一种虚拟现实系统中的空间定位装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公布了一种在虚拟现实系统中使用的空间定位装置，包括摄像头姿态校准模块、摄像头姿态固定模块、初始化图像采集处理模块和连续图像处理模块；摄像头姿态校准模块包括成像单元；成像单元包括一个或多个摄像头；摄像头姿态固定模块包括稳定器或云台；初始化图像采集处理模块包括初始化图像参照图案、激光测距仪或超声波测距仪；通过在人体上佩戴成像单元，在人体移动过程中对连续采集得到的图像进行图像处理，获得人体的位移，实现虚拟现实系统中的空间定位。本实用新型专利技术技术方案能够简化VR定位场景的布置摄像头等外围设备，更加方便使用。

Space positioning device in virtual reality system

The utility model discloses a spatial location used in the virtual reality system device, including camera calibration module, camera attitude attitude fixing module, initialization module and image acquisition and processing for the image processing module; camera pose calibration module includes the imaging unit; the imaging unit includes one or more camera camera module includes a fixed posture; the stabilizer or head; initialization of image acquisition and processing module including the initialization image reference pattern, laser range finder or ultrasonic range finder; by wearing the imaging unit in the body, the body in the process of moving image acquired by continuous image processing, to obtain body displacement, realize positioning in virtual reality system. The technical proposal of the utility model can simplify the arrangement of the VR positioning scene, the camera and other peripheral equipment, and is more convenient to use.

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟现实系统中的空间定位装置
本技术涉及虚拟现实和增强现实技术，尤其涉及一种虚拟现实系统中的空间定位装置。
技术介绍
虚拟现实(VR)或增强现实(AR)技术(本技术统称为VR技术)，就是通过计算机技术以及各类传感器技术在特定范围内产生出在视觉、听觉、触觉的虚拟环境或在真实环境上进行叠加效果叠加。在VR系统中，很多应用场景会涉及到室内空间定位，利用室内空间定位技术可以实现真实世界与虚拟世界的更好互动。但是，目前现有的室内空间定位技术主要通过以下两种方式：第一种是在人体上布置反光点，通过在场景外围布置多个摄像头采集这些反光点的图像，然后通过图像处理的方法确定空间位置关系。这种定位方式需要架设多个摄像头，成本高并且布置繁琐，同时人体在活动过程中会出现反光点被遮挡等情况而影响定位，准确性不高。第二种是通过在场景外布置激光发射器，通过激光扫描整个使用区域，人体佩戴激光接收设备，激光接收设备接收到激光发送的信号后，通过计算得到当前位置。和第一种定位方法一样，第二种定位方式同样需要在在场景外围布置激光发射器，并且也会受到遮挡的影响。此外，上述两种方式都会严格限制使用者的活动范围，超出范围后就会定位失败。而且，现有的惯性动捕设备技术无法提供准确的空间定位。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本技术提供一种在虚拟现实系统中使用的空间定位装置，通过在人体上佩戴一个或一个以上的摄像头，摄像头固定在人体的某一部位，根据摄像头连续获取图像信息，通过图像处理算法对图像信息进行分析处理，从而判断人体的位移，能够简化VR定位场景的布置摄像头等外围设备，更加方便使用。本技术的原理是：在虚拟现实系统中，需要通过定位跟踪人体在真实世界中的活动轨迹，使得虚拟世界中的人体模型也按照这个轨迹移动，来实现在虚拟现实系统中的空间定位，达到真实世界中的人体和虚拟世界中的人体模型同步。本技术在人体上安装垂直于屋顶和/或墙面的摄像头，由于摄像头会随着人体的移动而移动，使得摄像头所采集的图像也会随之移动(图像中的物体在图像中的位置随之移动)，所以，通过摄像头连续采集得到周围墙壁等物体的图像，通过对这些物体的图像进行分析处理，获取图片中位置连续变化的信息，由此实现虚拟现实系统中的空间定位。本技术提供的技术方案是：一种虚拟现实系统中的空间定位装置，包括摄像头姿态校准模块、摄像头姿态固定模块、初始化图像采集处理模块和连续图像处理模块；摄像头姿态校准模块包括成像单元、校准平面和参照图形，或者包括成像单元和IMU单元(惯性测量装置IMU单元是测量物体三轴姿态的装置，InertialMeasurementUnit)；成像单元包括一个或多个摄像头；摄像头姿态校准模块用于对摄像头姿态进行初始校准；摄像头姿态固定模块包括稳定器或云台，用于将成像单元中的摄像头通过稳定器或云台固定连接到人体上，使得摄像头在后续的使用过程中一直保持与校准平面垂直；初始化图像采集处理模块采用初始化图像参照图案或激光测距仪(或超声波测距仪)，通过摄像头采集图像并获取摄像头采集的图像与图像所对应的实物之间的空间比例数值关系；连续图像处理模块通过在人体移动过程中对连续采集得到的图像进行图像处理，计算得到摄像头在其轴向方向的移动和在垂直于轴向的平面的移动距离和方向，获得人体的位移，由此实现虚拟现实系统中的空间定位。其中，成像单元中的一个或多个摄像头可以安装在人体同一部位或不同部位，摄像头可以是单目摄像头、双目摄像头或多目摄像头。校准平面可以为屋顶和(或)墙面；固定在人体上的摄像头垂直于屋顶和/或墙面。具体实施中，摄像头姿态校准模块可包括成像单元、校准平面和参照图形，这种情况在校准平面上设置参照标记图形(如十字形或圆形、正方形、正多边形等的图案)，可通过采用参照标记图形方法进行摄像头姿态的初始校准，实现摄像头轴向与校准平面垂直；摄像头姿态校准模块也可包括成像单元和IMU单元，这种情况采用在摄像头上放置输出姿态信息装置(IMU单元)的方法实现摄像头姿态的初始校准，当安装输出姿态信息装置和摄像头镜头平面平行并和摄像头轴线垂直时，输出姿态信息装置输出的姿态欧拉角，就是摄像头镜头平面的姿态欧拉角。具体实施中，初始化图像采集处理模块可在校准平面上放置参照图案；或将激光测距仪(或超声波测距仪)与摄像头相连接；可分别通过已知尺寸的参照图案对摄像头进行标定，或采用激光测距或超声波测距方法进行初始化图像采集。上述空间定位装置可以和惯性动作捕捉设备配合使用，其中，摄像头姿态校准模块包括成像单元和IMU单元，惯性动作捕捉设备中的一个IMU单元和摄像头组成一体化成像装置，例如，IMU单元安装在摄像头底部，平行于摄像头镜头平面；由于惯性动作捕捉设备包括多个IMU单元，在真实人体上安装所述空间定位装置要使得所述摄像头垂直于屋顶或墙面，或者同时垂直于屋顶和墙面；通过该空间定位装置中的摄像头采集图像进行处理，确定真实人体的空间坐标位置；再利用惯性动作捕捉设备自身建立的相对坐标系，计算得到惯性动作捕捉设备任意一个节点的空间坐标；还可通过一体化装置中的IMU单元反映的摄像头抖动情况来辅助摄像头进行防抖处理。本技术实施例中，摄像头和惯性动作捕捉设备中的一个IMU单元结合，解决了惯性动捕不能提供准确空间定位的问题。在摄像头拍摄的位置为反光特别强烈导致无法通过连续拍照获取图像的连续变化时，可以通过IMU惯性单元计算位移，作为补充。同时，通过与摄像头一体的IMU单元，可以根据摄像头抖动的情况来辅助摄像头进行防抖处理。上述虚拟现实系统中的空间定位装置工作时，通过在人体上安装垂直于屋顶和/或墙面的摄像头，使得摄像头所采集的图像随着人体的移动而发生移动，图像中的物体或者是图像中的特征点或物体边缘即随着人体的移动而发生移动；通过摄像头连续采集周围物体的图像，通过对物体的图像进行分析处理，获取图片中位置连续变化的信息，由此实现虚拟现实系统中的空间定位；主要包括初始校准摄像头姿态过程、固定摄像头姿态过程、初始化图像采集处理过程和连续图像处理过程；1)初始校准摄像头姿态过程：实现摄像头轴向与校准平面垂直；2)固定摄像头姿态使得摄像头在使用过程中一直保持初始校准摄像头姿态；3)初始化图像采集过程通过摄像头采集图像并根据已知量获取摄像头采集的图像与图像所对应的实物之间的数值关系(空间比例关系)；4)连续图像处理过程进行连续图像采集，通过提取图像轮廓和特征点，分析当前帧和前一帧图像中特征点的变化，根据图像轮廓和特征点的变化，计算得到摄像头在其轴向方向的移动和在垂直于轴向的平面的移动，根据移动的距离和方向实现虚拟现实系统中的空间定位。针对上述空间定位方法，步骤1)可以采用参照标记图形方法进行摄像头姿态的初始校准；也可以采用在摄像头上放置输出姿态信息装置的方法实现摄像头姿态的初始校准。采用参照标记图形这种校准方式时，初始校准摄像头姿态过程可以通过利用在校准平面上设置图案作为参照标记图形，将摄像头拍摄到参照标记图形时得到的图像与参照标记图形进行比较，判断是否变形失真(本技术中的失真是指发生形变，等比例放缩不是失真)，如果失真说明镜头平面与拍摄面不平行，若没有失真说明两者平行，校准过程就是要使得摄像头内的成像与标记图案不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟现实系统中的空间定位装置，包括摄像头姿态校准模块、摄像头姿态固定模块、初始化图像采集处理模块和连续图像处理模块；所述摄像头姿态校准模块包括成像单元；成像单元包括一个或多个摄像头；摄像头姿态校准模块用于对摄像头姿态进行初始校准；摄像头姿态固定模块包括稳定器或云台，用于将成像单元中的摄像头通过稳定器或云台固定连接到人体上，使得摄像头在后续的使用过程中一直保持与校准平面垂直；初始化图像采集处理模块包括初始化图像参照图案、激光测距仪或超声波测距仪，通过摄像头采集图像并获取摄像头采集的图像与图像所对应的实物之间的空间比例数值关系；连续图像处理模块通过在人体移动过程中对连续采集得到的图像进行图像处理，计算得到摄像头在其轴向方向的移动和在垂直于轴向的平面的移动距离和方向，获得人体的位移，由此实现虚拟现实系统中的空间定位。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实系统中的空间定位装置，包括摄像头姿态校准模块、摄像头姿态固定模块、初始化图像采集处理模块和连续图像处理模块；所述摄像头姿态校准模块包括成像单元；成像单元包括一个或多个摄像头；摄像头姿态校准模块用于对摄像头姿态进行初始校准；摄像头姿态固定模块包括稳定器或云台，用于将成像单元中的摄像头通过稳定器或云台固定连接到人体上，使得摄像头在后续的使用过程中一直保持与校准平面垂直；初始化图像采集处理模块包括初始化图像参照图案、激光测距仪或超声波测距仪，通过摄像头采集图像并获取摄像头采集的图像与图像所对应的实物之间的空间比例数值关系；连续图像处理模块通过在人体移动过程中对连续采集得到的图像进行图像处理，计算得到摄像头在其轴向方向的移动和在垂直于轴向的平面的移动距离和方向，获得人体的位移，由此实现虚拟现实系统中的空间定位。2.如权利要求1所述空间定位装置，其特征是，所述成像单元中的一个或多个摄像头安装在人体同一部位或不同部位；所述摄像头是...

【专利技术属性】
技术研发人员：弭强，王礼辉，
申请(专利权)人：影动北京科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11