[发明专利]惯性测量LED检测复合型六自由度输入方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于人机交互的技术领域，更具体的说，本发明涉及一种惯性测量LED检测复合型六自由度输入方法及系统。

背景技术

随着计算机软件的发展，计算机输入变得日趋复杂。输入设备从早期的电路板，到编程纸袋，再到后来的键盘、鼠标，计算机输入方式逐步变得人性化，人机功效得到了前所未有的提高。

近年来，计算能力的提高使得三维软件和游戏得到很大的发展，大量的三维建模软件、三维显示软件和三维交互式游戏被开发出来并不断涌入市场。然后，由于输入设备仍主要以鼠标键盘为主，这极大地限制了计算机输入的人机功效和友好性。因此，市场上开始出现基于多自由度的输入设备，多采用摄像机或红外扫描技术，通过侦测特定的图像特征识别人体动作作为计算输入，也有采用惯性测量单元作为体感输入。

单一地采用摄像机或红外扫描技术导致设备硬件成本居高不下，如常见的微软公司开发的kinect设备，采用双目识别和红外扫描技术，单机成本在千元人民币以上。

也有方案采用惯性测量单元加红外扫描设备，该方案由于惯性测量单元的设备特性，其输入精度随着使用过程逐渐降低，在附加红外扫描设备后，可减缓输入精度的降低，但也因此增加设备成本，该方案常见的产品为任天堂公司的wii系列游戏机。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种惯性测量LED检测复合型六自由度输入方法及系统。

本发明的第一方面涉及一种姿态仪，其含有LED标靶和姿态传感器，其特征在于：所述姿态传感器包括重力计、陀螺仪和磁力计；其中，重力计用于检测LED标靶相对重力加速度的姿态角；磁力计用于检测LED标靶相对于地磁场的姿态角；陀螺仪用于检测LED标靶围绕相对于绑定在其上的坐标系三轴的转动角速度。

其中，所述LED标靶由一组可以发光的平面LED芯片组成。并且作为优选地，所述LED标靶由成田字形分布的4颗LED芯片组成，其中一颗为定位芯片，其光斑呈正方形，用于定位；其余三颗为编码芯片，其光斑呈对称的三角形。通过对称三角形朝向的变化，可以演化出4×4×4＝64种形式(编码)，以便图像处理时识别。

其中，所述姿态仪还包括微处理器和数据传输装置；所述微处理器接受姿态传感器的数据并通过重力计、磁力计和陀螺仪数据融合算法计算出LED标靶相对于绝对坐标系的姿态角；并按照计算机的控制信号将计算出的数据通过数据传输装置传输到计算机。

其中，所述微处器还用于控制开关量输入和信号灯输出，以便通过姿态仪上的按键和LED指示灯与用户进行简单交互，例如充电指示、按键输入等。

其中，所述LED标靶、姿态传感器、微处理器和数据传输装置集成安装在绝缘导热金属基板上。

本发明的第二方面涉及一种惯性测量LED检测复合型六自由度输入方法，其利用姿态仪以及摄像机实现六自由度的计算机输入，其特征在于：所述姿态仪具有LED标靶和姿态传感器；所述姿态传感器用于感知姿态仪的三轴角速度，并转换为相对于摄像机坐标的三轴姿态角；计算机从摄像机拍摄的LED标靶的视频信息获取LED标靶的空间位置信息；并利用姿态仪传送的三轴姿态角和LED标靶的空间位置信息进行数据融合并计算出LED标靶准确的三维坐标，与所述三轴姿态角共同构成所述LED标靶的六个自由度，作为空间姿态信息输入计算机。

其中，所述LED标靶由一组可以发光的平面LED芯片组成。并且作为优选地，所述LED标靶由成田字形分布的4颗LED芯片组成，其中一颗为定位芯片，其光斑呈正方形，用于定位；其余三颗为编码芯片，其光斑呈对称的三角形。通过对称三角形朝向的变化，可以演化出4×4×4＝64种形式(编码)，以便图像处理时识别。

其中，所述姿态传感器包括重力计、陀螺仪和磁力计；其中，重力计用于检测LED标靶相对重力加速度的姿态角；磁力计用于检测LED标靶相对于地磁场的姿态角；陀螺仪用于检测LED标靶围绕相对于绑定在其上的坐标系三轴的转动角速度。

其中，所述姿态仪还包括微处理器和数据传输模块；所述微处理器接受姿态传感器的数据并通过重力计、磁力计和陀螺仪数据融合算法计算出LED标靶相对于绝对坐标系的姿态角；并按照计算机的控制信号将计算出的数据通过数据传输模块传输到计算机。