TWI756122B

TWI756122B - 距離都卜勒雷達角度感測方法及裝置

Info

Publication number: TWI756122B
Application number: TW110115805A
Authority: TW
Inventors: 君弘王; 君玄郭; 陳致瑋; 吳冠賢; 吳杰; 黃文吉; 吳侑峰; 程文聖; 可易雷
Original assignee: 開酷科技股份有限公司
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2022-02-21
Also published as: TW202244535A

Abstract

一種距離都卜勒雷達角度(range Doppler angle)感測方法係由一距離都卜勒雷達角度感測裝置，且包含以下步驟：接收一第一感測訊號和一第二感測訊號，對該些訊號各別先執行一個一維度(1D)的快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)和再執行一個二維度(2D)的FFT，以計算至少一第一2D快速傅立葉轉換圖和至少一第二2D快速傅立葉轉換圖；根據一給予的都卜勒指數(Doppler index)，從該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖中挑出一第一特徵欄和從該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖中挑出一第二特徵欄以執行一個三維度(3D)的FFT計算，得出一距離都卜勒雷達角度，減少一手勢辨識功能所產生的運算負擔。

Description

距離都卜勒雷達角度感測方法及裝置

一種雷達角度感測方法及裝置，尤指一種距離都卜勒雷達角度(range Doppler angle)感測方法及裝置。

一都卜勒雷達(Doppler radar)手勢辨識系統是一種習知的手勢辨識系統。該都卜勒雷達手勢辨識系統可以感測使用者手部的活動動作、形狀、和姿勢，並產生一距離都卜勒雷達成像(Range Doppler Image; RDI)。該都卜勒雷達手勢辨識系統通常會以一個一維度(1D)的快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)來感測一物件的一距離，以一個二維度(2D)的快速傅立葉轉換來感測該物件的一速度，與以一個三維度(3D)的快速傅立葉轉換來感測該物件的一雷達角度。

該都卜勒雷達手勢辨識系統可與一智慧型手機、或與一智慧型面板等一智慧型裝置結合使用，且該都卜勒雷達手勢辨識系統可運用該智慧型裝置的一處理器去辨識複數手勢感測訊號和去分辨一使用者動作。該智慧型裝置可依照分辨出的使用者動作執行複數功能，例如，該智慧型裝置可感測一使用者的動作，且在該動作與一已知的使用者動作一致時解鎖該智慧型裝置。

然而，3D的快速傅立葉轉換在計算上相當複雜，且上述的一手勢辨識功能只是該智慧型裝置的其一功能。當運算該手勢辨識功能對該智慧型裝置形成龐大的系統負擔時，該智慧型裝置的一般功能在運作上會受到影響。

因此，該都卜勒雷達手勢辨識系統需要改善其工作效率，以更有空間被使用。

有鑑於上述的問題，本發明提供一距離都卜勒雷達角度(range Doppler angle)感測方法及一距離都卜勒雷達角度(range Doppler angle)感測裝置。本發明可以減少一手勢辨識功能對一系統產生的運算負擔。

該距離都卜勒雷達角度感測方法包括下列步驟：

接收一第一感測訊號和一第二感測訊號；

對該第一感測訊號執行一個一維度(1D)的快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)以計算複數第一1D快速傅立葉轉換圖(FFT map)；

對該些第一1D快速傅立葉轉換圖執行一個二維度(2D)的FFT以計算至少一第一2D快速傅立葉轉換圖；

對該第二感測訊號執行一個1D的FFT以計算複數第二1D快速傅立葉轉換圖；

對該些第二1D快速傅立葉轉換圖執行一個2D的FFT以計算至少一第二2D快速傅立葉轉換圖；

根據一給予的都卜勒指數(Doppler index)從該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第一特徵欄和從該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第二特徵欄；

對該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄執行一個三維度(3D)的FFT以得出一距離都卜勒雷達角度。

另外，該距離都卜勒雷達角度感測裝置包含一發射單元、一第一感測單元、一第二感測單元和一處理單元。該發射單元發出一檢查訊號。該第一感測單元感測一第一感測訊號，而該第二感測單元感測一第二感測訊號。該處理單元電性連接該發射單元、該第一感測單元和該第二感測單元。

該處理單元接收來自該第一感測單元的該第一感測訊號和該第二感測單元的該第二感測訊號，對該第一感測訊號執行一個一維度(1D)的快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)以計算複數第一1D快速傅立葉轉換圖(FFT map)，並對該些第一1D快速傅立葉轉換圖執行一個二維度(2D)的FFT以計算至少一第一2D快速傅立葉轉換圖。

接者，該處理單元對該第二感測訊號執行一個1D的FFT以計算複數第二1D快速傅立葉轉換圖，並對該些第二1D快速傅立葉轉換圖執行一個2D的FFT以計算至少一第二2D快速傅立葉轉換圖。

該處理單元進一步根據一給予的都卜勒指數(Doppler index)從該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第一特徵欄和從該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第二特徵欄，並且對該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄執行一個三維度(3D)的FFT以得出一距離都卜勒雷達角度。

本發明只對挑選出的該第一特徵欄和挑選出的該第二特徵欄執行一個3D的FFT，而不會對該第一2D快速傅立葉轉換圖中和該第二2D快速傅立葉轉換圖中所有的數值做一個3D的FFT，因此，本發明可以減少該手勢辨識功能對一系統產生的運算負擔。

請參閱圖1及圖2所示，本發明為一距離都卜勒雷達角度(range Doppler angle)感測方法及一距離都卜勒雷達角度(range Doppler angle)感測裝置。

該距離都卜勒雷達角度感測方法包括下列步驟：

步驟S101：接收一第一感測訊號和一第二感測訊號；

步驟S102：對該第一感測訊號執行一個一維度(1D)的快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)以計算複數第一1D快速傅立葉轉換圖(FFT map)；

步驟S103：對該些第一1D快速傅立葉轉換圖執行一個二維度(2D)的FFT以計算至少一第一2D快速傅立葉轉換圖；

步驟S104：對該第二感測訊號執行一個1D的FFT以計算複數第二1D快速傅立葉轉換圖；

步驟S105：對該些第二1D快速傅立葉轉換圖執行一個2D的FFT以計算至少一第二2D快速傅立葉轉換圖；

步驟S106：根據一給予的都卜勒指數(Doppler index)從該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第一特徵欄和從該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第二特徵欄；

步驟S107：對該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄執行一個三維度(3D)的FFT以得出一距離都卜勒雷達角度。

另外，該距離都卜勒雷達角度感測裝置包含一發射單元10、一第一感測單元21、一第二感測單元22和一處理單元30，其中該處理單元30電性連接該發射單元10、該第一感測單元21和該第二感測單元22。該發射單元10發出一檢查訊號。該第一感測單元21感測一第一感測訊號，而該第二感測單元22感測一第二感測訊號。

該處理單元30接收來自該第一感測單元21的該第一感測訊號和該第二感測單元22的該第二感測訊號，接著對該第一感測訊號執行一個一維度(1D)的快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)以計算複數第一1D快速傅立葉轉換圖(FFT map)，並對該些第一1D快速傅立葉轉換圖執行一個二維度(2D)的FFT以計算至少一第一2D快速傅立葉轉換圖。

該處理單元30也對該第二感測訊號執行一個1D的FFT以計算複數第二1D快速傅立葉轉換圖，並對該些第二1D快速傅立葉轉換圖執行一個2D的FFT以計算至少一第二2D快速傅立葉轉換圖。

該處理單元30進一步根據一給予的都卜勒指數(Doppler index)從該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第一特徵欄和從該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第二特徵欄，並且對該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄執行一個三維度(3D)的FFT以得出一距離都卜勒雷達角度。

本發明因為只對挑選出的該第一特徵欄和挑選出的該第二特徵欄執行一個3D的FFT，所以不會對該第一2D快速傅立葉轉換圖中和該第二2D快速傅立葉轉換圖中所有的數值做一個3D的FFT，因此，本發明可以減少該手勢辨識功能對一系統產生的運算負擔。

請參閱圖3所示，詳細來說，該距離都卜勒雷達角度感測方法在步驟S107中進一步包括下列步驟：

步驟S301：使該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄成為一轉換圖中的一第一欄；

步驟S302：使該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄成為該轉換圖中的一第二欄；

步驟S303：將0填入該轉換圖中其餘的欄位中；

步驟S304：對該轉換圖執行一3D的FFT以計算一雷達角度快速傅立葉轉換圖；

步驟S305：對該雷達角度快速傅立葉轉換圖使用一坐標旋轉數位電腦(Coordinate Rotation Digital Computer；CORDIC)以得出該距離都卜勒雷達角度。

請參閱圖4所示，舉例來說，假設該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖各為一32*32的圖，也就是說，該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖各含有32欄和32列，並各含有32*32個數值。

當都卜勒指數(Doppler index)為0時，該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的第一欄和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的第一欄將受到挑選，即該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的第一欄為該第一特徵欄，而該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的第一欄為該第二特徵欄。接著，受到挑選的欄位將各別對應設置到該轉換圖中，如該第一特徵欄對應設置到該轉換圖中，成為該轉換圖中的該第一欄，和如該第二特徵欄對應設置到該轉換圖中，成為該轉換圖中的該第二欄。因為該轉換圖也是一32*32的圖，所以該轉換圖中其餘的欄位，也就是指該轉換圖中從第3欄到第32欄的欄位，將被填入數字0。換句話說，一共32*30個數字0將對應成32排和30欄個數字0填入該轉換圖中從第3欄到第32欄的欄位中。

該轉換圖中的每一排進一步都會各別受到3D的FFT處理以計算該雷達角度快速傅立葉轉換圖，並且對該雷達角度快速傅立葉轉換圖使用一坐標旋轉數位電腦(CORDIC)以得出該距離都卜勒雷達角度。

在本發明一實施例中，該距離都卜勒雷達角度感測裝置的該處理單元30執行該距離都卜勒雷達角度感測方法。該實施例中所該給予的都卜勒指數為0，使該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄成為一轉換圖中的一第一欄，且該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄成為該轉換圖中的一第二欄。另外，該實施例中該第一感測訊號和該第二感測訊號來自不同的感測鏈，且該第一感測訊號和該第二感測訊號為一頻率調變連續波(Frequency Modulated Continuous Waveform；FMCW)訊號。

在該實施例中，該發射單元10為一FMCW發射器，並且該第一感測單元21和該第二感測單元22各為一FMCW接收器。換句話說，在該實施例中該第一感測單元21為一第一感測鏈，而該第二感測單元22為不同於該第一感測鏈的一第二感測鏈。在該實施例中，該處理單元30為一智慧型手機的一中央處理器(Central Processing Unit；CPU)。

因為該處理單元30只對一轉換圖(transformed map)執行一3D的FFT，且該轉換圖只含有該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄、該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄和填入數字0的其餘欄位，計算該轉換圖3D的FFT會非常的簡單。因此，本發明可以減少該手勢辨識功能對一智慧型裝置的系統造成運算負擔，使該智慧型裝置的一般功能在運作上不會受到影響。

雖說本說明書提及本發明前瞻的複數特徵與優勢，及本發明的細節結構與功能，本說明書的公開資訊僅為一例證。也就是說，改變形狀、改變大小或是結構重組等細節的改變可在本發明所涵蓋範圍內被允許，而本發明所涵蓋的範圍即本發明請求項文字文意所涵之專利保護範圍。

10:發射單元 21:第一感測單元 22:第二感測單元 30:處理單元 S101~S107:步驟 S301~S305:步驟

圖1為本發明一距離都卜勒雷達角度(range Doppler angle)感測方法的一流程圖。圖2為本發明一距離都卜勒雷達角度(range Doppler angle)感測裝置的一系統方塊圖。圖3為本發明該距離都卜勒雷達角度感測方法的另一流程圖。圖4為本發明對該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄執行一個三維度(3D)的快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)的原理圖。

S101~S107:步驟

Claims

一種距離都卜勒雷達角度感測方法，包括下列步驟：接收一第一感測訊號和一第二感測訊號；對該第一感測訊號執行一個一維度(1D)的快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)以計算複數第一1D快速傅立葉轉換圖(FFT map)；對該些第一1D快速傅立葉轉換圖執行一個二維度(2D)的FFT以計算至少一第一2D快速傅立葉轉換圖；對該第二感測訊號執行一個1D的FFT以計算複數第二1D快速傅立葉轉換圖；對該些第二1D快速傅立葉轉換圖執行一個2D的FFT以計算至少一第二2D快速傅立葉轉換圖；根據一給予的都卜勒指數(Doppler index)從該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第一特徵欄和從該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第二特徵欄；對該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄執行一個三維度(3D)的FFT以得出一距離都卜勒雷達角度。
如請求項1所述之該距離都卜勒雷達角度感測方法，其中對該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄執行一個三維度(3D)的FFT以得出一距離都卜勒雷達角度的步驟中，進一步包括以下步驟：使該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄成為一轉換圖中的一第一欄；使該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄成為該轉換圖中的一第二欄；將0填入該轉換圖中其餘的欄位中；對該轉換圖執行一3D的FFT以計算一雷達角度快速傅立葉轉換圖；對該雷達角度快速傅立葉轉換圖使用一坐標旋轉數位電腦(Coordinate Rotation Digital Computer；CORDIC)以得出該距離都卜勒雷達角度。
如請求項1所述之該距離都卜勒雷達角度感測方法，其中該給予的都卜勒指數為0。
如請求項1所述之該距離都卜勒雷達角度感測方法，其中該第一特徵欄為該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的第一欄；而該第二特徵欄為該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的第一欄。
如請求項1所述之該距離都卜勒雷達角度感測方法，其中該第一感測訊號和該第二感測訊號來自不同的感測鏈。
如請求項1所述之該距離都卜勒雷達角度感測方法，其中該第一感測訊號和該第二感測訊號為一頻率調變連續波(Frequency Modulated Continuous Waveform；FMCW)訊號。
一種距離都卜勒雷達角度感測裝置，包括：一發射單元，發出一檢查訊號；一第一感測單元，感測一第一感測訊號；一第二感測單元，感測一第二感測訊號；一處理單元，電性連接該發射單元、該第一感測單元和該第二感測單元；其中，該處理單元接收來自該第一感測單元的該第一感測訊號和該第二感測單元的該第二感測訊號，接著對該第一感測訊號執行一個一維度(1D)的快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform；FFT)以計算複數第一1D快速傅立葉轉換圖(FFT map)，並對該些第一1D快速傅立葉轉換圖執行一個二維度(2D)的FFT以計算至少一第一2D快速傅立葉轉換圖；其中，該處理單元也對該第二感測訊號執行一個1D的FFT以計算複數第二1D快速傅立葉轉換圖，並對該些第二1D快速傅立葉轉換圖執行一個2D的FFT以計算至少一第二2D快速傅立葉轉換圖；其中，該處理單元進一步根據一給予的都卜勒指數(Doppler index)從該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第一特徵欄和從該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖中挑選出一第二特徵欄，並且對該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的該第一特徵欄和該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的該第二特徵欄執行一個三維度(3D)的FFT以得出一距離都卜勒雷達角度。
如請求項7所述之該距離都卜勒雷達角度感測裝置，其中當該處理單元對該第一特徵欄和對該第二特徵欄執行一個三維度(3D)的FFT以得出該距離都卜勒雷達角度時，該處理單元使該第一特徵欄成為一轉換圖中的一第一欄，且使該第二特徵欄成為該轉換圖中的一第二欄，接著將0填入該轉換圖中其餘的欄位中，並對該轉換圖執行一3D的FFT以計算一雷達角度快速傅立葉轉換圖，且對該雷達角度快速傅立葉轉換圖使用一坐標旋轉數位電腦(Coordinate Rotation Digital Computer；CORDIC)以得出該距離都卜勒雷達角度。
如請求項7所述之該距離都卜勒雷達角度感測裝置，其中該給予的都卜勒指數為0。
如請求項7所述之該距離都卜勒雷達角度感測裝置，其中該第一特徵欄為該至少一第一2D快速傅立葉轉換圖的第一欄；而該第二特徵欄為該至少一第二2D快速傅立葉轉換圖的第一欄。
如請求項7所述之該距離都卜勒雷達角度感測裝置，其中該第一感測單元為一第一感測鏈，而該第二感測單元為不同於該第一感測鏈的一第二感測鏈。
如請求項7所述之該距離都卜勒雷達角度感測裝置，其中該發射單元為一頻率調變連續波(Frequency Modulated Continuous Waveform；FMCW)發射器；且其中，該第一感測單元和該第二感測單元各為一FMCW接收器。
如請求項7所述之該距離都卜勒雷達角度感測裝置，其中該處理單元為一智慧型手機的一中央處理器(Central Processing Unit；CPU)。