[發明專利]一種移動端傳感器與外部定位系統的低延遲位姿融合方法

在審

• 申請號: 202010352901.2
• 申請日: 2020-04-29
• 公開（公告）號: CN111580650A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 曹浩;張琦;曹俊
• 申請（專利權）人: 南京睿悅信息技術有限公司
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/14;G06K9/62;G06T15/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 莫英妍;徐冬濤

1.一種移動端傳感器與外部定位系統的低延遲位姿融合方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將若干個信標定位面板貼放在虛擬現實移動端設備的面板上，所述每個信標定位面板上設有3個以上定位信標，定位信標與外部定位系統連接，所述定位信標之間相對垂直布置，測量并記錄定位信標之間的距離；

步驟2：虛擬現實移動端設備輸出傳感器的旋轉數據，外部定位系統輸出定位信標的位移數據；

步驟3：對旋轉數據和位移數據進行校準計算，得到相應的校準位姿矩陣；

步驟4：獲取虛擬現實移動端設備傳感器的最新旋轉數據和定位信標的最新位移數據，結合校準位姿矩陣進行融合計算，輸出融合位姿數據；

步驟5：將融合位姿數據應用到虛擬/增強現實移動端中，對應用場景進行低延遲渲染。

2.根據權利要求1所述的移動端傳感器與外部定位系統的低延遲位姿融合方法，其特征在于，所述步驟3中對旋轉數據和位移數據進行校準具體為：M＝T*R.Inverse，其中，R為旋轉數據矩陣，R.Inverse為R的逆矩陣，T為位移數據矩陣，M為校準位姿矩陣。

3.根據權利要求1所述的移動端傳感器與外部定位系統的低延遲位姿融合方法，其特征在于，所述步驟4中融合計算具體包括：

步驟4-1：根據各定位信標的最新位移數據、各定位信標之間的距離和相對位置關系，計算信標定位面板X軸、Y軸、Z軸的單位方向向量，所述X軸、Y軸、Z軸為外部定位系統定義的坐標系；

步驟4-2：根據X軸、Y軸、Z軸的單位方向向量，采用旋轉角度計算公式計算得到X軸、Y軸、Z軸的旋轉角度，并根據旋轉角度輸出對應的四元數；

步驟4-3：根據各定位信標的最新位移數據和虛擬現實移動端設備傳感器的最新旋轉數據，結合校準位姿矩陣獲得信標定位面板的中心坐標、校準位移數據、校準旋轉矩陣，結合四元數采用融合算法輸出融合位姿數據。

4.根據權利要求3所述的移動端傳感器與外部定位系統的低延遲位姿融合方法，其特征在于，步驟4-2中X軸、Y軸、Z軸旋轉角度的計算公式為：

RX＝Atan2(VZN.y/VZN.z)

RY＝Atan2(VXN.z/VXN.x)

RZ＝Atan2(VYN.x/VYN.y)

其中，Atan2表示反正切，RX為繞X軸旋轉角度，RY為繞Y軸旋轉角度，RZ為繞Z軸旋轉角度，x、y、z分別為向量的坐標值。

5.一種移動端傳感器與外部定位系統的低延遲位姿融合系統，其特征在于，包括虛擬現實移動端設備、外部定位系統、校準模塊和融合算法模塊，虛擬現實移動端設備包括傳感器模塊和渲染模塊，外部定位系統包括若干個定位信標，定位信標固定在信標定位面板上，信標定位面板貼放在虛擬現實移動端設備的面板上，傳感器模塊、定位信標的輸出端均與校準模塊、融合算法模塊連接，校準模塊的輸出端與融合算法模塊相連，融合算法模塊的輸出端與渲染模塊連接；其中：

虛擬現實移動端設備的傳感器模塊用于獲取虛擬現實移動端設備的旋轉數據，并輸出給校準模塊和融合算法模塊；

外部定位系統的定位信標用于獲取虛擬現實移動端設備的位移數據，并輸出給校準模塊和融合算法模塊；

校準模塊用于對旋轉數據和位移數據進行校準計算得到校準位姿矩陣，并輸出給融合算法模塊；

融合算法模塊用于將傳感器的最新旋轉數據和定位信標的最新位移數據結合校準位姿矩陣進行融合計算得到融合位姿數據，輸出給虛擬現實移動端設備的渲染模塊；

虛擬現實移動端設備的渲染模塊用于根據融合位姿數據對應用場景進行低延遲渲染。

6.根據權利要求5所述的移動端傳感器與外部定位系統的低延遲位姿融合系統，其特征在于，所述同一信標定位面板上的定位信標之間相對垂直布置。

7.根據權利要求5所述的移動端傳感器與外部定位系統的低延遲位姿融合系統，其特征在于，融合算法模塊包括依次連接的坐標軸計算模塊、坐標軸旋轉角度計算模塊和位姿數據計算模塊，其中：

坐標軸計算模塊，用于計算信標定位面板X軸、Y軸、Z軸單位方向向量，所述X軸、Y軸、Z軸為外部定位系統定義的坐標系；

坐標軸旋轉角度計算模塊，用于計算信標定位面板X軸、Y軸、Z軸的旋轉角度，并根據旋轉角度輸出對應的四元數；

位姿數據計算模塊，用于根據各定位信標的最新位移數據和虛擬現實移動端設備傳感器的最新旋轉數據，結合校準位姿矩陣獲得信標定位面板的中心坐標、校準位移數據、校準旋轉矩陣，結合四元數采用融合算法輸出融合位姿數據。