可能にするシステム１００を示す。シ
ステム１００は特定の電子機器の位置を検出する機能を
持つ位置確定モジュール１９０，１９２を含む。位置確
定モジュール１９０，１９２は電子機器の位置を追跡
し、コンピュータネットワーク１８０とともに電子デー
タの伝送をするためのメカニズムを提供する。このよう
な技術に熟達した者には位置確定モジュール１９０，１
９２の位置、大きさ、数は代表的なものとしてあげられ
ており、本発明を限定するものではないことが理解され
るであろう。同様にコンピュータネットワーク１８０
は、多数のコンピュータ、ワークステーション、画像処
理ハードウェア、サーバその他の情報処理および接続用
ハードウェアを含んでもよい。コンピュータネットワー
ク１８０につながれた複数の位置確定モジュール１９
０，１９２が使用可能であり、位置確定のための多様な
メカニズム、たとえば画像に基づく技術や超音波、他の
音響技術、ひいては差動ＧＰＳなどのような無線に基づ
く技術を含むメカニズムが採用できる。
【００１８】図１において、位置確定モジュール１９
０，１９２は、円で図示される複数の電子機器１７０〜
１７８を追跡する。それらの電子機器１７０〜１７８
は、ビルディング１５０の二つの部屋１５２，１５４に
配置されている。各部屋１５２，１５４には、位置確定
モジュール１９０，１９２がそれぞれ配置されている。
なお、図１には、１メートルの長さを示す標示１０１が
スケールとして示されている。ビルディング１５０内の
電子機器１７０〜１７８は、たとえば携帯情報端末、双
方向ポケットベル、ラップトップやノートブックコンピ
ュータ、ポケットコンピュータなどの無線、赤外線、音
波その他の伝送リンクを介したワイヤレス通信のできる
どのような電子機器でもよい。また、位置確定モジュー
ル１９０，１９２には、各電子機器１７０〜１７８間の
無線通信を仲介する通信モジュールが設けられている。
図１では、データ伝送のための通信リンクを波線１６
１，１６３，１６５，１６７，１８１，１８３，１８
５，１８７で示している。
【００１９】動作時にはシステム１００はサブメートル
の精度で電子機器の相対的および絶対的位置を決めるこ
とができる。また、それらの相対的および絶対的位置に
基づいて電子機器１７０〜１７８のうちの特定の電子機
器のみへのデータ伝送および受信を仲介する。図２を用
いて後に述べられる特定の好適な実施の形態において
は、センチメートルやミリメートルのスケールでの位置
確定が可能である。しかし、多くの場合にはサブメート
ルの精度が適切である。確定位置をもとにした電子機器
のまたは電子機器間のデータ伝送には多数の形態があ
る。たとえば、電子機器１７０のユーザは近隣に位置す
る電子機器１７２にしかデータを伝送したくないかもし
れない。ユーザは電子機器１７２へのデータ伝送を開始
するのに適切なボタンを押すだけでよく、メニューの中
の「近隣へ伝送」など適切な開始動作の指令をクリック
するのにマウスを使用したりできる。サブメートルの精
度で動作するシステム１００は、周りの電子機器１７
４，１７６が電子機器１７２ほど電子機器１７０に近く
にないことを判定することができ、したがって、これら
の電子機器１７４，１７６にはデータを送らないことを
決めることができる。
【００２０】近接する電子機器のみへの伝送のかわり
に、ある半径以内にある電子機器への伝送という位置確
定データ伝送モードも可能である。たとえば、電子機器
１７０のユーザは、半径５メートル以内にあるすべての
機器にデータを送ることができる。電子機器１７２，１
７４，１７６は、その半径内（点線１９５で示される）
にあり、伝送されたデータを受け取ることができる。し
かし、点線１９５の外にある電子機器１７８は、伝送さ
れたデータを受け取ることはできない。このデータ伝送
モードは、大部屋の中で人々がグループごとに独立して
行動している時に特に有効である。部屋内伝送は、ビル
ディング１５０内に備えられたシステム１００によって
行われるデータ伝送の他のモードである。たとえば、ユ
ーザは部屋１５４にあるすべての電子機器１７１，１７
３，１７５，１７７にだけデータを送り、部屋１５２に
ある他の電子機器にはいっさい送らないこともできる。
場所に基づくデータ伝送の他のモードとしては図１に示
すような概略図を表示できるグラフィックインターフェ
イスを持つ電子機器によるものがある。マウス、 ポイン
タ、カーソルその他の適切なメカニズムによってユーザ
は電子機器の相対的および絶対的位置を調べることがで
き、データを受信する（または受信しない）電子機器を
グラフィックに選ぶことができる。好都合なことには、
本発明はポータブル電子機器のユーザがどのような場所
の限定方法をとろうとも選択的データ伝送が可能である
ので、ユーザが物理的所在に基づき、他のポータブル電
子機器ともっと直観的に交信することを可能にする。電
子機器のユーザは、他の電子機器と交信するためのネッ
トワークアドレスや他の不明瞭な記述などで限定される
論理上の所在を知っている必要はない。ただ、サブメー
トルからビルディング大までのどのような空間的なスケ
ールの場所かという認識が必要なだけである。
【００２１】技術に通じた者には本発明の主な観点はサ
ブメートルのスケールの精度での電子機器の所在を速
く、しかも効果的に決めるメカニズムの使用にあること
が理解されるであろう。最善の結果を得るため、ミリメ
ートルのスケールの位置確定システムが使用可能である
が、多くのデータ伝送アプリケーションにはセンチメー
トル精度の絶対的な位置がわかればたいていは十分であ
る。図２はセンチメートルまたはそれ以下の精度での赤
外線信号源（赤外線タグ）４５の位置を精密に決めるシ
ステム１０の例である。システム１０は、部屋１２にあ
る複数のＣＣＤビデオカメラ群２５を含む。これらのＣ
ＣＤビデオカメラ群２５は、ＣＣＤビデオカメラ２０，
２１，２２，６２のように撮像範囲を固定的にしてもよ
いし、移動可能なビデオカメラ２４によって移動可能な
撮像範囲を持たせるようにしてもよい。位置確定に適し
た赤外線信号源４５は、空間の境界や領域を限定するた
めに壁（タグ５１，４０，４１，４２）机（タグ４４）
といった静的もしくは移動可能な物体の上に配置するこ
とができる。赤外線信号源４５はまた、いつでも移動可
能な物体、たとえばポータブル電子機器７０（タグ７
２）や電子機器７４（タグ７６）などの上に配置するよ
うにしてもよい。この例では、位置確定やデータのため
の画像処理を行う手段としてコンピュータシステム６０
を利用する。位置確定モジュールとして、また画像処理
システムとしてのコンピュータシステム６０は、部屋１
２の外部にあってもよく、そのローカルなコンピュータ
としてプロセス制御をするための特別な必要条件もな
い。コンピュータシステム６０は、ワイヤレスもしくは
ケーブルでＣＣＤビデオカメラ群２５に接続しており、
スタンドアロン型であってもよいし、または高速データ
伝送を可能にし、画像処理作業を分配できるようなコン
ピュータネットワークに接続したものでもよい。
【００２２】本システム１０は人間には見えないが、Ｃ
ＣＤビデオカメラ群２５では見ることのできる赤外線信
号発光を効果的に利用している。適切な画像処理のあ
と、複数の赤外線タグから発せられた赤外線信号はそれ
らのタグの一つ一つの三次元的な位置を示す。発せられ
る赤外線信号は、典型的にはＣＣＤビデオカメラのこま
に可視光画像とともに現れる赤外線の断続的なフラッシ
ュである。ＣＣＤビデオカメラ群２５は、典型的には画
像を１秒間に１０乃至３０こま撮れるので、他のものと
間違えることなく赤外線の画像を確実にカメラに補足す
るために、ＣＣＤビデオカメラ群２５の第一のこま速度
よりも遅く設定された第二のこま速度、例えば１秒間に
５乃至１５こま以下の発光間隔を選択する。近接する画
像のこまどうしの間での減算的な画像処理や、他の適切
な画像処理技術が、画像の背景から赤外線信号を分離
し、また強めるのに用いられ、画像処理された個々のこ
まの中の赤外線の点滅の二次元的なパターンを決めるこ
とができる。好都合なことには、本システムの動作に必
要な、ほとんどが可視光で撮られている画像の中から赤
外線の点滅を区別し、強調するための画像処理技術は相
対的にあまり複雑なものでなく、画像を理解するための
熟考されたアルゴリズムを必要としない。
【００２３】二次元での赤外線源の検出が完了したら、
ＣＣＤビデオカメラ群２５の複数のこまは、部屋１２の
各赤外線信号源の三次元での位置を求めるための画像処
理技術を用いて空間的に重ね合わされる。ここで利用す
る画像処理技術は、従来からある手法でよい。最大限の
範囲をカバーし、三次元での位置確定を確かなものにす
るために、ＣＣＤビデオカメラ群２５は、部屋１２の各
部を最低二つ以上のカメラで撮像できるように配置され
ている。ＣＣＤビデオカメラ群２５の各カメラは、カメ
ラ台の調整や基準となる物体を使うなどして位置確定用
に調整されている。たとえば、固定された焦点距離を持
つＣＣＤビデオカメラ２０は、画像中の二点の位置に基
づいて、そのレンズに入ってくる二つの光の角度を計算
できるよう調整されている。技術に熟達した者は、この
角度が既知のレンズの焦点距離から求められることを理
解するであろう。必要ならば、焦点距離の違いやレンズ
の歪みを補正する正確なマッピングをきめるための実験
を限定して行うこともできる。調整は光の角度の計算を
可能にするための永久もしくは半永久的基準源として使
われるカメラからある既知の距離だけ離れた赤外線信号
源を用いることによって続けられる。典型的にはこれら
の基準源は、部屋の交わるところ（たとえばタグ４０，
４２が使える）に配置される。新しい物体（たとえば赤
外線タグ４１など）は、もし少なくとも一つのカメラが
その新しい物体と二つの基準源の画像を撮り、一方で第
二のカメラがその新しい物体と少なくとも一つの基準源
を撮ることができれば位置を確定できる。複数のカメラ
で更に多くの赤外線源が検出されれば、基準源に対する
カメラの位置を初めに知らなくてもよいように、この方
法を応用できる。
【００２４】様々な赤外線信号源４５がカメラの調整や
位置の確定、識別、データ伝送などに使用可能である。
本実施の形態で使用する赤外線信号源４５は、概念的
に、内部で赤外線５２（たとえばポータブル電子機器７
０に取り付けられたタグ７２）を生成する能動赤外線タ
グ５０と、赤外線源３０から発せられる投射赤外線３２
に応じて投射赤外線５４を制御的に反射する受動赤外線
タグ５１とに分けられる。能動赤外線タグ５０は、一般
的には受動赤外線タグ５１よりもより大型で、高価で、
電池その他の電源、赤外線ＬＥＤなどのような赤外線発
光器、適切なデジタル制御器を要する。たとえば図７に
示されるように能動赤外線タグ１１０は、従来から広く
使用されている四つのモジュールを接続することによっ
て構成されている。それらは赤外線発信器ＬＥＤ１２２
を含むバッファ１１２、赤外線検出器１２４を含む増幅
器１１４、マイクロ制御器１１６、そしてトリガー回路
１１８を含む。リチウム電池光電セル、他の長寿命電源
１２０は、モジュールを駆動するために低電圧電源を供
給する。デフォルトとしてモジュール１１２，１１４，
１１６は、節電モードにされている。第四のモジュール
であるトリガー回路１１８は常時動作するが、低電力消
費ですむように設計されている。赤外線または光パルス
などの外部からの信号１３０によってトリガー回路１１
８が始動する時、モジュール１１２，１１４，１１６に
電力が供給される。アドレス信号１３１は、モジュール
１１４で受信されてモジュール１１６によって復号さ
れ、その後モジュール１１２から発信器ＬＥＤ１２２を
用いて応答信号１３２が返送されてもよい。マイクロ制
御器１１６は、時間の記録を保持し、何ミリ秒後か、ま
たは受信活動のないときにモジュール１１２，１１４と
ともに節電モードに戻る。応答信号１３２（赤外線パル
ス）は、活動中の赤外線タグの識別情報やその他の必要
なデータを含む。
【００２５】後に明らかになろうが、多様なタイプのト
リガー回路が使用可能である。単純なトリガー回路は
（繰り返しタグ信号の衝突を避けるために）、長周期
で、少しランダムな周期の低電力非安定オシレータを含
むものである。トリガー回路１１８は、特に強烈な赤外
線フラッシュによって始動するよう設計されてもよい
し、受信動作によって、または特定の無線周波数といっ
た媒体を使用して始動してもよい。ある熟考された実施
の形態では、赤外線検出／増幅モジュール１１４が不要
なようにトリガー回路を設計することもできる。
【００２６】受動赤外線タグ５１は、能動赤外線タグ５
０の安価な代替品である。受動赤外線タグ５１は、赤外
線源３０から発せられる赤外線３２を制御的に反射す
る。赤外線源３０は、必要に応じて継続的に、断続的
に、もしくは周期的に動作できる。本実施の形態におけ
る受動赤外線タグ５１は、それぞれ透光性もしくは吸光
性のシャッターによって覆われた赤外線反射材を含んで
いる。典型的にはそのシャッターは、電子的に制御され
た液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）で、通常はあまり赤外線
を発しない。低電力の電子信号がこのシャッターを赤外
線を透過させない状態から透過させる状態に変えるのに
使用されている。透過状態と非透過状態を適宜切り替え
ることによって、ＣＣＤビデオカメラ群２５によって検
出される赤外線タグ５１からの反射赤外線５４のパター
ンとして情報を符号化できる。
【００２７】情報伝達と節電の信頼性を高めるため、赤
外線源３０と受動赤外線タグ５１の両方への様々な始動
方法、データ伝送、タイミングの修正が可能であること
が、この技術に通じた者には理解されるであろう。受動
赤外線タグ５１と能動赤外線タグ５０についてすでに論
じてきた技術と類似した技術を用いることで、受動赤外
線タグ５１は赤外線トリガー信号に反応して識別コード
やその他のデータを送るよう始動できる。これはＬＣＤ
シャッター機構の連続動作の必要性をなくし、長期的電
力消費を大幅に削減する。能動赤外線タグ５０とともに
複数の受動タグが同時に操作できる。なぜなら本発明の
位置確定カメラシステムは同じ始動信号に反応した情報
を送る複数のタグ５１の存在を区別するからである。
【００２８】本実施の形態には、様々な情報伝送や信号
化機構が使用可能である。図３および図４に示した一形
態によれば、能動赤外線タグ５０または受動赤外線タグ
５１によって随意に使用できる。図３は赤外線パルス検
出と時間との関係を示すグラフで、パルス操作の３つの
異なるモードが示されている。位置確定または初期化モ
ードの赤外線タグ５０または赤外線タグ５１の操作は、
括弧１０６で示される検出された周期的赤外線パルス１
０４によって表される。節電のため、これらのパルス１
０４は、それぞれのパルス１０４をカメラによって明ら
かに継続して検出できるようにする速度で発せられる複
数の短時間の赤外線パルスもしくはスパイクから構成す
るようにしてもよい。もちろん、もし電力が限られてい
なければ、各パルス１０４の持続中は赤外線強度は脈動
ではなく継続して保持されていてもよい。
【００２９】周期的に検出される赤外線パルス１０４は
ＣＣＤビデオカメラ群２５と連続パルス１０４間でのパ
ルス間隔１０３を決めることによって、タグのついた物
体（たとえば電子機器７０又は電子機器７４）を三次元
で位置確定することを可能にする。後に明らかになる
が、信号の変質エラーを防ぎ、パルスの間隔を精密にす
るために、カメラのこま速度１０２は、パルス間隔１０
３よりもずっと速く、その２、３倍にしてカメラを操作
する。
【００３０】短時間（１秒より短い）の後に周期的発光
がとまり、識別情報とデータの伝送が始まる。タグ５０
やタグ５１の発光を介してのデータ伝送は、括弧１０８
で示される。パルス１０４がないことはバイナリの０を
示し、あれば１を示す。後に明らかになるが、これはど
のような符号化体制を用いての情報の符号化も可能にす
る。最良の結果のためには、一つ以上のエラー修正符号
化の使用が好ましい。識別情報とデータが送られた後
（何度か再送することもあろうが）、タグ５０またはタ
グ５１からの赤外線パルス１０４は、括弧１１０に示す
ように節電のため停止することもできる。タグはもちろ
ん必要に応じてあらかじめ決められた時間、任意の時
間、または始動信号に反応して再始動するようにしても
よい。
【００３１】ＣＣＤビデオカメラ群２５による赤外線の
検出は図４に概略的に示す位置確定や情報の伝送を可能
にする。二つの画像処理済み画像の一連のこま１２２
（カメラ１）とこま１２４（カメラ２）が図示されてい
る。二つのカメラは三つの潜在的赤外線パルス源を含
む、部分的に重なる視野を持つ。一連のこま１２２，１
２４のそれぞれのこまは、複数のこまの合成であり、赤
外線パルスを分離するために非赤外線の背景は除いてあ
る。
【００３２】カメラ１のこま１３０において、赤外線パ
ルス１５０，１５１，１５２の潜在的位置が点線で示さ
れている。これらの位置はカメラ１とは異なった場所に
置かれたカメラ２のこま１７０の中の１６０，１６１，
１６２の位置に対応する。前述のような画像処理技術を
用いて、カメラ１とカメラ２のこま１２２，１２４の中
で赤外線パルスが隔離され、基準位置として使われる。
各カメラからの二次元の情報が得られ、赤外線パルスの
三次元の位置を確定するための調整時の情報と照らし合
わされる。
【００３３】こま１２２，１２４には、三つの違うモー
ドのパルスの動作が示されている。位置確定モードもし
くは始動モードのタグ５０またはタグ５１の動作が位置
１５０にある周期的赤外線パルスによって示されてい
る。合成され画像処理された各々のこま１３０〜１３８
は、単一のパルス間隔を示し（図３に示すパルス間隔１
０３に対応）、赤外線パルスは一連のこま１２２の各こ
ま１３０〜１３８の中の位置１５０に見出される。対応
する赤外線パルスは、もちろんカメラ２の一連のこま１
２４の位置１６０にも見られる。これは図３に示す括弧
１０６で示された周期的赤外線パルス１０４の連続した
ものと同じである。
【００３４】他の赤外線タグからの情報伝送は、一連の
こま１２２のこま１３０〜１３８の位置１５１（そして
一連のこま１２４ではそれらに対応する１６１）にある
非周期的赤外線の発光で示される。こま内の赤外線パル
スの欠落は、バイナリーの０と解釈され（つまり、こま
１３１，１３２，１３７）、パルスがある場合にはバイ
ナリーの１と解釈される（こま１３０，１３３，１３
５，１３６，１３８）。したがって図４に示すようにバ
イナリの数字の連続したもの（１００１．．．１１０
１）が決定される。この数字の連続は、タグ５０または
５１から発せられるヘッダ情報、データ、識別情報、パ
ケット制御情報、エラー補正情報その他のどんな必要な
情報でもよい。
【００３５】前述のように適切な識別情報とデータが送
られた後、赤外線パルスを節電のため停止することがで
きる。タグはもちろん、タグの位置の再認識や識別情報
およびその他のデータの伝送のために再始動できる。図
４では一連のこま１２２の位置１５２（そしてそれに対
応する一連のこま１２４内での位置１６２）の赤外線パ
ルスのパターンとして描かれている。節電のため、こま
１３０〜１３６の間、赤外線パルスは発光されていな
い。始動信号に反応して周期的赤外線パルスの連続がこ
ま１３７，１３８に示すように位置確定や初期化の目的
で発光される。
【００３６】本システムは、複数のポータブル物体（た
とえば識別タグ７２，７６をつけた電子機器７０，７
４）の追跡を可能にする。好都合なことに多数のポータ
ブル物体を高精度にしかもタグ識別用の複雑な追跡技術
を必要とせずに追跡できる。
【００３７】しかしながら、高速カメラの使用をしない
と、先の実施の形態には相対的にデータ伝送率が低いと
いう限界がある。ビット伝送はカメラのこま速度に緊密
に結びついているので、広く使用されている低価格カメ
ラの相対的に低いこま速度では論理的データ伝送率は１
０乃至２０ビット毎秒ぐらいが限度である。実際には、
エラー制御にともなう必要な制限によってビット伝送率
はもっと低くなるであろう。この問題を解決する一つの
方法は、データ伝送用の二次的高速データ通信回線を使
用し、かつ赤外線パルス／カメラ検出システムのデータ
伝送率を低くして使用することである。二重の通信回線
システムの一例が図５と図６に示されている。
【００３８】図５は二つの異なる赤外線通信回線に対す
る時間と赤外線の検出を表すグラフを示した図である。
通信回線１の赤外線パルス２０４は、図３と図４を使っ
て説明された前述の処理をしながらこま速度２０２で動
作するカメラによって検出される。通信回線１と別の、
より高速でパルス間隔がもっと短い赤外線通信回線２が
異なる（カメラを用いない）赤外線通信システムによっ
て検出される。好適な実施の形態では、応用可能なＩＲ
ＤＡ（赤外線データ通信）基準による赤外線パルスが通
信回線２を使ったデータ伝送に用いられる。しかし、無
線や光通信を含むどんな高速通信回線でも使用可能であ
る。動作中、通信回線１の赤外線パルスは、赤外線タグ
の位置確定に使用できる。一方、通信回線２の同時進行
の通信は、高速データ伝送を供する。たとえば、図１お
よび２において、１９．２キロビット毎秒程度で動作す
る高速赤外線通信システムは、赤外線タグ５７とコンピ
ュータ６０に付随した赤外線検出器６４を含む。位置確
定は低速赤外線パルスを検出するＣＣＤビデオカメラ群
２５を使って行われる。一方、同時進行のデータはその
位置におけるタグとともに高速回線上で受信される。も
ちろん、同時進行通信の使用は統計的に起こりうるデー
タの衝突（二つ以上のタグが同時にデータを送ってしま
い、データの重複でデータが壊される時）によっていさ
さかデータのスループットが減少してしまうという結果
になる。しかし、ほとんどの状況では同時進行通信の使
用は適切である。
【００３９】本実施の形態における同時進行データ伝送
方法は、図６を参照すればよりよく理解できる。異なる
カメラで撮影され、画像処理された一連のこま２２２，
２２４と、指示されたこまと同時に受信された高速デー
タ（四角の中に図示したデータ２７０，２７２，２７
４，２７６）とが図示されている。データは三つの異な
る場所に置かれている三つの異なるタグによって受信可
能である（一連のこま２２２内の２５０，２５１，２５
２と一連のこま２２４内の２６０，２６１，２６２）。
前述の技術を用いて赤外線パルス（星印で示される）
は、二次元の一連のこま２２２，２２４から三次元で位
置確定できる。もし可能ならば、位置確定データはポー
タブル電子機器および他の物体に付けられた特別の識別
タグの位置を示す高速データに対比される。
【００４０】また、図６は本実施の形態における同時進
行の位置確定方法のいくつかの考えられうる結果を図示
している。こま２３０は、位置２５０にある位置確定可
能な赤外線パルスを示す。同時進行データ２７０は、デ
ータの衝突がないと仮定して、位置２５０で赤外線パル
スを発するタグに起因するものである。データの衝突
は、二つ以上のデータパケットが同時に受信された時も
しくは位置確定の赤外線パルスが重なった時に発生す
る。こま２３１は、データ衝突のない状態を示してお
り、位置２５２の赤外線パルスは識別データ２７２に対
応している。しかしながら、こま２３２に見られるよう
に、同じ期間に二つ以上のタグが始動されると、受信さ
れた信号２７４は、図示したようにデータパケットの衝
突による歪んだ信号になり、その結果、その信号は無視
される。事前にプログラムしたランダムな遅延を発生さ
せたり（こま２３３参照）、再送の要求をすることによ
って、タグは、単一に識別できるよう重なりのないデー
タを伝送しながら再始動する。ある場合の赤外線パルス
の重なりにおいては、データの衝突は必ずしも発生せ
ず、以前に受信された赤外線の位置を考慮することで位
置とデータを結び付けることも可能であろう。
【００４１】前述の赤外線タグやＣＣＤカメラの組み合
わせは、ポータブル電子機器の位置確定のための好まし
い低価格システムであるが、センチメートル単位の精度
の位置確定ための代替技術も使用可能である。たとえば
差動ＧＰＳに基づくシステム、超音波による捜索、慣性
追跡、マルチステーション、低電力無線受信などに適用
可能である。しかしながら、これらの代替システムは概
して調整、制御、センチメートル精度の維持がＣＣＤビ
デオカメラを用いる前述の赤外線タグ追跡システムより
難しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態における高精度位置確定データ
伝送システムの概略図である。
【図２】 本実施の形態における赤外線識別タグのつい
た電子機器の位置を精密に確定するためのＣＣＤビデオ
カメラシステムの概略図である。
【図３】 本実施の形態における赤外線強度と時間との
関係をグラフで示した図であり、位置確定のための周期
的パルスのあとに、情報を伝送するためのデータパルス
が続いたものを示した図である。
【図４】 本実施の形態において使用する二つのビデオ
カメラの画像処理されたこまの一部であって位置確定の
ために対比される赤外線データ信号の点滅を示した図で
ある。
【図５】 本実施の形態において位置確定をし、データ
伝送をするための同時通信回線を二つ用いた別のパルス
信号を示した図である。
【図６】 図５のパルス信号に合わせて動作する二つの
ビデオカメラの選択画像処理したこまの一部を示した図
であって、第一の通信回線上で位置確定用に対比できる
赤外線データ信号が点滅し、データは実質上同時に第二
の通信回線上にあることを示した図である。
【図７】 本実施の形態における動作中の赤外線タグの
構成の概要図である。
【符号の説明】
１０，１００ システム、２０，２１，２２，２４，６
２ ＣＣＤビデオカメラ、２５ ＣＣＤビデオカメラ
群、３０ 赤外線源、３２，５４ 投射赤外線、４０，
４１，４２，４４，５１，７２，７６ （赤外線）タ
グ、４５ 赤外線信号源（赤外線タグ）、６０ コンピ
ュータシステム、７０，７４，１７０〜１７８ （ポー
タブル）電子機器、１１０ 能動赤外線タグ、１１２
バッファ、１１４ 増幅器、１１６ マイクロ制御器、
１１８ トリガー回路、１２０ 長寿命電源、１２２
赤外線発信器ＬＥＤ、１２４ 赤外線検出器、１８０
コンピュータネットワーク、１９０，１９２ 位置確定
モジュール。
フロントページの続き (72)発明者 ロイ ウォント アメリカ合衆国 カリフォルニア州 ロス アルトス モートン アベニュー 1541 (72)発明者 ダニエル エイチ グリーン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サニ ーベイル マネット ドライブ ＃６ 1055 (72)発明者 ウィリアム エム ニューマン イギリス ケンブリッジシャー州 ケンブ リッジ ジョージ ストリート 36

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線通信をサポートする位置確定の可能
    な複数のポータブル電子機器へデジタル情報を伝送する
    システムにおいて、 前記各ポータブル電子機器をサブメートル精度で位置確
    定するための位置確定モジュールと、 前記位置確定モジュールに接続され、一の前記ポータブ
    ル電子機器と、ユーザが限定した場所にある他の前記ポ
    ータブル電子機器との間の無線通信を仲介する通信モジ
    ュールと、 を有することを特徴とする高精度位置確定データ伝送シ
    ステム。
  2. 【請求項２】 位置確定可能な電子機器へのデジタル情
    報の伝送方法であって、 複数の電子機器の各々につきサブメートルの精度での位
    置確定をするステップと、 複数の電子機器と通信するための、ユーザが限定した領
    域を選択するステップと、 第一のポータブル電子機器と前記のユーザが限定した領
    域内にある複数のポータブル電子機器のメンバーとの間
    の無線通信を促進するステップと、 を有することを特徴とする高精度位置確定データ伝送方
    法。
  3. 【請求項３】 電子機器を高精度に位置確定するための
    システムであって、 第一のこま速度で画像を連続して撮影できるよう構成さ
    れた少なくとも二つのビデオカメラと、 各電子機器に取り付けられ、前記第一のこま速度よりも
    遅く設定された第二のこま速度で空間的に離れ、ビデオ
    カメラで捕らえられる信号群を発生する識別タグと、 一連の画像から前記識別タグの三次元での位置を確定す
    るよう構成された画像処理システムと、 を有することを特徴とする高精度位置確定データ伝送シ
    ステム。
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