一种三维空间跟踪定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三维空间跟踪定位系统及方法，系统包括图像获取单元、固定设置在目标定位室内的二维编码显示单元、以及，与图像获取单元通信连接的三维空间位置获取单元；方法包括：实时获取虚拟现实设备的图像获取单元拍摄的当前目标定位室的室内图像；识别室内图像，并在确定室内图像中包含二维编码图像时，对二维编码图像进行定位和方向检测；根据二维编码图像的定位和方向检测的结果确定图像获取单元当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息。本发明专利技术实现了对三维空间的高效且可靠的跟踪定位，且对定位场景及设备计算能力均无特殊要求，实现了大范围、不限人数的高精度、高鲁棒性的空间定位技术。

【技术实现步骤摘要】
一种三维空间跟踪定位系统及方法
本专利技术涉及物体在三维空间的跟踪定位
，具体涉及一种三维空间跟踪定位系统及方法。
技术介绍
三维空间的跟踪定位是虚拟现实VR、增强现实AR和其它一些机器人领域的关键技术。常见的定位方案有激光定位、光学定位以及基于计算机视觉的定位，其中光学定位又分为主动式和被动式两种。激光定位和光学定位存在成本高、可检测范围小、难以实现多目标定位等问题。传统的基于计算机视觉的定位方法，分为标志物法(Marker)，并行跟踪映射法(PTAM)，关键点模板跟踪法(KeypointTemplateTracking)，单应矩阵法(Homography-based)等。这些方法或对于场景有限制要求，或对于设备的计算能力有较高的要求，并且容易受到环境光的影响，不能处理遮挡，精确度和鲁棒性都不够高，因此难以做到商用级别。因此，如何设计一种能够解决上述问题的三维空间跟踪定位系统或方法，是亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种三维空间跟踪定位系统及方法，实现了对三维空间的高效且可靠的跟踪定位，且对定位场景及设备计算能力均无特殊要求，实现了大范围、不限人数的高精度、高鲁棒性的空间定位技术。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种三维空间跟踪定位系统，所述系统包括：图像获取单元、固定设置在目标定位室内的二维编码显示单元、以及，与所述图像获取单元通信连接的三维空间位置获取单元；所述图像获取单元用于实时获取所述目标定位室的室内图像，并将所述室内图像发送至所述三维空间位置获取单元；所述二位编码显示单元用于显示二维编码图像；所述三维空间位置获取单元用于识别所述室内图像，并在确定所述室内图像中包含所述二维编码图像时，根据该二维编码图像获取所述图像获取单元当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息。进一步的，所述三维空间位置获取单元包括：图像识别子单元和图像位置生成子单元；所述图像识别子单元用于接收所述图像获取单元发送的室内图像，并在识别所述室内图像中是否包含有完整或部分的所述二维编码图像时，将包含有该二维编码图像的室内图像发送至所述图像位置生成子单元；所述图像位置生成子单元用于根据接收的室内图像中的所述二维编码图像，获取所述图像获取单元当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息。进一步的，所述系统还包括：惯性测量单元，且所述惯性测量单元与图像获取单元均设置在虚拟现实设备上，且所述惯性测量单元与所述三维空间位置获取单元通信连接；所述惯性测量单元用于对所述虚拟现实设备的运动轨迹和方向进行检测，并将检测结果发送至所述三维空间位置获取单元。进一步的，所述三维空间位置获取单元还包括：传感位置生成子单元和三维空间位置发送子单元；所述传感位置生成子单元用于接收所述惯性测量单元发送的所述检测结果，并根据所述检测结果获取所述虚拟现实设备当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息；所述三维空间位置发送子单元用于将所述图像位置生成子单元和所述传感位置生成子单元分别生成的三维空间位置信息按时间顺序进行汇总，得到所述虚拟现实设备当前对应在目标定位室内的三维空间位置汇总信息，并将所述三维空间位置汇总信息发送至所述虚拟现实设备或外部显示设备进行显示。进一步的，所述二位编码显示单元为印设有所述二维编码图像的纸板，且该纸板设置在所述目标定位室的天花板上；所述二维编码图像由N*N个单元格组成，且N为大于或等于5的整数；其中，不同的所述二维编码图像中相同位置的单元格组的组成形式不同，所述单元格组由X*Y个单元格组成，且4≤X<N，4≤Y<N。另一方面，本专利技术还提供了一种三维空间跟踪定位方法，所述方法包括：实时获取虚拟现实设备的图像获取单元拍摄的当前目标定位室的室内图像；识别所述室内图像，并在确定室内图像中包含所述二维编码图像时，对所述二维编码图像进行定位和方向检测，其中，所述二维编码图像由N*N个单元格组成，且N为大于或等于5的整数，不同的所述二维编码图像中相同位置的单元格组的组成形式不同；以及，根据所述二维编码图像的定位和方向检测的结果确定所述图像获取单元当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息。进一步的，所述方法还包括：根据设置在所述虚拟现实设备的惯性测量单元对所述虚拟现实设备的运动轨迹和方向进行检测，并根据所述惯性测量单元的检测结果获取所述虚拟现实设备当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息；在经识别确定所述室内图像中包含所述二维编码图像时，将所述图像获取单元的测量误差值调至第一阈值以下，并将所述惯性测量单元的测量误差值调至第二阈值以上，且所述第一阈值小于第二阈值；以及，在经识别确定所述室内图像未包含所述二维编码图像时，将所述图像获取单元的测量误差值调至第二阈值以上，并将所述惯性测量单元的测量误差值调至第第一阈值以下。进一步的，所述方法还包括：将分别由所述二维编码图像以及所述惯性测量单元获取的三维空间位置信息按时间顺序进行汇总，得到所述虚拟现实设备当前对应在目标定位室内的三维空间位置汇总信息；以及，将所述三维空间位置汇总信息发送至所述虚拟现实设备或外部显示设备进行显示。进一步的，所述在确定室内图像中包含所述二维编码图像时，对所述二维编码图像进行定位和方向检测，包括：在识别到某一室内图像中包含所述二维编码图像时，获取所述二维编码图像的单元格组，其中，所述单元格组由X*Y个单元格组成，且4≤X<N，4≤Y<N；根据所述二位编码图案的所述单元格组中的单元格分布状态，确定所述二位编码图案的三维空间位置信息；以及，根据所述图像获取单元的内置参数和所述二位编码图案的三维空间位置信息，确定所述图像获取单元当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息。进一步的，所述根据惯性测量单元对所述虚拟现实设备的运动轨迹和方向进行检测，包括：根据惯性测量单元及扩展卡尔曼滤波器对所述虚拟现实设备的运动轨迹和方向进行检测及外部信号矫正。由上述技术方案可知，本专利技术所述的一种三维空间跟踪定位系统及方法，系统包括图像获取单元、固定设置在目标定位室内的二维编码显示单元、以及，与图像获取单元通信连接的三维空间位置获取单元；方法包括：实时获取虚拟现实设备的图像获取单元拍摄的当前目标定位室的室内图像；识别室内图像，并在确定室内图像中包含二维编码图像时，对二维编码图像进行定位和方向检测；根据二维编码图像的定位和方向检测的结果确定图像获取单元当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息。本专利技术实现了对三维空间的高效且可靠的跟踪定位，且对定位场景及设备计算能力均无特殊要求，实现了大范围、不限人数的高精度、高鲁棒性的空间定位技术。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一的一种三维空间跟踪定位系统的第一种具体实施方式的结构示意图；图2是本专利技术实施例二的一种三维空间跟踪定位系统的第二种具体实施方式的结构示意图；图3是本专利技术实施例三的定位系统中三维空间位置获取单元30的具体实施方式的结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维空间跟踪定位系统，其特征在于，所述系统包括：图像获取单元、固定设置在目标定位室内的二维编码显示单元、以及，与所述图像获取单元通信连接的三维空间位置获取单元；所述图像获取单元用于实时获取所述目标定位室的室内图像，并将所述室内图像发送至所述三维空间位置获取单元；所述二位编码显示单元用于显示二维编码图像；所述三维空间位置获取单元用于识别所述室内图像，并在确定所述室内图像中包含所述二维编码图像时，根据该二维编码图像获取所述图像获取单元当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种三维空间跟踪定位系统，其特征在于，所述系统包括：图像获取单元、固定设置在目标定位室内的二维编码显示单元、以及，与所述图像获取单元通信连接的三维空间位置获取单元；所述图像获取单元用于实时获取所述目标定位室的室内图像，并将所述室内图像发送至所述三维空间位置获取单元；所述二位编码显示单元用于显示二维编码图像；所述三维空间位置获取单元用于识别所述室内图像，并在确定所述室内图像中包含所述二维编码图像时，根据该二维编码图像获取所述图像获取单元当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三维空间位置获取单元包括：图像识别子单元和图像位置生成子单元；所述图像识别子单元用于接收所述图像获取单元发送的室内图像，并在识别所述室内图像中是否包含有完整或部分的所述二维编码图像时，将包含有该二维编码图像的室内图像发送至所述图像位置生成子单元；所述图像位置生成子单元用于根据接收的室内图像中的所述二维编码图像，获取所述图像获取单元当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：惯性测量单元，且所述惯性测量单元与图像获取单元均设置在虚拟现实设备上，且所述惯性测量单元与所述三维空间位置获取单元通信连接；所述惯性测量单元用于对所述虚拟现实设备的运动轨迹和方向进行检测，并将检测结果发送至所述三维空间位置获取单元。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述三维空间位置获取单元还包括：传感位置生成子单元和三维空间位置发送子单元；所述传感位置生成子单元用于接收所述惯性测量单元发送的所述检测结果，并根据所述检测结果获取所述虚拟现实设备当前对应在目标定位室内的三维空间位置信息；所述三维空间位置发送子单元用于将所述图像位置生成子单元和所述传感位置生成子单元分别生成的三维空间位置信息按时间顺序进行汇总，得到所述虚拟现实设备当前对应在目标定位室内的三维空间位置汇总信息，并将所述三维空间位置汇总信息发送至所述虚拟现实设备或外部显示设备进行显示。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二位编码显示单元为印设有所述二维编码图像的纸板，且该纸板设置在所述目标定位室的天花板上；所述二维编码图像由N*N个单元格组成，且N为大于或等于5的整数；其中，不同的所述二维编码图像中相同位置的单元格组的组成形式不同，所述单元格组由X*Y个单元格组成，且4≤X<N，4≤Y&...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志东，王能文，高鑫，张杰，
申请(专利权)人：北京铅笔视界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11