位姿识别装置、虚拟现实显示装置以及虚拟现实系统制造方法及图纸

本申请公开了一种位姿识别装置以及安装此装置的虚拟现实系统及其装置。所述位姿识别装置包括：安置于目标物体上的图像采集单元，配置用以在所述目标物体处于初始位置和初始姿态时采集分布在预定形状的面上的多个标记的初始图像，以及实时地采集所述多个标记的实时图像，处理和计算单元，配置用以基于所述初始图像和实时图像、所述面的预定形状以及所述目标物体的初始位置和初始姿态计算所述目标物体的实时位置及实时姿态。通过处理和计算单元的算法计算，能够解决现有技术中安装外置摄像头法判断目标物体空间位置及姿态变化带来的检测盲区，造价高及线路运行维护难等问题，使得本发明专利技术的检测精度更高，设备成本低，处理速度快。

Position and orientation identification device, virtual reality display device and virtual reality system

The present invention discloses a position and orientation identification device, a virtual reality system and a device for installing the same. The position recognition device comprises an image acquisition unit arranged on the object, configured with an initial image to the target object at the initial position and attitude of multiple markers when collected at a predetermined shape on the surface, and the real-time image real-time acquisition of the plurality of labeling, processing and a calculation unit configured with real-time location and real-time attitude to the predetermined initial image and real-time image, the surface based on the shape and the object's initial position and attitude calculation of the objects. By processing and calculating unit algorithm can solve the external camera prior judgment method to install the detection zone brings the object space position and attitude change, high cost and line operation and maintenance and other difficult issues, so the detection accuracy of the invention is high, low equipment cost, fast processing speed.

【技术实现步骤摘要】
位姿识别装置、虚拟现实显示装置以及虚拟现实系统
本公开总体上涉及人机交互领域，具体涉及一种位姿识别装置及安装此装置的虚拟现实显示装置以及虚拟现实系统。
技术介绍
目标物体的姿态及其运动检测是常用于人机交互领域的一种技术。在现有的目标物体姿态及其运动检测设备中，头部姿势变化或者运动通常关联相应的具体功能实现。其次，虚拟现实设备中画面的视角显示也依赖于目标物体的姿态及其运动检测。因此，精确地采集目标物体姿态及其运动成为虚拟现实装置中非常重要的一环。当前，主要存在两种检测目标物体姿态的技术。一种是利用传统的运动传感器检测目标物体的运动来获得目标物体的姿态。例如：通过三轴加速度计，三轴陀螺仪和三轴地磁计来实现惯性姿态的检测。另一种是图像技术，其包括采用光学雷达技术或者外置摄像头对虚拟现实装置上的发光点进行检测定位。传统的运动传感器检测方法由于误差的累计往往存在长时间零位飘移的问题。同时，采用惯性姿态检测也无法解决目标物体在一个空间内移动的情况。采用外置摄像头对虚拟现实装置上检测定位的缺点在于，由于虚拟现实设备上的发光点距离较近，导致位置检测精度差，存在盲区。例如，当目标物体背对摄像头时，则无法检测，因此检测范围小。同时，额外设置外置摄像头不仅导致设备成本的提高，而且大大增加线路接线和设备运行维护的难度。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种位姿识别装置以及安装此装置的虚拟现实(VR,virtualreality)显示装置、虚拟现实系统以期解决运动传感器检测中长时间零位飘移的问题以及采用外置摄像头带来的图像技术检测盲区等问题。第一方面，本专利技术提供一种位姿识别装置，包括：安置于目标物体上的图像采集单元，配置用以在所述目标物体处于初始位置和初始姿态时采集分布在预定形状的面上的多个标记的初始图像，以及实时地采集所述多个标记的实时图像；处理和计算单元，配置用以基于所述初始图像和实时图像、所述面的预定形状以及所述目标物体的初始位置和初始姿态计算所述目标物体的实时位置及实时姿态。第二方面，本专利技术提供一种虚拟现实显示装置，用于佩戴在目标物体上以根据目标物体的位姿显示相应画面，包括上述位姿识别装置，配置用于获取所述目标物体的实时位置和实时姿态；以及显示组件，配置用以显示根据所述目标物体的实时位置及实时姿态而生成的画面。第三方面，本专利技术还提供一种虚拟现实系统，用于根据目标物体的位姿显示相应画面，包括:上述虚拟现实显示装置，以及与所述位姿识别装置的处理和计算单元通信的上位机单元，配置用以根据来自所述处理和计算单元的所述目标物体的实时位置及实时姿态生成相应的画面，并将所述画面传送给所述虚拟现实显示装置。根据本申请实施例提供的技术方案，通过图像采集单元以及处理和计算单元的配合使用，解决了现有技术中采用惯性姿态检测无法检测目标物体空间内移动的情况，同时，由于本专利技术中不需要额外设置外置摄像头对虚拟现实显示装置上的发光点进行检测定位。因此，检测盲区问题，连接线路复杂以及后续运行维护难等问题都可以避免。使得本公开的位姿识别装置的检测精度更高，设备成本低，处理速度快。进一步的，根据本申请的某些实施例，如通过微处理器的设置，还能解决因为多信号传输带来的信号丢失及其处理速度慢等问题，从而获得更高的检测效率和检测精确。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1a为根据本专利技术实施例一的位姿识别装置的示意性框图；图1b为图1a所示位姿识别装置的结构示意图；图2a为根据本专利技术实施例二的位姿识别装置的示意性框图；图2b和图2c分别为图2a所示位姿识别装置的两个示例的结构示意图；图3a为根据本专利技术实施例三的虚拟现实显示装置的示意性框图；图3b示意性地示出了根据本专利技术实施例三的虚拟现实眼镜；图4为根据本专利技术实施例四的虚拟现实系统的示意性框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。首先参照图1a-1b以及图2a-2c介绍根据本专利技术实施例的位姿识别装置1，该位姿识别装置用于安装在目标物体上以实时地识别该目标物体的空间位置和姿态。例如，根据本专利技术实施例的位姿识别装置1可以佩戴在人的头部，用于实时地获取人头部的位置和姿态。图1a、1b示意性地示出了根据本专利技术实施例一的位姿识别装置1A。如图1a和1b所示，位姿识别装置1A包括可安置于目标物体10上的图像采集单元11以及处理和计算单元13。图像采集单元11采集目标物体10处于初始位置和初始姿态时分布在预定形状的面12上的多个标记14的初始图像以及实时地采集多个标记14的实时图像。处理和计算单元13基于图像采集单元11采集的初始图像以及实时图像、所述面12的预定形状和目标物体10的初始位置和初始姿态计算出所述目标物体10的实时位置及实时姿态。通过图像采集单元11以及处理和计算单元13的配合使用，解决了现有技术中采用惯性姿态检测无法检测目标物体10在空间内移动的情况的问题。同时，由于本专利技术中不需要额外设置外置摄像头对虚拟现实显示装置上的发光点进行检测定位，因此，检测盲区问题，连接线路复杂以及后续运行维护难等问题都可以避免。面12的预定形状可以为平面、曲面(例如球面、抛物面)或任意平面和/或曲面的组合，只要该预定形状是已知。同时，面12可以是建筑中已经存在的面，例如天花板、墙面、穹顶之类的，但是也可以是专门添设的面，例如投影幕布。此外，应该注意的是，本专利技术并不限于实体的面12，面12也可以是虚拟的空间概念上的面。例如从屋顶垂挂下来多盏灯用于发光提供多个标记14，这时，多盏灯所处的空间位置的集合即表征出面12。多个标记14可以为安装在墙面或天花板或其它适合的面12上的灯具、烟雾报警器、开关、壁画或其他类似的实体物体，也可以是发光或反射光而形成的标记。多个标记14不均匀地分布于12面上。在本实施例中，图像采集单元可以包括CCD(ChargedCoupledDevice)图像传感器、CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor)图像传感器或者任何其他类型的适合的图像传感器。参考图1a，处理和计算单元13可以进一步包括图像处理单元131和位姿计算单元132。本公开中的处理和计算单元13可以通过如下方式实现目标物体10的实时位置和姿态计算：图像处理单元131从初始图像中提取多个标记14在该图像中的初始二维坐标和从实时图像中提取多个标记14在该图像中的实时二维坐标。位姿计算单元132接收来自所述图像处理单元131的初始二维坐标和实时二维坐标。位姿计算单元132识别多个标记14，以建立所述实时图像中的多个标记14与初始图像中的多个标记14的对应关系。然后基于所述对应关系，计算多个标记14的实时二维坐标与初始二维坐标之间的仿射矩阵以及根据所述仿射矩阵以及目标物体10的初始位置和初始姿态，位姿计算单元132计算出目标物体10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种位姿识别装置，包括：安置于目标物体上的图像采集单元，配置用以在所述目标物体处于初始位置和初始姿态时采集分布在预定形状的面上的多个标记的初始图像，以及实时地采集所述多个标记的实时图像；处理和计算单元，配置用以基于所述初始图像和实时图像、所述面的预定形状以及所述目标物体的初始位置和初始姿态计算所述目标物体的实时位置及实时姿态。

【技术特征摘要】
1.一种位姿识别装置，包括：安置于目标物体上的图像采集单元，配置用以在所述目标物体处于初始位置和初始姿态时采集分布在预定形状的面上的多个标记的初始图像，以及实时地采集所述多个标记的实时图像；处理和计算单元，配置用以基于所述初始图像和实时图像、所述面的预定形状以及所述目标物体的初始位置和初始姿态计算所述目标物体的实时位置及实时姿态。2.如权利要求1所述的位姿识别装置，其中，所述标记为具有一定形状的图案。3.如权利要求1-2任一项所述的位姿识别装置，其中，所述处理和计算单元包括：图像处理单元，其配置成：从初始图像中提取多个标记在该图像中的初始二维坐标；和从实时图像中提取多个标记在该图像中的实时二维坐标；以及位姿计算单元，其配置成：接收来自所述图像处理单元的初始二维坐标和实时二维坐标；识别所述多个标记，以建立所述实时图像中的所述多个标记与所述初始图像中的所述多个标记的对应关系；基于所述对应关系，计算所述实时二维坐标与初始二维坐标之间的仿射矩阵；以及根据所述仿射矩阵以及所述目标物体的初始位置和初始姿态，计算所述目标物体的实时位置和实时姿态。4.如权利要求1-2任一项所述的位姿识别装置，其中，所述处理和计算单元包括一个微处理器，配置用以从初始图像中提取多个标记在该图像中的初始二维坐标；和从实时图像中提取多个标记在该图像中的实时二维坐标；接收来自所述图像处理单元的初始二维坐标和实时二维坐标；识别所述多个标记，以建立所述实时图像中的所述多个标记与所述初始图像中的所述多个标记的对应关系；基于所述对应关系，计算所述实时二维坐标与初始二维坐标之间的仿射矩阵；以及，根据所述仿射矩阵以及所述目标物体的初始位置和初始姿态，计算所述目标物体的实时位置和实时姿态。5.如权利要求1-4任一项所述的位姿识别装置，其中，还包括：合作标记单元，用于产生所述多个标记。6.如权利要求5所述的位姿识别装置，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱虹云，
申请(专利权)人：光速视觉北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11