[发明专利]基于四元数的两个独立系统坐标系之间的转换方法

说明书

本发明公开了基于四元数的两个独立系统坐标系之间的转换方法，包括转换参数的标定过程和信息转换过程，转换参数的标定过程包括固定两个独立系统的标志物；保持标志物相对不动，同时转动标志物，获取运动过程的两个标志物的位置信息和空间姿态信息；把获取的位置信息和空间姿态信息转化为四元数；用最小二乘法估计变换参数；信息转换过程包括获取一个系统标志物的位置信息和空间姿态信息；把获取的位置信息和空间姿态信息转化为四元数；根据估计的变换参数，计算该标志物在另一系统的位置信息和空间姿态信息，本发明两个系统之间的位置信息和空间姿态信息可以相互转化，方便后续的数据融合，计算简单快捷，无需额外的测量仪器。

技术领域

本发明具体涉及基于四元数的两个独立系统坐标系之间的转换方法。

背景技术

现行的虚拟现实系统和动作捕捉系统有很多。虚拟现实系统，如HTC Vive、OculusRift、PSVR；动作捕捉系统，如Perception Neuron、OptiTrack，它们都可以独立测量到3D场景中目标的位置信息和空间姿态信息，但是其坐标系、原点、测量精度等并不一定一致。在多系统混合使用的过程中，系统的位置信息和空间姿态信息需要进行变换，才能进行数据融合处理，已申请的专利CN 104834917A提到了一种混合动作捕捉的系统及方法，没有提及系统之间的信息转换方法。

发明内容

本发明的目的是为解决上述不足，提供基于四元数的两个独立系统坐标系之间的转换方法

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于四元数的两个独立系统坐标系之间的转换方法，包括转换参数的标定过程和信息转换过程，

转换参数的标定过程具体步骤如下：

S11：系统A的标志物为a，系统A测量标志物a的位置信息和空间姿态信息；系统B的标志物为b，系统B测量标志物b的位置信息和空间姿态信息。标志物a和标志物b固定在一个固定座上；

S12：保持标志物相对不动，转动固定座即同时转动标志物a和标志物b，获取n组运动过程的两个标志物的位置信息和空间姿态信息；

S13：以位置信息中的三维空间坐标为四元数的虚部，把位置信息转化为实部为0的四元数p_mi＝(0,px_mi,py_mi,pz_mi),m＝a,b；i＝1,2…n，如果获取的空间姿态信息是单位四元数，则不用做处理，否则把获取的空间姿态信息转为描述旋转的单位四元数

q_mi＝(qw_mi,qx_mi,qy_mi,qz_mi),m＝a,b；i＝1,2…n；表示空间姿态的单位四元数两两组合，得出n(n-1)/2个相对旋转值

Q_mk＝q_miq_mj^-1

m＝a,b

i,j＝1,2…n

i＜j

k＝n(i-1)+j

S14：设从系统A到系统B的转换参数为旋转参数q_AB、原点偏

移参数p_AB和标志物偏移参数p_ab。

系统A到系统B的信息转换公式为：

q_b＝q_ABq_aq_AB^-1