一种动作捕捉系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种动作捕捉系统及方法。包括：定位基站和被追踪设备，定位基站包括第一射频收发器和至少三个超声波发射器；被追踪设备包括第二射频收发器和至少一个超声波传感器；定位基站发射数据信号和超声波信号至被追踪设备，被追踪设备处理数据后得到每个超声波传感器相对于定位基站的空间位置，结合所有超声波传感器在被追踪设备上的分布信息确定被追踪设备相对于定位基站的空间位置和姿态。通过实施本发明专利技术，仅需要一个基站即可完成空间定位，不需要任何图像识别算法，所获取的仅仅是时间参数；且具有计算速度快、响应延时低、功耗低、空间位置追踪精度高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及人机交互领域，更具体地说，涉及一种动作捕捉系统及方法。
技术介绍
虚拟现实(VR)等技术近年来因为各方面技术渐渐成熟以后形成新产品的热点领域。因为这些技术可以给人带来更多维度的感官体验，因此这些领域里的人机交互也是当前业界研究和开发的热点。在这个领域内最重要的技术就是动作捕捉技术，通过该技术获取头戴显示器和人机交互装置的空间位置和空间姿态才能实现接近真实的VR体验。现有技术的技术方案：方案一：参考附图1，HTCVIVE的Lighthouse技术利用了机械旋转的X,Y轴线扫激光来扫描玩家的活动空间，头盔以及控制器安装有数量非常多的光敏器件，通过测量扫描的时间差来重建头盔和控制器的空间位置和姿态。方案二：参考附图2，Oculus的主动式光学定位技术，利用头戴显示器的结构上设置的LED以特定的亮度分布和点亮顺序，利用图像识别重建头盔的三维位置，同时头戴显示器内还设置有姿态检测装置来进行追踪辅助。方案三：参考附图3，SONY公司的PlayStationMove采用的是双目相机拍摄不同颜色的光球来进行控制器的追踪。现有技术的缺点：Lighthouse需要高速旋转的机械部件，会产生较大的机械振动，会导致定位数据抖动，而且因为机械磨损寿命会有问题。另一方面，为了得到全向的定位需要两个基站联合定位，成本高，调试麻烦，对安装环境有要求。Oculus的主动光学定位依赖摄像头的帧率，需要在不同的帧识别红外LED的状态，因此可以追踪的点数非常有限。SONY的双目光球系统追踪范围小，响应慢，用户体验不佳。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在缺陷，本专利技术提供一种动作捕捉系统及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种动作捕捉系统，所述系统包括：定位基站和被追踪设备，其中，所述定位基站包括第一射频收发器和至少三个超声波发射器；所述被追踪设备包括第二射频收发器和至少一个超声波传感器；所述定位基站发射数据信号和超声波信号至所述被追踪设备，所述被追踪设备接收并处理所述数据信号和超声波信号，得到每个所述超声波传感器相对于所述定位基站的空间位置，结合所有所述超声波传感器在所述被追踪设备上的分布信息确定所述被追踪设备相对于所述定位基站的空间位置和姿态。进一步，在本专利技术所述的动作捕捉系统中，所述定位基站还包括：用于控制所述定位基站内所述第一射频收发器发送数据信号和所述超声波发射器发射超声波信号的第一微处理器；与所述第一微处理器连接、用于驱动所述超声波发射器发射超声波信号的驱动电路；所述第一射频收发器连接所述第一微处理器；所述超声波发射器通过所述驱动电路连接至所述第一微处理器。进一步，在本专利技术所述的动作捕捉系统中，所述定位基站还包括：定位基站卫星A、定位基站卫星B、定位基站卫星C，第一射频收发器包括：射频收发器A、射频收发器B、射频收发器C；在所述定位基站卫星A中，超声波发射器A通过驱动电路A连接处理器A；所述射频收发器A连接所述处理器A；在所述定位基站卫星B中，超声波发射器B通过驱动电路B连接处理器B；所述射频收发器B连接所述处理器B；在所述定位基站卫星C中，超声波发射器C通过驱动电路C连接处理器C；所述射频收发器C连接所述处理器C。进一步，在本专利技术所述的动作捕捉系统中，所述被追踪设备还包括：与所述被追踪设备的主系统连接、用于接收并处理所述数据信号和超声波信号的第二微处理器；所述第二微处理器有多个外部中断，其中一个所述外部中断连接所述第二射频收发器，其余所述外部中断分别通过放大调理电路连接所述超声波传感器。进一步，在本专利技术所述的动作捕捉系统中，所述被追踪设备还包括：与所述被追踪设备主系统连接、用于接收并处理所述数据信号和超声波信号的第三微处理器；所述第三微处理器有多个外部中断，其中一个所述外部中断连接所述第二射频收发器，其余所述外部中断通过频率分离器连接所述超声波传感器。进一步，在本专利技术所述的动作捕捉系统中，所述频率分离器包括：用于将接收到的所述超声波信号进行放大的放大电路、用于选取预设频率声波的带通滤波器、用于将超声波信号转化为数字信号的比较器；所述超声波传感器通过所述放大电路连接所述带通滤波器，所述带通滤波器将选择的超声波信号传输至所述比较器，所述比较器连接对应的所述外部中断；或所述频率分离器包括：用于将接收到的所述超声波信号进行放大的放大电路、用于选取预设频率声波的模拟锁相环、用于为所述模拟锁相环提供参考频率的参考频率源；所述超声波传感器通过所述放大电路连接所述模拟锁相环，所述模拟锁相环连接所述参考频率源，所述模拟锁相环连接对应的所述外部中断。另，本专利技术还公开一种动作捕捉方法，包括：步骤一：定位基站通过第一射频收发器发送数据信号，并在发送数据信号延后第一预设时间后通过超声波发射器发送超声波信号；步骤二：被追踪设备通过第二射频收发器接收所述数字信号，所述被追踪设备通过超声波传感器接收所述超声波信号；步骤三：所述被追踪设备根据所述超声波信号到达所述超声波传感器的时间得到每个所述超声波发射器与所述超声波传感器之间的距离；步骤四：根据每个所述超声波发射器与所述超声波传感器之间的距离，解算出每个所述超声波传感器相对于所述定位基站的空间位置；步骤五：根据每个所述超声波传感器相对于所述定位基站的空间位置和所述超声波传感器在所述被追踪设备上的分布信息，得到所述被追踪设备相对于所述定位基站的空间位置和姿态。优选地，在本专利技术所述的动作捕捉系统中，所述步骤一包括：所述第一射频收发器在每个周期内以第一时间间隔为间隔向所述被追踪设备多次广播所述数据信号，所述数据信号内包含所述超声波发射器的预设顺序信息；所述超声波发射器按照所述预设顺序信息依次在所述第一射频收发器每次发送所述数据信号延后第一预设时间后发送所述超声波信号；所述步骤三包括：所述被追踪设备以所述第二射频收发器接收到所述数据信号为计时起点，以所述超声波传感器接收到所述超声波信号为计时终点，去除偏置时间后得到每个所述超声波信号到达所述超声波传感器的时间。优选地，在本专利技术所述的动作捕捉系统中，所述步骤一包括：所述第一射频收发器在每个周期开始时广播所述数据信号，所述超声波发射器按照预设顺序并以第二时间间隔为间隔依次发射所述超声波信号；所述步骤三包括：所述被追踪设备以所述第二射频收发器接收到所述数据信号为计时起点，以所述超声波传感器接收到所述超声波信号为计时终点，去除对应倍数的所述第二时间间隔得到每个所述超声波信号到达所述超声波传感器的时间。优选地，在本专利技术所述的动作捕捉系统中，所述步骤一包括：所述第一射频收发器在每个周期开始时广播所述数据信号，每个所述超声波发射器发射不同频率的所述超声波信号；所述步骤三包括：所述被追踪设备以所述第二射频收发器接收到所述数据信号为计时起点，以频率分离器输出不同频率的所述超声波信号为计时终点，去除偏置时间后得到每个所述超声波信号到达所述超声波传感器的时间。实施本专利技术的一种动作捕捉系统及方法，具有以下有益效果：该系统包括：定位基站和被追踪设备，其中，定位基站包括第一射频收发器和至少三个超声波发射器；被追踪设备包括第二射频收发器和至少一个超声波传感器；定位基站发射数据信号和超声波信号至被追踪设备，被追踪设备接收并处理数据信号和超声波信号，得到每个超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动作捕捉系统，其特征在于，所述系统包括：定位基站和被追踪设备，其中，所述定位基站包括第一射频收发器和至少三个超声波发射器；所述被追踪设备包括第二射频收发器和至少一个超声波传感器；所述定位基站发射数据信号和超声波信号至所述被追踪设备，所述被追踪设备接收并处理所述数据信号和超声波信号，得到每个所述超声波传感器相对于所述定位基站的空间位置，结合所有所述超声波传感器在所述被追踪设备上的分布信息确定所述被追踪设备相对于所述定位基站的空间位置和姿态。

【技术特征摘要】
1.一种动作捕捉系统，其特征在于，所述系统包括：定位基站和被追踪设备，其中，所述定位基站包括第一射频收发器和至少三个超声波发射器；所述被追踪设备包括第二射频收发器和至少一个超声波传感器；所述定位基站发射数据信号和超声波信号至所述被追踪设备，所述被追踪设备接收并处理所述数据信号和超声波信号，得到每个所述超声波传感器相对于所述定位基站的空间位置，结合所有所述超声波传感器在所述被追踪设备上的分布信息确定所述被追踪设备相对于所述定位基站的空间位置和姿态。2.根据权利要求1所述的动作捕捉系统，其特征在于，所述定位基站还包括：用于控制所述定位基站内所述第一射频收发器发送数据信号和所述超声波发射器发射超声波信号的第一微处理器；与所述第一微处理器连接、用于驱动所述超声波发射器发射超声波信号的驱动电路；所述第一射频收发器连接所述第一微处理器；所述超声波发射器通过所述驱动电路连接至所述第一微处理器。3.根据权利要求1所述的动作捕捉系统，其特征在于，所述定位基站还包括：定位基站卫星A、定位基站卫星B、定位基站卫星C，第一射频收发器包括：射频收发器A、射频收发器B、射频收发器C；在所述定位基站卫星A中，超声波发射器A通过驱动电路A连接处理器A；所述射频收发器A连接所述处理器A；在所述定位基站卫星B中，超声波发射器B通过驱动电路B连接处理器B；所述射频收发器B连接所述处理器B；在所述定位基站卫星C中，超声波发射器C通过驱动电路C连接处理器C；所述射频收发器C连接所述处理器C。4.根据权利要求1-3任一所述的动作捕捉系统，其特征在于，所述被追踪设备还包括：与所述被追踪设备的主系统连接、用于接收并处理所述数据信号和超声波信号的第二微处理器；所述第二微处理器有多个外部中断，其中一个所述外部中断连接所述第二射频收发器，其余所述外部中断分别通过放大调理电路连接所述超声波传感器。5.根据权利要求1-3任一所述的动作捕捉系统，其特征在于，所述被追踪设备还包括：与所述被追踪设备主系统连接、用于接收并处理所述数据信号和超声波信号的第三微处理器；所述第三微处理器有多个外部中断，其中一个所述外部中断连接所述第二射频收发器，其余所述外部中断通过频率分离器连接所述超声波传感器。6.根据权利要求5所述的动作捕捉系统，其特征在于，所述频率分离器包括：用于将接收到的所述超声波信号进行放大的放大电路、用于选取预设频率声波的带通滤波器、用于将超声波信号转化为数字信号的比较器；所述超声波传感器通过所述放大电路连接所述带通滤波器，所述带通滤波器将选择的超声波信号传输至所述比较器，所述比较器连接对应的所述外部中断；或所述频率分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华丰，王晨奇，
申请(专利权)人：陈华丰，
类型：发明
国别省市：广西;45