[發明專利]一種多目標光學跟蹤方法

有效

• 申請號: 201710024939.5
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106908764B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 翁冬冬;李冬;楊奕
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16;G06T7/20
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;李愛英

本發明提供一種高精度、低成本的光學跟蹤方法，利用接收器計算接收到掃描信號的時間從而獲取接收器在發射器中的圖像坐標，并對所有可能的圖像坐標對應關系進行檢驗，從中找出唯一正確的接收器圖像坐標與各發射器的對應關系，繼而實現了接收器空間坐標的解算；本發明從技術原理上解決了使用多發射器時的數據刷新率下降問題，可以級聯使用任意數量的發射器而不降低跟蹤數據刷新率。

技術領域

本發明屬于跟蹤定位領域，尤其涉及一種多目標光學跟蹤方法。

背景技術

在當今的跟蹤定位領域中，Vicon和HTC VIVE是較為常用的技術。Vicon使用高幀率、高分辨率的攝像機作為信號捕捉設備，使用紅外反光球作為被跟蹤標記物，若反光球被多個攝像機拍攝到，即可通過計算機視覺方法計算其空間位置。Vicon系統的跟蹤精度和刷新率與使用的跟蹤攝像機的性能相關，例如其V16攝像機分辨率達到1600萬像素而幀率到達120Hz。由于高性能攝像機的制造難度很大且需要后續數據處理設備，這導致Vicon系統的成本高昂，只能在專業領域使用而不能獲得廣泛普及。

HTC VIVE使用與本發明類似的技術原理，其硬件系統同樣由發射器和接收器構成。該方案硬件系統較為簡單，成本低廉，已經投入市場。如圖3所示，HTC VIVE在跟蹤時需要發射器先發出一幀同步掃描信號，然后再依次對水平和垂直方向進行掃描。當多個發射器級聯使用時，為了避免信號干擾，同一時間段內只能讓一個發射器工作，必須由控制器分配工作時間，以保證同一時間段內只有一個發射器對跟蹤區域進行掃描。這導致該系統在多發射器級聯使用時的刷新率成倍下降。由于跟蹤區域越大，需要的發射器越多，因此為了保證足夠的跟蹤數據刷新率，目前的HTC VIVE系統只使用兩個發射器，而其跟蹤區域也被限制在5mx5m的空間內。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種高精度、低成本的光學跟蹤方法，可允許所有發射器同時工作，保證了多發射器級聯使用時跟蹤數據刷新率不下降，可以通過多發射器級聯擴展跟蹤區域的大小。

一種多目標光學跟蹤方法，包括以下步驟：

步驟1：接收器分別記錄各個發射器在水平X方向上發出的掃描信號與起始信號的時間差，以及各個發射器在垂直Y方向上發出的掃描信號與起始信號的時間差；

步驟2：利用步驟1的時間差計算接收器相對于m個發射器的所有圖像坐標u_i和v_i，其中u_i為接收器相對于第i個發射器的水平X方向上的圖像坐標，v_i為接收器相對于第i個發射器的垂直Y方向上的圖像坐標，i＝1,2,3,...,m；

步驟3：將m個水平X方向上的圖像坐標u_i構成集合{u_i}，m個水平Y方向上的圖像坐標v_i構成集合{v_i}，從集合{u_i}和集合{v_i}中分別任選一個圖像坐標u_i和v_i進行排列組合，得到接收器在一個周期內相對于m個發射器所有可能的圖像坐標的組合總數S；

步驟4：從S種組合中任意選一組圖像坐標，將該組中接收器對應各個發射器的估計圖像坐標記為x_j，其中j＝1,2,3,...,S，表示第j種圖像坐標組合；

步驟5：根據估計圖像坐標x_j，利用超定線性投影方程計算接收器在第j組圖像坐標組合下的理論空間三維坐標X_w：

步驟6：將接收器理論空間三維坐標X_w作為已知量代入超定線性投影方程，計算在第j種圖像坐標組合情況下，接收器在m個發射器中對應的理論圖像坐標x_j'；