[發明專利]一種6自由度空間位置和姿態的檢測系統和方法

在審

• 申請號: 201710611047.5
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107270900A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 林焯華
• 申請（專利權）人: 廣州阿路比電子科技有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 孟金喆

技術領域

本發明實施例涉及空間位置與姿態檢測技術領域，尤其涉及一種6自由度空間位置和姿態的檢測系統和方法。

背景技術

近年來，隨著空間位置和姿態檢測技術的發展，該技術越來越廣泛的應用于諸如輔助體育訓練、增強現實、醫療康復輔助、工業設備檢測以及人機交互等技術領域。

現有的空間位置和姿態檢測技術研究，多采用單一傳感器的檢測方式，如慣性傳感器式、電磁傳感器式、光學攝像頭式或激光傳感器式，由于只存在一種檢測方式，因此該類研究往往存在精確度低、檢測空間范圍有限、容易受到遮擋影響或檢測數據有限等問題。此外，也有部分研究采用結合光學攝像頭和其他傳感器的方案，該類研究利用光學攝像頭的低頻信息和其他傳感器的高頻信息，保證最終獲取到的空間位置和姿態數據的準確性，但是，由于該類研究中的光學攝像頭需要安裝在目標物體的周圍，因此，仍然存在易受遮擋影響的問題，并且由于攝像頭固定，極大限制了檢測的范圍，并且移動性和便攜性都比較差。

因此，需要研究一種既能滿足準確檢測空間位置和姿態數據，又能夠避免由于遮擋問題造成的影響，同時還能提高移動性和便攜性的空間位置和姿態檢測系統與方法。

發明內容

本發明提供一種6自由度空間位置和姿態的檢測系統和方法，在提高準確檢測空間位置和姿態數據的同時，避免了由于遮擋問題造成的影響。

第一方面，本發明實施例提供了一種6自由度空間位置和姿態的檢測系統，包括傳感器模塊、圖像采集模塊和處理器，所述傳感器模塊和所述圖像采集模塊均設于被測目標上；所述傳感器模塊和所述圖像采集模塊分別與所述處理器連接；其中：

所述傳感器模塊，用于測量與所述被測目標的位置和姿態相關的傳感數據；

所述圖像采集模塊，用于采集所述被測目標四周的圖像數據；

所述處理器，用于處理所述傳感數據和所述圖像數據獲得6自由度空間位置和姿態數據。

進一步的，所述傳感器模塊，包括加速度計、陀螺儀和磁力計；其中：所述加速度計用于測量所述被測目標的加速度，所述陀螺儀用于測量所述被測目標的角速度，所述磁力計用于測量所述被測目標四周的磁場的分布量；

所述圖像采集模塊，包括至少四個攝像頭。

進一步的，所述檢測系統的四個側面分別包括至少一個所述攝像頭。

進一步的，所述加速度計為三軸加速度計；

所述陀螺儀為三軸陀螺儀；

所述磁力計為三軸磁力計；

所述攝像頭為廣角攝像頭。

進一步的，還包括：

無線傳輸模塊，與所述處理器連接，用于輸出所述6自由度空間位置和姿態數據；和

電源管理模塊，與所述傳感器模塊、所述圖像采集模塊、所述處理器和所述無線傳輸模塊連接，用于對各部分進行電力供應和電力管理。

第二方面，本發明還提供了一種6自由度空間位置和姿態的檢測方法，該方法由第一方面所述的6自由度空間位置和姿態的檢測系統的處理器來執行，包括：

接收原始數據，所述原始數據包括與被測目標的位置和姿態相關的傳感數據和圖像數據；

對所述原始數據進行數據標定、融合或相互補償處理獲得6自由度空間位置和姿態數據。

本發明實施例提供的6自由度空間位置和姿態的檢測系統和方法，通過將傳感器模塊與圖像采集模塊均安裝于被測目標上，隨被測目標的運動而運動，這樣提高了系統的移動性和便攜性；圖像采集模塊位置不固定，增加了其數據采集的范圍；圖像采集模塊采集周圍環境圖像數據而不是采集被測目標本身運動圖像數據，避免了由于被測目標被遮擋而造成圖像數據無法利用的問題；同時，對傳感器模塊采集到的高頻數據和圖像采集模塊采集到的低頻數據進行處理，提高了目標數據的精確度和穩定性，實現了對被測目標的6自由度空間位置和姿態的高精度檢測。

附圖說明

圖1是本發明實施例一中的一種6自由度空間位置和姿態的檢測系統的結構示意圖；

圖2a是本發明實施例二中的一種6自由度空間位置和姿態的檢測系統的結構俯視圖；

圖2b是本發明實施例二中的一種6自由度空間位置和姿態的檢測系統的結構前視圖；

圖3是本發明實施例三中的一種6自由度空間位置和姿態的檢測方法的流程圖；

圖4是本發明實施例四中的一種6自由度空間位置和姿態的檢測方法的流程圖。

具體實施方式