[發明專利]運動封閉空間追蹤方法及追蹤系統

有效

• 申請號: 201711437183.3
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108227920B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 來國軍;王峰;朱吉軍;王曉衛;紀雙星;楊而蒙;王召峰;劉寶珠
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍航空兵學院
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06T7/80;G06T7/73;G06K9/46;G06K9/62;G09B9/08
• 代理公司: 北京中企鴻陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11487
• 代理人: 郭鴻雁

1.一種運動封閉空間追蹤方法，其特征在于，包括以下步驟:

步驟S1、獲取虛擬現實設備與定位器的位置關系；

步驟S2、對兩個固定位置的攝像機通過OpenCV庫，采用最小二乘法進行離線標定，獲取標定后的攝像機的內、外參數；

步驟S3、通過兩個攝像機標定后的內、外參數，對靜態的混合現實模擬艙表面的特征點的初始位置進行記錄，并通過立體成像原理和坐標轉換得到模擬艙的初始位姿，建立初始坐標系；

步驟S4、控制混合現實模擬艙運動，兩個攝像機實時拍攝混合現實模擬艙，運動姿態時的特征點，通過預設SURF算法進行動態特征點的提取，然后采用預設KLT算法對提取的特征點進行匹配，實現快速運動產生的較長位移變化后，特征點的跟蹤匹配；

步驟S5、通過跟蹤匹配得到特征點的實時世界坐標，計算出這一時刻特征點相對于初始位置的變化，進而得到這一時刻混合現實模擬艙的位姿關系；

步驟S6、利用得到的混合現實模擬艙的位姿，利用之前獲取的虛擬現實設備和定位器之間的位置關系，通過逆向轉換進行動態修正，并匹配內部虛擬場景與外部真實場景空間感和距離感。

2.根據權利要求1所述的運動封閉空間追蹤方法，其特征在于，所述預設SURF算法是提取攝像機拍攝圖像的高斯差分金字塔中每組的第一層圖像；對所述第一層圖像采取最大類間差分法的自適應閾值分割，獲得二值圖；將所述二值圖作為約束條件進行特征點檢測，使SURF算法檢測只在邊緣區域內部進行。

3.根據權利要求1所述的運動封閉空間追蹤方法，其特征在于，所述預設KLT算法，是在高斯差分金字塔的最高層計算光流，把計算得到的運動估計，作為下一層計算的初始點，經過多次迭代直至最底層。

4.根據權利要求1所述的運動封閉空間追蹤方法，其特征在于，所述混合現實模擬艙表面的特征點，采用圓形黑白對比的顏色的三個圓形組成，三個圓形呈等腰三角形排列。

5.根據權利要求1所述的運動封閉空間追蹤方法，其特征在于，所述混合現實模擬艙設置在六自由度平臺上，用戶通過操作控制手柄，控制六自由度平臺運動，實現混合現實模擬艙在不同方向的運動。

6.一種運動封閉空間追蹤系統，其特征在于，包括虛擬現實設備、兩個固定安裝的攝像機、混合現實模擬艙、圖像采集卡和控制主機；

所述虛擬現實設備，由用戶穿戴，用于展示虛擬場景，并獲取自身與定位器之間的位置關系，并將所述位置關系發送至控制主機；

兩個所述固定安裝的攝像機，用于拍攝混合現實模擬艙表面的特征點，進一步，將拍攝的所述特征點圖像傳輸至圖像采集卡；

所述圖像采集卡用于接收攝像機發送的特征點圖像；并將特征點圖像發送至控制主機；

所述控制主機根據攝像機拍攝的特征點圖像，通過OpenCV庫，采用最小二乘法進行離線標定，獲取標定后的攝像機內、外參數；通過兩個攝像機標定后的內、外參數，對靜態的混合現實模擬艙表面的特征點的初始位置進行記錄，并通過立體成像原理和坐標轉換得到模擬艙的初始位姿，建立初始坐標系；

所述控制主機用于接收用戶操作指令，根據操作指令控制混合現實模擬艙運動，兩個攝像機實時拍攝混合現實模擬艙，運動姿態時的特征點，通過預設SURF算法進行動態特征點的提取，然后采用預設KLT算法對提取的特征點進行匹配，實現快速運動產生的較長位移變化后，特征點的跟蹤匹配；通過跟蹤匹配得到特征點的實時世界坐標，計算出這一時刻特征點相對于初始位置的變化，進而得到這一時刻混合現實模擬艙的位姿關系；

所述控制主機用于接收虛擬現實設備與定位器的位置關系、利用得到的混合現實模擬艙的位姿，利用接收到的虛擬現實設備與定位器的關系，通過逆向轉換進行動態修正，并匹配內部虛擬場景與外部真實場景空間感和距離感；并將匹配后畫面發送至虛擬現實設備展示。

7.根據權利要求6所述的運動封閉空間追蹤系統，其特征在于，所述預設SURF算法是提取攝像機拍攝圖像的高斯差分金字塔中每組的第一層圖像；對所述第一層圖像采取最大類間差分法的自適應閾值分割，獲得二值圖；將所述二值圖作為約束條件進行特征點檢測，使SURF算法檢測只在邊緣區域內部進行。