抗振式光学三维定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种抗振式光学三维定位方法，包括：多个光学定位相机分别检测并输出各自的当前姿态以及前方标志点在采集图像中的二维图像坐标；上位机接收来自每一个光学定位相机的当前姿态和二维图像坐标；上位机基于各个光学定位相机的各个当前姿态、二维图像坐标和内外参数信息计算标志点的修正三维定位信息；上位机基于修正三维定位信息确定标志点运动轨迹和标志点所在刚体结构的实时空间位姿信息。多个光学定位相机还可以被集成在同一光学成像设备中且各自除了光学镜头、图像传感器以外的相同元件分别被合并为一个元件。本发明专利技术还涉及一种抗振式光学三维定位装置。通过本发明专利技术，能够对标志点以及标志点所在刚体结构执行有效三维定位。

Vibration-resistant optical three-dimensional positioning method and device

【技术实现步骤摘要】
抗振式光学三维定位方法及装置
本专利技术涉及三维定位领域，尤其涉及一种抗振式光学三维定位方法及装置。
技术介绍
虚拟现实为实现人与虚拟环境及系统的交互，必须确定参与者的头部、手、身体等的位置与方向，准确地跟踪测量参与者的动作，将这些动作实时检测出来，以便将这些数据反馈给显示和控制系统，这些动作的跟踪测量工作对虚拟现实系统是必不可少的核心内容。动作捕捉是在运动物体的关键部位设置标志点跟踪器，由光学定位相机捕捉标志点位置，再经过计算机处理后得到三维空间坐标的数据。动作捕捉系统定标后，光学定位相机连续拍运动物体的动作，并实时识别其中的标志点，输出二维坐标到计算机。计算机根据至少两个图像传感器同时拍摄得到的坐标点信息进行分析和处理，计算出每一瞬间各个标识点的空间位置，进而得到其运动轨迹。为了得到准确的运动轨迹，光学定位相机应有较高的拍摄速率，一般要达到每秒120帧以上。当前，光学定位相机都是通过支架安装在活动区域四周的上方，光学定位相机朝侧下方对着活动区域固定安装。当外界因素造成支架轻微振动时，光学定位相机会随之振动，使光学定位相机得到的图像出现抖动，导致检测到的标识点位置整体偏移，影响动作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗振式光学三维定位方法，其特征在于，所述方法包括：多个光学定位相机分别检测并输出各自的当前姿态以及前方标志点在采集图像中的二维图像坐标；上位机接收来自每一个光学定位相机的当前姿态和二维图像坐标；上位机基于各个二维图像坐标和各个光学定位相机的各个内外参数信息，计算标志点的三维定位信息以作为原始三维定位信息输出；所述上位机基于接收到的原始三维定位信息计算获得标志点到多个光学定位相机的实际距离；所述上位机基于实际距离、光学定位相机输出的采集图像和光学定位相机的当前姿态计算获得所述光学定位相机的修正后的标志点的二维图像坐标以作为修正二维坐标输出；所述上位机基于各个修正二维坐标和各个光学定位相机...

【技术特征摘要】
1.一种抗振式光学三维定位方法，其特征在于，所述方法包括：多个光学定位相机分别检测并输出各自的当前姿态以及前方标志点在采集图像中的二维图像坐标；上位机接收来自每一个光学定位相机的当前姿态和二维图像坐标；上位机基于各个二维图像坐标和各个光学定位相机的各个内外参数信息，计算标志点的三维定位信息以作为原始三维定位信息输出；所述上位机基于接收到的原始三维定位信息计算获得标志点到多个光学定位相机的实际距离；所述上位机基于实际距离、光学定位相机输出的采集图像和光学定位相机的当前姿态计算获得所述光学定位相机的修正后的标志点的二维图像坐标以作为修正二维坐标输出；所述上位机基于各个修正二维坐标和各个光学定位相机的各个内外参数信息，计算标志点的修正后的三维定位信息以作为实际三维定位信息输出；所述上位机基于实际三维定位信息确定对应的标志点的运动轨迹和标志点所附着的刚体结构的实时空间位姿信息；其中，所述多个光学定位相机两两相隔预设间隔以从不同角度对前方的标志点进行同步图像采集。2.如权利要求1所述的抗振式光学三维定位方法，其特征在于：每一个光学定位相机包括姿态传感器、光学镜头、图像传感器、第一处理器和第一通讯接口，所述姿态传感器用于检测并输出其所在光学定位相机的当前姿态，所述图像传感器用于输出标志点在其采集图像中的二维图像坐标，所述第一通讯接口分别与所述姿态传感器和所述图像传感器连接，用于接收并发送所述当前姿态和所述二维图像坐标；上位机包括第二处理器和第二通讯接口，所述第二通讯接口和每一个光学定位相机的第一通讯接口之间建立连接，用于接收来自每一个光学定位相机的第一通讯接口的当前姿态和二维图像坐标；其中，基于各个二维图像坐标和各个光学定位相机的各个内外参数信息，计算标志点的三维定位信息以作为原始三维定位信息输出包括：利用已知几何尺寸的具有标志点的标定杆在光学定位相机的图像传感器的视野区域内多次挥舞以获取图像传感器的多个采集图像，提取每一个采集图像中标定杆的标志点的二维图像坐标，基于图像传感器内外参数标定方法和每一个采集图像中标志点的二维图像坐标计算图像传感器的内外参数信息以作为对应光学定位相机的内外参数信息，所述图像传感器内外参数标定方法包括张正友标定法；其中，基于各个二维图像坐标和各个光学定位相机的各个内外参数信息，计算标志点的三维定位信息以作为原始三维定位信息输出还包括：基于极线约束方法和各个二维图像坐标计算获得标志点的二维图像坐标匹配关系信息，基于结合图像传感器模型的三维重建方法、二维图像坐标匹配关系信息和各个二维图像坐标计算获得标志点的三维空间坐标以作为标志点的三维定位信息；其中，所述当前姿态包括角速度、加速度和磁数据，所述当前姿态的数据格式包括欧拉角、四元数和旋转矩阵；其中，所述光学镜头为红外光学单元，所述标志点的形状包括圆形，所述标志点为反射红外光或者发射红外光的球体或标签。3.如权利要求2所述的抗振式光学三维定位方法，其特征在于：所述多个光学定位相机被集成在同一光学成像设备中且各自的姿态传感器、第一处理器和第一通讯接口分别被合并为一个元件。4.如权利要求3所述的抗振式光学三维定位方法，其特征在于：每一个光学定位相机还包括补光仪和补光控制模块元，补光仪包括补光灯和补光灯控制模块，补光灯控制模块包括补光电路和补光灯控制开关；其中，补光灯控制模块接收第一处理器输出的开关信号以驱动补光灯的亮灭，用于在对应的图像传感器进行曝光采集图像时驱动点亮补光灯，在对应的图像传感器停止进行曝光采集图像时驱动熄灭补光灯；其中，在对应的图像传感器进行曝光采集图像时驱动点亮补光灯包括：在图像传感器进行曝光采集图像时，第一处理器向补光灯控制模块发送驱动脉冲信号，补光灯控制模块的补光电路接收到驱动脉冲信号后导通补光灯控制模块的补光灯控制开关以点亮补光灯，补光灯点亮发光，被动反光的标志点接收到补光灯发射的光线，将光线反射到红外光学单元，红外光学单元将反射到的光线聚焦到图像传感器，图像传感器再对聚集到的反射到的光线进行光电转换，形成采集到的数字图像；其中，替换地，所述标志点为使用被动反光的标志点。5.如权利要求4所述的抗振式光学三维定位方法，其特征在于：所述姿态传感器为三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴电子罗盘，所述第一处理器为FPGA芯片，所述第二处理器为X86CPU，所述第二通讯接口和每一个光学定位相机的第一通讯接口之间通过以太网通信链路、USB通信链路或无线通信链路建立连接。6.一种抗振式光学三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金芝，向淑晃，
申请(专利权)人：北京欧比邻科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11