一种头戴显示系统及其空间定位追踪装置、方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种头戴显示系统及其空间定位追踪装置、方法，装置包括电磁波发射端和电磁波接收端，所述电磁波接收端在头戴显示系统上，用于接收室内空间中预设位置上固定的所述电磁波发射端发射的电磁波信号，所述电磁波接收端，根据接收的电磁波信号，计算出电磁波接收端相对于电磁波发射端的空间位置数据。本发明专利技术实施例的装置利用电磁波发射端和接收端进行头戴显示系统的手柄和头戴设备空间内的定位追踪，解决了现有方案实现复杂、不易携带、容易受到遮挡的技术问题，而且降低了产品的成本，提升了产品的市场竞争力。

A Headwear Display System and Its Spatial Location Tracking Device and Method

The invention discloses a head-mounted display system and a space positioning and tracking device and method, which comprises an electromagnetic wave transmitting end and an electromagnetic wave receiving end. The electromagnetic wave receiving end is on the head-mounted display system for receiving electromagnetic wave signals transmitted by the electromagnetic wave transmitting end fixed at the preset position in the indoor space, and the electromagnetic wave receiving end according to the received electromagnetic wave signals. The spatial position data of the electromagnetic wave receiving end relative to the electromagnetic wave transmitting end are calculated. The device according to the embodiment of the present invention uses the electromagnetic wave transmitting and receiving terminals to carry out positioning and tracking in the handle of the head-mounted display system and the space of the head-mounted equipment. The device solves the technical problems of the existing scheme, which are complex, not easy to carry and easy to be occluded, reduces the cost of the product and enhances the market competitiveness of the product.

【技术实现步骤摘要】
一种头戴显示系统及其空间定位追踪装置、方法
本专利技术涉及头戴显示
，具体涉及一种头戴显示系统及其空间定位追踪装置、方法。
技术介绍
随着头戴显示技术的逐步成熟，围绕虚拟显示设备的各种技术也得到了快速发展，这些技术包括虚拟现实(VirtualReality，VR)、增强现实(AugmentedReality，简称为AR)、混合现实(MixReality，简称为MR)等，其中，VR是让用户完全沉浸在虚拟的世界里，AR是将虚拟信息加在真实环境中，来增强真实环境，MR则是将真实世界和虚拟世界混合在一起，来产生新的可视化环境，环境中同时包含了物理实体与虚拟信息。头戴显示的趋势是支持空间移动，目前已经有了不少对房型(RoomScale)虚拟现实体验技术的研究，头戴显示系统的RoomScale模式是指头戴显示系统具有整个房间大小的区域供用户走动的位置和动作捕捉能力。为了实现这一技术效果，需要对头戴显示系统进行定位追踪，现有技术之一是基于外部摄像头来实现，即，通过头戴显示系统上的灯源(比如红外灯)，定位头戴显示系统在空间中的位置。还有一种是使用激光塔，通过头戴显示系统的信号反射，计算头戴显示系统在空间中的位置。现有技术方案实现复杂，不容易携带，而且容易受到遮挡，而为了解决遮挡等问题，需要多个摄像头或者光塔，这无疑会增加产品成本。
技术实现思路
本专利技术提供了一种头戴显示系统及其空间定位追踪装置、方法，通过低成本的电磁波发射端和接收端进行定位，既解决了现有方案实现复杂、容易受到遮挡的问题，又降低了产品的成本。根据本申请的一个方面，提供了一种头戴显示系统的空间定位追踪装置，包括电磁波发射端和电磁波接收端，所述电磁波接收端在头戴显示系统上，用于接收室内空间中预设位置上固定的所述电磁波发射端发射的电磁波信号，所述电磁波接收端，根据接收的电磁波信号，计算出电磁波接收端相对于电磁波发射端的空间位置数据。根据本申请的另一个方面，提供了一种头戴显示系统，包括头戴显示设备以及与头戴显示设备配套的至少一个手柄；所述头戴显示设备和所述手柄上安装电磁波接收端，所述电磁波接收端，用于分别接收室内空间中预设位置上固定的电磁波发射端发射的电磁波信号，根据接收的电磁波信号，计算出所述电磁波接收端相对于所述电磁波发射端的空间位置数据。根据本申请的又一个方面，提供了一种头戴显示系统的空间定位追踪方法，包括：由室内空间中预设位置上固定的电磁波发射端发射电磁波信号；由头戴显示系统上的电磁波接收端，接收所述电磁波发射端发射电磁波信号，并根据接收的电磁波信号，计算出电磁波接收端相对于电磁波发射端的空间位置数据。应用本专利技术实施例的头戴显示系统的空间定位追踪装置和方法，利用电磁波接收端在头戴显示系统上接收室内空间中预设位置上固定的所述电磁波发射端发射的电磁波信号，根据接收的电磁波信号，计算出电磁波接收端相对于电磁波发射端的空间位置数据。从而利用磁场信息获得头戴显示系统在空间中的位置和姿态信息，与现有技术相比，方案实现简单、不受遮挡的影响，并且方便携带，成本低廉，适合大规模推广应用。本专利技术实施例的头戴显示系统，能够通过电磁定位，确定头戴显示系统的空间位置和姿态信息，成本低、方案实现简单、方便携带，增强了用户体验并提高了产品的市场竞争力。附图说明图1是本专利技术一个实施例的电磁波发射端的框图；图2本专利技术一个实施例的电磁波接收端的框图；图3是本专利技术一个实施例的头戴显示系统的框图；图4是本专利技术一个实施例的头戴显示系统定位原理示意图；图5是本专利技术一个实施例的数据传输流程图；图6是本专利技术一个实施例的IMU数据和电磁数据同步的示意图；图7是本专利技术一个实施例的头戴显示系统的空间定位追踪方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的设计构思在于：针对现有技术中头戴显示系统支持RoomScale功能实现基本采用光学存在的不易携带，受遮挡物影响，成本高昂的问题，本专利技术实施例提出一种头戴显示系统的空间定位追踪方案，利用磁场信息获得虚拟显示系统空间位置和姿态信息，保证了房型(RoomScale)头戴显示体验，而且，不受遮挡影响，也降低了产品的成本。本专利技术一个实施例中提供了一种头戴显示系统的空间定位追踪装置，包括电磁波发射端和电磁波接收端，电磁波接收端在头戴显示系统上，用于接收室内空间中预设位置上固定的电磁波发射端发射的电磁波信号，电磁波接收端，根据接收的电磁波信号，计算出电磁波接收端相对于电磁波发射端的空间位置数据。图1是本专利技术一个实施例的电磁波发射端的框图，图2本专利技术一个实施例的电磁波接收端的框图，参见图1和图2，本实例的电磁波发射端包括：控制器与三个电磁波信号发射器，三个电磁波信号发射器分布在直角坐标系各坐标轴对应的位置上，控制器控制在三个电磁波信号发射器上加载频率不同的电流信号产生电磁波信号。电磁波接收端包括：电磁波信号接收器与信号处理单元，电磁波信号接收器获取各轴向的感应电动势，信号处理单元根据获取的感应电动势计算出电磁波接收端相对电磁波发射端的空间位置数据。具体的，本实施例的三个电磁波信号发射器见图1中示意的X轴线圈，Y轴线圈，Z轴线圈。对应的，电磁波信号接收器见图2中示意的X轴线圈，Y轴线圈，Z轴线圈。本实施例的头戴显示系统的空间定位追踪装置的工作原理是：发射器(电生磁)通过桥驱动以及电流采样电路在X，Y，Z轴三个线圈上加载不同频率的电流信号(比如26K，28K，30K)，接收端(磁生电)通过放大器，ADC模数转换器后读取每个轴向的感应电动势，从而计算出接收端与发射端的相对空间位置信息和相对姿态信息。参见图1，本实施例的电磁波发射端还包括：与控制器连接的升压转换器和电源管理模块，电源管理模块连接锂电池，升压转换器的作用是提升电压，电源管理模块用于对电能进行管理和分配，锂电池用于为系统供电。此外，参见图1，本实施例的电磁波发射端还包括射频RF传输芯片(即，2.4GRF芯片)，射频RF传输芯片通过SPI(SerialPeripheralInterface，串行外设接口)总线与控制器连接。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线。参见图2，电磁波接收端也包括射频RF传输芯片(图2中示意的2.4GRF芯片)。而且电磁波接收端也包括与信号处理单元电连接的电源管理模块，电源管理模块连接锂电池，电源管理模块用于对电能进行管理和分配，锂电池用于为系统供电。由于本实施例的电磁波接收端在头戴显示系统上，而为了提高获取的头戴显示系统的姿态数据的精度，与前述电磁波发射端不同的是，这里的电磁波接收端的信号处理单元还与IMU(惯性测量单元，InertialMeasurementUnit，简称IMU)通过I2C总线连接，以获取IMU采集的姿态数据。这里的IMU包括三轴加速度计、陀螺仪、磁力计的一种或多种的组合。需要说明的是，实际设计时，本实施例的电磁波接收端与头戴显示设备为两个产品，即，电磁波接收端作为一个配件，可拆卸地安装在头戴显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种头戴显示系统的空间定位追踪装置，其特征在于，包括电磁波发射端和电磁波接收端，所述电磁波接收端在头戴显示系统上，用于接收室内空间中预设位置上固定的所述电磁波发射端发射的电磁波信号，所述电磁波接收端，根据接收的电磁波信号，计算出电磁波接收端相对于电磁波发射端的空间位置数据。

【技术特征摘要】
1.一种头戴显示系统的空间定位追踪装置，其特征在于，包括电磁波发射端和电磁波接收端，所述电磁波接收端在头戴显示系统上，用于接收室内空间中预设位置上固定的所述电磁波发射端发射的电磁波信号，所述电磁波接收端，根据接收的电磁波信号，计算出电磁波接收端相对于电磁波发射端的空间位置数据。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁波发射端包括：控制器与三个电磁波信号发射器，三个电磁波信号发射器分布在直角坐标系各坐标轴对应的位置上，控制器控制在三个电磁波信号发射器上加载频率不同的电流信号产生电磁波信号；所述电磁波接收端包括：电磁波信号接收器与信号处理单元，电磁波信号接收器获取各轴向的感应电动势，信号处理单元根据获取的感应电动势计算出电磁波接收端相对电磁波发射端的空间位置数据。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电磁波发射端，还包括射频RF传输芯片，所述电磁波接收端也包括射频RF传输芯片。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁波接收端，可拆卸地安装在头戴显示系统上，或所述电磁波接收端与所述头戴显示系统为一体结构。5.一种头戴显示系统，其特征在于，包括头戴显示设备以及与头戴显示设备配套的至少一个手柄；所述头戴显示设备和所述手柄上安装电磁波接收端，所述电磁波接收端，用于分别接收室内空间中预设位置上固定的电磁波发射端发射的电磁波信号，根据接收的电磁波信号，计算出所述电磁波接收端相对于所述电磁波发射端的空间位置数据。6.根据权利要求5所述的头戴显示系统，其特征在于，所述头戴显示设备具有第一射频RF芯片，所述第一射频RF芯片被配置为无线射频主芯片，所述手柄和所述电磁波发射端均具有第二射频RF芯片，所述第二射频RF芯片被配置为无线射频从芯片，所述无线射频主芯片，用于控制无线射频从芯片的同步，配对以及数据接收，并通过USB数据通道将接收的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀志，
申请(专利权)人：青岛小鸟看看科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37