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Info
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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
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
好適な実施の形態について説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
伝送システムの概略図である。
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。
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。
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。
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。
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。
構成の概要図である。
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。
Claims (3)
- 【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。 - 【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。 - 【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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