[發明專利]一種波導顯示系統單目測距定位的方法

在審

• 申請號: 202010950001.8
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112284331A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 劉明
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所
• 主分類號: G01C3/24
• 分類號: G01C3/24;G01C11/02;G01C11/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種波導顯示系統單目測距定位的方法，針對頭戴式波導顯示系統進行目標測距定位這一重要問題，利用波導顯示系統和單目攝像機兩路光學系統，通過流程優化、圖像跟蹤和目標成像視差檢測實現了對目標距離的定位解算。本發明的優點：本發明在不改變系統設計的前提下,充分利用波導顯示系統和單目攝像機兩路光學系統，通過流程優化、圖像跟蹤和目標成像視差檢測實現了對目標距離的定位解算。對頭戴式波導顯示系統的設計與應用有重要參考價值。

技術領域

本發明屬于光學測量定位技術領域，涉及一種波導顯示系統單目測距定位的方法。

背景技術

隨著人工智能、信息交互技術的發展，增強現實技術在軍事、醫療、建筑、教育、工程、影視、娛樂等領域發揮越來越重要的作用。頭戴式波導顯示系統是增強現實技術應用的典型代表，由波導顯示系統、單目攝像機、位姿測量組件和信息處理終端組成。單目攝像機負責環境圖像采集，位姿測量組件負責位姿測量，信息處理終端對圖像進行分析處理、提取出環境中的有價值目標，波導顯示系統根據位姿參數對目標進行標注和增強顯示，實現虛擬信息與真實場景的疊加統一。

頭戴式波導顯示系統具有結構簡單、分辨率高、沒有視覺偏差等優點，但是其功能受到體積和重量的限制。本發明“一種波導顯示系統單目測距定位的方法”利用波導顯示系統和單目攝像機兩路光學系統，在不改變系統設計的前提下通過流程優化、圖像跟蹤和目標成像視差檢測實現了對目標距離的定位解算。

目前常用的目標測距方法包括激光測距和雙目測距等。激光測距是一種主動測距方法，具有準確性高、方向性強的優點，但存在硬件成本、體積、重量和功耗等諸多局限性；雙目測距是一種被動測距方法，其利用兩個攝像機的成像視差進行目標測距解算，其硬件成本低，但需要對兩個攝像機進行雙目標定和雙目圖像匹配。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種波導顯示系統單目測距定位的方法，借鑒了雙目測距原理，利用波導顯示系統和單目攝像機兩路光學系統，在不改變系統設計的前提下通過流程優化、圖像跟蹤和目標成像視差檢測實現了對目標距離的定位解算。對頭戴式波導顯示系統的設計與應用有重要參考價值。

技術方案

一種波導顯示系統單目測距定位的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：對波導顯示系統和單目攝像機進行光軸校準和參數標定，消除波導顯示系統的顯示偏差和單目攝像機的圖像畸變，確保兩路光學系統光軸方向保持一致；

步驟2：進行目標測距定位時，先將波導顯示畫面切換到攝像機畫面，移動測量裝置將待測量目標移動到跟蹤框內，啟動目標跟蹤檢測功能，運行圖像跟蹤檢測算法對目標進行跟蹤，實時解算目標的圖像坐標(x_cam,y_cam)；

步驟3：將波導顯示功能切換至目標距離測量功能，移動測量裝置將待測量目標移入距離測量框內；根據頭戴式波導顯示系統目標測距原理由三角形相似原理推導出的目標距離l為：

基線距離B表示攝像機與波導顯示系統的投影中心連線的距離，f表示攝像機的焦距，x_cam表示目標在攝像機像平面上與中心主點的像素距離；

步驟4：由于波導顯示屏上中心瞄準線的方向與位姿相關，得到目標的空間坐標為：

公式中，表示瞄準線的單位方向矢量，由方位俯仰滾轉三姿態角(α,β,γ)來表示，[x_wave y_wave z_wave]^T表示波導顯示系統的三維空間坐標。

有益效果