[发明专利]运动封闭空间追踪方法及追踪系统

权利要求书

1.一种运动封闭空间追踪方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤S1、获取虚拟现实设备与定位器的位置关系；

步骤S2、对两个固定位置的摄像机通过OpenCV库，采用最小二乘法进行离线标定，获取标定后的摄像机的内、外参数；

步骤S3、通过两个摄像机标定后的内、外参数，对静态的混合现实模拟舱表面的特征点的初始位置进行记录，并通过立体成像原理和坐标转换得到模拟舱的初始位姿，建立初始坐标系；

步骤S4、控制混合现实模拟舱运动，两个摄像机实时拍摄混合现实模拟舱，运动姿态时的特征点，通过预设SURF算法进行动态特征点的提取，然后采用预设KLT算法对提取的特征点进行匹配，实现快速运动产生的较长位移变化后，特征点的跟踪匹配；

步骤S5、通过跟踪匹配得到特征点的实时世界坐标，计算出这一时刻特征点相对于初始位置的变化，进而得到这一时刻混合现实模拟舱的位姿关系；

步骤S6、利用得到的混合现实模拟舱的位姿，利用之前获取的虚拟现实设备和定位器之间的位置关系，通过逆向转换进行动态修正，并匹配内部虚拟场景与外部真实场景空间感和距离感。

2.根据权利要求1所述的运动封闭空间追踪方法，其特征在于，所述预设SURF算法是提取摄像机拍摄图像的高斯差分金字塔中每组的第一层图像；对所述第一层图像采取最大类间差分法的自适应阈值分割，获得二值图；将所述二值图作为约束条件进行特征点检测，使SURF算法检测只在边缘区域内部进行。

3.根据权利要求1所述的运动封闭空间追踪方法，其特征在于，所述预设KLT算法，是在高斯差分金字塔的最高层计算光流，把计算得到的运动估计，作为下一层计算的初始点，经过多次迭代直至最底层。

4.根据权利要求1所述的运动封闭空间追踪方法，其特征在于，所述混合现实模拟舱表面的特征点，采用圆形黑白对比的颜色的三个圆形组成，三个圆形呈等腰三角形排列。

5.根据权利要求1所述的运动封闭空间追踪方法，其特征在于，所述混合现实模拟舱设置在六自由度平台上，用户通过操作控制手柄，控制六自由度平台运动，实现混合现实模拟舱在不同方向的运动。

6.一种运动封闭空间追踪系统，其特征在于，包括虚拟现实设备、两个固定安装的摄像机、混合现实模拟舱、图像采集卡和控制主机；

所述虚拟现实设备，由用户穿戴，用于展示虚拟场景，并获取自身与定位器之间的位置关系，并将所述位置关系发送至控制主机；

两个所述固定安装的摄像机，用于拍摄混合现实模拟舱表面的特征点，进一步，将拍摄的所述特征点图像传输至图像采集卡；

所述图像采集卡用于接收摄像机发送的特征点图像；并将特征点图像发送至控制主机；

所述控制主机根据摄像机拍摄的特征点图像，通过OpenCV库，采用最小二乘法进行离线标定，获取标定后的摄像机内、外参数；通过两个摄像机标定后的内、外参数，对静态的混合现实模拟舱表面的特征点的初始位置进行记录，并通过立体成像原理和坐标转换得到模拟舱的初始位姿，建立初始坐标系；

所述控制主机用于接收用户操作指令，根据操作指令控制混合现实模拟舱运动，两个摄像机实时拍摄混合现实模拟舱，运动姿态时的特征点，通过预设SURF算法进行动态特征点的提取，然后采用预设KLT算法对提取的特征点进行匹配，实现快速运动产生的较长位移变化后，特征点的跟踪匹配；通过跟踪匹配得到特征点的实时世界坐标，计算出这一时刻特征点相对于初始位置的变化，进而得到这一时刻混合现实模拟舱的位姿关系；

所述控制主机用于接收虚拟现实设备与定位器的位置关系、利用得到的混合现实模拟舱的位姿，利用接收到的虚拟现实设备与定位器的关系，通过逆向转换进行动态修正，并匹配内部虚拟场景与外部真实场景空间感和距离感；并将匹配后画面发送至虚拟现实设备展示。

7.根据权利要求6所述的运动封闭空间追踪系统，其特征在于，所述预设SURF算法是提取摄像机拍摄图像的高斯差分金字塔中每组的第一层图像；对所述第一层图像采取最大类间差分法的自适应阈值分割，获得二值图；将所述二值图作为约束条件进行特征点检测，使SURF算法检测只在边缘区域内部进行。