光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统和方法，包括：惯性传感器用于当二维旋转台旋转位于不同位置，标定本体固定在正六面体治具内的不同面时，采集惯性数据；控制器用于向二维旋转台发送控制指令信息，以使二维旋转台根据控制指令信息进行旋转，并记录二维旋转台的旋转角度；红外动捕相机用于采集光学数据，光学数据包括多个红外灯的光学三维点坐标数据；上位机用于利用旋转角度校准惯性数据，得到误差校正数值；以及根据惯性数据和光学数据，得到旋转矩阵，可以采用二维旋转台进行内参标定和外参标定，使用二维旋转台成本低，占用空间小，且可以实现刚体坐标系与惯性坐标系的统一。

【技术实现步骤摘要】
光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统和方法
本专利技术涉及数据处理
，尤其是涉及光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统和方法。
技术介绍
目前，在对光学惯性混合动作捕捉设备进行标定时，采用三维旋转台进行标定，三维旋转台可以对光学惯性混合动作捕捉设备进行内参标定，但是不能进行外参标定，从而无法实现刚体坐标系与惯性坐标系的统一。其中，内参标定是指对光学惯性混合动作捕捉设备内的惯性传感器进行校正；外参标定是指对光学惯性混合动作捕捉设备内的惯性数据和红外动捕相机采集的光学数据进行坐标统一的过程。三维旋转台虽然可以进行内参标定，但是三维旋转台相比于二维旋转台成本高，且占用空间大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统和方法，可以采用二维旋转台进行内参标定和外参标定，使用二维旋转台成本低，占用空间小，且可以实现刚体坐标系与惯性坐标系的统一。第一方面，本专利技术实施例提供了光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，所述系统包括正六面体治具、红外动捕相机、POE交换机、二维旋转台、控制器和上位机，将所述光学惯性混合动作捕捉设备作为标定本体，所述标定本体包括惯性传感器和多个红外灯；所述标定本体固定在正六面体治具内，所述正六面体治具固定在二维旋转台上，所述惯性传感器与所述上位机相连接，所述控制器与所述二维旋转台相连接，所述红外动捕相机通过所述POE交换机与所述上位机相连接；所述惯性传感器，用于当所述二维旋转台旋转位于不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，采集惯性数据；所述控制器，用于向所述二维旋转台发送控制指令信息，以使所述二维旋转台根据所述控制指令信息进行旋转，并记录所述二维旋转台的旋转角度；所述红外动捕相机，用于采集光学数据，所述光学数据包括所述多个红外灯的光学三维点坐标数据；所述上位机，用于利用所述旋转角度校准所述惯性数据，得到误差校正数值；以及根据所述惯性数据和所述光学数据，得到旋转矩阵。进一步的，所述旋转角度包括第一旋转角度，所述惯性传感器包括加速计；所述加速计，用于当所述二维旋转台旋转位于所述不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，采集加速度测量值；所述上位机，用于设定第一方向数值和第一零偏数值，其中，所述第一方向数值、所述第一零偏数值、所述加速度测量值和所述第一旋转角度满足第一预设条件；在所述第一预设条件下，根据所述加速度测量值和所述第一旋转角度得到所述加速计的内参值。进一步的，所述旋转角度还包括第二旋转角度，所述惯性传感器还包括陀螺仪；所述陀螺仪，用于当所述二维旋转台旋转位于所述不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，采集角速度测量值；所述上位机，用于设定第二方向数值和第二零偏数值，其中，所述第二方向数值、所述第二零偏数值、所述角速度测量值和所述第二旋转角度满足第二预设条件；在所述第二预设条件下，根据所述角速度测量值和所述第二旋转角度得到所述陀螺仪的内参值。进一步的，所述上位机，用于在第一状态下，构建光学刚体模板；在第二状态下，将所述光学三维点坐标数据和所述光学刚体模板的坐标数据通过点集匹配算法，得到所述光学三维点坐标数据和所述光学刚体模板的坐标数据的第一旋转向量；在第三状态下，获取所述上位机输出的第二旋转向量，以及根据所述光学三维点坐标数据和所述光学刚体模板的坐标数据，得到第三旋转向量；根据所述第一旋转向量、所述第二旋转向量和所述第三旋转向量，得到所述旋转矩阵；其中，所述第一状态为构建所述光学刚体模板时的状态，所述第二状态为所述上位机输出的所述第二旋转向量为0的状态，所述第三状态为光学刚体处于任意运动状态，所述多个红外灯构成所述光学刚体。进一步的，所述上位机，用于在所述第三状态下，获取多组所述第三旋转向量，将多组所述第三旋转向量和所述旋转矩阵的初始值通过LM非线性优化算法，得到优化估计值；其中，所述旋转矩阵的初始值是当所述第一状态时，通过所述惯性传感器的坐标系相对于所述红外动捕相机中房间坐标系的相对方向确定。进一步的，所述正六面体治具通过多个螺钉或具有旋钮控制的夹子固定在所述二维旋转台上；所述正六面体治具为空心，所述正六面体治具包括第一侧面和与所述第一侧面相邻并且垂直的第二侧面，所述第一侧面内设置有第一固定夹，所述第二侧面内设置有第二固定夹，所述第一固定夹和所述第二固定夹均用于固定所述标定本体，所述第一侧面的外侧或所述第二侧面的外侧固定所述二维旋转台的插头。进一步的，当所述正六面体治具的任意侧面内设置有第三固定夹时，至少存在任意两个相邻且垂直的侧面外固定所述二维旋转台的插头；当所述第一侧面内设置所述第一固定夹，所述第二侧面内设置所述第二固定夹时，所述正六面体治具的任意侧面的外侧固定所述二维旋转台的插头。第二方面，本专利技术实施例提供了光学惯性混合动作捕捉设备的标定方法，应用于如上所述的光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，所述光学惯性混合动作捕捉设备的标定包括正六面体治具、红外动捕相机、POE交换机、二维旋转台、控制器和上位机，将所述光学惯性混合动作捕捉设备作为标定本体，所述标定本体包括惯性传感器和多个红外灯；当所述二维旋转台旋转位于不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，通过所述惯性传感器采集惯性数据；所述控制器向所述二维旋转台发送控制指令信息，以使所述二维旋转台根据所述控制指令信息进行旋转，并记录所述二维旋转台的旋转角度；通过所述红外动捕相机采集光学数据，所述光学数据包括所述多个红外灯的光学三维点坐标数据；通过所述上位机利用所述旋转角度校准所述惯性数据，得到误差校正数值；通过所述上位机根据所述惯性数据和所述光学数据，得到旋转矩阵。第三方面，本专利技术实施例提供了电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。第四方面，本专利技术实施例提供了具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行如上所述的方法。本专利技术实施例提供了光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统和方法，包括正六面体治具、红外动捕相机、POE交换机、二维旋转台、控制器和上位机，将所述光学惯性混合动作捕捉设备作为标定本体，标定本体包括惯性传感器和多个红外灯；标定本体固定在正六面体治具内，正六面体治具固定在二维旋转台上，惯性传感器与上位机相连接，控制器与二维旋转台相连接，红外动捕相机通过POE交换机与上位机相连接；惯性传感器用于当二维旋转台旋转位于不同位置，标定本体固定在正六面体治具内的不同面时，采集惯性数据；控制器用于向二维旋转台发送控制指令信息，以使二维旋转台根据控制指令信息进行旋转，并记录二维旋转台的旋转角度；红外动捕相机用于采集光学数据，光学数据包括多个红外灯的光学三维点坐标数据；上位机用于利用旋转角度校准惯性数据，得到误差校正数值；以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述系统包括正六面体治具、红外动捕相机、POE交换机、二维旋转台、控制器和上位机，将所述光学惯性混合动作捕捉设备作为标定本体，所述标定本体包括惯性传感器和多个红外灯；/n所述标定本体固定在正六面体治具内，所述正六面体治具固定在二维旋转台上，所述惯性传感器与所述上位机相连接，所述控制器与所述二维旋转台相连接，所述红外动捕相机通过所述POE交换机与所述上位机相连接；/n所述惯性传感器，用于当所述二维旋转台旋转位于不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，采集惯性数据；/n所述控制器，用于向所述二维旋转台发送控制指令信息，以使所述二维旋转台根据所述控制指令信息进行旋转，并记录所述二维旋转台的旋转角度；/n所述红外动捕相机，用于采集光学数据，所述光学数据包括所述多个红外灯的光学三维点坐标数据；/n所述上位机，用于利用所述旋转角度校准所述惯性数据，得到误差校正数值；以及根据所述惯性数据和所述光学数据，得到旋转矩阵。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述系统包括正六面体治具、红外动捕相机、POE交换机、二维旋转台、控制器和上位机，将所述光学惯性混合动作捕捉设备作为标定本体，所述标定本体包括惯性传感器和多个红外灯；
所述标定本体固定在正六面体治具内，所述正六面体治具固定在二维旋转台上，所述惯性传感器与所述上位机相连接，所述控制器与所述二维旋转台相连接，所述红外动捕相机通过所述POE交换机与所述上位机相连接；
所述惯性传感器，用于当所述二维旋转台旋转位于不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，采集惯性数据；
所述控制器，用于向所述二维旋转台发送控制指令信息，以使所述二维旋转台根据所述控制指令信息进行旋转，并记录所述二维旋转台的旋转角度；
所述红外动捕相机，用于采集光学数据，所述光学数据包括所述多个红外灯的光学三维点坐标数据；
所述上位机，用于利用所述旋转角度校准所述惯性数据，得到误差校正数值；以及根据所述惯性数据和所述光学数据，得到旋转矩阵。


2.根据权利要求1所述的光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述旋转角度包括第一旋转角度，所述惯性传感器包括加速计；
所述加速计，用于当所述二维旋转台旋转位于所述不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，采集加速度测量值；
所述上位机，用于设定第一方向数值和第一零偏数值，其中，所述第一方向数值、所述第一零偏数值、所述加速度测量值和所述第一旋转角度满足第一预设条件；在所述第一预设条件下，根据所述加速度测量值和所述第一旋转角度得到所述加速计的内参值。


3.根据权利要求1所述的光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述旋转角度还包括第二旋转角度，所述惯性传感器还包括陀螺仪；
所述陀螺仪，用于当所述二维旋转台旋转位于所述不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，采集角速度测量值；
所述上位机，用于设定第二方向数值和第二零偏数值，其中，所述第二方向数值、所述第二零偏数值、所述角速度测量值和所述第二旋转角度满足第二预设条件；在所述第二预设条件下，根据所述角速度测量值和所述第二旋转角度得到所述陀螺仪的内参值。


4.根据权利要求1所述的光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述上位机，用于在第一状态下，构建光学刚体模板；在第二状态下，将所述光学三维点坐标数据和所述光学刚体模板的坐标数据通过点集匹配算法，得到所述光学三维点坐标数据和所述光学刚体模板的坐标数据的第一旋转向量；在第三状态下，获取所述上位机输出的第二旋转向量，以及根据所述光学三维点坐标数据和所述光学刚体模板的坐标数据，得到第三旋转向量；根据所述第一旋转向量、所述第二旋转向量和所述第三旋转向量，得到所述旋转矩阵；
其中，所述第一状态为构建所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭，黄永鑫，
申请(专利权)人：北京轻威科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11