[發明專利]根據一個或更多個慣性傳感器修正取向信息的設備和方法

在審

• 申請號: 201880004990.2
• 申請日: 2018-01-03
• 公開（公告）號: CN110073365A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: C·穆奇勒;T·費格爾
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍夫應用研究促進協會
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 黃綸偉;李輝

本公開涉及基于來自被安裝到對象上的一個或更多個慣性傳感器的慣性傳感器數據來修正取向信息的概念。所提出的概念包括：接收表示所述對象的當前絕對位置的位置數據，基于所述位置數據來確定所述對象的運動方向，以及基于所確定的運動方向來修正所述對象的取向信息。

技術領域

本公開大體上涉及調整經由相對運動傳感器獲得的不準確的位置和/或取向信息。例如，這在虛擬現實(VR)的領域中可能很有用。

背景技術

虛擬現實(VR)推動在包括主題公園、博物館、建筑設計、訓練和仿真的許多應用領域中的創新。例如，它們全部都受益于多用戶交互和大于25m×25m的大規模區域。當今的現有技術的VR系統通常使用基于攝像頭的運動跟蹤。然而，跟蹤準確度隨著攝像頭分辨率和環境大小而降低，并且跟蹤更多的用戶需要更多的攝像頭以避免遮擋。這些系統的成本隨著用戶的數量和跟蹤區域的大小成倍增長。相反，房間規模跟蹤只要幾百美元就可以實現。

從概念上講，代替完全姿勢(位置和取向)僅僅跟蹤每個用戶/對象的單一位置的所謂的非姿勢(NP：No-Pose)跟蹤系統，可以以明顯降低的總成本來與較大的跟蹤區域和較多的用戶一起工作。例如，NP跟蹤系統可以是基于射頻(RF)跟蹤系統。但是存在仍然限制它們的應用性的若干技術障礙。最重要的是，與基于攝像頭的動作捕捉系統(該系統提供完全姿勢)相反，當跟蹤準確度不足時，NP跟蹤系統僅僅提供每個對象的無法組合以得到姿勢的單一位置。因此，對象的取向(例如，諸如，頭部關于用戶的身體的取向)必須單獨估計。

當前的低成本頭戴式顯示器(HMD)單元配備有本都慣性測量單元(IMU)，諸如，可以用于估計對象的取向(例如，頭部取向)的加速度計、陀螺儀和磁力儀。該基于客戶端的處理還可以減少延遲，該延遲是基于攝像頭的姿勢估計系統的嚴重問題。減少VR系統中的延遲可以顯著提高沉浸性。

但是，實際上，由于多種原因，基于IMU的取向估計的準確度是遠遠不夠的。首先，因為磁力儀在許多室內和磁性環境中是不可靠的，所以它們通常提供錯誤的絕對取向。第二，基于相關IMU數據的航位推算導致漂移并且(不久)導致錯誤的取向估計。在導航中，航位推算(dead reckoning)或者航行推算被稱為使用之前確定的位置計算某個對象的當前位置并且隨著時間和過程的過去基于已知的或者估計的速度推進該位置的過程。第三，因為HMD的低成本傳感器提供不可靠的運動方向估計，所以現有技術的取向濾波器發生故障。第四，除了傳感器噪聲之外，旋轉(例如，諸如，頭部旋轉)使得在移動和轉動對象的同時不可能可靠地估計加速度的線性和重力分量。然而，線性加速度分量對于估計運動方向、位移和/或位置而言是必要的。

錯誤的取向估計可以導致真實世界與VR顯示器之間存在嚴重的不匹配。圖1中的上行箭頭示出了頭朝運動方向一直往前走的用戶的視圖。該運動應該穿過中間行(無漂移)中的支柱101、102的中間，該中間行示出了用戶的虛擬視圖。然而，當使用錯誤的頭部取向渲染圖像時，在漂移下(底行示出了45°的航向偏移量)相同的運動導致從右到左的位移。對于用戶，運動方向不適合VR視圖。這可以引起暈動病。

圖2示出了真實對象R與虛擬對象V之間的關系以及真實視向和虛擬視向真實運動方向表示用戶正朝向真實物體R向前一直走。然而，用戶體驗到的是虛擬物體V向右穿過。從真實世界的視角(放置R的地方)，虛擬對象不再與其真實世界副本R匹配，因為它們旋轉了一漂移值。已經發現，當漂移增加時，暈動病也會增加。

因此，需要更好地使基于傳感器的取向或者視向與真實取向或者視向一致。

發明內容

本公開的構思是，在用戶或者對象自然移動(例如，行走和旋轉其頭部)時將位置跟蹤與相關IMU數據組合以實現長期穩定的對象取向。