[發明專利]一種基于激光大空間定位與光慣互補動作捕捉系統及方法

有效

• 申請號: 202011116232.5
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112256125B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 黃婧;雷斌;周傳龍;徐偉;楊光;陳偉偉
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十八研究所
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06T7/246;G01B11/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

1.一種基于激光大空間定位與光慣互補動作捕捉系統，其特征在于，包括：定位基站、定位件和處理單元，并通過藍牙、Wi-Fi和服務器構建局域網；

所述定位基站固定布設于定位空間四角，用于對所述定位空間進行掃描，配合所述定位件實現定位件對捕捉對象的光學定位數據的采集；

所述定位件布置于捕捉對象的身體上，用于采集所述捕捉對象的光學定位數據和慣性動捕數據，并通過所述藍牙向處理單元傳輸捕捉對象的光學定位數據，以及通過所述Wi-Fi向處理單元傳輸捕捉對象的慣性動捕數據，所述光學定位數據即關鍵點位置信息，所述慣性動捕數據即關鍵點角度信息；

所述處理單元，通過藍牙、Wi-Fi實時接收定位件采集并傳輸的所述捕捉對象的光學定位數據和慣性動捕數據，融合解算所述捕捉對象的位姿信息；

所述定位基站的數量大于或等于四臺，布設于所述定位空間的四角；

所述定位基站內置激光發射器，所述定位基站通過激光發射器發射水平與垂直方向的激光，對所述定位空間進行掃描，實現通過所述定位件對定位空間中的捕捉對象的光學定位數據進行采集；所述捕捉對象的光學定位數據，即所述定位件中激光位置追蹤器的位置信息。

2.根據權利要求1所述的一種基于激光大空間定位與光慣互補動作捕捉系統，其特征在于，所述定位件針對每個捕捉對象的配置包括5個激光位置追蹤器、29個慣性傳感器和1個VR頭盔；

所述激光位置追蹤器，分別置于所述捕捉對象的手背、腳背和后背，用于分別定位所述捕捉對象的手部節點、腳部節點和胸部節點所對應的關鍵點位置信息，所述激光位置追蹤器通過藍牙向處理單元傳輸捕捉對象的光學定位數據；

所述慣性傳感器包含微型CPU和信號發射裝置，嵌于所述捕捉對象的動捕服與數據手套中，用于采集所述捕捉對象各個肢體部位的關鍵點角度信息，所述慣性傳感器通過Wi-Fi向處理單元傳輸捕捉對象的慣性動捕數據；

所述VR頭盔置于捕捉對象的頭部，用于定位捕捉對象頭部所對應的關鍵點位置信息，所述VR頭盔通過連接線向處理單元傳輸捕捉對象的光學定位數據。

3.根據權利要求1所述的一種基于激光大空間定位與光慣互補動作捕捉系統，其特征在于，所述處理單元包括背負式計算機，所述背負式計算機設于捕捉對象背部，用于實時接收所述捕捉對象的光學定位數據和慣性動捕數據，融合解算所述捕捉對象的位姿信息。

4.一種基于激光大空間定位與光慣互補動作捕捉方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，部署定位基站，所述定位基站分別固定于定位空間四個頂點，通過內置的激光發射器，從水平和垂直方向發射激光，對所述定位空間進行掃描；

步驟2，將定位件穿戴于捕捉對象的身體上，包括佩戴VR頭盔、激光位置追蹤器、動捕服和數據手套，所述動捕服和數據手套包括內置的慣性傳感器；

步驟3，對所述捕捉對象進行全身姿態校準，包括啟動處理單元內置的客戶端軟件調用校準命令，在所述捕捉對象維持校準姿態三秒后完成校準；

步驟4，通過所述VR頭盔和激光位置追蹤器采集捕捉對象的頭部、胸部、手部、腳部上的重要人體節點的光學定位數據，并通過藍牙將所述光學定位數據對應的坐標信息傳輸至捕捉對象的背負式計算機；通過內置于所述動捕服和數據手套的慣性傳感器，采集所述捕捉對象的手部、腰部和腿部上的重要人體節點的慣性動捕數據，并通過Wi-Fi將所述慣性動捕數據傳輸至捕捉對象的背負式計算機；

步驟5，所述背負式計算機基于激光位置追蹤器、VR頭盔和慣性傳感器采集的重要人體節點的數據，運用反向運動學算法進行解算，獲得所述捕捉對象的其他人體節點的位姿信息。

5.根據權利要求4所述的一種基于激光大空間定位與光慣互補動作捕捉方法，其特征在于，所述步驟1中，所述定位基站的部署方法包括：

在矩形場地上方的四個頂點位置，布置四個或四個以上的定位基站，所述定位基站的安裝高度為2.5米，所述矩形場地的最大邊長小于或等于10米，基于所述四個或四個以上的激光定位基站實現最大面積為100平方米的空間定位；

根據所述矩形場地，利用所述矩形場地內的墻面、三角架和吊頂實現對定位基站的固定。