光学定位系统及方法、定位用光学观测设备技术方案

本发明专利技术涉及一种光学定位系统，包括：多个光学定位标记，彼此分开布置在空间环境中；以及观测基站。所述观测基站包括：光学装置，所述光学装置包括图像采集部，图像采集部获取光学定位标记的图像；保持装置，适于设置在待追踪物或人上；云台，所述光学装置设置在所述云台上，云台连接在保持装置与光学装置之间；感测部，用于感测保持装置的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化；和驱动部，所述驱动部基于感测部的信号以驱动云台，将所述光学装置与所述保持装置的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化相隔离。本发明专利技术还涉及定位用光学观测设备和光学定位方法。

Optical positioning system and method and optical observation equipment for positioning

The invention relates to an optical positioning system, including a plurality of optical positioning markers, separated from each other in the space environment, and the observation base station. Including the observation station: an optical device, the optical device includes image acquisition, image acquisition section acquires optical positioning mark; holding device is suitable for the tracking object or person; pan, the optical device is arranged on the head, head is connected between the holding device and optical device; the sensing part for sensing the roll angle and pitch angle or / and / or change to keep heading angle device; and a driving part. The driving unit to drive the tilt signal based on the sensing part, the optical device and the holding device of the roll angle and pitch angle and / or / the heading angle changes or isolated. The invention also relates to the optical observation equipment and the optical positioning method for the positioning.

【技术实现步骤摘要】
光学定位系统及方法、定位用光学观测设备
本专利技术涉及定位追踪领域，尤其涉及光学定位系统和方法以及一种定位用光学观测设备。
技术介绍
追踪系统广泛用于增强现实(AugmentedReality，AR)/虚拟现实(VirtualReality，VR)人机交互、机器人导航，是最核心、最底层的技术之一。在AR/VR等人机交互领域里，定位和定姿是非常关键的一部分，它是人与机器交互的基础。运动追踪系统可以分为OIT(Outside-InTracking)和IOT(Inside-outTracking)两类技术。区别是OIT的观测基站(如摄像头)固定在环境中，而IOT的观测基站(如摄像头)放置在待追踪物体上。OIT追踪的代表产品有Optitrack、Vicon、A.R.T.IOT又可细分为基于标记的和不基于标记的技术。不基于标记的IOT又称为同时定位及构图(SLAM，simultaneouslocalizationandmapping)技术，目前还没有商用正式发售的产品，代表产品有MicrosoftHololens、GoogleTango。基于标记的IOT需要在环境中布满标记，代表产品有华盛顿大学的ARToolKit标识系统，还有法国泰雷兹集团(THALES)旗下intersenseIS1200。在实现本专利技术的过程中，申请人发现上述现有技术存在如下技术缺陷：OIT成本昂贵，部署困难，是3自由度追踪，只能追踪位置，而方向需要通过捕捉一个刚体上的多个位置，来计算整个刚体的方向，因此标记体积大，姿态精度差，多人多点的情况下容易跟踪错误，不是接收端本地计算，需要计算完位置之后再通过无线传送给接收端，无线传输容易引入延时。不基于标记的IOT，虽然不需要在环境中进行任何部署，可随时随地使用，缺点是十分不稳定，功耗高，需要很强的计算资源。基于标记的IOT一般存在易被遮挡的问题，即当运动物体或人姿态处于特定状态摄像头无法捕捉光学标记时，运动追踪系统失效，无法对物体或人进行定位或定姿，系统可靠性、可用性明显降低。
技术实现思路
为解决或缓解上述技术问题的至少一个方面，提出本专利技术。总体而言，例如，在采用标记的IOT定位方案中，利用云台调整光学观测设备中光学装置(如红外相机、深度摄像头等)的指向，使得定位设备一直指向标记，从而提高基于标记的IOT系统可靠性和可用性。本专利技术的实施例涉及一种光学定位系统，包括：多个光学定位标记，彼此分开布置在空间环境中；以及光学观测设备，适于设置在待追踪物或人上。光学观测设备包括：光学装置，所述光学装置包括图像采集部，图像采集部获取光学定位标记的图像；和复位机构，所述复位机构使得光学装置隔离所述待追踪物或人的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化。可选的，所述复位机构包括：保持装置，适于设置在待追踪物或人上；云台，所述光学装置设置在所述云台上，云台连接在保持装置与光学装置之间；感测部，用于感测保持装置的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化；和驱动部，所述驱动部基于感测部的信号以驱动云台，将所述光学装置与所述保持装置的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化相隔离。可选的，所述复位机构包括如下保持光学装置指向大体维持不变的机构之一：磁悬浮机构、气悬浮机构、液悬浮机构、重力摆机构、配重块与转动部件相结合的机构。可选的，多个所述光学定位标记的位置至少高于光学装置的位置。进一步的，所述空间环境由具有天花板的建筑物限定；多个所述光学定位标记位于所述天花板上。可选的，每一个光学定位标记上设置有定位部；所述光学装置还包括发光部，定位部反射来自发光部的光，图像采集部用于获取定位部的图像。可选的，光学定位系统还包括信息处理部，所述信息处理部接收来自图像采集部的信号，其中：每个所述光学定位标记包括多个色块构成的颜色编码区域，所述多个色块为可见光色块且依序排布以形成颜色编码，光学定位标记的颜色编码与光学定位标记的定位部在所述空间环境中的三维位置一一对应；所述信息处理部设置成识别来自图像采集部的颜色编码信息以确定光图像采集部接收的反射光反射自哪一个光学定位标记的定位部，或者确定图像为暗的定位部来自哪一个光学定位标记。所述发光部可发射不可见光，例如，红外线光。所述定位部可为光逆反射部。定位部也可以为光吸收部。可选的，所述光学定位系统用于VR或AR设备。本专利技术的实施例还涉及一种定位用光学观测设备，光学观测设备适于设置在待追踪物或人上，所述光学观测设备包括：光学装置，包括图像采集部，所述图像采集部用于获取光学定位标记的图像；和复位机构，所述复位机构将光学装置与所述待追踪物或人的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化相隔离。可选的，复位机构包括：保持装置，适于设置在待追踪物或人上；云台，所述光学装置设置在所述云台上，云台连接在保持装置与光学装置之间；感测部，用于感测保持装置的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化；和驱动部，所述驱动部基于感测部的信号以驱动云台，以将光学装置与所述保持装置的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化相隔离。可选的，所述光学观测设备用于VR或AR设备。根据本专利技术的实施例也涉及一种用于光学观测设备的光学定位方法，所述光学观测设备包括光学装置和复位机构，所述方法包括步骤：感测保持装置的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化；和利用复位机构将所述光学装置与所述待追踪物或人的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化相隔离。可选的，所述复位机构包括保持装置和设置在保持装置和光学装置之间的云台，保持装置适于设置在待追踪物或人上，所述方法包括步骤：控制云台的位置将所述光学装置与所述保持装置的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化相隔离。可选的，上述方法还包括步骤：在空间环境中布置多个光学定位标记，标定每一个光学定位标记在环境空间中的三维位置；利用设置在待追踪物或人上的光学观测设备的光学装置获取光学定位标记的图像；以及分析光学装置获取的图像来自哪一个光学定位标记。可选的，上述方法中，每个所述光学定位标记包括多个色块构成的颜色编码区域，所述多个色块为可见光色块且依序排布以形成颜色编码，光学定位标记的颜色编码与光学定位标记在所述空间环境中的三维位置一一对应。进一步的，所述方法还包括光学装置的水平姿态标定步骤，所述步骤包括：确定待追踪物或人上的保持装置处于水平姿态角；驱动云台的位置使云台处于水平姿态角。上述方法中，可选的，所述光学观测设备用于VR或AR设备；利用感测部以不小于100Hz的频率测量保持装置的姿态变化；且云台的位置基于保持装置的姿态变化实时调整。附图说明以下描述与附图可以更好地帮助理解本专利技术所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：图1为根据本专利技术的一个示例性实施例的定位用光学观测设备的示意图；图2为根据本专利技术的一个示例性实施例的光学定位系统的示意图；图3为根据本专利技术的一个示例性实施例的光学定位标记的示意图；图4为根据本专利技术的一个示例性实施例的光学定位标记的示意图；图5为根据本专利技术的一个示例性实施例的光学定位标记的示意图；图6为根据本专利技术的一个示例性实施例的光学定位标记的示意图；图7为根据本专利技术的一个示例性实施例的光学定位标记的示意图；图8为根据本专利技术的一个示例性实施例的光学定位标记的示意图；图9为根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学定位系统，包括：多个光学定位标记，彼此分开布置在空间环境中；以及光学观测设备，适于设置在待追踪物或人上，包括：光学装置，所述光学装置包括图像采集部，图像采集部获取光学定位标记的图像；和复位机构，所述复位机构使得光学装置隔离所述待追踪物或人的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化。

【技术特征摘要】
1.一种光学定位系统，包括：多个光学定位标记，彼此分开布置在空间环境中；以及光学观测设备，适于设置在待追踪物或人上，包括：光学装置，所述光学装置包括图像采集部，图像采集部获取光学定位标记的图像；和复位机构，所述复位机构使得光学装置隔离所述待追踪物或人的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化。2.根据权利要求1所述的光学定位系统，其中：所述复位机构包括：保持装置，适于设置在待追踪物或人上；云台，所述光学装置设置在所述云台上，云台连接在保持装置与光学装置之间；感测部，用于感测保持装置的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化；和驱动部，所述驱动部基于感测部的信号以驱动云台，将所述光学装置与所述保持装置的横滚角和/或俯仰角和/或航向角变化相隔离。3.根据权利要求1所述的光学定位系统，其中：所述复位机构包括如下保持光学装置指向大体维持不变的机构之一：磁悬浮机构、气悬浮机构、液悬浮机构、重力摆机构、配重块与转动部件相结合的机构。4.根据权利要求1-3中任一项所述的光学定位系统，其中：多个所述光学定位标记的位置至少高于光学装置的位置。5.根据权利要求4所述的光学定位系统，其中：所述空间环境由具有天花板的建筑物限定；多个所述光学定位标记位于所述天花板上。6.根据权利要求1-5中任一项所述的光学定位系统，其中：每一个光学定位标记上设置有定位部；所述光学装置还包括发光部，定位部反射或者吸收来自发光部的光，图像采集部用于获取定位部的图像。7.根据权利要求6所述的光学定位系统，还包括：信息处理部，所述信息处理部接收来自图像采集部的信号，其中：每个所述光学定位标记包括多个色块构成的颜色编码区域，所述多个色块为可见光色块且依序排布以形成颜色编码，光学定位标记的颜色编码与光学定位标记的定位部在所述空间环境中的三维位置一一对应；所述信息处理部设置成识别来自图像采集部的颜色编码信息以：确定光图像采集部接收的反射光反射自哪一个光学定位标记的定位部，或者确定图像为暗的定位部来自哪一个光学定位标记。8.根据权利要求7所述的光学定位系统，其中：所述发光部用于发射不可见光。9.根据权利要求6-8中任一项所述的光学定位系统，其中：所述定位部为光逆反射部或光吸收部。10.根据权利要求1-9中任一项所述的光学定位系统，其中：所述光学定位系统用于VR或AR设备。11.一种定位用光学观测设备，光学观测设备适于设置在待追踪物或人上，所述光学观测设备包括：光学装置，包括图像采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：周恺弟，王学运，潘成伟，
申请(专利权)人：狒特科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11