[發明專利]實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法

有效

• 申請號: 201711399552.4
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108170297B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 張洋;曹俊;張琦
• 申請（專利權）人: 南京睿悅信息技術有限公司
• 主分類號: G06F3/0346
• 分類號: G06F3/0346;G06T7/80
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 劉暢;徐冬濤

1.一種實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法，它先計算六自由度定位方案，其特征在于六自由度定位方案在t時刻計算出相機的位姿Pose(t)，此時畫面有渲染需求就直接應用Pose(t)；由于六自由度定位方案的復雜性，下一個t+1時刻位姿Pose(t+1)和t時刻隔的時間比較長，當中間畫面又有渲染需求時，將Pose(t)和IMU旋轉矩陣R_IMU進行一次融合，將得到的結果直接應用于渲染，以達到實時渲染的要求；

其中，Pose(t)和IMU的融合結果Pose_IMU(t)^T按照以下公式計算：

Pose_IMU(t)^T＝R_IMU*Pose(t)^T

式中，R_IMU是IMU計算出的旋轉矩陣。

2.根據權利要求1所述的實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法，其特征在于所述六自由度定位方案使用SLAM算法或PTAM算法計算。

3.根據權利要求2所述的實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法，其特征在于SLAM算法計算步驟為：

S101：相機標定，目標在于得到相機的內參矩陣：

其中，fx和fy為相機的焦距，x_o，y_o為主點坐標，s為坐標軸傾斜參數；

S102：定位，相機標定好以后，根據相機拍到的畫面，求解出相機的位姿；

S103：地圖重建，將相機拍到的畫面轉換成點云，并通過點云拼接的方法，將周圍的環境以點云的形式重新表示出來；

S104：回環檢測，矯正相機位姿；

最后得到的相機位姿矩陣Pose(t)如下：

其中，R_3×3是一個屬于SO3群的旋轉矩陣，表示六個自由度中的三個旋轉量；T_3×1是一個列向量，向量的每個元素分別表示相機在三個軸向上的位移。

4.根據權利要求3所述的實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法，其特征在于步驟S101中所述相機標定包括：線性標定法、非線性優化標定法和兩步標定法。

5.根據權利要求3所述的實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法，其特征在于步驟S102中求解相機的位姿的方法為光束平差法。

6.根據權利要求1所述的實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法，其特征在所述IMU旋轉矩陣R_IMU的計算方法為

R_IMU＝αR_gyro+βR_acc+γR_mag

其中，α+β+γ＝1；R_gyro、R_acc、R_mag分別為陀螺儀、加速度計、磁力計計算出的位姿矩陣。

7.根據權利要求6所述的實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法，其特征在于α、β、γ的數值通過EKF算法、線性的KF算法或者Mahony濾波計算。

8.根據權利要求6所述的實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法，其特征在于陀螺儀的校準方式為：在多次采樣中取平均值；或者先在靜止狀態下采集陀螺儀的偏移量，上報數據時去除。

9.根據權利要求6所述的實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法，其特征在于加速度計在靜止狀態下利用重力加速度的方向剔除干擾，過程如下：

A＝(a_x,a_y,a_z)

G＝(g,0,0)

Δ＝A-G

其中A為靜止狀態下加速計數據，G為重力加速度向量，Δ為加速計偏移量，A_t為加速計原始數據，為校準后t時刻的加速計數據。

10.根據權利要求6所述的實時六自由度VR/AR/MR設備定位方法，其特征在于磁力計采用平面校準法或八字校準法進行校準；在含有附加的局部磁場環境下，通過下述方法進行校準：

S201：將設備水平旋轉360度；

S202：找到磁力計水平方向數據的最小輸出X_min,Y_min和最大輸出X_max,Y_max；

S203：第一比例系數X_s＝1；

S204：計算另一個比例系數Y_s

S205：計算偏置補償

X_b＝X_s[1/2(X_max-X_min)-X_max]

Y_b＝Y_s[1/2(Y_max-Y_min)-Y_max]

S206：得到輸出

X_out＝X_in*X_s+X_b

Y_out＝Y_in*Y_s+Y_b

其中，X_outY_out為校準后的磁力計數據，X_inY_in為原始磁力計數據，Z軸在使用此種方法時無需校準。