TWI352193B - Magnetic data processing device, method, and machi - Google Patents
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Description
1352193 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種磁式資料處理裝置、方法、及程式、 以及磁式處理系統，且更特定言之係不需要使用一加速感 測器來推决出一姿態與一方位之一技術。 【先前技術】 近年來，已盛行在一行動實體（例如個人數位助理 (叫可攜式蜂巢式電話或汽車)中安裝一磁式感測器與 一加速感測器。該磁式感測器包括用於將_磁場之一向量 分解成相互正交之組件並谓測該等分解組件之磁式感測= 模組。為該磁式感測器之-輸出的磁式資料係個別磁式感 測器模組之輸出的一組合且其係由相互正交之 一線性組合表示的向量資料。磁式資料的方向與大小：應 於磁式感測器所偵測之磁場的方向與大小。 加速感測器在-靜止狀態下谓測一重力加速度，且因此 能以-垂直方向作為參考僧測—行動實體之傾斜度。一旦 以-行動實體作為參考識別出地磁方向且以該垂直方㈣ 為參考識別出該行動實體的傾斜度，則可以—方位為 推演出該行動實體的姿態1如，參考㈣專利公 WO/2006-009247號手冊。 ” 然而，為了以-方位為參考來推演出一行動實體 態，傳統上需要-磁式感測器與一加速感測器兩者。 【發明内容】 測器 本發明之—目的係在—^條件下，依據-磁式感 I24465.doc 1352193 之一輸出而不需要使用一加速感測器之一輸出來推演出一 行動實體之姿態。 (1)用於實現上述目的之一磁式資料處理裝置包括： 一輸入構件，其用於依序輸入磁式資料樣本，每一磁式資 料樣本為由基本向量之一線性組合表示的三維向量資料且 全部自-三維磁式感測器輸出；以及—垂直方向推演構 件，其用於定義-統計母體，該統計母體包括藉由該輸入 構件依序輸入的複數個該等磁式資料樣本且表示一預定範 圍的該三維磁式感測器之一旋轉，且該垂直方向推演構件 用於在該統計母體之該等磁式資料樣本之—分佈平坦時操 作，以推；;寅出垂直於近似言亥統計母體之該平坦分佈之一平 面的-方向，作為代表一垂直方向的垂直方向資料。 / 艮據本發明之磁式資料處理裝置，在-行動實體以一幾 :垂直方向軸為中心旋轉的條件下，可不使用一加速感測 益之-輪出來推演出以該磁式感測器之姿態為參考之垂直 明理由。當其中安裝三維磁式感測器之行動 體以-垂直方向轴為一中心旋轉時，自該三維磁式感測 :輸出的磁式資料樣本係分佈在一平面上。因此，當該行 垩罝方向軸為一中心旋轉時，自三維磁式感測 益輪出的磁式資料樣本之分佈係平坦的。該分佈因此可近 似於 一 sfL ^ 一 。直於該近似平面的一方向與該垂直方向軸 此在竹動實體以一幾乎垂直方向軸為中心旋轉 抑“:下’該磁式資料處理裝置可不需要使用一加速感測 輸出來推演出以該磁式感測器之姿態為參考之垂直 124465.doc -6- 1352193 方向。藉由一行動實體所作移動來滿足行動實體以幾 直方向抽為中心旋轉的條件’該行動實體例如 輸機器或一航海運輸機器，例如在一幾乎水平表面上 平行移動的汽車、火車或輪船；或 2作一 資訊設備，例如PDA或筆記型個人電腦。疋至該運輪機器的 在此條件下可推演出垂直方向之一優點對於每 體=總以一特定姿態使用的行動實體來說很明顯，儘管 仃動實體在使用時係固持在—近乎恨定姿態。例如 本發明之磁式資料處理系統，可識別安裝於一汽用 PDA之姿態。順便提及’所謂_「預定範圍」係指 夕個限定值決定的一範圍。此外’該垂直方向資料可為允 許識別車輛方向並代表表示多角度之一矩陣或-陣列^ 陣列之資料。 丨早列的一 香(吉2)在用於實現上述目的—磁式資料處理裝置中，亨 直方向推㈣件可推演㈣應於磁式資料樣本的統 體的之分佈的一最小主值之—太 向資料。 本徵向1之方向作為垂直方 可藉由-電腦相對有效地推演出本徵值之一 此，可有效推演出垂直方向。 刀。因 /…於實現上述目的之-磁式資料處理裝置中， ;設統計母體為。〜响_示。、二 :二…量Q係磁式資料樣料之重 二 推'出構件較佳推演出對應於藉由以下方程式⑴=向 矩陣B之-最小本徵值的 （）疋義的一 做向里之方向作為垂直方向 124465.doc 1352193 資料。 B = Ntk~Q){qi~QY ...(1) :本說明書中’向量應全部為行向量， 向夏之一轉置矩陣表示。 置應以仃 ⑷纟用於實現上述目的—磁式f料處理裝置中，去 胃於矩陣B之最大本徵值 田 λ3/λ1<“盆由主 ”具取小本徵值U滿足 人3/λ1<Γ(其中r表示一常數）時，該垂 疋 演出針廄Μ呤县 直方向推决構件可推 肩出對應於該最小本徵值λ3 一 方向資料。 < Μ向置之方向作為垂直 在此情形下’僅當表示磁式資料樣本分佈之平括程 人3/λ1為接近於〇的較小數值時 : 轴之一偏轉較小時，可推演出垂首方;ι /丁動實體之旋轉 亩古…丄 了推决出垂直方向資料。因此，對垂 直方向估计的精確度得到改良。 (5)在用於實現上述目的一磁式資料處理 冬 Γ矩陣Β之最大本徵㈣滿足叫(其中S表示一常數; 直方向推演構件可推演出對應於該最小本徵值U 之一本徵向量的方向為垂直方向資料。 在此情形下，僅當該等磁式資料樣本之分佈具有某一寬 度，即僅當一磁式感一 硬轉角較大時，可推演出垂 直方向貧料。因此，對垂直方向估計的精確度得到改良。 (6)在用於實現上述目的的-磁式資料處理裝置t， =-步包括-姿態推演構件以用於依據磁式資料樣本與 向樣本推演出三維姿態資料，該三維姿態資料表示 I24465.doc 1352193 以一方位為參考之三維磁式感測器之姿態。 在此情形下，可以該方位為一參考推演出安裝該磁式感 測器之行動實體的一三維姿態。 (7)在用於實現上述目的之一磁式資料處理裝置中， 可進一步包括一方位推演構件以依據該姿態資料推演出一 維方位資料，該-維方位資料用於指示-顯示螢幕上之一 方位》
在卉多情形令，相較於當一方位以三維資訊顯示時當 A方位在—顯示螢幕上以一維資訊顯示時，使用者可直觀 更易理解該方位。在此情形下，可推演出方位資料，其 允許該方位顯示於螢幕上以使在此等情形中能直觀地且更 易辨認出該方位。 ⑻-種用於實現上述目.的之__磁式處理系統包括如 (1)至⑺項中任—項之磁式資料處理裝置以及三維磁式感 測器。 〜 根據3玄磁式處理李场 方^^ ^ ^ 、处卫矛、现，在仃動實體以一幾乎垂直方向 轴為一中心、旋轉的條件下，可不需要使用—加速感測器之 一輸出來偵測一垂直方向。 (9)用於實現上述目的之-磁式資料處理方法包括： 依序輸人磁式資料樣本，每—磁式f料樣本為由基本向量 之—線性組合表示的三維向量資料且全部自一三 ==定義一統計母體，該統計母體包括藉由該二 ^牛依序輸人的複數個磁式資料樣本且表*—狀範圍的 維磁式感測器之-旋轉，且當該統計母體之該等磁式 124465.doc 貝料樣本之一分佈平坦時，推演出垂直於近似該統計母體 之該平坦分佈之-平面的一方向作為代表一垂直方向之 一垂直方向資料。 根據該磁式貝料處理方法，在—行動實體以—幾乎垂直 。。向：4中〜旋轉的條件下，可不需要使用一加速感測 裔之一輸出來推演該垂直方向。 (1〇)提供用於一雷腦4?沾 ^ ow %中的—機益可言買取媒體係，該媒 體包含精由該電腦可劼杆以抽〜 卢搜^ .产 了以下—㈣之-磁式資料 处理程式.依序輸入磁式資 ,^ ^ Λ科樣本，每一磁式資料樣本為 甶基本向量之一線性έ日人主, 、、且δ表不的三維向量資料且全部自一 輸出；定義―統計母體，該統計母體包括 :了入構件依序輸入的複數個磁式資料樣本且表示一 預疋範圍的該二維磁式感測器 ^ ^ ^ ^ ^ ^ 紅轉，且當該統計母體 ▲之該等磁式貝料樣本之—分佈平坦時，推演出垂直於近似 忒統汁母體之該平坦分佈之一 垂直方向之—垂直方向資料。的方向，作為代表一 在一行動實 可不需要使 當在-電腦中運行該磁式資料處理程式時 體以-幾乎垂直方向軸為中心旋轉的條件下 用一加速感測器之一輸出來推演—垂直方 【實施方式】 ° ° 將以下述之一序列描述本發明之一項罝 假設一PDA係用作同時附著 、冑施例，其中 ^者於運輸機器（例如汽車）上的 [1·概覽] 124465.doc 1_ l ·原理描述 1-2.硬體組態 軟體組態 [2.處理流程] [3.其他具體實施例] [1.概覽] 1 _ 1.原理描述 將圖1所示具有一鉸鏈31之一支撐底座33固定於汽車2上 的一儀錶板或類似物。當經由該底座33將一PDA 3固定於 汽車2上時，司機可任意調整pDA的附著角度以使司機可 以很谷易地觀察PDA 3的顯示螢幕。例如，可調整該螢幕 與水平面所形成之角度，或以一垂直軸為中心旋轉該螢 幕’從而使視覺線平行於螢幕之垂線。因此，可將PDA 3 之螢幕調整成可較容易地看見。在本具體實施例中，將描 述一磁式處理系統，其推演出一維方位資料以用於指示在 此一情形中PDA 3的螢幕上之一方位。 圖2係顯不應用於本具體實施例中一座標系統之一示意 圖。 由於併入该PDA 3中的一磁式感測器4作為pDA 3之一整 體部分而做出運動，因此，可在該相同座標系統中唯一地 表示磁式感測器4或PDA 3的運動或姿雜。 PDA 3與磁式感測器4之姿態應在座標系統中表示，該座 軚系統具有一垂直向上向量c、一水平朝北向量b與一水平 向東向量a為基線。該等向量a、1)與(：係如以下方程式（2)所 124465.doc -11 - 1352193 定義以使該等向量被視為標準基線 T '0' -〇 0 ，b ~ 1 5 〇 = 0 0 0 1 ...(2) 當大小為1且方位為互相正交且設置於PDA 3中的三個別 參考軸X、丫及2之方向的向量x、丫及2係以標準基線（a、b、 c)之線性組合表示時，其等效於表示PDA 3的姿態。使用 以下方程式⑺、（4)與及（5)所提供的係數xa、xb、xc、 ya、yb、yc、za、4與zc ’將向量χ、續z表示為參考基線 ^^}之線性組合°對於向量\、讀2，自量丫的方向應 與自PDA 3之螢幕下方至μ古沾士 乃主上方的方向相一致，且向量ζ的方 向應與自PDA3之螢幕背面至其前面的方向相一致。 X : =xaa + xbb + xcC ...(3) y = yaa + ybb + ycc Z = zaa + Zbb 十 zcc ...(5) 所示 [x y z]=[a b c 方程式（3) (4)及（5)中的關係可重寫，如以下方程式⑹ π 〇 y〇 za xt> yb zb xc y〇 yc .(7) 由於如方程式（2)所示定 換成以下方程式（7)[χ y z] 義標準基線，可將方程式（6)轉 應該將表示向量x、 y與z為-矩陣的方程式⑻之一矩陣 i24465.doc •12- A稱為一姿態矩陣。該矩陣八係一正交矩陣。儘管該正交 =陣的仃列式一般為丨或-丨，但在本具體實施例中在 PDA 3中指定—參考轴以使矩陣A之行列式為i。以一對一 對應為基礎，如此定義之適當正交矩陣A係與pDA 3之姿 態相關聯。 A= [X y z]…⑻ j將朝北定向且由自磁式感測器4輪出之磁式資料表示 :~維向量定義為Η，且將垂直向下定向之一三維向量 定義為Ο，。表示在設置於PDA 3中之座標系統中表示 的向量資料。Η表示磁式資料本身，而〇表示稍後所述的 垂直方向資料本身。 备確定GxH’符號χ表示一向量積)時，可推演出姿態 Τ陣當C^H彼此平行時，確^GxH=g^而， 幾乎從不變成彼此平行。 當定義滿足f=GxH之一向量叫，在設置於pDA3中的座 U統中’水平向東定向向量F。此係因為既垂直於一朝 北方向亦垂直於-垂直向上之方向兩者的一方向係一水平 面上所不的朝東或朝西 .,Α Π在本具體實施例中，由於 ^ X、y與Ζ以及定義向量F之向量積的組件順序，水平 三=向向量卜然而’依據參考轴x、y&之定義，以及 广量F之向量積之組件的順序，可水平向西定 此外，當定義滿足K=F xG之—
3中的座栌“士 〇之向置K時，在設置於PDA ….《平向北定向向量K。此係因為既垂直 124465.doc 1352193 X、yb之定義以及定義向量κ之向量積之組件的順序水 平朝北定向向量然而，依據參考轴乂、丫與2之定義，以 及定義向量Κ之向量積之組件的順序，可水平朝南定向向 量Κ。
此時’以下方程式（9)之-矩陣係藉由對姿態矩陣八執行 某種旋轉操作所產生的一矩陣，其具有經正規化成具有大 小為1且以一行向量表示成線的F、Κ與-G。特定言之，當 在參考軸X、丫與2的方向上定向基線„與〇時，方程式（9)之 矩陣係姿態矩陣Α本身。 KT¥\\ ...(9)
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於一水平朝東方向及-垂直方向兩者的—方向係朝南或朝 北的方向。順帶提及，在本具體實施例中，由於參考轴 因此，依據自磁式感測器4輸出的磁式資料樣本以及表 示一垂直向上方位的垂直方向資料，可推演出以一方位為 一參考之PDA 3的一三維姿態。 接下來，下文將說明自磁式資料樣本推演出表示一垂直 方向之垂直方向資料的原理。 在一幾乎水平的平面上，一地面運輸機器（例如汽車2) 或航海運輸機器做出一運動。當汽車2轉向時，pda 3隨 同汽車2以一幾乎垂直軸為中心做出一旋轉運動。當汽車二 在—斜坡上轉向時，該旋轉軸偏離該垂直軸。即使在此情 形下，在本具體實施例_，在藉由偏移弓丨起的垂直方向推 •24465.doc -14 - 1352193 演出中的錯誤可忽略。 面上做出運動’因，匕’旋轉軸的偏轉受限。因此，磁式資
料樣本之分佈係平坦的，且因此可近似於一平面。在嗖置 於PDA 3中的座標系統中的—垂直方向軸與垂直於該近似 平面之-方向幾乎相一致。因此，當汽車2作出一旋轉運 動時’依據磁式資料樣本，在設置於pDA 3中的座標系統 中可推斷該垂直方向。在本具體實施例中，磁式資料樣本 之分佈的主值之一係用於推演出垂直於該近似平面的方 向。 1-2.硬體組態
在K車2轉向360。期間的一週期内，當將在離散時刻自 磁式感測器4依序輸出的磁式資料樣本標示於設置於ρ〇Α3 中的座標系統中（其㈣設置於磁式感測器4中的一座標系 統）時’磁式資料樣本係分佈在以圊3中一陰影區域表示的 —圓環形域中。如先前所述，由於汽車2在幾乎水平的平 圖4係顯示包括磁式感測器4與磁式資料處理裝置1之一 磁式處理系統的方塊圖。磁式感測器4包括-x轴感測器 3〇、一 y轴感測器32以及一 z軸感測器34 ，其分別偵測表 不地磁之-磁場的―乂方向組件、—7方向組件以及一z方 向組件。該x軸感測器3〇、y軸感測器32以及z轴感測器34 係由磁致電阻元件、霍爾（HaU)元件或磁致阻抗（⑷）元件 形成，且其可為任何感測器，只要其係具有方向性的—維 磁式感測器’。X抽感測器3〇、y轴感測器32以及作 器34的敏感度轴係固定成相互正交。以-時間共用的方式 124465.doc .15· 1352193 將x轴感測器30、y軸感測器32以及z軸感測器34之輸出輸 入至一磁式感測器介面（I/F)22。在該磁式感測器介面22 中，在放大自X軸感測器30、y軸感測器32以及z軸感測器 34之輸入之後，將其進行類比數位（A/D)轉換。透過一匯 流排5將自磁式感測器介面22所輸出之數位磁式資料輸入 至磁式資料處理裝置1» 該磁式資料處理裝置1係一所謂的電腦，其包括一 cpu
40、一 ROM 42及一 RAM 44。該CPU 40係一主處理器，其 (例如）負責對PDA 3的全面控制。R〇M 42係一非揮發性且 機器可讀取儲存媒體，其中儲存藉*cpu 4〇執行之一磁式 資料處理程式以及實現PDA 3之功能所需要的各種程式。 RAM 44係-揮發性儲存媒體，其中暫時持有cpu 4〇欲處 理之資料。順便提及，磁式資料處理裝置i與磁式感測器4 可構造成一單一晶片磁式處理系統。 1-3軟體組態
圆Μ糸顯示-磁式資料處理程式9〇之組態的方塊圖。磁 式貢料處理程式90係詩向—方位顯示模組％提供方位資 :的-程式’且其係'鍺存純⑽42中。該方位資料係用 :以-易見方式在一顯示勞幕上指示一朝北方位的一维資 該磁式資料處理系㈣包括—群模組，例如衝
管理模紐92、_本士丄 W 96 直方向推演模組94以及—方位推演模組 間 所 隔==理模組92係一程式部分，其以-定時間之 式感测器4輸入磁式資料，並以，〇方式儲存 124465.doc •16- 1352193 輸入之磁式資料樣本於一緩衝器中，並允許cpu 、 RAM 44以及ROM 42用作一輸入構件。應將儲存於緩衝器 中的群磁式寅料樣本視為一統計母體資料群組。該統計 母體資料群組係包含以一定時間間隔自磁式感測器4輸入 至磁式資料處理裝置個磁式資料樣本，且其係儲存於 以qO、ql、等等、以及qN·〗表示的緩衝器中。 該垂直方向推演模組94係一程式部分，其依據緩衝器管 理模組92所持有的統計母體資料群組偵測PDA 3之一旋 轉，且其在已偵測到該旋轉時，依據該統計母體資料群組 推演出表示一垂直方向之前述垂直方向資料〇。垂直方向 推演模組94允許CPU 40、RAM 44以及R〇M 42用作一垂直 方向推演構件。 該方位推演模組96係-程式部分，其依據自磁式感測器 4依序輸入的磁式資料樣本以及垂直方向推演模組94所持 有的垂直方向資料G產生方位資料，並允許cpu 4〇、ram 44以及R0M 42用作一姿態推演構件以及一方位推演構 件。 、 方位顯示模組98依據該方位資料，在PDA 3之顯示螢幕 上顯示表示一朝北方位的一維資訊。順便提及，該方位資 料可僅用於在螢幕上以特徵或一陣列之形式顯示一方位或 可用於在螢幕上所顯示的一地圖上執行朝上處理。 [2·處理流程] 圖6係表示用於在PDA 3之螢幕上顯示一方位的一處理流 程的流程圖。當在PDA 3中調用一電子羅盤功能且cpu 4〇 124465.doc -17- 1352193 運行緩衝器管理模組92、垂直方向推演模組^、方 模組96以及方位顯示模組98時，進行圖6所示的處理。次 在步驟测中，將垂直方向推演模組94所持有的垂直方 向資料重設至一初始值。該初始值 — 马向(向量y之 疋義如“所述)。此時，刪除儲存於其中儲存 體資料群組的緩衝器令的所有磁式資料樣本。 在步驟議巾，輪人磁式資料並將其儲存於緩衝写 t。若以-很短的時間間隔自磁式感測器4依序輸入磁^ 資料，則欲儲存於其中容量有限的緩衝器中的磁; 本之分佈變得狹窄。因此，除非汽車2突然轉向，否側不 此偵測到-旋轉。因此，必須適當指定用於更新該緩衝号 之-時間間隔(即用於輸入磁式資料之一時間間隔卜" 在步驟SUM中，藉由方位推演模組96推演出方位資料。 ::而言，依據垂直方向推演模組94所持有的垂直方向資 料以及磁式資料樣本推演出前述姿態矩陣A之組件為姿 態貝料’且自該姿態矩陣A推演出該方位資料。 '' 之姿態的自由度為3’此係由於pDA3隨同汽車2 件數目，、有二列與二行之姿態矩陣A的組 :數目為9,但由於姿態矩陣錢一正交矩陣，因 矩陣A的自由度亦為3。為從直觀上更易認出-方位，將Γ 方位顯不成一維資^[你古勒· . $貧訊很有幫助。例如，當在 別邊上以朝東、朝西、朝南 条個 徵指示-綠時n直觀了、之之_肖度大小或特 若定美““ 直觀可刀辨的方式顯示該方位。 右疋義自由度為3之資钒斟一她次# 貧°扎對維貝訊之映射，則可自姿態 124465.doc -18· 1352193 矩陣A推演出一維方位資料。明確而言，只要對於一任意 姿態矩陣A定義一單一值函數f(A),則可自該任意姿態矩 陣A推演出一維方位資料。以下說明該單一值函數f (A)。 如上所述’在本具體實施例中，對於使用向量a、b z 為基線表示的向量X、y與z，假定向量丫之方向與自螢幕下 方至上方的方向相一致，且假定向量z之方向與自螢幕背 面至其前面之方向相一致。此時，當由向量y與一水平平 面所形成之一角度遠小於90。時，推演出用於指示投影於 該水平平面上之一方向的方位資料。當由向量y與水平平 面所形成之該角度接近於90。時，推演出用於指示投影於 該水平平面上之向量z的方向之方位資料。因此，由於基 於所推演出方位資料指示一方位，因此’觀察者可直觀地 分辨該方位。 假設姿態矩陣A之i列與j行中的組件為叫，則叫的大小 與由PDA 3之螢幕與水平平面所形成的角度相μ。因此， 虽為一限定值t建立以下方程式（1〇)時，pDA 3之螢幕係認 為幾乎水平。該t值例如為1 /21，2。 |吆。丨...（10) 此時，由於以以下方程式（1 1)表示向量y在水平平面上 因此，藉由應用ai2與an兩個值的比率於一反 正切函數可推演出一維方位資料。 、 [a)2 a22 0]T ...(11) 曰為限定值t建立以下方程式（12)時，pDA之營幕係視為 幾乎垂直。 124465.doc 19 1352193 丨&32丨 > t ... ( 1 2) 此時，由於以以下方程式（13)表達向量2在水平平面上之 一投影，因此，藉由應用_心3與_ a。兩個值的比率於—反 正切函數可推演出一維方位資料。 [-a}3 -a23 〇]T ...(13) • 即使以線定值1作為邊界將一計算技術自一種切換成另 ·· 一種，仍可基於借助於前述單一值函數f(A)所推演出之方 位資料從不方便獲得方位顯示自由。此外，由於自姿態矩 陣A至方位資料的轉換方法無單一點，因此可縮短程式 碼0 在步驟S106中，藉由方位顯示模組98依據方位資料在 PDA 3之螢幕上顯示一方位。明確而言，例如如圖之所示， 在PDA 3之螢幕上顯示一箭頭D。 在步驟S108中’依據藉由垂直方向推演模組94儲存於緩 衝益中的統叶母體資料群組決定pDA 3是否已在一預定範 • 圍内做出一旋轉運動。明確而言，如下作出-決定。 首先’構想藉由以下方程式（14)定義之-矩陣B。矩陣B ； 之⑽系一統計母體資料群組qi之-變異協方差矩陣。在 ， 纟文中’ Q係由以下方程式（15)定義且等效於qi之重心。 B = NfMi~Q)ki-Q)T ...(14) 步驟S108的執行次序未限制於圖6所示的該次序。由於 124465.doc •20· 1352193 矩陣B可用於對磁式感測器4執行偏移計算，因此若推演出 一垂直方向同時校準磁式感測器4，則計算效率將改良。 假設矩陣B的最大本徵值為λΐ，最小本徵值為λ3，且其 比率為λ3/λ1，則當該比率小於r(即接近於〇)且人丨大於一特 定限定值s時’可辨認出PDA 3已旋轉一預定角度或更多。 當PD A 3之旋轉軸之偏轉較小時，Γ係一較小值，且統計母 體資料群組之分佈近似於平面一般平坦。順便提及，當限 定值s為一適當大值時，若λΐ大於一適當指定的s，則推斷 出統計母體資料群組之分佈未呈線性。此外，如上所述， 當PDA 3隨同汽車2旋轉時’統計母體資料群組之分佈變得 平坦。明確而言，當λΐ大於s，λ2自然變得有些大，且統 計母體資料群組未呈現一線性分佈，而呈現一平坦且有些 寬之分佈。 因此，在步驟S 1 08中，推演出矩陣Β之組件，推演出矩 陣Β的最大本徵值λΐ與最小本徵值，並執行λ3/λ1-Γ與λΐ-s之計算。結果，若辨認出ρ〇Α 3已旋轉一預定角度或更 多’則將控制傳遞至步驟S 110之處理。否則，將控制傳遞 至步驟S102之處理。 在步驟S110中’藉由垂直方向推演模組94推演出垂直於 表示統計母體資料群組分佈之一近似平面的方向為表示一 垂直方向的垂直方向資料。在本具體實施例中，統計母體 資料群組之分佈的主值之一係用於推演出垂直於該分佈之 近似平面的方向。更特定言之，推演出對應於上述λ3之矩 陣Β的本徵向量h為垂直方向資料。此係由於對應於矩陣Β 124465.doc •21- 1352193 之最小本徵值的本徵向量1的方 π万向係千仃於垂直該分佈之 平面的方向1便提及，假設本徵向量丨3係對應於人3 之本徵向量，向量13亦為對應於λ3之一本徵向量，且該 兩個方向皆平行於垂直轴。由於可假設的似3之姿態範 圍=其中PDA3㈣於汽車2之—形式限制，因此可識別出 向里13與-13中任一者為表示一垂直向下方位的垂直方向資 料。例如，當指定一恆定向量Gc時，若施加垂直方向資料
G應始终滿U下方程式（16)之—條件，料將g設定為 G=l3 或 G = -l3。 丁 G Gc > 0 ... (16)
如目刖所述，根據本具體實施例，可依據磁式感測器4 之一輸出而不需要使用一加速感測器來推演出為一行動實 體之PDA 3之姿態。因此，根據本具體實施例，相較於習 知方法，可減少推演出為一行動實體之pDA 3之姿態所需 的功率消耗，且相較於習知方法，可縮短推演出該pDA 3 之妾態所需之一計算時間。此外，根據本具體實施例，由 於矩陣B之本徵值之一係用於推演出一垂直方向、一姿態 及一方位，因此可有效推演出該垂直方向、姿態與方位。 [C.其他具體實施例] 本發明未限制於前述具體實施例，其可以各種方式實施 而不脫離該主旨。例如’本發明係可自然地調適成安裝於 一筆記型個人電腦中的一磁式處理系統，其具有整合於其 顯示器中的一磁式感測器、一可攜式蜂巢式電話、或一整 合導航器件’該導航裝置的顯示器具有其中可進行調整之 124465.doc •22- 1352193 角度。此外，實際上可推演出磁式資料樣本之—分佈 近似平面，且可推演出該垂線之方向為一垂直方向。 【圖式簡單說明】 圖1係關於本發明之—項具體實施例之一示意圖。 圖2係關於本發明之該項具體實施例之一示意圖。 圖3係關於本發明之該項具體實施例之一示意圖。 圖4係關於本發明之該項具體實施例之一方塊圖。 圖5係關於本發明之一第一具體實施例之一方塊圖。 圖6係關於本發明之該第一具體實施例之一流程圖。 【主要元件符號說明】 2 汽車 3 個人數位助理（PDA) 4 磁式感測器 5 匯流排 22 磁式感測器介面 30 X軸感測器 31 錢鏈 32 y軸感測器 33 支撐底座 34 z軸感測器 40 中央處理單元（CPU) 42 唯讀記憶體（ROM) 44 隨機存取記憶體（RAM) 90 磁式資料處理程式 124465.doc 1352193 92 緩衝器管理模組 94 垂直方向推演模組 96 方位推演模組 98 方位顯示模組 124465.doc -24-
Claims (1)
- 十、申請專利範圍： 用於使用 二維磁式感測器偵測一垂直方向之磁式 資料處理裝置，其包括： —輸入構件，其用於依序輸入磁式資料樣本每一磁 式資料樣本係由基本向量之一線性組合所表示的三維向 量貝料且全部輸出自該三維磁式感測器；以及 2. 3. 一垂直方向推演構件，其用於定義一包括藉由該輸入 構件依序輸入的複數個該等磁式資料樣本且表示一預定 範圍之邊二維磁式感測器之一旋轉的統計母體，以及在 °亥統什母體之該等磁式資料樣本之一分佈係平坦時操 作，以推演出垂直於近似該統計母體之該平坦分佈之一 平面的一方向’作為代表該垂直方向的垂直方向資料。 如凊求項1之磁式資料處理裝置，其中該垂直方向推演 構件計算該統計母體之該等磁式資料樣本之該分佈的— 最小主值並推演出對應於該最小主值的一本徵向量之— 方向作為5亥垂直方向資料β #來2之磁式資料處理裝置，其中假設該垂直方向推 演構件定義該統計母體為qiT=(qix，qiy，㈣(其中q表示 -：式資料樣本且i表示0、1、2、Ν_υ，該垂直方向 推演構件推演出對應於藉由以下方程式⑴定義之一矩陣 Β的-最小本徵值之該本徵向量的該方向為該垂 資料： β BzzIl^i-QXgi-Q)r ...(1) 其中向量Q係qi之重心。 I24465.doc 4·如凊求項3之磁式資料處理裝置，其中該垂直方向推演 構件推演出對應於-最小本徵值㈣該本徵向量之該方 :作為該垂直方向資料，其中關於該矩陣Β之一最大本 微值λ1與其一最小本徵值λ3滿足λ3/λ1<Γ(其中#示一常 數）。 6. 8· 如請求項3之磁式資料處理裝置，其中該垂直方向推演 構件推演出對應於該矩陣B之—最小本徵值㈣該本徵 向量之4方向作為該垂直方向資料，其中關於該矩陣B 之I最大本徵值λ1滿足u>s(其中s表示一常數卜 :請求項1之磁式資料處理裝置’其進-步包括用於根 =等磁式資料樣本與該垂直方向資料而推演出三維姿 〜、貝料之-姿態推演構件，該三維姿態資料表示以一方 位為參考之該三維磁式感測器之一姿態。 :請求項6之磁式資料處理裝置，其：-步包括用於根 :該等姿態資料推演出一維方位資料之一方位推演構 、玄-維方位資料用於指示一顯示螢幕之一方位。 一種磁式處理系統，其包括： 一二維磁式感測器；以及 -J: ^ ^處理裝置’其係連接至該三維磁式感測 盗，其中 該磁式感測器裝置包括： 式 資 —輸入構件，其用於依序輸人磁式資料樣本，每一磁 貧料樣本係由基本向量之一 λ 「生組合表不的三維向量 料且全部輪出自該三維磁式感測器；以及 124465.doc -垂直方向推演構件’其用於定義一包括藉由該輸入 構件依序輸入的複數個該等磁式資料樣本且表示一預定 範圍之該三維磁式感測器之一旋轉的統計母體以及在 該統汁母體之該等磁式資料樣本之一分佈係平坦時操 作，以推演出垂直於近似該統計母體之該平坦分佈之一 :面的-方向’作為代表該垂直方向的垂直方向資料。 9.種使用一三維磁式感測器偵測一垂直方向之磁式資料 處理方法，其包括： 2序輸人磁式資料樣本’每—磁式資料樣本係由基本 向篁之-線性組合表示的三維向量f料且全部輸出自該 二維磁式感測器； 統計母體包括依序輸入的複數個 示一預定範圍之該三維磁式感測 定義一統計母體，該 該等磁式資料樣本且表 器之—旋轉，以及 田df母體之該等磁式資料樣本之—分佈係平坦 推$出垂直於近似於該統計母體之該平坦分佈的一 、' 方向 <乍為代表該垂直方向的垂直方向資料。 :=電：的機器可讀取媒體，該媒體包含可藉由該 丁以執行以下-程序之磁式資料處理程式： 依序輪入磁式資料 向 #樣本，每-磁式資料樣本係由基本 白里之-線性組合代表的三維 三維磁式感測器； I翰出自該 I24465.doc 1352193 轉，以及 坦 當該統計母體之該等磁式資料樣本之一分佈係平 時，推演出垂直於近似於該統計母體之該平坦分佈的 平面之一方向，作為代表該垂直方向的垂直方向資料124465.doc
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