圖像再生和錄制系統(tǒng)與組件及其定位、處理和控制方法
專利匯可以提供圖像再生和錄制系統(tǒng)與組件及其定位、處理和控制方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務。并且本 發(fā)明 公開了一種圖像再生和錄制的新方法，它是一種不需機械引導裝置的操作方法，有廣泛的應用領域，對大多數(shù)工業(yè)、辦公室、家庭、裝璜、娛樂和藝術等方面的用戶來說，非常靈活、容易和方便，可替代現(xiàn)有基于精密機械組件的、復雜昂貴的傳統(tǒng)圖像再生方法。在產生圖像的過程中，頭可以在任意表面作上任意移動(手動、 機器人 或機載操作)， 定位 系統(tǒng)確定頭在每個時刻的 位置 ，計算機根據(jù)位置坐標，在儲存在磁盤上的圖像數(shù)據(jù)文件中搜索距這個位置最近的 像素 ，并從圖像文件獲得這個像素的 顏色 數(shù)據(jù) ，再控制頭在這個位置 噴涂 相應的顏色，或讀取這個位置的顏色，再儲存到圖像文件中對應的像素上。基于這個方法的圖像再生和圖像錄制系統(tǒng)包括下列組件：頭載體、噴頭/錄入器、或噴頭陣列/錄入器陣列、以及計算機。在基于 波動 的定位方法或基于相對運動的定位方法中，還包括下列組件：操作單元和通信單元，或者操作模 塊 和 運動探測器 。，下面是圖像再生和錄制系統(tǒng)與組件及其定位、處理和控制方法專利的具體信息內容。
(重要啟示：對于熟悉這個領域人來說，試圖對本發(fā)明中的構造，結構，實體，裝置，操作步驟和數(shù)據(jù)處理方法，作各種不同的變化，修正，更改，裝飾和擴展，是非常簡單而明了的，但仍然屬本發(fā)明的精髓和范疇。雖然在描述本發(fā)明的過程中，用到了特定首選的構造，結構，實體和裝置，但是應該了解，就像已宣稱的，本發(fā)明不應只限于此特類定的構造，結構，實體和裝置)。1、圖像產生系統(tǒng)用于產生圖像，具有廣泛的應用，例如，圖像和圖案可以從任何的平面或曲面上再生和錄制，比如可以在建筑墻壁或山崖、高爾夫球場、籃球場、足球及橄欖球場、廣告牌、海報、肖像畫以及油畫、工業(yè)應用、設計藍圖、裝飾藝術品、家庭涂漆或者墻壁裝修、考古圖像及圖案提取以及博物館圖像及圖案備份等。其特征在于：它是一種靈活操作(手動操作，機器人操作，或機載操作)，它是基于一種不需機械引導裝置的定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)所用組件及方法包含：(A)頭載體，它具有任意構造，結構，大小和形狀，它能對頭陣列施行容易、方便、靈活的操作，使得頭陣列能在圖像表面上自由移動，并保持固定的高度；(B)頭陣列(單個頭是其特例)，它放置在頭載體上，用于產生圖像；(C)定位系統(tǒng)，通過使用任何指定的定位方法，用它來檢測頭的位置；其中定位方法可以是本發(fā)明在下面將要權利要求的方法中的任何一種，或者當前廣泛使用的等價方法中的任何一種，如基于輪測技術，慣性技術以及計算機鼠標技術等的方法，無論使用哪一種方法，都沒有背離這項發(fā)明的精髓和范疇；(D)可編程裝置，也就是一臺廣義化的計算機，簡稱為“計算機”，用于定位、操作和控制；(E)計算機處理方法及系統(tǒng)操作，用于頭定位、系統(tǒng)操作和實時控制；(F)可控制長度的電纜，用來傳送相位相關的信號；(G)電線，或電纜，或無線電，用來傳送相位無關的信號，圖像信息和控制命令。
2.基于波的定位方法及相應的實體，被用來對目標進行二維或者三維定位，其特征在于：(A)通信單元，在定位操作中用于發(fā)射信號和接收信號，其中的信號是一種預先確定的波，放置在像平面(2D)上的(而不是頭支撐上的)通信單元被置于預先確定的位置；(B)操作單元，用于提供動力，產生信號，處理信號，傳送位置信息和發(fā)送控制命令；(C)對于單頭，有一個通信單元置于頭支撐上，被用作定位器來使用，計算機從波的信息中，得到它的坐標或者位置，來實現(xiàn)定位；(D)對于頭陣列中的多頭，有兩個位置定位器(即兩個通信單元)，被用作定位器來使用，計算機從波的信息中，得到兩個定位器的坐標或者位置，然后用內差法來實現(xiàn)多頭定位；(E)基于波的定位理論和公式，在其中建立了定位信息和定位器坐標之間的聯(lián)系；(F)為基于波的方法而制定的系統(tǒng)操作步驟，包括計算機編程，實時控制信號處理以及定位器定位。
3.基于相對運動的定位方法及相應的實體，被用來對目標進行二維或者三維定位，其特征在于：(A)運動探測器，和頭陣列一起安裝在頭支撐上，用于獲得定位器相對運動的信息；(B)操作模塊，用于在組件之間傳送定位信息以及發(fā)送控制命令，并提供動力的；(C)在頭支撐上有一個運動探測器，被用作定位器來使用；(D)對于頭陣列中的多頭，有兩個運動探測器，被用作定位器來使用，計算機從相對運動信息中來得到兩個運動探測器的坐標或位置，然后用內差法來實現(xiàn)多頭定位；(E)基于相對運動的定位理論和公式，在其中建立了定位信息和定位器坐標之間的聯(lián)系；(F)為基于相對運動的方法而制定的系統(tǒng)操作步驟，包括計算機編程，實時控制，信號處理以及定位器定位。
4.根據(jù)權利要求1所述的圖像再生系統(tǒng)的系統(tǒng)操作，其特征在于：(A)通過任意移動手動操作，或機器人操作，或機載操作的組件，也就是頭載體，根據(jù)儲存在計算機中的圖像數(shù)據(jù)，在圖像區(qū)域再生圖像；(B)操作單元/操作模塊通過使用預先確定的定位方法，來執(zhí)行定位操作，以得到定位數(shù)據(jù)；(C)計算機處理通過操作單元/操作模塊并來自于定位器的定位數(shù)據(jù)，并轉換成定位器的位置，然后使用內插方法，來確定頭陣列中每個頭的坐標；(D)根據(jù)每個頭的坐標，計算機在儲存的圖像數(shù)據(jù)文件中，搜索與這個頭最接近的像素，并得到這個像素的顏色數(shù)據(jù)和標識符，并把數(shù)據(jù)發(fā)送給操作單元/操作模塊；(E)操作單元/操作模塊給頭發(fā)送命令和動力，來執(zhí)行操作，也就是噴涂或者錄入；(F)計算機然后紀錄圖像再生過程，即改變這個像素的標識符，這樣，如果噴頭以后再移回這個位置，這個像素就不會被再生。
5.根據(jù)權利要求1所述的圖像錄制系統(tǒng)的系統(tǒng)操作，除包括權利要求4中所述的共同特征，以及錄入器或錄入器陣列取代噴頭或噴頭陣列外，還有如下例外特征：(A)當頭在圖像區(qū)域中任意地移動時(手動操作，或機器人操作，或機載操作)，從圖像區(qū)域中獲得圖像的數(shù)碼數(shù)據(jù)；(B)觸發(fā)器發(fā)送一個觸發(fā)，在觸發(fā)時刻，坐標信息和顏色數(shù)據(jù)從圖像表面提取，并反饋給計算機；(C)計算機立即處理定位信息，或者儲存成文件，留待以后處理；(D)計算機把定位信息轉換成坐標；(E)如果在觸發(fā)時刻，頭所在的位置不是恰好在預先設定的像素格子上，根據(jù)得到的坐標和顏色數(shù)據(jù)，計算機使用內插方法，計算在預先設定的像素格子中所有像素的顏色標值；(F)圖像錄入系統(tǒng)是獨立的，但也可以把圖像錄入系統(tǒng)和在權利要求4中的圖像再生系統(tǒng)結合在一起。
6.根據(jù)權利要求1所述的頭載體，其特征在于：(A)頭載體的主體，它可以是預先確定的構造、結構和形狀的，其中互為等價的頭載體主體，包括本發(fā)明中提到的那些，也包括像刷子樣的手柄，以及類似的；(B)要使用一個“操作桿”，以提供靈活的手動操作，當然是在不使用機器人操作或機載操作情況下才這樣做，使之具有多種情況下的靈活性；(C)還要使用一個頭臂，可以靈活地手驅旋轉，使之具有多種情況下的靈活性；(D)頭支撐，，為頭陣列、控制或者處理組件提供支撐，并提供靈活的手驅旋轉，使之具有多種情況下的靈活性；(E)至少有兩個輪子，由手動，或機器人，或機載驅動，使得頭載體可以在圖像表面自由的移動，并且保證頭在圖像表面有一個固定的高度；(F)用來存放沉積物質的容器，對于小幅圖像應用，裝載在頭載體上，對于大幅圖像，則放置在地上；(G)對于單個頭的定位，使用一個定位器，要用一個或一組頻率；(H)對于頭陣列中每個頭的定位，使用兩個定位器，還要用第二個或第二組頻率；(I)為了提高效率，如果需要，使用裝載在頭支撐上的電動機用來微調頭陣列的位置和方向。
7.根據(jù)權利要求2所述的基于波動的方法，有一種選擇就是基于相位的方法，其特征在于：它基于對一組射頻波的相位信息進行檢測，波的個數(shù)取決于是兩維應用還是三維應用，有二到六個；其中，可以直接用射頻波來攜帶定位信息，也可以將射頻波加載到載波上來傳送定位信息；“射頻加載到載波上”是指載波被射頻波單級或多級地連續(xù)或非連續(xù)地調幅或調頻。
8.根據(jù)權利要求2所述的基于波動的方法，有一種選擇就是基于時差的方法，其特征在于：它基于對脈沖到達時間差進行檢測；其中，脈沖可以是超聲波脈沖或者是電磁波脈沖。
9.根據(jù)權利要求3所述的基于相對運動的方法，有一種選擇就是用光學圖像探測器作為運動探測器，其特征在于：(A)有一個光源，為探測器提供照明，以讓探測器能看見微紋理，也就是頭定位器軌跡表面上的任何圖案，即粗糙或紋理；(B)第一個鏡頭把光轉換成平行光束，以照射到頭定位器的軌跡表面上；(C)第二個鏡頭把微紋理的光學圖像成像到傳感器陣列的表面上；(D)有一個兩維的圖像傳感器陣列，在頭運動期間，攝取頭定位器軌跡上微紋理的圖片，并且通過操作單元把這些圖片傳送給計算機，計算機運用圖像相關方法進行數(shù)據(jù)處理和頭定位；其中，讀頭和噴頭可以同運動探測器制作在一起，但不是必須的，噴頭可以包含裝墨水或者顏料的緩沖器，以便為噴頭提供墨水或顏料。
10.根據(jù)權利要求3所述的基于相對運動的方法，有一種選擇就是用超聲波多普勒頻率探測器作為運動探測器，其特征在于：頭定位器上的多普勒頻率探測器，接收由兩個超聲波發(fā)射機發(fā)射的兩個不同頻超聲波的多普勒頻率；其中，多普勒頻率攜帶了兩個速度分量的信息??這兩個速度分量分別朝向發(fā)射機的方向，它們由接收機在兩個波場移動時檢測到，并且把這些信息發(fā)送給計算機來確定定位器的合成位移和相對位置；其中，讀頭和噴頭可以同運動探測器制作在一起，但不是必須的，噴頭可以包含裝墨水或者顏料的緩沖器，以便為噴頭提供墨水或顏料。
11.根據(jù)權利要求2所述的通信單元，其中有一類通信單元的特征在于：被用作波發(fā)射器來發(fā)送定位信號，功能上互為等價的波發(fā)射器包括(1)射頻天線(1MHz-50GHz)；(2)短微波天線被射頻調制；(3)超聲波發(fā)射器；(4)單光發(fā)射器；(5)四光發(fā)射器(2D)；(6)六光發(fā)射器(3D)。
12.根據(jù)權利要求2所述的通信單元，其中有一類通信單元的特征在于：被用作波探測器來接收定位信號，功能上互為等價的波探測器包括(1)射頻天線(1MHz-50GHz)；(2)短微波天線，被射頻調制；(3)超聲波接收器；(4)單光探測器；(5)四光探測器(2D)；(6)六光探測器(3D)；(7)二光探測器(2D)；(8)三光探測器(2D)；(9)角光探測器；其中，信號在檢測時用外差或零差。
13.根據(jù)權利要求2所述的操作單元，當利用基于相位的方法進行頭定位時，其特征在于：(A)射頻信號產生及發(fā)送組件，用于產生并且發(fā)送需要的射頻信號，包括射頻振蕩器，射頻放大器，分路器，倍頻器，和頻及差頻混頻器，狹帶濾波器，頻道選擇器；(B)載波產生和發(fā)送組件，用于產生并且發(fā)送需要的載波，其中包括一個射頻調制器；(C)信號接收和處理組件，用于接收而且處理所有的信號，包括放大器，狹帶濾波器，一端口內部零差混頻器，兩端口相位檢測器(混頻器或數(shù)字相位檢測器)，低通濾波器；(D)控制組件，用于圖像數(shù)據(jù)和控制指令交換。
14.根據(jù)權利要求2所述的操作單元，當利用基于時差的方法進行頭定位時，其特征在于：(A)超聲信號產生和發(fā)送組件，包括脈沖時鐘，計時時鐘，超聲波脈沖產生器，放大器；(B)信號接收和處理組件，包括放大器，狹帶濾波器，觸發(fā)器，計時時鐘和計時器；(C)控制組件，用于圖像數(shù)據(jù)和控制指令交換。
15.根據(jù)權利要求7所述的基于相位的方法，其中一種選擇的特征在于：直接使用射頻波，并有下列控制和處理步驟：(A)噪音探測器搜索噪音最低的那些射頻信道；(B)兩射頻振蕩器轉向噪音最低的信道，產生射頻(ω和Δω)而且被放大；(C)通過分路器，倍頻器，混頻器，濾波器，從這兩個射頻產生四個射頻；(D)四個射頻被發(fā)送到四個發(fā)射天線；(E)接收器接收來自發(fā)射器的信號；(F)在通過帶通放大器之后，信號被分路器分離；(G)每個帶通濾波器只允許一個頻率通過；(H)相位處理器對相差或相和進行解碼；(I)通過計算機軟件，或在信號進入計算機前，通過相位校正器，相位得以校準；(J)相同的步驟被用在第二個定位器的接收器；(K)計算機接收到二組與頭定位器的位置有關的相位信息；(L)計算機處理相位數(shù)據(jù)，也就是將相位數(shù)據(jù)轉換成每個定位器的位置坐標；(M)根據(jù)定位器的坐標，計算機使用內插法，計算頭陣列中每一個頭的坐標；(N)根據(jù)每個頭的位置，計算機在圖像數(shù)據(jù)文件中尋找距離這個頭最近的像素，并獲得這個像素的顏色數(shù)據(jù)，再把這個數(shù)據(jù)發(fā)送給控制單元；(O)控制單元為頭發(fā)送行動命令和動力；(P)噴涂或錄入。
16.根據(jù)權利要求7所述的基于相位的的方法，其中一種選擇的特征與在權利要求15所述的特征相同，但有下列例外：(A)發(fā)射器與接收器對調；(B)四個射頻信道在送到發(fā)射天線之前被合并在一起；(C)接收天線射接收信號并把信號送到四個帶通濾波器，只讓每一信號其中一個帶通濾波器；(D)四個信號放大之后，被送到相位處理器；
17.根據(jù)權利要求7所述的將射頻加載到載波上的方法，其中一種選擇的特征在于：通過調制，將射頻加載到載波上，并有下列控制和處理步驟：(A)射頻ω由射頻振蕩器產生并被放大；(B)載波驅動器提供電流給載波源以便發(fā)射四個波長的輻射，其頻率是Ω1，Ω2，Ω3，Ω4；(C)分路器把射頻分成四路，并把射頻送到每個載波上，以對載波進行頻率或者幅度調制；(D)接收器接收到輻射并把能量轉換成射頻電流；(E)每一個探測器有不同的光學濾波器，每個濾波器只允許Ω1，Ω2，Ω3，Ω4中的一種波長的波通過；(F)被探測到的射頻電流被傳送到射頻帶通濾波器，射頻為ω；(G)信號的相差或相和得以復原(如果用兩個數(shù)字相位檢測器)并被發(fā)傳給計算機；(H)如果利用相差，濾波器可過濾掉高頻，或者利用相和，過濾掉低頻(如果用混頻器)；(I)權利要求15中步驟(K)到(P)被用于計算機處理和控制的那一部分，在這里也要用到。
18.根據(jù)權利要求7所述的將射頻加載到載波上的方法，其中一種選擇的特征與在權利要求17所述的特征相同，但有下列例外：(A)四發(fā)射器發(fā)射兩個波長，而不是四個波長；(B)兩個接收器中的每一個先分別過濾掉兩個光頻中的每一個，兩個射頻信號被兩個接收器探測到并送到帶通濾波器；(C)在兩對信號中的每一對中，被放大之后，在相位檢測器中進行內部零差；(D)相位檢測器輸出經低通濾波器后，被送到計算機，它應是相差的正玄函數(shù)。
19.根據(jù)權利要求7所述的將射頻加載到載波上的方法，其中另外兩種選擇的特征與在權利要求17和18所述的特征相同，但有下列例外：(A)發(fā)射器與接收器對調；(B)四光發(fā)射器安裝在頭支撐上；(C)在四角處，用四角光探測器。
20.根據(jù)權利要求8所述的基于時差的方法，其中一種控制和處理的特征在于(以超聲波脈沖為例，但不限于超聲波脈沖)：(A)時鐘脈沖發(fā)送周期命令，來產生超聲脈沖調制電流，(B)調制電流被送到超聲波脈沖發(fā)射器；(C)在超聲波被發(fā)射的同時，發(fā)出一個信號來啟動計時器；(D)超聲脈沖被接收器接收到后，信號被放大并且被發(fā)送到觸發(fā)器，用來停止計時；(E)計時器把時差發(fā)送給計算機；(F)使用超聲波濾波器區(qū)分來自2個發(fā)射器或2個定位器的2個脈沖。
21.根據(jù)權利要求8所述的基于時差的方法，其中一種控制和處理的特征與在權利要求20所述的特征相同，但有下列例外：(A)發(fā)射器與接收器對調；(B)兩個(而不是一個)不同頻超聲波被兩個發(fā)射器發(fā)射；(C)混合信號放大后被分路器分成兩路；(D)兩個濾波器中的每一個濾掉另一個頻率，脈沖被發(fā)送到觸發(fā)器，用來停止計時；
22.根據(jù)權利要求15所述的相位處理器的控制和處理方法，其特征在于：(A)兩個頻率(前兩個或后兩個)被送到處理器的兩對輸入端中任意一對上，這將產生另外兩個頻率：輸入頻率的和或差；(B)二個帶通濾波器過濾掉和頻，同時允許差頻通過，然后用零差方法，用數(shù)字相位檢測器或混頻器使相差(或其sin())信息得以解碼；(C)或者，二個帶通濾波器過濾掉差頻，同時允許和頻通過，然后用零差方法，用數(shù)字相位檢測器或混頻器使相和(或其sin())信息得以解碼。
23.根據(jù)權利要求7所述的基于相位的方法，其計算機信號處理和每個定位器的定位，包含下列方法和步驟：(A)系統(tǒng)校正，并初始化圖像狀態(tài)，確定校正系數(shù)，并找出變換的尺度或比例；(B)使用在(0，0)處的相差及校正系數(shù)，確定兩組距離差。
24.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，無論是基于相位還是基于時差，無論是基于相和還是基于相差，無論是基于線性和還是非線性相位依賴，其計算機處理，系統(tǒng)操作和實時控制，包括下列共同的運作和步驟：(A)通過求根方程及曲面插值，確定兩個定位器的位置；(B)根據(jù)儲存的圖像數(shù)據(jù)，找出最靠近頭陣列中對應的那些頭的像素，并檢查其狀態(tài)標識符；(C)如果某像素已經被噴涂，也就是說其狀態(tài)標識符為1，則檢查下一個像素；(D)如果所有的像素已經被噴涂，也就是說所有像素的狀態(tài)標識符為1，任務已完成，停止工作；(E)如果至少有一個像素的狀態(tài)標識符為0，就判斷距對應的頭(x，y)有多遠；(F)如果距離少于或等于設置標準，從圖像文件中獲取的這個像素的顏色數(shù)據(jù)，然后發(fā)送噴涂或讀取的指令，同時將這個像素的狀態(tài)標識符變更為1；(G)如果距離比設置標準大，就檢查下一個狀態(tài)標識符為0的像素；(H)如果沒有滿足設置標準的像素，那么程序會在頭任意移動的同時，等待下一個觸發(fā)，以便有遇見下一個可噴涂像素的機會；(I)(選項)兩個快速響應的驅動器開始動行，來微調頭陣列的位置及方向，以便在沒有可噴涂像素時，提高工作效率；其中，對于相位線性依賴關系并使用了相差的情況下，相差的等高線是一類雙曲線，在相位線性依賴關系并使用了相和的情況下，相和的輪廓曲線是一類橢圓曲線。
25.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，對于有兩個定位器的情況，無論是基于何種方法，其計算機處理，系統(tǒng)操作和實時控制，包括下列共同的運作和步驟：(A)權利要求24中的方法和步驟可以用于兩個定位器的每一個；(B)用從兩個定位器來的相位信息，確定兩個定位器的位置坐標；(C)通過使用內插法確定頭陣列中每個頭的坐標；(D)根據(jù)頭與像素距離小于設置標準與否做如下判斷：如果距離比設置標準小，就從圖像文件中獲取的這個像素的顏色數(shù)據(jù)，然后發(fā)送噴涂或讀取的指令，同時將這個像素的狀態(tài)標識符變更為1；如果沒有滿足設置標準的像素，那么程序會在頭任意移動的同時，等待下一個觸發(fā)，以便有遇見下一個可噴涂像素的機會；如果沒有，(選項)三個快速響應的驅動器開始動行，來微調頭陣列的位置及方向，并計及運動趨勢及慣性，以便在沒有可噴涂像素或可噴涂像素過少時，提高工作效率。
26.根據(jù)權利要求7所述的基于相位的方法，其相位電流處理和相位去折疊的方法包含下列步驟：(A)移相器應這樣調校，使得當輸入的相位差為0時，數(shù)字相位探測器或等效的混頻器輸出為0；(B)為了得到較高分辨率，相位電流的去折疊須特別處理，這就是，對定位器位置狀態(tài)賦予區(qū)域標志符；(C)頭在中心區(qū)域開始移動之前，計算機將定位器位置狀態(tài)初始化為中心區(qū)域標志符；(D)若定位器越過了區(qū)域界線，計算機就即時地改變標志符，相位電流應從探測相位電流跳躍一個數(shù)值；(E)如果使用混頻器，探測相位可從探測相位電流的反正弦函數(shù)得到；其中，相位電流折疊次數(shù)很大時，就相當于基于相對運動的方法。
27.根據(jù)權利要求8所述的基于時差的方法，其計算處理包含下列步驟：(A)計算機從操作單元接收兩個時間差，tA1和tA2；(B)計算機求解距離方程，從而得到兩對根(x，y)；(C)排除增根。
28.根據(jù)權利要求9所述的使用光學圖象探測器的方法，其計算機處理包含下列方法和步驟：(A)初始設定相對運動的參考點；(B)此后每一個觸發(fā)時刻，拍攝圖像以便作圖像相關；(C)圖像采集頻率應該足夠的高，這樣在兩個相鄰的圖片之間，定位器僅移動了幾個像素，即使是以最快的速度移動，特別地，如果頭是從靜止開始，圖片位置變化在一個像素之內；(D)圖像相關定義為(但不限于此)兩幅圖像的共有區(qū)域像素上的光強的均方差(或者差的絕對值)；(E)為加速運動和簡單運動的定位器定位方法；(F)為復雜運動的定位器定位方法；其中，如果頭載體在圖像表面上移動時，由于某種原因突然發(fā)生跳動，就應該把頭放回到圖像區(qū)域中心位置，以變重新初始設定相對運動的參考點。
29.根據(jù)權利要求28(E)所述的為加速運動和簡單運動的定位器之定位，其方法和步驟包含：(A)為當前時刻定義回歸中心；(B)在每一觸發(fā)時刻，第一次求最大用五點回歸，它是當前時刻的實際位置；(C)如果需要或當用五點回歸得到的最大在框架之外，用六點回歸進行第二次求最大；其中，對于五點回歸，用“框架”來代表回歸中心附近四個點所構成的框架，對于下面的六點回歸，“框架”則代表來代表回歸中心附近五個點所構成的框架。
30.根據(jù)權利要求28(F)所述的為復雜運動的定位器之定位，其方法和步驟包含：(A)第一次求最大用五點回歸，第二次及以后各次求最大用六點回歸；(B)當實際位置在框架外時，計算機應重新設置回歸中心；(C)如果舊點恰好在框架某一角或者非?？拷骋唤牵瑸榱斯?jié)約處理時間，計算機就盡量用舊點。
31.根據(jù)權利要求10所述的多普勒效應的方法，其計算機信號處理及定位方法包含下列步驟：(A)當接收器在兩個波場中運動時，多普勒頻率被監(jiān)測到；(B)計算機把兩個超聲波頻率轉換成面向超聲波源的速度及位移；(C)在當前觸發(fā)時刻，頭的相對超聲波源的總位移及頭的位置被確定；(D)頭的坐標(方程的一對根)就被確定。
圖像再生和錄制系統(tǒng)與組件及其定位、處理和控制方法
相關PCT申請該申請請求標題為“圖像再生和錄制系統(tǒng)與組件及其定位、處理和控制方法”的美國專利申請(申請?zhí)枮镹o.60/402,233)的優(yōu)先權，其優(yōu)先日期為2002年8月12日。
技術領域
背景技術
發(fā)明內容
該項發(fā)明的更進一步的目標是提供系統(tǒng)構造和組件，來進行頭(噴頭或錄頭)定位，數(shù)據(jù)處理和頭控制。
這項發(fā)明的第一個方面提供了在任意表面上再生圖像的方法，它是基于儲存在計算機中的圖像數(shù)據(jù)，并通過在表面上任意地移動操作組件(手動、機器人或機載操作)來實現(xiàn)的，這里，這操作組件也就是‘頭載體’?；谶@種方法的系統(tǒng)有取決于定位方法的不同版本。用于圖像再生的定位方法可劃分為兩類：基于波動性的方法和基于相對運動的方法。應用兩種方法的系統(tǒng)包含這些組件：頭載體、噴頭/噴頭陣列、操作單元(OU)、以及一臺用于處理和控制的計算機。除了這些組件，基于波動的方法還包含了通信單元(CU)，而基于相對運動的方法包含了兩個相對運動探測器(MD)。
在基于相對運動的方法中，以下為了敘述方便，操作單元(OU)也被稱為操作模塊(OM)，是為了不與基于波動性的方法中的OU相混淆。系統(tǒng)操作步驟包括：OM執(zhí)行來自計算機命令：從MD中讀取頭的運動信息，并且按時間順序來組織這些信息。然后OM通過多重路徑(并行地)向計算機發(fā)送這些時間序列。計算機處理這些信息來為確定定位器的位置，并進而確定頭陣列中每個頭的坐標。OM執(zhí)行計算機命令來控制頭陣列中頭的行為(噴涂或讀取)。對于錄制系統(tǒng)，OM提取在傳感器陣列中每一個圖像像素點的圖像信息，按時間順序組織這些信息，并且發(fā)送給計算機。而且，作為一種選擇，任何計算機鼠標技術都可被用作MD。
在基于波(動性)的方法中，系統(tǒng)操作步驟包括：操作單元(OU)產生并發(fā)送信號電流給發(fā)射CU。發(fā)射CU發(fā)射、接收CU接收射頻、電磁波、光波或者超聲波信號，他們都是相差信息或時差信息的載體。然后接收CU把這些信息反饋給OU。OU把這些信息進行處理，并轉換成相差或時差數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)傳送給計算機。另一種選擇是應用多普勒效應來檢測接收CU的速度，然后計算機通過對速度進行積分來計算移動距離。
通過使用本發(fā)明的定位方法，計算機來處理這些數(shù)據(jù)，并將處理的數(shù)據(jù)轉換成噴頭/噴頭陣列的位置坐標。根據(jù)位置坐標，計算機在儲存于計算機磁盤上的圖像數(shù)據(jù)文件中搜索距這個位置最近的像素，并獲得這個像素的顏色數(shù)據(jù)，再把這個數(shù)據(jù)傳送給OU或OM。然后OU或OM向頭發(fā)送命令和動力來執(zhí)行任務(噴涂或錄入)。計算機然后記錄圖像再生或錄制的歷史。如果圖像已經在圖像表面產生(噴涂或錄入)，其對應的像素將會被計算機標記，并顯示在計算機屏幕上，以后如果頭再移動回到相同的位置，不會再次產生圖像。
CU(在基于波動的系統(tǒng)中)或MD(在基于相對運動的系統(tǒng)中)也被稱為頭的定位器，簡稱定位器，通常有兩個。第二個CU或MD與第一個CU或MD一起，用來確定噴頭陣列的方向，以便確定在噴頭/錄入器陣列中確定每個頭的位置。
該項發(fā)明的第二個方面提供了從任意表面上錄制圖像的方法?；谶@個方法的系統(tǒng)，在表面上通過任意地移動手動操作或機器人操作或機載操作的組件，將圖像的數(shù)字數(shù)據(jù)從所有圖像表面?zhèn)魉徒o計算機，并貯藏和再生。系統(tǒng)中的所有組件和步驟與圖像再生系統(tǒng)的相同，但是須用圖像錄入器/錄入器陣列來代替噴頭/噴頭陣列。當被觸發(fā)時鐘觸發(fā)時，圖像表面的坐標信息和顏色數(shù)據(jù)值在觸發(fā)時刻被送回計算機。計算機及時地處理這些信息和數(shù)據(jù)或把它們儲存到一個文件中，留待后續(xù)處理用。計算機將坐標信息轉換為坐標值，在觸發(fā)時刻的坐標值可能不是正好在預先規(guī)定的像素格子中的像素上，因此計算機通過使用內插方法，根據(jù)獲得的坐標值和顏色數(shù)據(jù)來計算在預先規(guī)定的像素格子中的所有像素的顏色值。
這項發(fā)明的第三個方面提供組件：運動探測器(又叫頭定位器)和操作模塊，用于基于相對運動的系統(tǒng)中，以確定頭陣列的位置和方向。
這項發(fā)明的第四個方面提供組件：通信單元，用于基于波的系統(tǒng)中，來接受和發(fā)射信號，以確定發(fā)射通信單元和接受通信單元之間的距離，安裝在頭載體上的通信單元也稱作頭定位器。
這項發(fā)明的第五個方面提供組件：操作單元，用于處理來自通信單元的信號，來接受和發(fā)射信號，并把信號轉換成距離相關的數(shù)據(jù)，操作單元把這些數(shù)據(jù)傳送給計算機和傳送顏色數(shù)據(jù)、噴頭動作指令、和動力給頭。
這項發(fā)明的第六個方面提供組件：頭載體或手握的象刷子一類的實體，用于提供靈活的手動操作和機器人操作，使頭在畫面上有固定的高度。
這項發(fā)明的第七個方面，計算機軟件確定頭或頭陣列中的頭的位置，這要根據(jù)來自操作單元或操作模塊的信息，然后把動作指令及與這個位置相應的像素的顏色數(shù)據(jù)送回操作單元或操作模塊。
這項發(fā)明的的最后方面，對應于每個結構、具體裝置、組件和步驟，提供了用于包括硬件信號處理和軟件數(shù)據(jù)處理在內的定位、處理和控制，圖像再生和錄制的理論、概念、思想、和方法。
附圖說明
為更好地了解這項發(fā)明，可以參照下列各圖，并閱讀下面關于這項發(fā)明的詳細說明，其中：圖1是基于該項發(fā)明的、用于圖像再生和錄制系統(tǒng)的某一首選裝置的構造圖。CU(通信單元)位于四個角上，顏料罐位于頭載體上或者置于與頭制造在一起的顏料盒中。
圖2是基于該項發(fā)明的另一個首選系統(tǒng)的裝置及構造圖：(a)地上的顏料罐；(b)在角上的3個CU；(c)在四邊中間位置的4個CU；(d)在底角上的2個CU。
圖3是這項發(fā)明中具有單個頭的頭載體的某一個首選的裝置示意圖。
圖4是這項發(fā)明中具有頭陣列的頭載體的某一個首選裝置示意圖。
圖5是承載著具有噴頭陣列的噴墨盒的頭載體的某一個首選體裝置示意圖。
圖6是發(fā)射CU的首選的裝置示意圖：(a)射頻(RF)發(fā)射天線；(b)單光發(fā)射器；(c)四光發(fā)射器；(d)超聲波發(fā)射器。
圖7是接收CU的首選的具體裝置示意圖：(a)RF接收天線，(b)單光探測器，(c)雙光探測器，(d)四光探測器，(e)角落單光探測器，(f)角處有彎曲的感光層的單光探測器，(g)超聲波探測器。
圖8是相對運動探測器(MD)的一個首選的裝置示意圖。
圖9是這項發(fā)明中某一個基于RF的首選系統(tǒng)的控制與處理示意框圖。
圖10是這項發(fā)明中另一個基于RF的首選系統(tǒng)的控制與處理的示意框圖。
圖11是基于RF的系統(tǒng)的相位處理示意框圖。
圖12是這項發(fā)明中某一個首選的基于調制的系統(tǒng)的控制與處理的示意框圖，有4組波長/頻率。
圖13是這項發(fā)明中另一個首選的基于調制的系統(tǒng)的控制與處理的示意框圖，有2組波長/頻率。
圖14是這項發(fā)明中另一個首選的基于調制的系統(tǒng)的控制與處理的示意框圖，有4組波長/頻率。
圖15是這項發(fā)明中另一個首選的基于調制的系統(tǒng)的控制與處理的示意框圖，有2組波長/頻率。
圖16是這項發(fā)明中使用超聲波方式的某一個首選的基于時間的系統(tǒng)的控制與處理的示意框圖。
圖17是這項發(fā)明中使用超聲波方的另一種首選的基于時間的系統(tǒng)的控制與處理的示意框圖。
圖18是相位差(雙曲線)及相位和(橢圓)的等高線的示意框圖。
圖19是單個頭的定位數(shù)據(jù)處理和控制流程框圖。
圖20是頭陣列的定位數(shù)據(jù)處理和控制的流程框圖。
圖21是數(shù)字相位探測器(DPD)中的電流-相位的折疊關系和在2D相位空間的折疊區(qū)域的示意圖。
圖22是基于相對運動方法的數(shù)據(jù)相關處理.示意圖-相關概念及簡單運動。
圖23是基于相對運動方法的數(shù)據(jù)相關處理.示意圖-復雜運動。
具體實施方式
為了閱讀方便，有必要為一些概念的定義建立一個術語表，如下列出：(1)在“靈活操作”中：“手動操作”是指人的手工操作；“機器人操作”(如‘像蜘蛛人的’)和“機載操作”指的是當操作需要人力所不及的動力或操作環(huán)境不適宜人類操作時，用動力組件來幫助的操作，它不需要用精密機械引導裝置(如：在傳統(tǒng)的打印機或掃描儀中引導打印頭或掃描頭的導軌)定位。
(2)術語“圖像產生”指的是在或從任何平面上再生(打印、繪畫及涂漆、噴涂和沉積)或者錄制(掃描和繪畫作品錄入)圖像或者圖案；(3)詞組“圖像再生或圖像錄制”中的“圖像”一詞有雙重意義：(a)已經存在的，產生于人類藝術或者自然藝術的、預先確定的并將被再生的圖案或某種沉積物，或者預先確定的并將被錄制的圖案或者沉積物：(b)儲存在計算機中的、用掃描儀錄制或者用數(shù)碼相機、數(shù)字攝像機等拍攝的圖像；(4)術語“頭”在該發(fā)明中既可指用于圖像再生的噴頭，也可指用于圖像錄制的錄入頭。有時“頭”也指用于安裝頭的部件；(5)術語“噴頭”是指噴墨、顏料噴頭或者用于物質沉積的其他設備。“噴(spray)”或“噴涂(spraying)”表示物質沉積的任何行為；(6)“錄入器(reader)”在該發(fā)明中指的是從預先確定的圖案或者沉積物中得到圖像信息的任何設備，比如圖像掃描儀或者相機中的圖像傳感器?！白x/錄(read)”或者“讀/錄入(reading)”指錄入器的任何行為；(7)陣列中的“元素”，在定位方法描述和要求權利中，一般指一維陣列的元素。然而，在圖像再生或錄制系統(tǒng)中，它指的是頭陣列中的一個頭；(8)在“圖像再生或圖像錄制系統(tǒng)”的權利要求中，裝在頭載體上的操作單元或操作模塊也被稱為頭定位器；(9)在定位方法的要求權利中的“定位器”是個一般術語，沒必要僅僅用于“圖像再生和錄制系統(tǒng)”中；(10)“光”或者“光子”指的是來自T-射線與X-射線的任何可見或不可見的、連續(xù)或者不連續(xù)的電磁輻射線；(11)“電磁波(EMW)”指的是從530KHZ至1THZ的所有電磁輻射。
(12)“波”指的是所有的電磁波或超聲波；(13)“信息載體”指的是加載信息的射頻(RF)波或者超聲波；而“載波”指的是加載射頻的光波或毫米微波(也就是射頻調制)；(14)“在空間”或者在“在圖像空間”指的是在二維平坦表面或二維曲面上，或者在我們的實際三維空間中；眾所周知，一維(1D)是條線，二維(2D)是平面，而三維(3D)是我們的實際空間；(15)術語“計算機”指的是系統(tǒng)或者實時控制中的可編程設備(也就是廣義化的計算機)；(16)“相位檢測器”指的是混頻器或者數(shù)字相位檢測器；(17)“操作桿”指的是控制頭載體移動的動力裝置，它既可以是手持組件也可以是動力組件。
<系統(tǒng)構造>
[段1]從這里開始描述系統(tǒng)構造，系統(tǒng)操作及組件，以及定位、處理和控制方法，并且在細節(jié)上參考相應的圖。
[段2]圖1用來說明該發(fā)明中基于波動的方法的某一個首選的圖像再生和錄制裝置的構造。通過使用這個方法，可根據(jù)儲存在計算機900中的圖像數(shù)據(jù)，在一個表面上的圖像區(qū)域10內再生圖像；或者通過任意推拉頭載體100(或任何像刷子一樣的手柄)的操作桿102，把圖像區(qū)域10表面上的圖像記錄到計算機900中。表面可以是任何形式的表面，如曲面，球面或平坦表面。頭載體可以是帶有“操作桿”102的手動操作組件，或針對大型應用時，用動力組件來輔助的組件，或當操作環(huán)境不適合人類時，也可以是機器人或者機載操作。
[段3]設置在四個角上的四個通信單元(CU)201～204，作為發(fā)射器/接收器應用于圖像再生，并被標記為A1，A2，B1和B2。設置在頭支撐300上的CU(詳見圖3～7)也分別地作為接收器/發(fā)射器。信息載體可以是射頻(RF)，也可以是RF加載于(調制)T射線至X射線的光波，或是超聲波。若RF直接(即非調制)用作信息載體，因為近場相差的非線性特性，CU必須設置在角上或邊緣上并且適當遠離圖像區(qū)域10的邊界。
[段4]為了方便，我們在這里首先描述這種情況：CU201～204作為發(fā)射器，頭支撐300上的一個CU(頭定位器)作為接收器。操作單元(OU)400產生信號并通過電纜51、52、61、62把信號傳送給CU201～204。電纜51和52是從一個源分離出來的，分路器50到A1?201和A2?202的距離相同，因此它們有相同的時間延遲。對電纜61和62也一樣適用，分路器60到B1?203和B2?204的距離也相同。用CU201～204來發(fā)射。接收器接收帶相位和時間信息的波，并通過電纜20把信息反饋給OU400。操作單元400的硬件處理信息并把信息轉換成相差或時差，然后通過電纜40把這些數(shù)據(jù)傳送給計算機900。根據(jù)這項發(fā)明中的定位理論和公式，計算機把這些相位數(shù)據(jù)轉換為頭支撐300上的頭定位器(詳見圖3，4，5)的位置坐標。根據(jù)頭的位置坐標，計算機900在圖像數(shù)據(jù)文件中搜索距這個位置最近的像素，提取該像素的顏色數(shù)據(jù)，再通過電纜40把這些數(shù)據(jù)傳送給OU400。然后OU400通過電纜30向頭支撐300上的噴頭發(fā)送動作命令和動力。計算機900屏幕上，在對應于圖像區(qū)域10中已經被再生的每一個像素處，會被計算機900標記。如果頭支撐300上的頭以后再移回到同一位置，該位置的圖像不會被再次再生。
[段5]對于圖像錄制，圖像錄入頭或者錄入頭陣列被安裝在頭支撐300上。其定位步驟和上述的圖像再生的定位步驟一樣。由觸發(fā)時鐘觸發(fā)，坐標信息和顏色數(shù)據(jù)在觸發(fā)時刻從圖像區(qū)域10獲得，并通過OU?400反饋給計算機900。計算機900立即處理這些數(shù)據(jù)或把這些數(shù)據(jù)儲存到文件中以待后續(xù)處理。計算機900可以把攜帶坐標信息的信號轉換成坐標。觸發(fā)時刻的坐標可能不是恰好處于預先規(guī)定的像素格子中的像素上。因此，計算機900應用內插方法，根據(jù)得到的坐標和顏色數(shù)值，來計算預先規(guī)定的像素格子上所有像素的顏色標值。
[段6]發(fā)射器和接收器可以置換。CU201～204，A1，A2，B1，B2也可被用作接收器(作為接收CU)，頭支撐300上的CU也可被用作發(fā)射器(作為發(fā)射CU)。下面的章節(jié)會對其進行詳細敘述。
[段7]上述步驟也都適用于下面將要描述的所有首選或可選的系統(tǒng)構造。
[段8]圖2示意的是依據(jù)該發(fā)明的另外一個首選的二維應用的系統(tǒng)構造。顏料罐對大型圖像是必要的，它被放置在頭載體100上(詳見圖3，4，5)。然而對于特大的圖像，顏料罐140，142和144被放置在地上或者一個支撐平臺上。如圖2(a)所示，顏料通過管道130，132和134輸送到頭支撐300上的噴頭中。圖2(b)示意了僅在三個角上使用三個CU的一種選擇，CU?A1?201和CU?B1?203合并到了一起。圖2(c)示意的是在邊界中間使用四個CU201～204的一種選擇，其定位理論和公式是最簡單的。對基于時間的定位方法，其裝置由圖2(d)所示；在此僅使用了底角上的兩個CU：A1?201和CU：A2202。
[段9]對于三維應用，圖1和圖2所描述的所有情況都需在z-軸的任何位置(只要不是距圖像表面太近)再安裝另外一個或兩個CU。z-軸是垂直于二維框架平面(圖像表面)的軸，z-軸也可以是三維框架的一條邊。對上述的所有情況，CU可以完全地或者部分地設置在框架的邊界中間或者角上，顏料罐可以在頭載體100上，也可以在地上。
[段10]用于在操作單元400和頭300之間傳送與相位無關的信號、顏色數(shù)據(jù)和操作命令的電纜可以用無線通信來代替。
[段11]對于基于相對運動的系統(tǒng)，由于采用了光學圖像方法和鼠標技術的方法，不使用CU(201～204)和OU400以及它們之間的電纜。在頭支撐300上與頭定位器裝載在一起的MD和OM取代了CU和OU，并且可以在圖像表面上任意地移動。OM(在圖中沒有顯示)通過一條多路經電纜與計算機900直接相連。計算機900定時地給OM發(fā)送命令。OM執(zhí)行命令從MD讀取定位器的運動信息，并且按時間順序來組織這些信息。然后OM通過電纜經多重路徑把這些時間序列信息并行地發(fā)送給計算機900。計算機為定位器定位處理這些信息并且確定頭陣列中頭的坐標。OM執(zhí)行計算機的命令來控制頭陣列中頭的行為(噴霧或讀入)。一個首選的MD包括一個二維相機圖像傳感器陣列(M×N像素)、兩個鏡頭和一個激光器。對于錄制系統(tǒng)，OM讀取傳感器陣列中每一個像素的圖像信息，并且按時間順序來組織這些信息，然后把它們傳送給計算機900，計算機把這些圖像信息儲存在磁盤上。同樣地，任何計算機鼠標技術都可以運用在MD上。
<組件構造和操作>
頭載體[段12]圖3是這項發(fā)明中某一個首選的、單頭頭載體的實體裝置示意圖。頭載體100的組成部分包括：一個框架110(頭載體的主體，可以是任意形狀)，一個前輪112，兩個后輪114，“操作桿”102，頭臂106和頭支撐300。輪子(112，114)能使頭載體100在圖像區(qū)域10上任意移動，并確保頭382(噴頭或像錄入頭)與圖像區(qū)域10保持一個固定的高度301。“操作桿”102通過一個關節(jié)104和頭載體100連接到一起，并且操作桿102可以繞著關節(jié)104任意旋轉。為了靈活應用于不同的環(huán)境，頭臂106和頭載體100連接在一起，并且可以繞軸105手動旋轉。CU381和頭382裝載在頭支撐300上。在臂的一端，頭臂106支撐著頭支撐300。對于小幅圖像應用，顏料就存放在內置噴頭或顏料盒的容器中。而對于大幅圖像應用，三個(或者四個，如果為色彩質量需要一個額外的黑色罐)顏料罐120(青色)、122(洋紅色)、124(黃色)被安裝在頭載體100上，并隨著頭載體一起移動。顏料通過顏料輸送管道130、132和134從顏料罐(120、122、124)輸送到頭中。而對于巨幅圖像應用，顏料通過顏料輸送管道130、132和134從置地顏料罐140、142、144(圖2(a))輸送到頭中。
[段13]圖4用于說明這項發(fā)明中某一個首選的、帶有頭陣列的頭載體的實體裝置。與圖3中的頭載體的不同之處在于頭支撐300和頭盒385(代替單個頭)。頭裝載盒385上裝有許多的頭，從而行成了一個頭陣列386(噴頭或者錄入頭)。圖像分辨率(IR)是由頭陣列中的頭密度決定的，而陣列中頭的數(shù)量和陣列的長度L1(391)決定了頭的密度。兩個CU(383，384)(也就是兩個頭定位器)安裝在頭支撐300上。支撐的延伸303用來支撐CU384，從而擴大兩個定位器383和384之間的距離L2(392)。運用這個延伸的目的是為了增加頭陣列386中每個頭的定位精度。延伸303可加在頭支撐300兩側的任何一側，視方便而定。頭支撐300可繞軸302手動旋轉360度，從而可以應用于不同的環(huán)境下。
[段14]圖5用于說明這項發(fā)明中另外一個首選的頭載體的實體裝置，該頭載體在制造時就帶一個有噴頭陣列的噴墨盒。與圖4中的頭載體的唯一區(qū)別在于使用了帶有噴頭陣列390的顏色噴墨盒389。
通訊單元[段15]圖6所示為發(fā)射CU(也就是發(fā)射器)的首選的結構，包括：(a)射頻(RF)天線610；(b)單光源630(激光器或LED)；(c)四光源640；(d)超聲發(fā)射機620。
[段16]射頻天線610在基于RF的系統(tǒng)中當作發(fā)射器來使用。最低級別的RF或單級RF的波長與圖像區(qū)域10的尺度應該是相近的。這里給一個例子：100米、30米、3米、10分米和1厘米的尺寸分別對應于RF頻率3MHZ、10MHZ、100MHZ、3GHZ和30GHZ。如果使用電流相位除去折疊的技術(去折疊技術)，單級RF的頻率可以更高些。
[段17]圖像區(qū)域越大，使用的頻率越低。因此RF可以加載到(也就是調制)一些極高的頻率上，如某些毫米級微波波段，在國家頻率分配管理局，這一頻率波段還沒被占用，頻率的使用無須執(zhí)照(在空氣中最高峰吸收的頻率段)，以避免被公用通訊和軍事頻率干擾。下面將敘述的基于光的方法及步驟，都可以應用于這里所述的情況，但除載波的發(fā)生器、載波的發(fā)射器和接收器之外。
[段18]在基于光的系統(tǒng)中，通過調幅或者調頻把RF加載到光波上。發(fā)射器632發(fā)射光波，稱為單光源發(fā)射器。對于二維應用，通過使用一個柱面鏡，而不是球面鏡，把光均勻地分散在角636(可以使用90度和150度之間的任何角度，110度最佳)對應的區(qū)域中。鏡頭和光的方向的設計應使得光在垂直于紙平面的方向上有最小的發(fā)散。如果系統(tǒng)的發(fā)射器裝載在像平面的角上，應使用單光源發(fā)射機630。多光源發(fā)射器640由幾個單發(fā)射器630組成，應用多光源發(fā)射器的系統(tǒng)，發(fā)射器安裝在頭支撐300上。超聲波發(fā)射器應用于基于時間的系統(tǒng)中。對于三維的應用，鏡頭是球形的并且使用六光源的發(fā)射器。
[段19]圖7所示為接收CU(接收器)首選的實體化：(a)RF天線710，(b)單光探測器720，(c)雙光探測器730，(d)四光探測器740，(e)角光探測器750，(f)帶曲面感光底層的角單光探測器760，(g)超聲波探測器770。根據(jù)電磁理論的相對性，以上對RF發(fā)射機描述的也同樣適用于RF接收機710。加載到極高頻率(毫米級微波)上的RF用外差或者零差技術解調。
[段20]對于接收機在頭支撐300上的系統(tǒng)，應使用雙光探測器730(三維應用，使用三光探測器)，或者四光探測器740(三維的應用六光探測器)。它們由單光探測器720組成。后者由光傳感器(光傳感物質)728，波長選擇光濾波器726和錐鏡724組成。錐鏡724把各個方向來的光反射到光濾波器726和光傳感器728。電流信號由傳感器產生并且被發(fā)送到操作單元400。在傳感器中裝有前級放大器。
[段21]對于接收器在圖像平面上并在角上的系統(tǒng)，應用單個角光探測器750，或者使用帶有曲面感光底層的角光探測器760。從不同方向射來的光752被鏡頭754聚焦到光傳感物質728上，以此來增加靈敏度，如圖7(e)，(f)所示。在傳感器前面，也有一個波長選擇光濾波器。
[段22]在系統(tǒng)中，如果使用超聲發(fā)射機620，相應要使用超聲接收機770。
運動探測器和操作模塊[段23]基于相對運動的系統(tǒng)，頭包括一個運動探測器(MD)，一個操作模塊(OM)，一個噴頭/錄入器。MD的首選的組件是光學圖像運動探測器(340)，如圖8所示。MD和噴頭350或者/和一個錄入頭(圖中沒有顯示)裝載在一起。噴頭350中的容器359是墨水或者顏料的緩沖器，從而為噴頭陣列352中的噴頭提供墨水或者顏料。光學圖像運動探測器340的組成部分包括：激光器341，鏡頭342、344和相機像素傳感器陣列346。激光器341安裝在鏡頭342的一個焦點上，因此光被轉換成平行光束并被投射到在圖像區(qū)域10上頭定位器的軌跡所通過的表面。通過鏡頭344，目標(微紋理)的光學圖像343(任何圖樣，平面上分布的粗糙度)顯現(xiàn)在相機像素傳感器陣列346的表面345。光學系統(tǒng)的成像圖348顯示在右側。物體與鏡頭中心344的距離超過了鏡頭344兩倍焦距，物體的圖像345在一到兩倍的焦距之間。小型的OM(圖中沒有顯示)和噴頭/錄入器以及OM裝載在一起。OM執(zhí)行計算機的命令來讀取來自于MD的運動信息，并且按時間順序組織這些信息。然后OM通過多路經把這些按時間順序排列的數(shù)據(jù)并行地傳送給計算機。計算機完成處理后，OM也執(zhí)行計算機的命令來控制頭的行為。
[段24]對于錄制系統(tǒng)，結構是相同的；錄入器陣列取代了噴頭陣列。
<系統(tǒng)操作>
[段25]圖9所示為這項發(fā)明中一個基于射頻的系統(tǒng)控制和處理的過程。RF直接作為信號載體。左邊的虛線框401，右邊的虛線框和上邊的虛線框分別展現(xiàn)了操作單元(OU)400，計算機900和頭300的功能。在系統(tǒng)工作前噪聲探測器411搜索低噪聲射頻信道。根據(jù)信道的選擇412，頻率ω(高頻)和Δω(低頻)就被確定(通過使用這兩個頻率，可以產生四個RF信道ω1，ω2，ω3，ω4)。振蕩器413和414產生這兩個頻率，并且被放大器415和416放大。高頻被分路器417分頻成三個。其中的兩個被送到混頻器419和420，另外的一個送到倍頻器422然后送到開關423(選項)。低頻也被分路器418分成三個部分。其中的一個被直接送到混頻器420，另外的一個經過倍頻器421之后送到混頻器419。第三個送到與相位處理器430相連的開關423。兩個混頻器分別產生了輸入的兩個頻率的和與差。經過濾波器424，四個頻率(ω1，ω2，ω3，ω4)被分離并且被送到前面描述過的發(fā)射天線211～214，它們在A1，A2，B1，B2處。四個RF信道都會被放大器425放大。接收器311接收四個發(fā)射器(411-414)產生的信號。經過帶通放大器426后，放大的四個信號被分路器427分成四個通道。每一個帶通濾波器428允許四個頻率中的一個通過。當開關向下閉合時，相位處理器430將A1和A2或者B1和B2之間的相差進行解碼。或者當開關向上閉合時，相位處理器譯碼A1和A2的相和，以及B1和B2之間的相和。關于相位處理器的更詳細的信息將會在后面隨圖11敘述。相位校準既可以由計算機900的軟件完成，或者在信號傳送到計算機900之前由相位校準器431來完成。這一信號處理的步驟同樣適用于在圖4或圖5中所示的第二個定位器上的接收器。計算機900接收到兩組關于兩個頭定位器(也就是說天線接收器(432，433)和(444，445)的位置的相位信息。
[段26]計算機900根據(jù)這項發(fā)明中的定位理論和公式，來處理數(shù)據(jù)，并轉換兩個定位器的坐標。根據(jù)兩個定位器的坐標，計算機900使用內插方法來計算頭陣列(386，見圖4)中每個頭的坐標。根據(jù)每個頭的坐標，計算機900搜索圖像數(shù)據(jù)中最接近這個位置的像素，并且得到這個像素的顏色數(shù)據(jù)，然后把這些數(shù)據(jù)傳送給控制單元429。然后控制單元429通過顏色電纜306和動力電纜307，給頭308發(fā)送行為命令和動力。
[段27]圖10所示為這項發(fā)明中另一個基于RF的系統(tǒng)的控制和處理過程。不同之處在于發(fā)射機和接收器與圖9中的系統(tǒng)中發(fā)射機和接收器互換。四個射頻信道經組合器434組合之后送往發(fā)射天線321。四個接收天線接收到了信號并把這些信號分別傳給四個帶通濾波器435，每一個帶通濾波器僅允許信號中的某一個頻率通過。然后信道經放大器436放大之后傳送給相位處理器430。
[段28]圖11所示為在基于射頻的系統(tǒng)中，相位處理的一個過程，前兩個頻率傳送給混頻器4301，從而產生另外兩個頻率-輸入頻率的和與差。帶通濾波器4303濾除和頻率。這樣差頻率的信號就攜帶了A1和A2的相位差。然后數(shù)字相位檢測器(DPD)或者混頻器4305通過與來自423的信號進行零差來解碼相差。然后計算機接收相差4315(A2-A1)。對另外兩個頻率也是同樣的過程。輸出的相差4314(B1-B2)被送往計算機。
[段29]圖11(b)所示為在基于射頻的系統(tǒng)中，相位處理的另外一個過程。最大和最小的頻率被送往混頻器4307，這樣也產生和與差兩個頻率。但是帶通濾波器4309濾除的是差頻率而不是和頻率。這樣和頻率的信號攜帶了A1和A2的相位和。然后數(shù)字相位檢測器(DPD)或者混頻器4311通過與來自423的信號進行零差來譯碼相和。然后計算機接收相和4317(A2-A1)。對另外兩個頻率也是同樣的過程。輸出的相和4316(B2-B1)被送往計算機。
[段30]圖12所示為發(fā)明中一個基于調制的系統(tǒng)控制和處理的過程。在這個系統(tǒng)中，RF被用來調制載波。RF波的載波是光波或毫米級微波。對于毫米級微波載波，位于在空氣中峰吸收率的頻率段(比如說60～70GHZ，120～130GHZ或者170～180GHZ)是首選的頻率，但不限于此，只要在國家頻率分配管理局，這一頻率波段還沒被占用，頻率的使用無須執(zhí)照，以避免被公用通訊和軍事頻率干擾。這里用激光作為載波來說明。激光驅動器437給四個激光器(231～234)提供電流以產生四個波長或頻率(Ω1，Ω2，Ω3，Ω4)的激光。激光器的光被同一RF信號(單級頻率ω，或多重RF頻率)調制。RF信號由RF振蕩器413產生并且經放大器415放大。射頻分路器438把射頻信號分成四路，并分別送往每一個激光器(231～234)，以此來調制光強或者光頻。帶有四個光探測器的接收器331把光強轉換為射頻電流(連續(xù)的或者非連續(xù)的均可，這里使用非連續(xù)的作為例子)。每個光探測器有不同的光濾波器(726見圖7)，僅允許四個頻率Ω1，Ω2，Ω3，Ω4中的一個通過。然后電流經四個帶通濾波器439濾波，僅允許射頻頻率ω通過。經放大器440放大后，前兩個信號和后兩個信號的相差，就是433以及432，分別被DPD?441和442，并被送往計算機900。如果在441和442處使用混頻器，在信號被送往計算機900之前，需要使用濾波器443，如果使用相差就濾除高頻，若使用相和就濾除低頻。
[段31]若使用毫米級微波作為載波，除了載波的發(fā)生器，發(fā)射器和接收器外，上面及下面描述的基于光波系統(tǒng)的控制和處理過程也同樣適用。
[段32]如果信息在送往計算機900之前使用混頻器(上面或下面提到的情況)，混頻器的輸出不直接是相差或者相和，而是它們的正弦函數(shù)。因此對于這種情況，計算機軟件把這些信息轉換成相差或者相和。
[段33]圖13所示為另外一個基于光的系統(tǒng)控制和處理過程，但只使用兩個波長。A1和A2處的發(fā)射機243和244發(fā)射相同的波長(或者頻率Ω1)的光，B1和B2處的發(fā)射機241，242發(fā)射另一相同頻率Ω2的光。兩個接收器341中的一個濾除掉第二個光頻率，并且檢測第一個光頻率Ω1(來自于A1和A2)攜帶的信號，然后把兩個檢測到的射頻信號送往帶通濾波器448。經放大器450放大之后兩個信號被混頻器452內部零差化。經低通濾波器458濾波后，混頻器452的輸出為相差的正弦函數(shù)，然后被送往計算機900。另外一個接收器342濾除第一個頻率并把監(jiān)測到的兩個射頻信號(來自于B1和B2，并被頻率Ω2載波)送往射頻帶通濾波器449。虛線框部分(446，454，455，456，457)是當使用相和時才用到。
[段34]圖14所示為使用四個波長的另外一個基于光的系統(tǒng)控制和處理過程。與圖12所描述的系統(tǒng)的不同之處在于，發(fā)射機和接收器被互換了。四光源發(fā)射器341安裝在頭支撐300上。使用四個角接收器241～244。
[段35]圖15是另外一個基于光的系統(tǒng)控制和處理過程的方塊示意圖。這個系統(tǒng)的所有過程都和圖14所示的系統(tǒng)的過程一樣，但只使用兩個頻率或波長。
[段36]圖9～15所描述的為一個基于相位測量的系統(tǒng)，稱為基于相位的系統(tǒng)。系統(tǒng)也可以基于時差的測量，稱為基于時差的系統(tǒng)。對基于時差的系統(tǒng)，其載波通常是超聲波，只要我們以后有足夠快的時鐘，或者應用于巨幅圖像時，也可以使用任何形式的電磁波(光波，RF或者毫米級微波)。圖16和圖17描述的是基于超聲波方法的系統(tǒng)。時鐘475周期性地送給脈沖產生器476命令(脈沖觸發(fā))，于是脈沖產生器476產生具有超聲頻率的脈沖調制電流。電流經放大器477放大后送往發(fā)射器371。超聲波脈沖由發(fā)射器371發(fā)射，并由接收器271和272接收。同時，觸發(fā)器478的觸發(fā)信號經功率放大器477后，來觸發(fā)時間計數(shù)器480和481，當超聲波被送出后，開始時間計數(shù)。當接收器271和272接收到脈沖后，信號立即(電磁波的速度遠大于音速)被放大器482放大，然后被送往觸發(fā)器484和485來停止計數(shù)。然后時間計數(shù)器480和481把時差傳送給計算機900。如圖4所示，超聲頻率濾波器483用來區(qū)分在頭支撐擴展部分上另一發(fā)射機(圖4中的384和圖5中的388)所發(fā)射的脈沖，因為兩個發(fā)射機由不同的超聲頻率驅動。
[段37]圖17所示為使用另一基于時差系統(tǒng)的控制和處理過程，它為基于超聲的方法。和圖16所描述的系統(tǒng)的不同在于，發(fā)射器和接收器被互換了。明確地說就是位于頭支撐300上的是接收CU381而不是發(fā)射CU。兩個超聲波脈沖發(fā)生器488和489用來產生兩個不同頻率的驅動電流。因此，發(fā)射機281和282產生兩個不同頻率的超聲脈沖。來自于接收機381的混頻信號，經放大器498放大之后，被分路器495分成兩路。每一個濾波器496或者947濾除另外一個頻率并且發(fā)送脈沖給觸發(fā)器484和485來停止時間計數(shù)。
[段38]也可以用多普勒效應來探測相對運動。僅使用底角上(如圖2(d)中的A1和A2)的兩個發(fā)射CU(發(fā)射機)和兩個接收CU(位于頭支撐上的接收器)作為兩個定位器。圖17中的發(fā)射機281和282發(fā)射連續(xù)的超聲波或者電磁波，其頻率適當遠離，而不是產生被脈沖調制的超聲波和電磁波。圖17中的接收器381被多普勒頻率探測器代替。當接收器381在兩個波場中移動時，攜帶了兩個合成速度以及兩個方向信息的多普勒頻率就可以被檢測到。其中的一個方向是從一個發(fā)射機A1(281)到接收器381；另外一個方向是從另一個發(fā)射器A2到接收器381。因此當接收器381移動時，兩個方向的角度會實時地改變。多普勒頻率被送往計算機900。計算機900把兩個多普勒頻率轉換成合成速度，并且對合成速度積分來計算接收器(即定位器)的兩個合成位移。然后通過合成位移來確定定位器的相對位置。
[段39]另外一個應用于圖像再生和圖像錄制系統(tǒng)中的定位方法是使用鼠標技術方法來確定定位器的相對位置。
<計算機處理>
[段40]引言—計算機處理程序可分成兩類：使用相差或者相和。在圖像區(qū)域10中，定位器的坐標對相位有兩種依賴關系。對于上述基于調制的系統(tǒng)，坐標與相位的依賴關系是線性的；而對于上述的基于直接射頻的系統(tǒng)來說，由于近場的相位非線性和邊界區(qū)域的失真，依賴關系是非線性的。對于使用相差，并且相位依賴關系為線性的情況，相差的等高線為一雙曲線，如圖18(a)所示。然而對于使用相和，并且相位依賴關系為線性的情況來說，相差的等高線為一橢圓，如圖18(b)所示。對四個CU(A1，A2，B1，B2)，所有雙曲線和橢圓都有相同的焦點，這是不論CU是放置在角上，還是在四邊中間，結論具有一般性。這項發(fā)明為下列情況提供了通用的方法，參考和公式：線性或非線性，相差或相和。這項發(fā)明也為邊界和非線性失真提供了通用的校準方法。計算機的處理都基于這些理論和公式。
[段41]校準和初始化(1)-正如前面所提到的，圖3中的通信單元381，圖4中的通信單元383和384，圖5中的通信單元387和388，也被稱為頭定位器。通常在圖像再生和圖像錄制系統(tǒng)中有兩個定位器。第一個和第二個定位器一起，被用來確定頭陣列的位置及方向，因此頭陣列中每個頭的位置可以通過內插方法來確定。為了方便地理解這項發(fā)明的計算機處理程序，在此我們首先考慮這一情況：使用相差(而不是相和)以及線性(而不是非線性)相位依賴關系，并僅一個定位器。圖19是帶圖解的方塊圖。程序首先初始化，包括校準，和對圖像像素狀態(tài)的標識符初始化。首先核對是否校準-911。如果未校準，把定位器放置在圖像區(qū)域10的中心(0，0)，然后從接收器讀取代表相差(PD)(A1和A2之間，或B1和B2之間)的電壓(或者電流)--912。這時候PD通常不為零。(0，0)處的零PD校準可以由硬件調節(jié)(移相)或者計算機處理來完成。圖9所示為移相器431的一個例子。通過調節(jié)移相器，(0，0)處的PD可以減小到零。如果使用計算機處理，這兩個非零PD被儲存起來-913，為以后處理之用。下一步，將定位器移到畫面角上，再讀出PD-914。當定位器從中心移動到角上時，步驟915計算PD的變化量和兩個距離差(DD)。每個距離差DD定義為兩個距離之差，第一個距離之差定義為rA1-rA2，也就是自頭定位器到一對CU(比如說A1和A2)之間的距離之差，第二個距離被定義為rB1-rB2，也就是從頭定位器到另外一對CU(比如說B1和B2)之間的距離之差。然后校準系數(shù)由DD相對PD變化量的比率決定-916，也就是DD與PD變化量的比例系數(shù)，在操作過程中，用于將PD轉化成DD。初始化的最后一步是通過p(i)＝0(i表示第i個像素)來設置所有的狀態(tài)的標識--917。計算機也計算圖像區(qū)域10和儲存在計算機中的源圖像之間的尺度變換。根據(jù)圖像區(qū)域10的尺寸，計算機將依照尺度變換在計算機屏幕上產生一個框架，并且操作員可以在屏幕上移動框架，直到他最想要再生的部分?？蚣芡獾娜魏蜗袼貭顟B(tài)在最初都被設置為1。然而如果像素處于框架內，則在最初，像素狀態(tài)會被設置為0，在圖像10上，那些與已被再生的圖像相應的像素，狀態(tài)標識符p(i)會從0改變?yōu)?。如果一個像素的狀態(tài)標記為1，當在頭任意移動中回到同一處時，這個像素的圖像也不會被再生。然而對同一像素多次讀取和覆蓋，不會有影響。
[段42]校準和初始化(1)-如果已經校準過了，就會跳過校準的部分(左邊的虛線框內的)，并且等待提取相位信息的命令(一個觸發(fā))-920，相位信息來自于相位處理器，如圖9中的430。使用在(0，0)處的相差PD和校正系數(shù)，就可以確定上述的兩個距離差DD-921。
[段43]計算機處理的通用步驟(1)-步驟922和以下的部分，是適用于下列情況的通用步驟：線性或者非線性相位依賴關系，使用相差或者相和，或者使用時差。步驟922是為了求得方程式的根(這方程式包含了距離差DD)，并輸出定位器的位置坐標(x，y)。本段開頭部分所列出的不同情況，對應于不同的方程式。步驟923從儲存的圖像數(shù)據(jù)924中得到距頭最近的像素的圖像信息。然后檢查這個像素的狀態(tài)標識符-925。如果這個像素已經被噴涂了(P(i)＝1)，就檢查下一個像素。如果所有的像素都被噴涂了(所有的，P(i)＝1)，工作就結束了，然后停止-926。如果至少有一個像素的狀態(tài)標識符P(i)＝0，就判斷這個像素距離頭[位置在(x，y)]有多遠-927。如果這個距離小于或者等于設置標準(首選的為1/20)～1/5個像素)，步驟928就會從圖像文件924中得到這個像素的顏色數(shù)據(jù)，然后發(fā)送命令給噴頭-929。同時步驟928把這個像素的狀態(tài)標識符設為1。如果距離大于這個設置標準，就會檢查狀態(tài)標識符為0的下一個像素。當頭任意地移動時，如果沒有滿足這個條件的像素，系統(tǒng)就會等待下一個觸發(fā)脈沖時的新機會，以便遇上能夠噴涂的像素-930。
[段44]計算機處理的通用步驟(2)-如果沒有滿足上述條件的像素，如右邊的虛線框內所示，提供了可選擇的步驟(932，933，934)，以便提高效率。使用兩個快速響應的驅動器來微調頭的位置。在這個時候，步驟933就在圖像源中搜索距離頭最近的像素。計算機預測頭陣列的位移，并計及頭運動的速度和慣性，以及激勵驅動頭的響應時間，然后發(fā)送命令使頭移動到適當?shù)奈恢?934。
[段45]頭陣列中單個頭的定位-對于使用兩個定位器的情況，上面描述的校準首先應用于兩個定位器中的每一個-圖20中的935和936。在得到兩個定位器的兩組校準系數(shù)之后，圖像源中的圖像像素的狀態(tài)標識符被初始化為0-937。這時計算機從兩個定位器得到相位信息-938，然后通過使用校準系數(shù)，來計算兩個定位器的兩組DD(距離差)-939。使用與上描述一個定位器(單個頭)情況同樣的方法，可以得到兩個定位器的位置坐標(x(1)，y(1)和(x(2)，y(2)-940，并且檢查像素的狀態(tài)標識符-941，942，943。若所有的像素都已經被噴涂/錄入，就停止-944。否則，程序就使用內插方法來得到頭陣列中每個頭的位置坐標-946：x(j)＝x(1)+Dx×(j-1)，y(j)＝y(tǒng)(1)+Dy×(j-1)，Dx＝(x(2)-x(1)/N，Dy＝(y(2)-y(1))/N。這里N是頭陣列中頭的總數(shù)，j?(＝1，2，...，N)代表每一個頭。步驟947在陣列中檢查每個頭---每個頭和每個像素之間的距離是否小于設置標準？如果小于，計算機就會得到這個像素的顏色數(shù)據(jù)并設其狀態(tài)標識符為1-948，然后發(fā)送命令給頭，令其噴涂或者錄入-949。如果沒有這樣的像素或者只有少數(shù)幾個這樣的像素時，就使用虛線框內的備選項步驟951來提高效率。在這種情況下，使用三個快速響應的驅動器來微調頭陣列的位置和方向，以此來使陣列中的每個頭都對準相應的像素。陣列的一端(定位器383(圖4)或者387(圖5)的那一端)安裝了兩個電動機來控制陣列的位置，陣列的另一端安裝了第三個電動機(定位器384(圖4)或者388(圖5)的那一端)來控制陣列的方向。第三個電動機可以驅動頭陣列繞著第一個頭處的軸旋轉。與圖19中的步驟933相似，在這時刻，計算機在圖像源中搜索距離定位器1或者第一個頭(定位器1或者第一個頭有一定的聯(lián)系，但不必完全相同)位置(x(1)，y(1))最近的像素。計算機預測頭陣列的位移以使第一個頭對準這個像素，并計及頭運動的速度和慣性，以及激勵驅動頭的響應時間，然后移動陣列使第一個噴頭對準這個像素。同時，計算機預測陣列旋轉的角度，并計及旋轉的趨勢和慣性，從而使陣列中的每個頭對準相應的像素。然后驅動器按預測的角度旋轉陣列，計算機同時命令頭噴涂。
[段46]通過求方程式的根來反演定位器的位置—對于基于調制的方法，相位與接收器和發(fā)射器之間的距離(r)有一個線性依賴關系。對于給定的兩組探測的相位差(ΔA＝A2相位-A1相位，以及ΔB＝B2相位-B1相位)，或者相和(∑A以及∑B)，定位器的位置坐標(x，y)是方程式(xcosθ1+ysinθ1)2/a12-(-xsinθ1+ycosθ1)2/b12=1]]>和-(xcosθ2+ysinθ2)2/b22+(-xsinθ2+ycosθ2)2/a22=1]]>的根，其中bi=ci2-ai2.]]>當A1，A2，B1，B2在角上時，θ1．是直線A1-A2與水平線的右向之間的角度，θ2＝90-θ1。然而，當A1，A2，B1，B2在邊界中間位置時，θ1＝0，θ2＝0。對于使用相差的方法，c1＝DA2-A1(A1，和A2的距離，以后都為此意)，c2＝DB2-B1，a1=c1-kAΔA，a2＝c2-kBΔB。對于使用相和的方法，c1＝0.5DA2-A1，c2＝0.5DB2-B1，a1＝0.5kA∑A，a2＝0.5kB∑B。對于使用相差的方法，bi是純實數(shù)，并且相差的等高線為一雙曲線，通過檢查兩個相差的符號，可以從四組根中選出正確的根(x，y)。在此給一例子：考慮A1-A2垂直于B1-B2，如圖2(b)和(c)中所示，相位信息(ΔA＜0和ΔB＜0)與根(x＞0，y＞0)相對應；(ΔA＜0和ΔB＞0)←→(x＞0，y＜0)；(ΔA＞0和ΔB＜0)←→(x＜0，y＜0)；以及(ΔA＞0和ΔB＞0)←→(x＜0，y＜0)。然而對于使用相和的方法，bi是一個純虛數(shù)，相和等高線為一個橢圓，并且不能由相位信息，來從四組根中區(qū)分出正確的根(x，y)。在這種情況下，計算機軟件為四個四分之一區(qū)域設胃區(qū)域ID(標識符)(左下＝1，右下＝2，左上＝3，右上＝4)。當定位器開始移動時，操作員通過鍵盤輸入定位器區(qū)域標識符ID。一旦定位器越過區(qū)域邊界，計算機就會改變區(qū)域ID。因此，根據(jù)區(qū)域ID和移動的趨勢可以區(qū)分出確的根(x，y)。
[段47]通過表面擬合來反演定位器的位置—上面的基于調制的方法中，具有相位與距離之間具有線性依賴關系。但是，對于直接射頻系統(tǒng)，無線電頻率(RF)直接作為信號載體(也就是沒有使用調制)。由于是在近場中，相位與接收器和發(fā)射器之間的距離(r)的依賴關系是非線性的：(r)=kr-tan-1[(k2r2-1)/(kr)]，其中k是射頻波的傳播常數(shù)。通過搜尋I(x，y)＝[(rA2)-(rA1)-ΔA]2+[(rB2)-(rB1)-ΔB]2或者I(x，y)＝[(rA2)+(rA1)-∑A]2+[(rB2)+(rB1)-∑B]2的最小值，來確定定位器的坐標。這里(ΔA和ΔB)或者(∑A和ΣB)分別是檢測到的相差或者相和。最小化的第一步，以由線性相位依賴關系(r較大時的)所確定的線性方程的根作為起始點，最小化以后的步驟，開始于定位器前一時刻所處位置。電磁場的邊界條件會給上面的公式中的相位依賴關系引入一個誤差，這個誤差是由環(huán)境決定的，并且是不可預測的。如果誤差很明顯，就要校準。校準的方法是將圖像網格化。定位器移動到網格上的每一個節(jié)點上，然后計算機紀錄這些相差和網格的坐標。然后計算機通過使用數(shù)值方法(比如有限元方法)，運用表面函數(shù)來擬合對應相差的坐標。通過使用這些表面函數(shù)，當定位器在圖像區(qū)域10中任意移動時，計算機都可以根據(jù)相差來確定定位器的坐標。
[段48]相位電流處理(1)--不論是使用數(shù)字相位探測器(DPD)，還是混頻器，安裝在操作單元上的移相器調節(jié)到零相位時，輸出電流都為零，DPD輸出一個在(-2π，2π)區(qū)間正比于相位的線性電流。然而當相位每增加或者減少2π時，曲線就在這個范圍內折疊了，如圖21下面所示?；祛l器輸出的電流正比于相位的正弦函數(shù)。因此單調區(qū)間是(-π/2，π/2)。在這個單調區(qū)間之外，相位每增加或者減少π時，都有另外的單調區(qū)間。如果噪聲足夠的低，兩種情況下僅僅使用中間的區(qū)域。因此，使用DPD時，射頻調制或者射頻載波的波長應該是圖像區(qū)域10的最大尺寸，使用混頻器時，波長應是圖像區(qū)域10的最大尺寸的四倍。因此，使用DPD相對于使用混頻器來說，在同樣的噪聲水平下，信噪比(SNR)要好上四倍，也就是，分辨率是使用混頻器時的四倍。最小值(或者最佳分辨率)是由噪聲水平決定的。
[段49]相位電流處理(2)--如果噪聲不能降低，但要得到較高的分辨率，相位電流去折疊需特別處理，對于使用DPD的情況，如圖21上部所示，相位空間被劃分為(2M-1)2個區(qū)域，作為例子M＝3。這可以提高分辨率M倍。每一個區(qū)域都分配了一個標志符(ID)代碼(ij)(i，j＝1，2，..，2M-1)，(i＝1，2，...)表示B1和B2之間，相差折疊區(qū)域的代碼，(j＝1，2，...)則表示A1和A2之間，相差折疊區(qū)域的代碼。如果定位器越過了邊界并進入了一個新的區(qū)域，計算機軟件就會改變標志符ID號。因此，當定位器在中心區(qū)域開始移動之前，計算機初始化中心區(qū)域的ID，也就是說，如圖21所示的設置ID＝33。然后定位器移動到操作員要開始工作的位置，計算機跟隨著定位器，并且實時地改變ID號。比如說，定位器經過一個路徑移動到區(qū)域51，計算機就跟隨著定位器，最后將ID從開始的33改變?yōu)?1。我們須要區(qū)分相位電流和檢測相位電流。檢測相位電流是DPD的輸出(圖21中底部的實線)。不像相位檢測電流，相位電流是經過去折疊處理后的電流，并且正比于相位(圖21底部的虛線)，而且相位是上述計算機處理要用到的相差。對于非中心的區(qū)域，相位電流相對檢測相位電流應該跳越一個值。如圖21所示，對于區(qū)域34和35，對應于A2-A1相差的相位電流應該分別地從檢測相位電流(955和956)跳到959和960?；蛘邠Q句話說，在區(qū)域34和35，可以從相位電流得到去折疊的相位，而相位電流可以從檢測相位電流分別增加2π和4π得到。若使用一個非常大的M，這個方法也可以運用在后面將要描述的基于相對運動的系統(tǒng)中。
[段50]相位電流處理(3)-對于使用混頻器的情況來說，和使用PDP的步驟差不多，除了區(qū)域尺寸(都為π×π，而不是使用PDP時的2π×2π，2π×4π，4π×2π和4π×4π)以及檢測相位電流對相位是正弦依賴關系(而不是線性依賴關系)。因此，通過反演檢測相位電流中的正弦函數(shù)，來確定檢測相位Δd。相位再由Δd得到，比如說，中心區(qū)域右邊第一個區(qū)域和第二個區(qū)域，相位分別為π-Δd和2π+Δd。
[段5]基于時差方法的計算機處理—對于基于時差的方法(也就是說基于時間測量的方)，計算機從OU400接收到兩個時差tA1和tA2，分別為脈沖從A1和A2處的CU傳播到頭載體上的CU所用的時間，如圖2(d)所示。然后計算機求出方程式(x-xA1)2+(y-yA1)2＝(tA1v)2和(x-xA2)2+(y-yA2)2＝(tA2v)2的根(x，y)。這里v為脈沖傳播的速率。如果坐標系的原點定義在底部邊界的中間，這時yA1＝0，yA2＝0，并且處于圖像區(qū)域10的中垂線上，x＝0，然后就可以排除掉兩組根中y為負值的那組根。保留y為正的那個根，如果tA1＜tA2，x就為負值，若tA1＞tA2，x就為正值。
[段52]基于光學圖像運動檢測方法的計算機處理—對于基于相對運動的方法，頭包括一個運動探測器(MD)和一個操作模塊(OM)。MD的首選的組件是光學圖像運動探測器(340)，如圖8所示。相機傳感陣列346把光強轉換成電信號，然后送往計算機內存進行數(shù)字處理。當初始設定了相對運動的參考點之后，定位器從圖像區(qū)域10中心開始移動。此刻，拍攝一張照片964，即圖22(a)的中框，圖22的中框所示圖片964的位置由其左下角965表示，到下一時刻，圖片移到966。圖像采集頻率應該足夠的高，這樣在兩個相鄰的圖片之間，定位器僅移動了幾個像素，即使是以最快的速度移動。特別地，如果頭是從靜止開始，圖片位置變化在一個像素之內。通過當前觸發(fā)時刻和前一個觸發(fā)時刻的兩幅圖像的相關(眾所周知的兩幅圖像之傅立葉卷積，或誤差函數(shù))，計算機可以確定當前觸發(fā)時刻定位器的相對位置。其中一個例子是假定當前圖像在位置967，誤差函數(shù)定義為兩幅圖像的共有區(qū)域像素上的光強的均方差(或者誤差的絕對值)，然后由誤差函數(shù)的最小值確定相對位置，具體做法如下：設想前一幅圖片964在965處，現(xiàn)在圖片968在此967處，因此，圖像相關越小，假定的圖片就越靠近真實圖片966，位置967(圖22(a))的圖像相關比位置969(圖22(b))圖像相關大。
[段53]頭加速運動—當頭開始運動，或停后重新開始運動，計算機將確定圖片971相對前一圖片972的位置如圖22(c)，但是，計算機不知道沿何方向運動，計算機計算在五個假定點的相關值，然后用曲面去回歸這五個相關值，再找出曲面最大點(或最小點如果曲面是負值)，它應該就是最靠近真實位置971的點。在五個假定點中，有一個點叫作曲面回歸中心972，在當前時刻，他就是前一圖片位置，其他四個假定點在距回歸中心最近的四個角落(圖22(c)空心圓圈)。以后，對于五點回歸，用“框架”來代表回歸中心附近四個點所構成的框架，對于下面的六點回歸，“框架”則代表來代表回歸中心附近五個點所構成的框架。如果幸運，最大點就在框架里(圖22(c))。如果最大點在框架里，但離邊界太近，為了提高精度，需要在曲面低的一邊，再多加一個點973。第一次求最大總是用五點回歸，如果需要，用六點回歸進行第二次求最大。
[段54]頭的簡單運動—如果頭在運動，計算機儲存頭位置的歷史數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)可以確定頭的運動趨勢(速度及加速度)。所以，在下一個時刻的圖片，可預測在974處(用外推法)，如圖22(d)所示，雖然實際圖片在975處。計算機找到與可預測點974最近的像素，并用這個像素作為新的回歸中心，再重復上一節(jié)所述的過程(圖22(c))。如果預測足夠精確(即非復雜運動)，這時刻實際位置(最大點)就應在框架里，因此，上節(jié)所述過程的后一部分可以用到這里(圖22(c))。否則，計算機應完成下述步驟。
[段55]頭的復雜速運動—可用外推法的運動叫作簡單運動，否則叫作復雜運動，復雜運動的預測不夠有效，因此，如圖23所示，此刻圖片的實際位置(也許在A或B)回歸中心977的框架外，回歸中心977距離預測點976最近，這意味著在回歸中心977的框架中沒有最大點，所以，重新設置回歸中心：計算機比較四角處的相關，找出最低的相關值，Vc(即圖23(a)中的點980)，再找出兩個鄰角的相關值，即對點979是V1，對點981是V2。計算機再定義兩個變量：R1＝min{|V1-Vc|/Vc，|V2-Vc|/Vc}和R2＝|V1-V2|/Vc，并設置兩個閾值CR1(如0.5)和CR2(如0.2)，需要優(yōu)化。這里min{}是指取最小。如果R1＞RC1，R2＞RC2和V1＜V2，那么用點983(在圖23(a)中)作為下一個回歸中心；如果R1＞RC1，R2＞RC2和V1＞V2，用點985(圖23(b))作為下一個回歸中心；如果R1＞RC1，R2≤RC2，用點987(圖23(d))作為下一個回歸中心；如果R1≤RC1和V1＜V2，用點988(圖23(c))作為下一個回歸中心；如果R1≤RC1and?V1＞V2，用點989(圖23(c))作為下一個回歸中心。這次不需四點，在新回歸中心附近需加兩個或三個點(空心圓圈)，從六點(而不是五點)進行曲面回歸，這六點包括回歸中心，原來的(舊)點和新加的(新)點.如果用原來的點[980和979對情形(a)，980和981對情形(b)，977，980，979對情形(c)，980，979或981對情形(d)]，點984在情形(a)中或點986在情形(b)中是不必要的。
如果在新框架中，找到了最大點，頭在此刻的實際位置就被確定，否則，計算機應重復這些步驟，直到的位置被確定。
[段56]多普勒效應方法—波的多普勒效應可以用來定位。這里我們以超聲波作為例子。對于基于超聲波多普勒效應的系統(tǒng)，圖17中的信號發(fā)生器488和489產生兩個彼此距離適當遠的頻率震蕩電流，圖17中的發(fā)射機281和282發(fā)射連續(xù)的超聲波。一個多普勒頻率探測器代替了接收機381。當接收機381在兩個超聲波區(qū)域移動時，就可以監(jiān)測到多普勒頻率。計算機把兩個超聲波頻率轉換成面向超聲波源的速度(v1和v2)。然后可以分別通過積分Δr1=∫0ΔTv1dt]]>和Δr2=∫0ΔTv2dt]]>得到頭距離兩個源的位移。ΔT為兩個相鄰觸發(fā)的時間間隔。如果在上一個觸發(fā)時刻，頭相對于兩個源的位置分別為 和，則頭的位移就為Δr→=Δr1Δr→10r10+Δr2Δr→20r20]]>。并且在當前觸發(fā)時刻頭相對于兩個源的位置分別為r→1=r→10+Δr→]]>以及r→2=r→20+Δr→]]>。這時計算機可以求得方程式(x-xA1)2+(y-yA1)2＝r12和(x-xA2)2+(y-yA2)2＝r22的根(x，y)。接下來的步驟就等同于基于時差的系統(tǒng)處理步驟。
[段57]發(fā)生跳動—在基于相對運動的方法中，如果頭載體在圖像表面上移動時，由于某種原因突然發(fā)生跳動，就應該把頭放回到距離這個位置最近的預先設定的參考點處，即圖像區(qū)域10的中心。
[paragraph58]錄制系統(tǒng)—對于錄制系統(tǒng)，其組件和步驟是同樣的，只是噴頭陣列要換成錄頭陣列。
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