[發(fā)明專利]一種光慣融合定位方法、設(shè)備及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810577044.9
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108981690A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭*;黃永鑫;張瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京輕威科技有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S5/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種光慣融合定位方法、設(shè)備及系統(tǒng)。具體地，在任意空間內(nèi)，根據(jù)空間實際需求布設(shè)相機(jī)。目標(biāo)物表面綁定光慣融合組件，光慣融合組件表面附著可主動發(fā)紅外光或者可以反射紅外光的標(biāo)識點，并內(nèi)置慣性傳感器。系統(tǒng)同步組件分別以有線和無線的方式向相機(jī)及光慣融合組件發(fā)射同步信號，實現(xiàn)系統(tǒng)同步機(jī)制。基于同步機(jī)制，相機(jī)實時獲取定位空間的光學(xué)數(shù)據(jù)，通過慣性傳感器獲取目標(biāo)物的慣性數(shù)據(jù)。光學(xué)數(shù)據(jù)通過有線的方式上傳至服務(wù)器，進(jìn)行初步解算，并將結(jié)果通過無線的傳輸方式傳至計算單元；同時，慣性數(shù)據(jù)通過有線或者無線的傳輸方式上傳至計算單元。計算單元通過光慣融合算法融合光學(xué)與慣性數(shù)據(jù)，從而解算出光慣融合組件的實時位姿信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間定位領(lǐng)域，具體是一種光慣融合定位方法、設(shè)備及系統(tǒng)

背景技術(shù)

本發(fā)明專利提到的空間定位技術(shù)是指室內(nèi)空間定位技術(shù)。室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)位置定位，主要采用無線通訊、基站定位、慣性定位等多種技術(shù)集成形成一套室內(nèi)位置定位體系，從而實現(xiàn)人員、物體等在室內(nèi)空間中的位置跟蹤。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)蓬勃發(fā)展，已經(jīng)在各個領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響，如：教育、房地產(chǎn)、購物、電商、娛樂等。室內(nèi)定位技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實的一種交互方式，使用戶可以獲得完全的沉浸感。目前VR行業(yè)應(yīng)用的空間定位技術(shù)有慣性定位技術(shù)、激光定位技術(shù)UWB定位技術(shù)和光學(xué)定位技術(shù)等。

慣性定位技術(shù)采用三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸磁力計組成的慣性測量單元(IMU，Inertial Measurement Unit)來測量傳感器的運動參數(shù)。而由IMU所測得的傳感器運動參數(shù)有嚴(yán)重噪聲干擾，且存在明顯的零偏和漂移，使得慣性式動作捕捉系統(tǒng)無法長時間地對人體姿態(tài)進(jìn)行精確的跟蹤。

光學(xué)定位技術(shù)是利用攝像機(jī)拍攝目標(biāo)物體，根據(jù)得到的目標(biāo)圖像及攝像機(jī)自身的位置信息推算出目標(biāo)物體的位姿信息。遮擋問題一直是光學(xué)定位系統(tǒng)最常見的工作失效原因之一。光學(xué)定位系統(tǒng)需要至少兩個攝像頭同時拍到同一標(biāo)記點方可實現(xiàn)該標(biāo)記點的定位，而當(dāng)紅外光線被用戶或物體遮擋時，空間點三維重構(gòu)就會由于缺少必要的二維圖像中的特征點間對應(yīng)信息，導(dǎo)致定位跟蹤失敗。然而每一標(biāo)識點在定位空間任意位置任一時刻必須有兩個以上的攝像頭覆蓋是非常高的要求，特別是在多人VR交互場景下，遮擋會頻繁發(fā)生，造成運動估計不連續(xù)的現(xiàn)象。此外，光學(xué)定位技術(shù)存在幀率較低的問題。

因此，如何在大空間運動場景下，以高幀率對定位空間的標(biāo)識點進(jìn)行平滑而精確的位姿跟蹤是急需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的就在于為解決上述問題而提供一種光慣融合定位方法、設(shè)備及系統(tǒng)，從而實現(xiàn)超高精度，超低延時，超強(qiáng)魯棒性，低成本，超高沉浸感的大空間虛擬現(xiàn)實空間定位。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種光慣融合定位方法，通過該種光慣融合定位方法實現(xiàn)上述目的：

一種主動光學(xué)定位方法，具體包括：基于定位空間中的多臺相機(jī)以及目標(biāo)物綁定的光慣融合組件中的慣性傳感器分別獲取目標(biāo)物的光學(xué)數(shù)據(jù)和慣性數(shù)據(jù)，通過光慣融合算法，解算出目標(biāo)物的實時位姿信息。具體地，所述定位空間內(nèi)設(shè)有至少兩臺相機(jī)，不同的相機(jī)在所述定位空間內(nèi)的位置不同，不斷獲取定位空間中的光學(xué)數(shù)據(jù)并上傳至服務(wù)器。服務(wù)器對光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步解算，并將解算結(jié)果傳至計算單元。與此同時，所述光慣融合組件中的慣性傳感器可以不斷獲取光慣融合組件的慣性數(shù)據(jù)并上傳至計算單元。系統(tǒng)基于無線傳輸方式實現(xiàn)光慣融合組件的同步，基于有線傳輸方式實現(xiàn)相機(jī)的同步。在所述同步機(jī)制下，計算單元基于某種卡爾曼濾波器(例如擴(kuò)展卡爾曼濾波器(UKF)，無跡卡爾曼濾波器(EKF)、平方根容積卡爾曼濾波(SCKF))對所述光學(xué)數(shù)據(jù)和慣性數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，解算出目標(biāo)物在當(dāng)前時刻的位姿信息。

具體而言：