一种便携式跟踪装置及其位置姿态跟踪方法和系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种便携式跟踪装置及其位置姿态跟踪方法和系统，其中包括：便携式跟踪装置，该便携式跟踪装置上设置有不可见光发射装置，用于形成不可见光的点发光体和线发光体；所述的系统还包括：滤光装置，用于对所述的不可见光进行滤光；摄像装置，用于透过所述的滤光装置对所述点发光体和线发光体进行摄像；图像采集处理装置，用于对所述摄像装置摄取的图像进行采集处理；控制装置，用于根据所述图像采集处理装置采集并处理的图像数据得出被摄物体的位置姿态轨迹。由于本发明专利技术可在单个摄像机拍摄的条件下借助手持设备完成对被射物体的位置和姿态的跟踪，因此本发明专利技术可以用于：个人娱乐，科学研究，工业操作等多个领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及人机交互系统领域，特别涉及通过判断物体的位置和姿态来进 行人机交互的技术，具体的讲是一种便携式跟踪装置及其位置姿态跟踪方法和 系统。
技术介绍
当前国内外最常见的用于人机交互的位置姿态跟踪系统是光学位置姿态跟 踪系统，而光学位置姿态跟踪系统大多基于计算机视觉原理。从理论上说，对 于空间中的一个点，只要它能同时为两部摄像^L所见，则根据同一时刻两部摄 像机所拍摄的图像和摄像机参数，可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当 同时确定了一个物体的多个点时，则还可以确定该物体在空间中的姿态。当摄 像机以足够高的速率连续拍摄时，从所得到的图像序列中就可以获取该点或该 物体的运动4九迹。现有的光学位置姿态跟踪系统分为两种， 一种是被动反光式位置姿态跟踪 系统，另一种是主动发光式位置姿态跟踪系统。典型的被动反光式位置姿态跟踪器系统通常使用6 - 8个环绕表演场地排列 的摄像机，而且摄像机的镜头上还附有发出红外光的光源。这些摄像机的视野 重叠区域就是跟踪对象的动作范围，为了便于处理，通常要求跟踪对象穿上单 色的服装，在身体的关键部位，如关节、髋部、肘、腕等位置贴上一些特制的 标志或反光点，称为"标志点(Marker)"，接下来视觉系统将识别和处理这 些标志点。系统定标后，摄像机连续拍摄跟踪对象的动作，并将图〗象序列保存 下来，然后再进行分析和处理，识别其中的标志点，并计算其在每一瞬间的空 间位置，进而得到其运动轨迹。为了得到准确的运动轨迹，摄像机应有较高的 拍摄速率， 一般要达到每秒60帧以上。如果在跟踪对象的脸部表情关键点贴上标志点，则可以实现表情捕捉。这种装置虽然可以捕捉实时运动，但是需要多个摄像机，成本加大，且后 处理(包括标志点的识别、跟踪、空间坐标的计算)的工作量也很大，而且对 于表演场地的光照、反射情况有一定的要求，装置定标也较为烦瑣。特别是当 运动复杂时，不同部位的标志点有可能发生混淆、遮挡，产生错误结果，这时 需要人工干预后处理过程。所以现有的这种位置姿态跟踪系统很难普及且不适 合推广。主动发光式位置姿态跟踪系统是指所要跟踪的物体自身附有红外光源，用 摄像机采集该物体所发出的红外图像，并从该红外图像中提取并分辨出跟踪物体的位置姿态。但是，这种系统同样也是采用6-8个环绕表演场地排列的摄像 机，并且以独立的点为跟踪单位，根据一个点在多个摄像机中的位置来计算其 在三维空间中的位置。这样很容易发生点与点之间混淆的情况，为了避免混淆 也同样需要较为复杂的图像处理过程。因此，上述的无论是被动反光式还是主动发光式位置姿态跟踪器系统都使 用较多数量的摄像机，并且图像处理过程均较复杂，使得设备成本增加， 一般 都用于科学研究、媒体制作等方面，并不利于推广以及家庭使用。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中的缺点，本专利技术提供一种便携式跟踪装置及其位 置姿态跟踪方法和系统，用于实时的跟踪物体的位置和姿态。本专利技术的目的之一是，提供一种便携式跟踪装置，所述的装置包括 一支 架和固定在所述支架上的一透明柱体；所述的支架上设置有不可见光发射装置， 用于形成不可见光的点发光体；所述的透明柱体内设置有多个不可见光发射装 置，用于形成不可见光的线发光体。所述支架具有一承载面，所述的透明柱体垂直的固定于所述的承载面上。所述的不可见光是指红外光；所述的支架上设置有多个红外发射装置，所 述的多个红外发射装置沿着所述承载面上的边缘间隔设置，用于形成多个红外的点发光体。所述的不可见光是指红外光；所述透明柱体内设置的多个红外发射装置沿 着所述透明柱体的轴向依次紧密排列，用于形成红外的直线发光体。所述的便携式跟踪装置还包括 一手持部，所述的手持部固定在所述的支 架上。本专利技术的另一目的是，提供一种位置姿态跟踪系统，所述的系统包括便 携式跟踪装置，该便携式跟踪装置上设置有不可见光发射装置，用于形成不可 见光的点发光体和线发光体；所述的系统还包括滤光装置、摄像装置、图像 采集处理装置和控制装置，所述的摄像装置通过图像采集处理装置与控制装置 相连接；其中所述的滤光装置，用于对所述的不可见光进行滤光；所述的摄像 装置，用于透过所述的滤光装置对所述点发光体和线发光体进行摄像；所述的 图像采集处理装置，用于对所述摄像装置摄取的图像进行采集处理；所述的控 制装置，用于根据所述图像采集处理装置采集并处理的图像数据得出被摄物体 的位置姿态轨迹。所述点发光体和线发光体一起构成一个特定的空间形状。所述的控制装置包括计算机、游戏机、PDA。本专利技术的又一目的是，提供一种位置姿态跟踪方法，所述的方法包括以下 步骤在便携式跟踪装置上设置有不可见光发射装置，用于形成不可见光的点 发光体和线发光体；使被摄物体携有所述的便携式跟踪装置；透过不可见光滤 光装置对所述点发光体和线发光体进行摄像；对摄取的图像进行采集处理；根 据采集并处理的图像数据得出被摄物体的位置姿态轨迹。本专利技术仅通过一个摄像机来实现了对物体的位置姿态的实时、准确的跟踪， 且随后处理的工作量也较小，从而大大降低了成本易于推广以及家庭使用。附图说明图1是本专利技术的位置姿态跟踪系统的框图； 图2是本专利技术的位置姿态跟踪方法的流程图；图3是本专利技术一较佳实施例的手持式跟踪设备的示意图； 图4是本专利技术的图像采集处理和计算步骤的流程图； 图5是本专利技术的DSP图像采集处理装置的电路图； 图6是本专利技术系统的示意图。具体实施方式以下参照附图对本专利技术的实施例进行详细说明。如图3所示， 一种便携式 跟踪装置，所述的装置包括 一支架302和固定在所述支架上的一透明柱体305; 所述的支架上设置有红外发射装置303，用于形成红外的点发光体；所述的透明 柱体内设置有多个红外发射装置，用于形成红外的线发光体301 。所述支架具有一承载面，所述的透明柱体垂直的固定于所述的承栽面上。 在具体实施中，所述的透明柱体也可呈非垂直角度的固定于所述的承栽面上。所述的支架上设置有多个红外发射装置，所述的多个红外发射装置沿着所 述承载面上的边缘间隔设置，用于形成多个红外的点发光体。承载面可以采用 矩形，图3所示的实施例采用了 5个红外发射装置，其中4个红外发射装置分 别被设置于矩形承载面的4个角，另一个被设置于矩形承载面的一边的中部位 置。所述透明柱体可为透明塑料柱，在塑料柱内设置的多个红外发射装置沿着 所述透明塑料柱的轴向依次紧密排列，用于形成红外的直线发光体。这里采用 的红外发射装置的个数可以为8个、10个或根据线发光体301的长度来确定采 用的红外发射装置的个数。所述的使_携式跟踪装置还包括 一手持部304，所述的手持部固定在所述的 支架上。该手持部304可采用如图3所示的手柄状，也可采用其他适合便携的 形状，如把装等。如图1所示的是本专利技术的位置姿态跟踪系统的框图，该位置姿态跟踪系统 包括如图3所示的便携式跟踪装置，该便携式跟踪装置上设置有红外发射装 置，用于形成红外光的点发光体303和线发光体301;通过如图3所示的便携式跟踪装置的安装方式，可以在塑料柱的部分形成一个红外的直线发光体。整个 手持式跟踪设备上安装的红外发射装置构成一个特定的空间形状。上述透明塑 料柱可以是任何形状的透明柱体，只要能安装多个红外发射装置，使这些红外 发射装置构成一直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式跟踪装置，其特征是包括：一支架和固定在所述支架上的一透明柱体；　　　　所述的支架上设置有不可见光发射装置，用于形成不可见光的点发光体；　　　　所述的透明柱体内设置有多个不可见光发射装置，用于形成不可见光的线发光体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏舜仪，李晖，孟艳，雷锦超，
申请(专利权)人：北京威亚视讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]