电磁位置跟踪系统中的半球模糊校正技术方案

一种方法，接收指示移动单元[112]相对于基本单元[102]的第一姿态的EM场幅值；从与所述移动单元相关联的第二传感器[120]接收传感器数据，其中，所述传感器数据指示所述移动单元的移动方向；基于所述EM场幅值来计算候选姿态解的集合；基于来自所述第二传感器的所述传感器数据来从候选姿态解的集合中选择姿态；以及将所述姿态发送到处理器。

Hemispherical fuzzy correction in electromagnetic position tracking system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁位置跟踪系统中的半球模糊校正
本公开一般涉及位置跟踪系统，并且更具体地涉及电磁(EM)位置跟踪系统。
技术介绍
使用近场EM场的位置跟踪系统，也称为EM位置跟踪系统，通常包括发射器，该发射器使用三轴线圈生成EM场以在位于远程接收器处的第二三轴线圈上感生电流。接收器生成对应于EM场幅度的值，然后处理这些值以计算接收器相对于发射器的位置和/或定向(或“姿态”)。然而，将EM场幅值(EM幅值)转换成位置数据的计算可以具有多个有效解(即多个候选姿态可以满足决定转换的方程)。在正确位置上所产生的模糊(ambiguity)被称为"半球模糊"，因为两个候选位置可以被表示为沿着球体彼此相对，其中每个可能的位置解都在球体的单独半球中。附图说明通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且其许多特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项。图1是根据一些实施例的包括生成用于由移动单元使用的EM场的基本单元的EM位置跟踪系统的框图。图2是图示根据一些实施例的包括具有惯性测量单元(IMU)以执行半球去模糊(disambiguation)的基于头戴式显示器(HMD)的系统的图1的EM位置跟踪系统的框图。图3是根据一些实施例的包括生成EM场的移动单元和基本单元的EM位置跟踪系统的框图。图4是根据一些实施例的包括生成EM场的移动单元和具有用于半球去模糊的第二传感器的基本单元的EM位置跟踪系统的框图。图5是根据一些实施例的示出了与在EM场内相对于基本单元移动的移动单元相关联的半球模糊的图1的EM位置跟踪系统的图。图6是根据一些实施例的在其中移动的基本单元更接近移动单元移动并显现出半球模糊的图4的EM位置跟踪系统的图。图7是根据一些实施例的在其中移动的基本单元远离移动单元移动并显现出半球模糊的图4的EM位置跟踪系统的图。图8是根据一些实施例的在其中基本单元相对于静止的移动单元横向移动并且表现出半球模糊的图4的EM位置跟踪系统的框图。图9是根据一些实施例的在其中控制器相对于基本单元处于运动的在图1的EM位置跟踪系统中的半球去模糊的方法的流程图。图10是根据一些实施例的在其中基本单元相对于移动单元处于运动的在图4的EM位置跟踪系统中的半球去模糊的方法的流程图。具体实施方式图1-10说明用于在EM位置跟踪系统中半球去模糊的方法和系统，其中该方法和系统采用第二传感器来支持对在EM场中的对象的EM位置跟踪。例如，HMD可以采用EM位置跟踪系统，该EM位置跟踪系统使用诸如HMD本身的基本单元和诸如无线手持控制器的移动单元来识别移动单元(例如，手持控制器)的姿态。EM位置跟踪系统为EM场中的移动单元生成EM姿态值。当与EM位置跟踪系统相关联的处理器基于EM方程组计算在EM场内移动的被跟踪对象(例如，手持控制器)的姿态值并创建两个候选姿态值时，半球模糊就出现了。由于两个候选姿态都是EM方程的有效解，处理器不能仅基于EM方程来确定哪个姿态值准确地反映对象的实际姿态。因此，为了达成正确的姿态，EM位置跟踪系统还采用诸如IMU的第二传感器以生成对应于EM场中被跟踪的对象的移动的“移动方向”值。所述处理器通过比较所述两个候选姿态值来计算最终姿态，基于先前姿态值得出所估计的移动方向值，且将所得出的所估计的移动方向值与来自所述第二传感器的移动方向值进行比较。处理器然后选择最接近从第二传感器估计的方向的候选姿态值。因此，HMD执行半球去模糊而无需用户输入(例如，用户在键盘上手动输入数据或预先选择优选的半球)，从而改善用户体验。图1是根据一些实施例的包括生成用于由移动单元112使用的EM场110的基本单元102的EM位置跟踪系统100的框图。其它实施例是可能的，并且不受本公开的限制。基本单元102包括具有线圈104和功率放大器106的EM发射器模块(EM发射器)105，并且还包括第一处理器108。移动单元112包括具有线圈114和模数转换器(ADC)116的EM接收器模块(EM接收器)115、第二处理器118和第二传感器120。基本单元102通过通信链路122与移动单元112建立通信。通信链路122可以是但不限于无线网络链路、RF无线电链路、IR光链路、USB连接、以太网链路或适于通信的其它方法。通信链路122允许基本单元102向移动单元112发送数据和从其接收数据。所述数据包括但不限于来自基本单元102或移动单元112的姿态数据和传感器数据。在本实施例中，基本单元102生成EM场110，以由移动单元112接收。移动单元112位于EM场110内，其中EM场110的幅度由EM线圈114感测。当移动单元112在EM场110中四处移动时，EM线圈114生成EM场幅值的集合。当移动单元112改变在EM场110内的姿态时，这些值可以在三维中在幅度和方向上都不断改变。ADC116从EM线圈114接收EM场幅值，并将它们转换成数字形式以供第二处理器118使用。在至少一个实施例中，基本单元102是静止的，而在其它实施例中，基本单元102是移动的。在其它实施例中，基本单元102包括用于安装在用户头部的外壳(未示出)。移动单元112第二处理器118对EM场幅值执行计算以生成EM姿态数据。替换地，移动单元112可将EM场幅值发送到基本单元102第一处理器108作为用于计算姿态的一个输入。在又一实施例中，基本单元102和移动单元112可以根据需要分担计算任务，或者基于在进行计算时请求的处理器任务、分时(time-shared)过程等等来分配计算任务。在又一个实施例中，所述计算由与第一处理器108或第二处理器118通信的第三处理器(未示出)完成。在本实施例中，功率放大器106从第一处理器108接收发射信号，并将电功率发送到EM线圈104，以用于生成EM场110。发射信号使得功率放大器106能够开始生成EM场110。在一些实施例中，功率放大器106位于基本单元102内。EM发射器104可以使用三轴线圈或其它装置来生成EM场110，该EM场穿进包含移动单元112的世界坐标系(worldframe)环境。移动单元112被放置在EM场110内，并使用EM接收器114感测远离基本单元102一段距离的EM场110的场幅度。在移动单元112内，EM线圈114感测EM场110并识别被发送到ADC116的EM幅值。ADC116调节EM幅值以供第二处理器118使用。在至少一些实施例中，ADC116还可以用作用于传入EM幅值的电滤波器，以进一步处理和电平移动EM幅值以供第二处理器118使用。而且，在至少一些实施例中，ADC116可以被用作用于传入EM幅值的噪声隔离滤波器。第二处理器118接收EM幅值，并基于由移动单元112感测的EM场110幅值将它们转换成移动单元112相对于基本单元102的EM姿态数据。移动单元112还采用第二传感器120作为第二感测装置来确定移动单元112的移动方向数据。第二传感器120被放置成以已知的固定对准与移动单元112机械接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n接收指示移动单元[112]相对于基本单元[102]的第一姿态的电磁EM场幅值；/n从与所述移动单元和所述基本单元中的一个相关联的第二传感器[120]接收传感器数据，其中，所述传感器数据指示所述移动单元和所述基本单元中的所述一个的移动方向；/n由一个或多个处理器基于所述EM场幅值来计算候选姿态解的集合[906]；/n基于来自所述第二传感器的所述传感器数据从所述候选姿态解的集合中选择最终姿态[914]；以及/n将所述最终姿态发送到所述一个或多个处理器[108，118]。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171012 US 62/571,445;20171116 US 15/814,6111.一种方法，包括：
接收指示移动单元[112]相对于基本单元[102]的第一姿态的电磁EM场幅值；
从与所述移动单元和所述基本单元中的一个相关联的第二传感器[120]接收传感器数据，其中，所述传感器数据指示所述移动单元和所述基本单元中的所述一个的移动方向；
由一个或多个处理器基于所述EM场幅值来计算候选姿态解的集合[906]；
基于来自所述第二传感器的所述传感器数据从所述候选姿态解的集合中选择最终姿态[914]；以及
将所述最终姿态发送到所述一个或多个处理器[108，118]。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，选择姿态包括：
由所述一个或多个处理器计算所述候选姿态解[506A、508A]中的每个候选姿态解的第一移动向量；
由所述一个或多个处理器基于来自所述第二传感器的所述传感器数据来计算所述移动单元的第二移动向量；
将所述第一移动向量与所述第二移动向量进行比较；以及
选择所述候选姿态解中的与在值上最接近所述第二移动向量的第一移动向量相关联的一个候选姿态解。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述移动向量还包括距离向量、速度向量和加速度向量中的一个。


4.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述基本单元包括EM发射器[105]和EM接收器[305]中的一个。


5.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述移动单元包括EM接收器[115]和EM发射器[315]中的一个。


6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述基本单元包括头戴式显示装置。


7.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述移动单元包括虚拟现实手持控制器装置。


8.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，选择最终姿态包括：
将所述基本单元移动到更接近所述候选姿态解中的一个候选姿态解；
使用来自所述第二传感器的传感器数据来计算所述基本单元的移动向量，其中，所述移动向量包括距离向量、速度向量或加速度向量中的一个；
由所述处理器使用EM场幅度数据来计算所述基本单元和所述候选姿态解的集合之间的范围值；以及
选择范围已对应地减小的候选姿态值。


9.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，选择最终姿态包括：
将所述基本单元移动为进一步远离所述候选姿态解中的一个候选姿态解；
使用来自所述第二传感器的传感器数据来计算所述基本单元的移动向量，其中，所述移动向量包括距离向量、速度向量或加速度向量中的一个；
使用EM场幅度数据来计算所述基本单元和所述候选姿态解的集合之间的范围值；以及
选择范围已对应地增加的候选姿态值。


10.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述传感器数据指示所述基本单元和所述移动单元中的所述一个相对于世界坐标系的姿态。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，选择最终姿态包括：
使用来自所述第二传感器的传感器数据来计算所述基本单元和所述移动单元中的所述一个的移动向量，其中，所述移动向量包括距离向量、速度向量和加速度向量中的一个；
使用来自所述第二传感器的传感器数据将所述候选...

【专利技术属性】
技术研发人员：舍克·钟，伊恩·阿特金森，阿德瓦伊特·雅因，卢奇内·奥加涅相，墨菲·斯泰因，萨基特·帕尔卡尔，罗伯特·奥利弗，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US