物体表面波和声波传感器单元的制作方法

1.本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及物体表面波和声波传感器单元。


背景技术：

2.声波传感以声波传感器为主体，研究和发展声波信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用，将声波信号转换成数字信号的装置称为声波传感器，一般声波是指机械振动引起周围弹性介质中质点的振动由近及远地传播向四面八方传播，在开阔空间的空气中的传播方式就像逐渐吹大的肥皂泡，是一种球形的阵面波，能产生振动的物体被称为声源，自然界存在的声源体有音叉、人和动物的发声器官、扬声器、电子键盘和各种乐器，以及地震震中、火山爆发、风暴、海浪冲击、枪炮发射、闪电源、热核爆炸，还有雨滴、刮风、飘动的树叶、昆虫的翅膀等各种可活动的物体等等。
3.随着定位技术的发展，定位技术在各个领域中发挥着重要的作用，其中，采用声波进行定位的方法也是定位技术中的重要组成部分。
4.现有技术中，采用声波的定位方法主要使用特制的窄带超声波设备，其使用的声波频率为50khz到100khz。对多终端进行定位时，采用时分复用的方式，多个终端进行时间同步，每个终端逐一发出声音信号，采用特制的超声波设备接收该声音信号，根据该声音信号及其到达的时间进行定位。
5.采用超声波设备进行定位所需要采用若干终端进行定位，需要复杂的程序且存在定位不精确的情况，现需要解决声波定位程序复杂且定位不精确的问题。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提出物体表面波和声波传感器单元，以更加确切地解决上述所述声波定位程序复杂且定位不精确的问题。
7.本发明通过以下技术方案实现的：
8.本发明提出物体表面波和声波传感器单元，包括：
9.s1：通过传感器中的红外拍摄单元对使用物体表面进行拍摄，以形成使用物体表面三维图；
10.s2：通过设定所述传感器至所述使用物体的距离固定，以进行声波传感；
11.s3：通过接触使用物体表面任一位置，以产生声波信息，所述传感器将所述声波信息进行接收；
12.s4：通过所述传感器将所述声波信息通过a/d信号转换，转换为数字信号；
13.s5：通过定位计算，以得到所述数字信号的三维坐标；
14.s6：将所述三维坐标导入所述使用物体表面三维图，以形成定位信息；
15.s7：通过在所述使用物体表面进行移动，以接触其他位置，重复步骤s2-s6，以完善所述定位信息，形成精准定位。
16.进一步的，所述红外拍摄单元包括：收发光子单元，拍摄子单元，所述通过传感器
中的红外拍摄对使用物体表面进行拍摄，以形成使用物体表面三维图的步骤中，包括：
17.通过所述收发光子单元发射红外光，照射于所述使用物体表面，通过反射，所述收发光子单元进行接收反射光；
18.根据所述收发子单元接收所述红外光的时间进行拍摄设置，以使得所述拍摄子单元进行拍摄，得到二维拍摄照片；
19.将所述二维拍摄照片进行图像转换，以形成所述使用物体表面三维图。
20.进一步的，所述将所述二维拍摄照片进行图像转换，以形成所述使用物体表面三维图的步骤中，包括：
21.将所述二维拍摄照片转换成灰度图像，并获取所述灰度图像中每个像素的像素坐标；
22.根据所述像素坐标与预设三维坐标表的映射关系，确定所述灰度图像各点对应的目标像素坐标；
23.通过所述目标像素坐标，以形成所述使用物体表面三维图。
24.进一步的，所述通过接触使用物体表面任一位置，以产生声波信息，所述传感器将所述声波信息进行接收的步骤中，包括：
25.通过接触所述使用物体表面，以产生震动；
26.通过震动在空气中传播，以产生声波信息，则所述传感器对所述声波信息进行接收。
27.进一步的，所述通过震动在空气中传播，以产生声波信息，则所述传感器对所述声波信息进行接收的步骤中，包括：
28.通过敲击屏幕后，所述传感器可以先后听到两次敲击的声音，一次是经过空气震动传播二来，一次是经过屏幕震动传播而来，其中，包括以下公式：
29.声音在空气的传播速度是(公式1)：
[0030][0031]
在屏幕的传播速度(公式2)：
[0032][0033]
两式联立可得(公式3)：
[0034][0035]
其中δt为传感器接收到两次声音的时间间隔，h0为传感器至使用物体的固定距离。
[0036]
进一步的，所述通过所述传感器将所述声波信息通过a/d信号转换，转换为数字信号的步骤中，包括：
[0037]
对所述声波信息的波长幅度进行读取，并将读取得到的所述波长幅度生成为模拟信号；
[0038]
通过a/d信号转换中的保持、量化及编码，将所述模拟信号转换至数字信号。
[0039]
进一步的，所述通过定位计算，以得到所述数字信号的三维坐标的步骤中，包括：
[0040]
将所述数字信号导入roaddata库中，其中，通过所述roaddata库生成坐标信息；
[0041]
判断所述roaddata库生成的坐标信息是否为投影坐标信息；
[0042]
若否，通过proj4库将所述roaddata库转换为投影坐标信息，从而得到所述数字信号的三维坐标。
[0043]
进一步的，所述将所述数字信号导入roaddata库中，其中，通过所述roaddata库生成坐标信息的步骤中，包括：
[0044]
通过所述数字信号中的二进制代码，在所述roaddata库进行代码匹配，以得到匹配结果；
[0045]
将所述匹配结果代入所述roaddata库中的坐标系，以生成所述坐标信息。
[0046]
进一步的，所述将所述三维坐标导入所述使用物体表面三维图，以形成定位信息的步骤中，包括：
[0047]
通过所述三维坐标在所述使用物体表面三维图中的精准定位，以得到当前所述声波信息的定位信息；
[0048]
通过所述定位信息，以使得所述使用物体能够通过所述声波信息进行定位。
[0049]
进一步的，所述通过在所述使用物体表面进行移动，以接触其他位置，重复步骤s2-s6，以完善所述定位信息，形成精准定位的步骤中，包括：
[0050]
当用户在任意地方敲击屏幕时，由上述公式可得(公式4)：
[0051][0052]
公式3和公式4联立可得距离：
[0053][0054]
本发明的有益效果：
[0055]
1.本发明提出的物体表面波和声波传感器单元，通过传感器对声波的接收能够对物体表面进行定位；
[0056]
2.本发明提出的物体表面波和声波传感器单元，传感器能形成三维图像，以便于更加精确的定位；
[0057]
3.本发明提出的物体表面波和声波传感器单元使用的传感程序简单，通过传感器能够进行快速定位。
附图说明
[0058]
图1为本发明的物体表面波和声波传感器单元的方法流程图。
[0059]
本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0060]
为了更加清楚完整的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0061]
请参考图1，本发明提出物体表面波和声波传感器单元，包括以下步骤：
[0062]
s1：通过传感器中的红外拍摄单元对使用物体表面进行拍摄，以形成使用物体表
面三维图；
[0063]
s2：通过设定所述传感器至所述使用物体的距离固定，以进行声波传感；
[0064]
s3：通过接触使用物体表面任一位置，以产生声波信息，所述传感器将所述声波信息进行接收；
[0065]
s4：通过所述传感器将所述声波信息通过a/d信号转换，转换为数字信号；
[0066]
s5：通过定位计算，以得到所述数字信号的三维坐标；
[0067]
s6：将所述三维坐标导入所述使用物体表面三维图，以形成定位信息；
[0068]
s7：通过在所述使用物体表面进行移动，以接触其他位置，重复步骤s2-s6，以完善所述定位信息，形成精准定位。
[0069]
在本实施例中，首先通过传感器中的红外拍摄单元对使用物体表面进行拍摄，在拍摄过程中，红外拍摄单元通过发出红外光后，红外光发射至使用物体表面，物体表面会对红外光进行反射，红外拍摄单元将反射的红外光进行接收，通过拍摄设置后，对使用物体表面进行拍摄，得到二维拍摄照片，通过将二维拍摄照片进行转换为灰度图像，通过灰度图像的像素坐标与预设三维坐标表进行映射，以确定灰度图像所对应的三维坐标点，从而能够生成使用物体表面的三维图，通过三维图能够将便于对使用物体表面进行定位，在接触使用物体表面时，会产生震动，通过震动在空气中的传播，产生声波信息，从而传感器能够将声波信息进行接收，通过敲击屏幕后，所述传感器可以先后听到两次敲击的声音，一次是经过空气震动传播二来，一次是经过屏幕震动传播而来，其中，包括以下公式：
[0070]
声音在空气的传播速度是(公式1)在屏幕的传播速度(公式2)两式联立可得(公式3)其中δt为传感器接收到两次声音的时间间隔，h0为传感器至使用物体的固定距离，接着通过将声波信息进行a/d信号转换至数字信号，在a/d信号转换中量化和编码是同时完成的，量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程，编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示，通过二进制代码表示即得到了数字信号，通过在roaddata库的二进制代码的匹配，得到坐标信息，通过判断是否为投影坐标信息，若否，则在proj4库中进行坐标转换，从而能够得到三维坐标，再将三维坐标导入至物体表面三维图，通过在物体表面三维图中进行定位，从而得到定位信息，同时，将定位信息进行数据备份，在接触使用物体表面的其他位置时，重复步骤s2-s6，能够得到使用物体每一表面的定位信息，确保在每一次接触到使用物体表面均能进行精准定位，运用公式3及公式4可进行距离计算。
[0071]
在本实施例中，红外拍摄单元包括：收发光子单元，拍摄子单元，所述通过传感器中的红外拍摄对使用物体表面进行拍摄，以形成使用物体表面三维图的步骤中，包括：
[0072]
通过所述收发光子单元发射红外光，照射于所述使用物体表面，通过反射，所述收发光子单元进行接收反射光；
[0073]
根据所述收发子单元接收所述红外光的时间进行拍摄设置，以使得所述拍摄子单元进行拍摄，得到二维拍摄照片；
[0074]
将所述二维拍摄照片进行图像转换，以形成所述使用物体表面三维图。
[0075]
在一具体实施例，在红外拍摄单元中，存在有收发光子单元，拍摄子单元，其中，收
发光子单元用于发射及收集红外光，拍摄子单元用于进行拍摄，在收发光子单元对使用物体表面进行红外光发射，发射的红外光照射于使用物体表面，并接收从使用物体表面反射的反射光，通过计算发射及接收的时间，能够进行摄像头的调试，调整焦距及定时拍摄，对使用物体表面进行拍摄，从而得到二维拍摄照片，在得到二维拍摄照片后，需要进行图像转换，以得到使用物体表面三维图。
[0076]
在本实施例中，将所述二维拍摄照片进行图像转换，以形成所述使用物体表面三维图的步骤中，包括：
[0077]
将所述二维拍摄照片转换成灰度图像，并获取所述灰度图像中每个像素的像素坐标；
[0078]
根据所述像素坐标与预设三维坐标表的映射关系，确定所述灰度图像各点对应的目标像素坐标；
[0079]
通过所述目标像素坐标，以形成所述使用物体表面三维图。
[0080]
在一具体实施例，通过获取二维拍摄照片的每个像素点的rgb值，对每个像素点的rgb值进行预设的数值转换算法处理，得到并赋值每个像素点的初始灰度值，以得到灰度图像，通过灰度图像进行坐标标记，能够得到像素坐标，像素坐标通过与预设三维坐标表的映射关系，以确定得到目标像素坐标，通过目标像素坐标，以形成使用物体表面三维图。
[0081]
在本实施例中，通过接触使用物体表面任一位置，以产生声波信息，所述传感器将所述声波信息进行接收的步骤中，包括：
[0082]
通过接触所述使用物体表面，以产生震动；
[0083]
通过震动在空气中传播，以产生声波信息，则所述传感器对所述声波信息进行接收。
[0084]
在一具体实施例，在通过接触使用物体表面后，能够产生震动，震动在空气中进行传播的过程中，能够产生声波信息，声波信息在传输后，传感器对声波信息进行接收。
[0085]
在本实施例中，通过震动在空气中传播，以产生声波信息，则所述传感器对所述声波信息进行接收的步骤中，包括：
[0086]
通过敲击屏幕后，所述传感器可以先后听到两次敲击的声音，一次是经过空气震动传播二来，一次是经过屏幕震动传播而来，其中，包括以下公式：
[0087]
声音在空气的传播速度是(公式1):
[0088][0089]
在屏幕的传播速度(公式2):
[0090][0091]
两式联立可得(公式3):
[0092][0093]
其中δt为传感器接收到两次声音的时间间隔，h0为传感器至使用物体的固定距离。
[0094]
在一具体实施例，当传感器在对声波信息进行接收时，会进行两次声波接收，一为
声波，二为表面波，声音在空气的传播速度是(公式1)在屏幕的传播速度(公式2)两式联立可得(公式3)两式联立可得(公式3)其中δt为传感器接收到两次声音的时间间隔，h0为传感器至使用物体的固定距离，根据公式1/2/3，传感器即可完成对声波及表面波的接收。
[0095]
在本实施例中，通过所述传感器将所述声波信息通过a/d信号转换，转换为数字信号的步骤中，包括：
[0096]
对所述声波信息的波长幅度进行读取，并将读取得到的所述波长幅度生成为模拟信号；
[0097]
通过a/d信号转换中的保持、量化及编码，将所述模拟信号转换至数字信号。
[0098]
在一具体实施例，在传感器接收到声波信息后，通过将声波信息中的波长幅度进行读取，其中波长幅度是指波在一个振动周期内传播的距离，也就是沿着波的传播方向，相邻两个振动位相相差2π的点之间的距离，波长λ等于波速u和周期t的乘积，即λ＝ut，提取出波长幅度后，将波长中的振动位进行转换，从而能够生成模拟信号，生成模拟信号后，通过a/d信号转换，其中，a/d信号转换是指通过一定的电路将模拟量转变为数字量，能够将模拟信号转换至数字信号，其中，在转换过程中通过保持、量化及编码，能够生成二进制的数字信号。
[0099]
在本实施例中，通过定位计算，以得到所述数字信号的三维坐标的步骤中，包括：
[0100]
将所述数字信号导入roaddata库中，其中，通过所述roaddata库生成坐标信息；
[0101]
判断所述roaddata库生成的坐标信息是否为投影坐标信息；
[0102]
若否，通过proj4库将所述roaddata库转换为投影坐标信息，从而得到所述数字信号的三维坐标。
[0103]
在一具体实施例，在得到数字信号后，将数字信号导入至roaddata库中，其中，roaddata库内设有坐标信息，在将数字信号中的二进制代码，在roaddata库内进行代码匹配，从而能够生成坐标信息，在生成有坐标信息后，需要判断坐标信息是否为投影坐标信息，若否，则需要转换至投影坐标信息，在proj4库内设有投影坐标系，将坐标信息导入至投影坐标系中，进行坐标对应，从而能够得到数字信号所对应的三维坐标。
[0104]
在本实施例中，将所述数字信号导入roaddata库中，其中，通过所述roaddata库生成坐标信息的步骤中，包括：
[0105]
通过所述数字信号中的二进制代码，在所述roaddata库进行代码匹配，以得到匹配结果；
[0106]
将所述匹配结果代入所述roaddata库中的坐标系，以生成所述坐标信息。
[0107]
在一具体实施例，当数字信号进入至roaddata库后，roaddata库内的代码匹配即自动开始工作，对数字信号的二进制代码进行代码匹配，得到匹配结果后，在roaddata库内舍友的坐标系中，能够进行代码的坐标转化，从而生成坐标信息。
[0108]
在本实施例中，将所述三维坐标导入所述使用物体表面三维图，以形成定位信息的步骤中，包括：
[0109]
通过所述三维坐标在所述使用物体表面三维图中的精准定位，以得到当前所述声
波信息的定位信息；
[0110]
通过所述定位信息，以使得所述使用物体能够通过所述声波信息进行定位。
[0111]
在一具体实施例，在得到三维坐标后，通过将三维坐标导入至已设定的使用物体表面三维图，即可得到当前声波信息的定位信息，其中，该定位信息通过传感器与使用物体的电连接，能够使得使用物体接收至定位信息，从而实现通过声波信息在使用物体上的定位。
[0112]
在本实施例中，通过在所述使用物体表面进行移动，以接触其他位置，重复步骤s2-s6，以完善所述定位信息，形成精准定位的步骤中，包括：
[0113]
当用户在任意地方敲击屏幕时，由上述公式可得(公式4)：
[0114][0115]
公式3和公式4联立可得距离：
[0116][0117]
在一具体实施例，通过声波信息对使用物体表面进行定位后，会进行数据备份，同时在接触使用物体表面其他位置时，可以通过公式时在接触使用物体表面其他位置时，可以通过公式进行计算声波及表面波，从而传感器进行接收，其中距离可以通过公式3及公式4进行联立以完成计算。
[0118]
综上，为本发明提出的物体表面波和声波传感器单元，通过传感器中的红外拍摄单元对使用物体表面进行拍摄，以形成使用物体表面三维图，通过接触使用物体表面任一位置，以产生声波信息，所述传感器将所述声波信息进行接收，通过所述传感器获取所述声波信息传播时间，以得到所述传感器到所述物体表面的距离，通过所述传感器将所述声波信息通过a/d信号转换，转换为数字信号，通过定位计算，以得到所述数字信号的三维坐标，将所述三维坐标导入所述使用物体表面三维图，以形成定位信息，通过在所述使用物体表面进行移动，以接触其他位置，重复以上步骤，以完善所述定位信息，形成精准定位，本发明提出物体表面波和声波传感器单元，通过传感器对声波的接收能够对物体表面进行定位，同时传感器能形成三维图像，以便于更加精确的定位。
[0119]
当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。