本申請為國際專利申請的部分繼續(xù)申請，該國際專利申請的申請?zhí)枮镻CT/CN2013/072481，標題為“互動板的系統(tǒng)及方法”，提交于2013年3月12日。上述每件申請的全部公開內(nèi)容以引用方式納入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及互動表面，具體為，利用射頻技術(shù)進行互動表面上的物體識別和位置確定。

背景技術(shù)：

近期廉價計算機處理器的大量出現(xiàn)，大大改進了游戲、玩具、書籍、樂器等。越來越多的游戲采用內(nèi)嵌式傳感器外加與感官元件，如音頻和視頻裝置，相連接的處理器，來增強玩家的交互體驗。

一般而言，電腦游戲通過像素化平面顯示器或觸摸屏等電子顯示系統(tǒng)將游戲活動的直觀顯示提供給玩家。但是，這些顯示方式缺乏三維特性，無法提供傳統(tǒng)的平板游戲所固有的物理交互。例如，傳統(tǒng)平板游戲可以使用一個或多個可移動的游戲部件，使玩家（尤其是兒童玩家）認為更“自然”、更容易進行交互。另一方面，傳統(tǒng)平板游戲通常缺乏電腦游戲可以向玩家提供的音頻和/或視覺交互。因此，將電腦技術(shù)與物理游戲相結(jié)合的游戲方法將增強玩家的游戲體驗。

因此，需要開發(fā)可以在一個物理限定的環(huán)境中，通過電腦系統(tǒng)將物體進行識別和定位的系統(tǒng)和方法。例如，電腦系統(tǒng)可以識別游戲板部件的身份以及其在游戲板上的位置，則可以使用電腦系統(tǒng)來識別玩家的身體行動，進而通過多種感官元件，如視頻和/或音頻輸出，向玩家提供實時反饋，從而有效地增強玩家的體驗。

現(xiàn)有的物體識別和定位系統(tǒng)存在某些缺陷，不利于其在游戲中更進一步的使用。例如，許多系統(tǒng)使用可視區(qū)有限的低分辨率相機，嚴重限定了物體的可識別范圍。如果物體發(fā)生重疊或相機的視圖變得模糊，則可能發(fā)生定位和追蹤的不準確。此外，與背景趨于一體或外觀與其他物體類似的物體，如類似顏色的物體或相同的物體，可能很難精確追蹤。因此，當物體運動或物體局部變得模糊時，可能很難使用互動表面系統(tǒng)。

因此，為了促進實際應用，需要更準確的物體識別、驗證和跟蹤功能，以克服技術(shù)中的缺點和不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明披露了識別置于互動表面，如游戲盤、棋盤和公告牌，之上的一個或多個物體，例如卡片和小雕像，的身份和位置的系統(tǒng)及方法。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了互動表面，用于識別和定位置于所述互動表面或接近所述互動表面的物體，所述互動表面包括：射頻天線陣列，嵌入或靠近所述互動表面，其中每個射頻天線所具有的通信范圍大幅度小于所述互動表面的尺寸；以及與所述射頻天線陣列相連接的處理器；所述處理器通過接收到來自所述射頻天線的信號確定所述物體相對于所述互動表面的位置。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了用于識別和定位置于互動表面或接近互動表面的物體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：射頻天線陣列，嵌入或靠近所述互動表面，其中每個射頻天線所具有的通信范圍大幅度小于所述互動表面的尺寸；與所述射頻天線陣列相連接的處理器；以及內(nèi)嵌射頻芯片的物體；所述處理器通過接收到來自所述射頻天線的信號確定所述物體相對于所述互動表面的位置。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了用于識別和定位置于互動表或接近互動表面的物體的方法，所述方法包括：將內(nèi)嵌射頻芯片的物體置于互動表面或接近互動表面，其中射頻天線陣列嵌入或靠近所述互動表面，每個射頻天線所具有的通信范圍大幅度小于所述互動表面的尺寸；所述射頻芯片與射頻天線之間建立無線連接；通過所述無線連接的建立接收來自所述射頻天線的信號；基于所述信號確定所述物體相對于所述互動表面的位置。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，射頻天線陣列嵌入或靠近所述互動表面，每個射頻天線所具有的通信范圍大幅度小于所述互動表面的尺寸；處理器激活天線以發(fā)送或接收射頻數(shù)據(jù)；射頻芯片內(nèi)嵌于物體中。當物體被置于所述互動表面或接近所述互動表面，且位于激活的天線附近時，在射頻芯片與射頻天線之間建立了無線連接；處理器確定物體的身份和相對于互動表面的位置。因此，物體的身份和相對于互動表面的位置可被便利地被確定。

附圖說明

為了更好地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)特征，本發(fā)明的各實施例將結(jié)合附圖進行簡要描述。很明顯，附圖是本發(fā)明的典型實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以推導出其他繪圖而不偏離本發(fā)明的原理。

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例識別物體的身份和相對于互動表面的位置的系統(tǒng)示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例對交互表面的示意圖，所述交互表面用于識別物體的身份和相對所述交互表面的位置。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例對一個天線陣列和處于一個天線通信范圍內(nèi)的兩個物體的示意圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例識別物體的身份和相對所述交互表面的位置的方法的示意流程圖。

圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例識別物體的身份和相對所述交互表面的位置的方法的示意流程圖。

具體實施方式

為了更好地說明本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)特征和優(yōu)勢，本發(fā)明的各實施例將結(jié)合附圖進一步地加以描述。

本發(fā)明披露了識別置于互動表面（例如游戲盤、棋盤和公告牌）的一個或多個物體（例如卡片和小雕像）的身份和位置的系統(tǒng)及方法。

所述系統(tǒng)由包含天線陣列和處理器系統(tǒng)的互動表面以及內(nèi)嵌射頻芯片的一個或多個物體組成。

當接通電源時，互動表面的處理器在一個循環(huán)中分別單獨激活陣列中的每一個天線。天線一旦被激活，會首先發(fā)送短距離射頻信號以激活（或開啟）附近物體的射頻芯片，然后等待一段時間獲得來自于附近物體的響應。如果有物體在射頻天線的傳輸信號附近，物體會向天線發(fā)回信號以確認其處于天線附近。一旦該天線接收到其附近一個或多個物體的相關(guān)數(shù)據(jù)，它會將此信息傳遞回處理器進行處理。從這時起，射頻天線與物體的射頻芯片之間的無線通信被建立起來，并且該物體會將其唯一身份信息發(fā)送給天線。處理器將重復上述過程，直到處于被激活的射頻天線附近的所有物體的唯一身份都被識別。

一旦在天線附近的所有物體都被識別，處理器會關(guān)閉射頻天線，并激活射頻天線陣列中的下一個天線，然后重新開始上述過程。

通過上述描述可以看出，物體相對于互動板表面的位置，是通過識別哪一個嵌入互動板的天線從物體的無線射頻芯片接收到反饋的唯一身份數(shù)據(jù)來確定的。以相同的方式，該物體的唯一身份通過該物體的無線射頻芯片與互動板的激活天線之間的射頻通信來發(fā)送。

為了實現(xiàn)上述效果，互動表面內(nèi)嵌天線陣列，其設計為，通過射頻天線的無線通信只在非常短的距離，例如小于5cm，最好小于1cm，才能實現(xiàn)。

進一步地，在一個以上的天線檢測到一個特定物體的情況下，該物體的位置被分配為所有檢測到該物體的天線的位置的數(shù)字平均值。

雖然本發(fā)明將結(jié)合各特定實施例進行說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將認識到，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以在許多其它應用中使用。例如，在本發(fā)明中對“表面”或“互動表面”概念的討論是為了簡單起見，但本發(fā)明可輕易適用于三維，即通過使用磁鐵使物體粘到一個垂直或倒置的表面的方式，使得物體可被置于互動表面的側(cè)面或底面。

此外，當一個特定的天線陣列設計被披露并與本發(fā)明的實施例相結(jié)合，其他陣列設計也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。

進一步地，當一個在處理器、射頻天線陣列和多個物體的射頻芯片之間的特定通信流程被披露并與本發(fā)明的實施例相結(jié)合，它僅用于說明目的。本發(fā)明的實施例不局限于通過物體射頻芯片的唯一身份與射頻陣列無線通信的任何特定過程。

通過參考附圖，本發(fā)明可以更好地被理解，它的許多目標和優(yōu)勢對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說變得顯而易見。

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例識別物體的身份和相對于互動表面的位置的系統(tǒng)示意圖。

如圖1所示，所述系統(tǒng)包括一個互動表面101，其主要包括操作表面區(qū)域102，以及置于操作表面區(qū)域102上的若干物體103。任何物體103的唯一身份和位置可以通過互動表面的處理器系統(tǒng)（未顯示）即時確定。

物體103內(nèi)嵌射頻芯片（未顯示），操作表面區(qū)域102嵌有射頻天線陣列（未顯示）。每當物體103被置于操作表面區(qū)域102上時，它便處于陣列中的某一個天線附近，可以發(fā)生天線與物體103之間的短距離射頻通信（即，小于5cm，最好小于1cm）。

互動表面101的處理器可以通過確定陣列中的哪個天線已成功與射頻芯片通信來確定置于操作表面區(qū)域102的物體103的位置。通過內(nèi)嵌于物體103的無線射頻芯片與內(nèi)嵌于操作表面區(qū)域102且在物體附近的射頻天線之間的射頻數(shù)據(jù)交換，物體103的唯一身份被同步確定。

互動表面101可以為多種幾何形狀，包括平面，球形，立方體，或任何其他二維或三維連續(xù)或不連續(xù)表面。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例對交互表面的示意圖，所述交互表面用于識別物體的身份和相對所述交互表面的位置。如圖2所示，互動表面201具有一個從天線陣列203發(fā)送和接收射頻數(shù)據(jù)的PCD（臨近耦合設備，亦稱閱讀器）204，一個MCU（微控制單元）206和射頻天線陣列203。應當注意的是，圖2中所示的所有組件通常不是肉眼可見的，因為它們通常被保護性的塑料（或其它）所覆蓋。

如圖2所示，互動表面201分成兩個部分：互動板的系統(tǒng)操作區(qū)域202和天線陣列203。需要注意的是，用來描述這兩個區(qū)域的尺寸僅用于說明目的，而不是對本發(fā)明的限制或約束。在實際實施中，天線陣列203區(qū)域的表面積通常比系統(tǒng)操作區(qū)域202大很多。

在圖2所示的實施例中，16個射頻天線207放置在一個4×4的陣列中，構(gòu)成了操作表面區(qū)域的天線陣列203。每個天線207（通過電線）經(jīng)模擬開關(guān)205連接到互動板的PCD204和MCU206。PCD204則與互動板的MCU206相連接，MCU206本身連接到模擬開關(guān)205。模擬切換器的目的是，允許MCU206在每一個循環(huán)中激活天線陣列203中的每一個單獨天線207的同時，關(guān)閉所有其它天線。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例對一個天線陣列和處于一個天線通信范圍內(nèi)的兩個物體的示意圖。在圖3中，天線陣列301是圖2所示的天線陣列203的特寫圖。

如圖3所示，MCU激活天線302以發(fā)送一個短距離射頻信號，搜索天線302通信范圍內(nèi)的任何無線射頻設備，該通信范圍在圖中以編號為305的區(qū)域說明。兩個物體303和304，每個都內(nèi)嵌無線射頻芯片306，位于區(qū)域305內(nèi)，可以接收天線302發(fā)送的信號。假設天線302的坐標是X1，Y1，一旦無線通信被建立，這些坐標會分配給物體303和304。

天線陣列被設計為，通過射頻天線的無線通信只在非常短的距離，例如小于5cm，最好小于1cm，才能實現(xiàn)。射頻天線的通信范圍被限制在很短的距離，是為了減少可以與特定的所述射頻芯片建立通信的天線的數(shù)量。此外，通信范圍大大短于互動表面的尺寸。該處理器可以訪問關(guān)于天線位置和/或通信范圍的數(shù)據(jù)，并可以基于與物體建立無線通信的天線推導出物體相對于互動表面的位置。例如，這些數(shù)據(jù)可以存儲在與處理器相連接的存儲器內(nèi)。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例識別物體的身份和相對所述交互表面的位置的方法的示意流程圖。如圖4所示，該方法包括以下步驟。

在步驟402和407中，在一個循環(huán)中通過識別陣列中哪一個天線與無線射頻芯片建立了連接，確定已被識別的無線射頻芯片的位置及其相對應的身份。

步驟401：初始化。

在該步驟中，互動表面被初始化。

步驟402：轉(zhuǎn)換開關(guān)并從陣列中選擇下一個天線。

初始化之后，MCU通過使用模擬開關(guān)，在一個循環(huán)中分別單獨激活陣列301中的每一個天線。被激活的天線將與PCD的Tx線（發(fā)送）和Rx線（接收）相連接，而所有其他天線從PCD斷開。PCB 裝置的模擬信號（即通信載體）被激活，并導致天線302生成短距離（即區(qū)域306）電磁場，從而給天線302附近的任何無線射頻芯片提供電能。這導致附近的任何無線射頻芯片從“關(guān)機”狀態(tài)變?yōu)椤伴e置”狀態(tài)。變?yōu)椤遍e置”狀態(tài)的射頻芯片待機，等待來自互動板PCD的任何指令。

步驟403：請求。

在該步驟中，PCD通過天線302發(fā)送一個“請求”命令，通過短距離射頻信號（即標號為306的區(qū)域）發(fā)送命令，以確認在天線302附近是否有任何物體。如果在預設時間內(nèi)沒有來自任何物體的ATQ（請求應答），那么此流程返回步驟2并選擇下一個天線。

在圖3中，兩個內(nèi)嵌無線射頻芯片306的物體303和304被放于天線302的“請求”命令信號區(qū)域305的范圍內(nèi)。這導致物體303和304的無線射頻芯片通過天線302向PCD發(fā)回一個ATQ。

步驟404：防沖突循環(huán)。

在天線附近檢測到一個或多個物體的存在，將促使PCD發(fā)出一個“防沖突”命令。該“防沖突”命令允許在一組無線射頻芯片中選擇一個無線射頻芯片的身份數(shù)據(jù)。當兩個或多個無線射頻芯片發(fā)回不同的、互相干擾的身份數(shù)據(jù)時，這尤其重要。

在這里，“防沖突”命令提取從一個物體303發(fā)出的身份信息。

步驟405：選擇。

一旦“防沖突”命令選擇了一個”閑置”的無線射頻芯片單元，一個“選擇”命令將選擇來自相同身份信號的無線射頻芯片發(fā)送的數(shù)據(jù)串?！斑x擇”命令導致無線射頻芯片的狀態(tài)變?yōu)椤凹せ睢薄?/p>

再一次地，此處選擇命令請求物體303的無線射頻芯片將其狀態(tài)變?yōu)椤凹せ睢薄?/p>

步驟406：讀和寫。

在PCD發(fā)出一個“閱讀”命令后，被選中的“激活”無線射頻芯片的身份被讀取。隨后，PCD發(fā)出一個“寫入”命令，該命令允許無線PCD芯片在其電可擦可編程只讀存儲器中存儲已經(jīng)被PCD讀取的數(shù)據(jù)。注意，這僅在使用PICC技術(shù)時相關(guān) – 射頻識別不需要此“寫入”命令?！白x取”命令允許PCD對無線射頻芯片的唯一身份進行解碼，并隨后將該數(shù)據(jù)發(fā)送到MCU處理。物體的唯一身份因此被確定；同時，通過將天線302的坐標X1, Y1分配給所述物體，物體的坐標被MCU推導出。

步驟407 ：停止。

一旦“讀取”和“寫入”命令發(fā)出，PCD發(fā)出“停止”命令，使無線射頻芯片變?yōu)椤巴Ｖ埂睜顟B(tài)?！巴Ｖ埂泵畹哪康氖鞘刮矬w303的無線射頻芯片停止與天線302通信。當天線發(fā)出一個新的激活信號時，為了避免再次激活同一個物體，此步驟尤其重要。

步驟407之后，步驟402被重新執(zhí)行。當MCU獲得第一個物體303的相關(guān)信息后，在步驟403中會向天線302重新發(fā)送“請求”命令，以確定在天線302附近是否有”閑置”的物體。在這里，另一個物體304也在天線302附近。物體304會因此向天線302發(fā)送一個ATQ，將信息傳遞回PCD。上述過程將重新開始，直到第二個物體304的身份和位置被MCU確定。

MCU會繼續(xù)向天線302發(fā)送“請求”命令，直到?jīng)]有ATQ發(fā)回（在圖3的情況下，該過程將在第二個物體304之后）。隨后MCU會切換到陣列中的下一個天線，然后重復該過程。MCU對陣列中的每一個天線都會重復該過程，然后循環(huán)回到重新激活每一個天線。

MCU可以打開射頻天線陣列內(nèi)任何獨立天線。MCU也可以打開一個獨立的天線，同時關(guān)閉射頻天線陣列內(nèi)的所有其他天線。MCU還可以根據(jù)用戶定義的算法打開射頻天線陣列內(nèi)的天線。例如，用戶定義的算法可以是一個重復循環(huán)，即所述射頻天線陣列內(nèi)每個獨立的天線都被打開一次。每次循環(huán)用時最好不超過100毫秒。

當一個射頻天線被打開，在射頻天線被關(guān)閉之前，MCU可以使用射頻天線識別嵌在處于射頻天線通信范圍內(nèi)的多個物體內(nèi)的多個唯一身份。

射頻芯片可以是一個IPCC （接近集成電路卡）芯片，或者是射頻識別芯片。

最后，用戶的反饋可以通過內(nèi)嵌在互動表面和/或物體上的一個或多個感官配件提供，例如LED燈、音頻、視頻、照相機、及振動裝置。

圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例識別物體的身份和相對所述交互表面的位置的方法的示意流程圖。如圖4所示 ，該方法包括以下步驟。

步驟501：將內(nèi)嵌射頻芯片的物體置于內(nèi)嵌射頻天線陣列的互動表面之上或附近。

射頻天線陣列嵌入或靠近所述互動表面，其中每個射頻天線所具有的通信范圍大幅度小于所述互動表面的尺寸

步驟502：打開一個天線，所述物體處于該天線的通信范圍之內(nèi)。

在步驟502中，在打開一個天線的同時可關(guān)閉所述射頻天線陣列中的所有其他天線。

步驟503：在射頻芯片與射頻天線之間建立無線連接。

由于物體處于天線的通信范圍之內(nèi)，可以建立無線連接。

步驟504：通過建立的無線連接接收來自射頻天線的信號。

在步驟504中，該信號可表示，射頻天線已與物體建立了無線連接。該信號最好包括物體的身份。

步驟505：基于接收到的信號確定物體相對于互動表面的位置。

由于天線的通信范圍大幅度小于所述互動表面的尺寸，物體相對于互動表面的位置可以被確定。具體而言，關(guān)于天線的位置和/或通信范圍的數(shù)據(jù)可以儲存在與處理器相連的存儲器內(nèi)，而處理器可以基于與物體建立無線連接的天線推斷物體相對于互動表面的位置。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，射頻天線陣列嵌入或靠近所述互動表面，每個射頻天線所具有的通信范圍大幅度小于所述互動表面的尺寸；處理器激活 天線以發(fā)送或接收射頻數(shù)據(jù)；射頻芯片內(nèi)嵌于物體。當物體被置于互動表面或接近所述互動表面，且位于激活的天線附近時，在射頻芯片與射頻天線之間建立了無線連接；處理器確定物體的身份和相對于互動表面的位置。因此，物體的身份和相對于互動表面的位置可被便利地被確定。

本發(fā)明的各種實施例僅是優(yōu)選的實施例，不限制本發(fā)明的范圍，包括任何不偏離于本發(fā)明精神和原則的修改、等價物或改進。