多传感器融合的数据处理方法、定位装置及虚拟现实设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多传感器融合的数据处理方法、定位装置及虚拟现实设备。该数据处理方法包括以下步骤：在第一定位周期利用至少一组传感器组的数据，计算出物理中心的位姿；根据物理中心的位姿的惯性导航得到预测的物理中心位姿；在第二定位周期计算各传感器组的三维坐标位姿；基于三维坐标位姿，计算各传感器组在第二定位周期的第三惯性导航数据；通过第三惯性导航数据和各传感器到物理中心的位姿关系，分别得到转化后的物理中心位姿；基于转化后的物理中心位姿，获得各传感器组的预测位姿。本发明专利技术可以降低传感器带来的误差；减小IMU积累误差，而且传感器数量少，计算方法简单，实现了成本控制。

【技术实现步骤摘要】
多传感器融合的数据处理方法、定位装置及虚拟现实设备
本专利技术涉及一种多传感器融合的数据处理方法、定位装置及虚拟现实设备，属于虚拟现实

技术介绍
现有的室内定位技术包括电磁定位、WiFi定位、超声定位和惯性导航(InertialNavigation)定位等。其中，惯性导航技术主要应用于VR(虚拟现实)定位设备的位置姿态测量，根据外界定位数据(如视觉slam、lighthouse等)与IMU(惯性器件)测量得到的载体相对惯性空间的角速度和加速度数据做数据融合，提供高频率更新的位置和姿态。惯性器件包括加速度计和陀螺仪，其中加速度计输出载体的绝对加速度，陀螺仪输出载体相对惯性空间的角速度或角增量。加速度和角速度包含了载体的全部信息，所以惯性导航系统仅靠系统本身的惯性器件就能获得导航用的全部信息。但是，现有的惯性导航系统也有局限性，其需要数量较多的传感器以及传感器各角度的覆盖、或通过较高处理性能的计算单元进行视觉分析，但是实际应用场景中对定位器的体积、功耗、成本等有大幅限制，就需要用最少的传感器以及性能不太高的相对便宜的处理器来实现惯性导航定位。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种多传感器融合的数据处理方法；本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种使用上述数据处理方法的定位装置；本专利技术所要解决的又一技术问题在于提供一种使用上述数据处理方法的虚拟现实设备。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案：根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种多传感器融合的数据处理方法，包括以下步骤：位姿计算步骤：在第一定位周期利用至少一组传感器组的数据，计算出物理中心的位姿；预测物理中心位姿的步骤：根据物理中心的位姿的惯性导航得到预测的物理中心位姿；获得第二定位周期的三维坐标的步骤：在第二定位周期计算各传感器组的三维坐标位姿；计算第三惯性导航数据的步骤：基于所述三维坐标位姿，计算所述各传感器组在第二定位周期的第三惯性导航数据；计算转化后的物理中心位姿的步骤：通过所述第三惯性导航数据和所述各传感器到所述物理中心的位姿关系，分别得到转化后的物理中心位姿；预测各传感器组位姿的步骤：基于所述转化后的物理中心位姿，获得所述各传感器组的预测位姿。其中较优地，所述位姿计算步骤包括以下步骤：步骤1：利用所述获得三维坐标的至少一组传感器数据进行惯性导航，得到第一惯性导航数据；步骤2：利用所述第一惯性导航数据推导出所述物理中心的位姿；步骤3：利用推导出所述物理中心的位姿计算出未获得三维坐标的传感器组的位姿。其中较优地，进一步包括如下步骤：将所述预测物理中心位姿的步骤中得到的所述预测的物理中心位姿，与所述计算转化后的物理中心位姿的步骤获得的所述转化后的物理中心位姿进行对比，选出与所述预测的物理中心位姿误差最小的所述转化后的物理中心位姿，作为下一定位周期的所述预测物理中心位姿的步骤中的所述物理中心的位姿。其中较优地，进一步包括如下步骤：基于所述预测的物理中心位姿误差最小的所述转化后的物理中心位姿，推导出其余传感器组的位姿，并以纠正所述各传感器组的所述第三惯性导航数据。其中较优地，所述各传感器组包括激光传感器和超声传感器；所述获得第二定位周期的三维坐标的步骤中，获得所述各传感器组的极坐标方法计算得到的三维坐标位姿；所述计算第三惯性导航数据的步骤，包括利用所述极坐标方法计算得到的三维坐标位姿，进行惯性导航处理，得到所述各传感器组在所述第二定位周期的第三惯性导航数据。其中较优地，利用所述极坐标方法计算得到的三维坐标位姿，是所述各个传感器组的所述三维坐标位姿；所述第三惯性导航数据，是基于所述各个传感器组的所述三维坐标位姿进行独立的惯性导航得到的。其中较优地，所述位姿计算步骤中，是利用获得三维坐标的所述至少一组传感器组的数据，计算出所述物理中心的位姿以及未获得三维坐标的传感器组的位姿。其中较优地，在所述计算第三惯性导航数据的步骤中，先获得惯性器件提供的其所在位置的加速度和角速度，再根据所述惯性器件所在位置的角速度和加速度，得到其余传感器组的角速度和加速度。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种定位装置，包括刚性本体、处理器、存储器以及固定在所述本体上的多个传感器组和惯性器件；所述定位装置具有物理中心；所述处理器读取所述存储器中的计算机程序，用于执行上述多传感器融合的数据处理方法。根据本专利技术实施例的第三方面，提供一种虚拟现实设备，包括处理器、存储器、定位装置以及成像装置，其中所述定位装置安装在头戴式显示设备的外壳上，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序，用于执行上述多传感器融合的数据处理方法。本专利技术通过利用各组传感器本身的惯性导航进行各传感器位姿预测，可以降低激光传感器或者超声传感器带来的误差；而且利用误差最小的物理中心位姿的惯性导航数据以保证物理中心的位置姿态误差最小，并以此结果进一步纠正每组传感器的惯性导航的误差，减小积累误差，克服IMU的不足。本专利技术采用的传感器数量少，计算方法简单，所以本专利技术的虚拟现实设备没有增加体积或功耗，而且无需选用高性能处理器，实现了成本控制。附图说明图1为本专利技术中，虚拟现实设备的结构示意图；图2为本专利技术中，定位装置的传感器组示意图；图3为本专利技术所提供的多传感器融合的数据处理方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的
技术实现思路
进行详细具体的说明。本专利技术实施例所提供的多传感器融合的数据处理方法，使用尽量少的传感器，从而减小定位设备的体积和功耗；采用新的计算方法，实现一定信号覆盖范围下的较低计算量的位置与姿态解算；而且通过对传感器接收到的数据的迭代处理，减少了定位误差。本专利技术还提供了采用上述数据处理方法的定位装置及虚拟现实设备。如图1所示，本专利技术实施例提供的虚拟现实设备100，包括定位装置10以及成像装置4。其中，定位装置10安装在头戴式显示设备的外壳(未图示)上。定位装置10包括刚性的本体(未图示)、处理器1、存储器2以及固定在本体上的多个传感器组和惯性器件3。定位装置10用于检测位姿变化，并将检测数据发送处理器1。存储器2用于存储本专利技术所提供的多传感器融合的数据处理方法。处理器1对检测数据进行计算后，得到定位装置10的位姿变化，定位装置10安装在头戴式显示设备上，并可和头戴式显示设备进行数据传输，将定位装置10的位姿变化发送给虚拟现实设备100，由于定位装置10安装在虚拟现实设备100上，两者的位姿变化应该是同步的，所以虚拟现实设备100再根据位姿变化计算出新的图像显示内容，然后发给成像装置4进行显示。传感器组和惯性器件3的位置如图2所示。每组传感器组分别包括不同的传感器，图中左侧第一组传感器(A组)包括两个激光传感器以及位于激光传感器中间的超声传感器；图中位于中间的第二组传感器(B组)包括三个传感器，其中靠近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多传感器融合的数据处理方法，其特征在于包括以下步骤：/n位姿计算步骤：在第一定位周期利用至少一组传感器组的数据，计算出物理中心的位姿；/n预测物理中心位姿的步骤：根据物理中心的位姿的惯性导航得到预测的物理中心位姿；/n获得第二定位周期的三维坐标的步骤：在第二定位周期计算各传感器组的三维坐标位姿；/n计算第三惯性导航数据的步骤：基于所述三维坐标位姿，计算所述各传感器组在第二定位周期的第三惯性导航数据；/n计算转化后的物理中心位姿的步骤：通过所述第三惯性导航数据和所述各传感器到所述物理中心的位姿关系，分别得到转化后的物理中心位姿；/n预测各传感器组位姿的步骤：基于所述转化后的物理中心位姿，获得所述各传感器组的预测位姿。/n

【技术特征摘要】
1.一种多传感器融合的数据处理方法，其特征在于包括以下步骤：
位姿计算步骤：在第一定位周期利用至少一组传感器组的数据，计算出物理中心的位姿；
预测物理中心位姿的步骤：根据物理中心的位姿的惯性导航得到预测的物理中心位姿；
获得第二定位周期的三维坐标的步骤：在第二定位周期计算各传感器组的三维坐标位姿；
计算第三惯性导航数据的步骤：基于所述三维坐标位姿，计算所述各传感器组在第二定位周期的第三惯性导航数据；
计算转化后的物理中心位姿的步骤：通过所述第三惯性导航数据和所述各传感器到所述物理中心的位姿关系，分别得到转化后的物理中心位姿；
预测各传感器组位姿的步骤：基于所述转化后的物理中心位姿，获得所述各传感器组的预测位姿。


2.如权利要求1所述的多传感器融合的数据处理方法，其特征在于：
所述位姿计算步骤包括以下子步骤：
步骤1：利用所述获得三维坐标的至少一组传感器数据进行惯性导航，得到第一惯性导航数据；
步骤2：利用所述第一惯性导航数据推导出所述物理中心的位姿；
步骤3：利用推导出所述物理中心的位姿计算出未获得三维坐标的传感器组的位姿。


3.如权利要求1所述的多传感器融合的数据处理方法，其特征在于进一步包括：
将所述预测物理中心位姿的步骤中得到的所述预测的物理中心位姿，与所述计算转化后的物理中心位姿的步骤获得的所述转化后的物理中心位姿进行对比，选出与所述预测的物理中心位姿误差最小的所述转化后的物理中心位姿，作为下一定位周期的所述预测物理中心位姿的步骤中的所述物理中心的位姿。


4.如权利要求3所述的多传感器融合的数据处理方法，其特征在于进一步包括：
基于所述预测的物理中心位姿误差最小的所述转化后的物理中心位姿，推导出其余传感器组的位姿，并以纠正所述各传感器组的所述第三惯性导航数据。


5.如权利要求1或3所述的多传感器融合的数据处理方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张益铭，张佳宁，张道宁，
申请(专利权)人：北京凌宇智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11