[發明專利]一種基于紅外投影標志點的視覺位置跟蹤系統

有效

• 申請號: 201010034471.6
• 申請日: 2010-01-21
• 公開（公告）號: CN101777123A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 王涌天;黃業桃;劉越;翁冬冬
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06K9/60
• 分類號: G06K9/60;G06K9/46
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;高燕燕

技術領域

本發明涉及視覺位置跟蹤技術，尤其涉及一種基于紅外投影標志點的視 覺位置跟蹤系統。

背景技術

增強現實技術是將真實場景與計算機生成的虛擬場景實時融合的一種 應用技術。其關鍵在于能在正確的位置以設定的方式疊加虛擬圖像，實現核 心在于高精度的跟蹤定位技術。

在大范圍增強現實系統中，目標物體是大范圍跟蹤系統的工作對象，用 基于計算機視覺跟蹤的注冊系統中，對指定目標的跟蹤定位就是通過識別標 志點實現的。標志點按制作方式可分為自然標志點和人工標志點。自然標志 點的識別在現有條件下還是比較困難的，所以目前的增強現實應用大多使用 較易實現的人工標志點。

人工標志點可以分為可見與不可見標志點兩大類?？梢姌酥军c是指由黑 白或彩色圖案組成的可識別標志點，將可見標志點置于建筑內表面，圖像采 集設備采集可見標志點的圖像并發送到計算機進行可見標志點的定位和跟 蹤。可見標志點的制作簡單，例如可以采用打印設定的圖案得到，但易受環 境光照等其他因素的影響，且影響虛實融合的沉浸感。不可見標志點最常見 的是指紅外光圖案標志點，通常也是將紅外光圖案標志點置于建筑內表面， 紅外光圖案標志點的圖像在紅外圖像采集設備的CCD(電荷耦合元件， Charge-coupled?Device)上成像，紅外圖像采集設備將成像得到的紅外光圖 案標志點的圖像發送到計算機，由計算機進行紅外光圖案標志點的定位和跟 蹤。紅外標志點發出的光波長一般在800nm以上，人眼不可見，故不影響 人們在可見光范圍的觀測。在室內環境下，紅外發射源不多，且功率一般較 低，因而紅外標志點受到的干擾較小，更容易實現快速跟蹤。

目前常見的紅外標志點有：主動發光式和被動反射式。主動發光式是由 紅外LED(發光二極管)等可控紅外光源主動向外發射紅外光。這類型標志 點的特點是功率高，亮度大，識別較容易，位置穩定。若使用單片機控制紅 外LED的亮滅還可實現標志點的編碼。但是，由于主動發光式標志點電路 較復雜且一般被固定在建筑內表面上，維護不方便，如果出現LED的損壞， 或者想變更標志點圖案都需要更換整個建筑內表面。

被動反射式是指本身不發光，但由特殊材料制成可反射紅外光源。使用 時，需要用紅外光源照射標志點，讓標志點反射出紅外光，以便攝像機捕捉。 反射式標志點從制作到維護都比主動發光式標志點更加簡便。不足是反射材 料會吸收部分光能，使得標志點亮度不及主動發光式標志點；其次，非標志 點物體受到紅外光源照射也會反射部分紅外光，這對標志點來說是一種干 擾。

目前，大范圍室內增強現實系統已經在軍事訓練，娛樂，教育培訓，工 業輔助等多個領域展開應用，因此對新一代的不可見，安裝維護簡單，穩定 性好的紅外標志點提出了新的要求，且這種新一代的紅外標志點需要滿足大 范圍跟蹤注冊的要求。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于紅外投影標志點的視覺位置跟蹤系 統，能夠提供不可見、安裝維護簡單、穩定性好的紅外標志點，且所提供的 紅外標志點能夠大范圍跟蹤注冊的需求。

該紅外投影標志點的視覺位置跟蹤系統，包括：主標志點產生裝置、輔 助標志點產生裝置、紅外圖像采集裝置和計算裝置；

所述主標志點產生裝置由紅外光源、第一菲聶耳透鏡、標志點底片、第 二菲聶耳透鏡、投影鏡頭和滑動導軌組成；

所述紅外光源、第一菲聶耳透鏡、第二菲聶耳透鏡和投影鏡頭依次置于 滑動導軌上；具有預設主標志點圖案的標志點底片置于第一菲聶耳透鏡上； 所述紅外光源發出的紅外光依次通過第一菲聶耳透鏡上的標志點底片、第二 菲聶耳透鏡和投影鏡頭投射到指定區域，形成主標志點圖像；所述標志點底 片上的主標志點圖案不透光或標志點底片上除主標志點圖案的部分不透光；

所述輔助標志點產生裝置包括支撐架和至少4個紅外激光發生器；每個 紅外激光發生器通過一個萬向軸承安裝在所述支撐架上；每個紅外激光發生 器發出的紅外激光投射到所述主標志點圖像周邊的設定位置，形成一個輔助 標志點；

所述紅外圖像采集裝置，采集所述指定區域的紅外光圖像，并發送給所 述計算裝置；

所述計算裝置，根據紅外光圖像中的主標志點圖像和輔助標志點的位 置，計算確定紅外圖像采集裝置的當前位置，利用計算出的位置完成虛實融 合的位置注冊。