[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

本發明提供了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，所述系統包括：定位基站、定位件和處理單元；通過藍牙、Wi?Fi和服務器構建局域網；通過定位基站固定于定位空間四角，對定位空間進行掃描，配合定位件實現定位件對捕捉對象的光學定位數據的采集；定位件布置于捕捉對象的身體上，采集捕捉對象的光學定位數據和慣性動捕數據，并通過藍牙傳輸捕捉對象的光學定位數據，通過Wi?Fi傳輸捕捉對象的慣性動捕數據；處理單元通過藍牙、Wi?Fi實時接收定位件采集并傳輸的捕捉對象的光學定位數據和慣性動捕數據，融合解算捕捉對象位姿信息。該系統基于激光大空間定位、光學與慣性互補動作捕捉、IK全身姿態解算等技術，實現大空間多人定位與動作捕捉。

技術領域

本發明涉及空間定位與動作捕捉領域，尤其涉及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。

背景技術

隨著虛擬現實、人機交互、網絡通信等技術高速發展，為滿足軍民領域積極推進虛實結合訓練模式，加速探索安全、高效、貼近真實的訓練解決方案，努力打造環境逼真、沉浸感強、操作直觀的沉浸式虛擬仿真訓練系統，關鍵在于實現大空間內多人精準定位與動作捕捉技術。

現有主流的空間定位及動作捕捉技術包含兩大類：光學定位及動作捕捉(含紅外定位、激光定位等)和慣性動作捕捉，已被廣泛應用于影視動畫、教育培訓、體育運動等領域，軍事領域也正積極探索。對比兩類技術，光學定位及動作捕捉技術精度較高，但存在成本高、受環境影響大、易受遮擋等問題；慣性動作捕捉技術，不易受外界環境干擾，但精度較光學定位低，測量誤差易積累。紅外定位技術、激光定位技術、慣性動作捕捉技術的原理及優缺點具體如下：

紅外定位技術，原理是在不同位置安裝紅外攝像機，攝像機發出紅外光線，并對定位空間進行覆蓋拍攝；空間內的被定位物體，則使用紅外反光材料標記出重要節點，反射紅外攝像機發出的紅外光線，并被紅外攝像機捕捉；之后通過圖像處理算法，計算出各標記的重要節點在三維空間中的位置及相對位置變化。紅外定位技術的優點是精度高、延時低；缺點是設備搭建復雜、場地與人工成本高、標記點易被遮擋導致定位丟失。

激光定位技術，原理是通過一對激光定位基站發射垂直和水平的激光束，對空間進行掃射；空間內的被定位物體上安裝多個激光位置追蹤器，通過計算激光束投射在物體上的角度差，得到物體三維坐標；結合多個激光位置追蹤器的測量結果，可計算出物體的空間位置與運動軌跡。激光定位技術的優點是成本低、精度高且無需復雜數據運算即可達到較強的實時度；缺點是同樣存在遮擋導致定位丟失的問題。

慣性動作捕捉技術，原理是采用三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸磁力計組成的慣性測量單元(IMU)測量傳感器的運動參數。慣性動作捕捉技術的優點是對動作捕獲環境要求較低、連續捕捉穩定性好，操作便捷；缺點是精度較光學定位技術低，易積累誤差。

發明內容

本發明目的是提供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。通過光學與慣性技術優勢互補，解決光學定位易受遮擋導致動作丟失，以及慣性動作捕捉技術誤差積累的問題，實現低成本、抗遮擋、抗干擾、高精度的大空間動作捕捉解決方案。

為實現上述目的，本發明提出以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種基于激光大空間定位與光慣互補動作捕捉系統，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；