定位系统技术方案

系统尤其设计成用于大的覆盖空间，其由一系列方便地分布的静态空间模块(1)和一系列关联每个玩家或者用户的追踪器件(2)组成，使得空间模块(1)由正方形面板形成，两组不同类型的LED二极管—即可见谱参考用LED(5)和红外识别用LED(6)‑‑集成在正方形面板中，每个所述空间模块(1)包括用于其识别用二极管(6)的构造器件以及用于连接至功率供给的功率供给器件。同时，所述追踪器件(2)包括一系列具有不同方位的摄像机(7)，其关联图像处理器件(8)，具有通信端口(9)和电功率供给器件(10)。该系统通过软件辅助，用于处理由追踪器件发送及先前管理的信息，这能够模糊地经由关联每个追踪器件的处理器件实施，或者经由通信网络在更有能量的外部处理器件中实施。

positioning system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】定位系统
本专利技术涉及一种定位系统，更具体来说用于定位用于多个应用的不同类型空间中的对象。本专利技术的目的是提供一种定位系统，其能够有效应用在封闭空间中，不会由于存在障碍物(诸如柱、走廊等)而生成“死角区域”，以及不受用户限制。
技术介绍
直到现在，在一些现存的定位系统中存在多个摄像机，它们定位在参与的操作空间中，使得该系统的每个用户具有钢盔、眼镜或者类似元件，一个或多个识别用LED布置于其中，识别用LED被前述摄像机依靠对应识别软件所识别，使得当操作空间包括对摄像机的视角有阻碍的障碍物(诸如柱，隔板、走廊等)时，无法进行所述识别。以相同方式，该类型的系统具有数量受限的用户或者玩家，因为每个用户的识别器件受到限制，这意味着所使用的二极管提供的颜色受到限制，或者如果使用若干二极管，它们用于实施所述识别的空间布置受限，由于该原因，在特定类型的游戏或者空间(例如博物馆)中，它们显然是不足够的。为了避免该问题，以纯理论方式，文献“基于主要及辅助红外标记器的室内追踪系统的研究”描述了一种假设系统，其基于位于大型室内装置的天花板上的红外标记器来定位以及追踪增强现实应用程序中的各独立用户。该建议的系统使用计算机视觉技术来追踪穿戴具有内置式摄像机的钢盔(HMD)的用户的头部，以捕获标记器的图像，图像通过USB2.0连接器传递至便携式电脑，标记器和摄像机之间的同步不是必须的。该系统设想了两种类型的标记器：辅助标记器，其由9个红外LED组成，在整个注册过程期间激活；以及主要标记器，具体为4个红外LED，它们被控制以给定编码图案闪光。虽然该系统将解决前述问题，但是物件本身识别到具有当前技术的计划缺乏可行性，使得以下技术问题突出：●空间器件是具有可变光照的主动元件，这将使得识别过程复杂化。●由摄像机捕获的信息随时间被连续解码，这要求最小数量帧以获得识别的辨识，产生最小等待时间以获得定位。●当使用红外二极管同时进行定位和识别时，需要施加专业过滤器以仅允许红外光通过到达摄像机，红外成分中的主要噪声会影响定位。●其要求历史控制与LED的打开同步，这增加了产生误差的可能性。
技术实现思路
此处想到的定位系统提供了在提到的不同方面对上述问题的一个完全满意的方案。为此，两个类型的基本元件参与本专利技术的系统，它们彼此相互作用以参考每个用户的具体位置，向系统提供每个用户在全球参考系统中的绝对位置。更具体来说，可以设想的是，在平面图中，交互空间或者绝对参考系统能够被分隔为一系列分区以覆盖追踪区域，在每个分区中设置空间模块，空间模块位于天花板中或者从天花板悬挂，只要空间模块位于要定位的对象或用户的最大高度之上即可，每个空间模块是由具有预定尺寸的正方形面板制成的静态元件，其集成有采用特定配置的一套LED。参与在这些空间模块中的LED分成两种类型，一方面限定了参考用LED，其发射可见波长的光，另一方面设置了识别用LED，识别用LED的波长是红外的以便该识别不是用肉眼进行，使得软件能够快速以及简单地区分它们。参考用LED在所有面板中以相同方式被打开；而识别用LED被打开，代表与对应面板关联的识别器。识别用LED还能够使得知道面板的方位以及由此知道用户的位置。每个面板能够构造为依靠外部元件用于任何识别元件，外部元件通过非可插拔式连接器相连。面板能够是印刷电路板(PCB)，其中焊接有LED和启动LED所需的电子部件。每个面板是完全被动的，使得一旦它们通过功率连接器接收到功率，LED就打开并且持续保持该状态。参与本专利技术的系统的第二组元件是追踪器件，追踪器件将关联每个用户或者玩家，其由独立元件组成，独立元件能够在暗环境照明条件下辨识面板的LED。为此，这些追踪器件具有一系列适当定向的摄像机，其关联的嵌入式图像处理器件，具有通信端口以及基本功率供给器件，基本功率供给器件可以是电池或电线。追踪器件在任何给定时间使用单个摄像机，该系统本身根据其姿势将选择最合适的摄像机，使得其观察最大数量的空间模块，使得最接近的空间模块的平面尽可能垂直于摄像机的光学轴线。摄像机布置成使得每个的轴线指向不同的方向，使得组件的视野覆盖较宽区域，从而保持它们之间的重叠边距。当与元件通信时，该设备能够是无线的或者不是无线的，该元件使用追踪器件在与空间模块关联的参考系统中的绝对位置，该元件是常规的，因此保持在本专利技术的客体之外。从该结构开始，正如先前提到的，追踪器件通过其自身的处理器件，基于由其摄像机识别的最接近空间模块来计算其相对位置。关于图像的获取以及处理，以连续影像模式，激活的摄像机的传感器在固定参数配置下获得图像，其中，使用降低的曝光时间以消除来自环境光的噪声，从而在空白背景上产生LED的清晰图像。图像然后被划分以便在不同执行线程中被分部分地处理。它们中的每个定位LED的中心，在图像中在像素连通域(blob)上居中，它们的坐标存储在图像平面中。一旦各部分已经被处理，所有连通域被放在一起并且被分类为参考用连通域和识别用连通域。以这种方式，使用嵌入式图像处理系统，不需要发送所有信息至PC，从而实现对图像的低延迟访问，对系统的可行性是重要的要求，仅发送用必要信息编码的数据结构以获得追踪元件的姿势。该嵌入式图像处理系统依靠多路转换器能够连接1至N个摄像机，覆盖每个应用所需要的视野区域，而不会影响处理能力。关于通信，每个追踪器件向装备发送所定位的连通域的列表，其中，如果要求更少延迟，依靠通信界面通过本地网络或者通过WiFi执行最终计算。如上所述，对追踪器件获得的信息的处理能够通过关联于追踪器件的处理器件来执行，或者经由通信网络用具有更大功率的外部处理器件执行，使得在任何情形下在所述处理的过程中，将执行以下操作阶段：●畸变校正通过一系统应用透镜畸变来校正由图像识别算法获得的坐标，前述系统使用摄像机的内参矩阵和根据所用模型的畸变系数。●识别算法一旦无畸变的连通域的列表可获得，执行用于每个追踪器件的识别算法。算法首先定位参考连通域，这能使其投影内部网格到每个面板上。在该网格上，核查连通域是否落入其每个正方形中，获得关联于面板的矩阵。该矩阵包含面板的方位和ID。以这种方式，每个实际LED能够用定位的连通域所识别。●获得3D位置一旦所有连通域已经关联于其对应的实际LED，算法被施加以求解“透视n点(Perspective-n-Point)”问题，该问题能够通过若干优化方法求解，在该情况下使用可迭代地最小化重投影误差的方法。由此，获得绝对参考系统中摄像机的参考系统的位置和方位。●获取惯性单元作为对稳定性以及过滤的改善，可以或者不可以获得IMU(惯性测量单元)的数据，为了结合其与从光学系统获得的数据，因为相比摄像机每秒允许的帧数，这些传感器具有更高的刷新率。●过滤器以及传感器融合最后，应用过滤器，其结合来自光学系统和惯性系统的数据之间的传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定位系统，尤其设计成用于大的覆盖空间，其特征在于，/n其中包括两个主要元件：一系列空间模块(1)，其是静态的，以及根据基于等距且相邻的分段的分布被方便地分布在操作表面的顶部；以及关联每个玩家或者用户的一系列追踪器件(2)，具有的特定特征为，所述空间模块(1)由优选正方形面板制成，两组不同类型的LED集成在空间模块(1)中，包括波长在可见光范围内的参考用LED(5)以及红外识别用LED(6)，每个空间模块(1)包括用于其识别用二极管(6)的构造器件以及与功率源连接的功率供给器件或连接器；具有的特定特征为，所述追踪器件(2)包括一系列具有不同方位的摄像机(7)，其关联具有嵌入式图像预处理系统的图像处理器件(8)，具有通信端口(9)和对应的功率供给器件(10)；设计的是包括软件用于处理由所述追踪器件获得的信息，其能够可替换地通过与每个追踪器件关联的所述处理器件实施或者经由通信网络在具有更大功率的外部处理器件中实施。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170704 ES P2017308831.一种定位系统，尤其设计成用于大的覆盖空间，其特征在于，
其中包括两个主要元件：一系列空间模块(1)，其是静态的，以及根据基于等距且相邻的分段的分布被方便地分布在操作表面的顶部；以及关联每个玩家或者用户的一系列追踪器件(2)，具有的特定特征为，所述空间模块(1)由优选正方形面板制成，两组不同类型的LED集成在空间模块(1)中，包括波长在可见光范围内的参考用LED(5)以及红外识别用LED(6)，每个空间模块(1)包括用于其识别用二极管(6)的构造器件以及与功率源连接的功率供给器件或连接器；具有的特定特征为，所述追踪器件(2)包括一系列具有不同方位的摄像机(7)，其关联具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈维尔·伊巴内斯·克鲁赛罗，
申请(专利权)人：虚拟软件二零零七股份公司，哈维尔·伊巴内斯·克鲁赛罗，
类型：发明
国别省市：西班牙;ES