[发明专利]光学惯性跟踪运动物体的方法和系统

说明书

本发明涉及一种用于由内而外光学惯性跟踪可移动物体的方法和系统。所述方法包括以下步骤：(a)通过多个标记提供IR光的发射；(b)从物理上被连接到所述可移动物体的光学传感器读取图片，并通过第一数据处理装置在被读取的图片中检测满足预定条件的像素；(c)基于检测到的像素检测标记斑点，并通过所述第一数据处理装置确定所述标记斑点的参数；(d)通过所述第一数据处理装置从物理上被连接到所述可移动物体的至少一个惯性传感器读取数据；(e)通过所述第一数据处理装置生成包括所述标记斑点的参数和所述至少一个惯性传感器的数据的合并数据流，并通过第一通信装置向第二通信装置传输所述合并数据流；(f)通过所述第二通信装置接收所述合并数据流，并通过第二数据处理装置基于所述合并数据流确定在所述可移动物体的运动区域的坐标系中的跟踪器定位数据；(g)通过所述第二数据处理装置基于所述跟踪器定位数据来验证跟踪器运动路径的数学模型；(h)通过所述第二数据处理装置基于所述跟踪器运动路径的经验证的数学模型将所述跟踪器定位数据外推到外推层位上。

技术领域

本发明涉及用于从内到外的光学惯性跟踪可移动物体的方法和系统，并且其可用于虚拟现实或增强现实系统、内部物流系统(包括工厂物流、仓库物流或商店物流)、机器人系统、无人移动物体和其他类型的工业、科学或训练系统。

背景技术

在虚拟现实(VR)系统或在增强现实(AR)系统中跟踪可移动对象意味着跟踪用于呈现向系统的用户显示的图像的可移动对象的位置和方向。

跟踪系统可以被配置为外部-内部跟踪系统或内部-外部跟踪系统，其中传感器或多个传感器位于被跟踪对象外部的区域中，并且参考点或多参考点位于所跟踪对象上，其中，一个或多个传感器位于被跟踪对象上，并且一个或一个多个参考点位于所述跟踪对象之外的区域中。

至于传感器类型，存在其中使用光学传感器(例如，在可见光或红外光范围中操作的相机)的光学跟踪，以及其中使用惯性传感器的惯性跟踪，例如陀螺仪和加速度计。此外，磁场传感器(磁力计)、海平面以上高度的传感器(高度计)和一些其它传感器类型也可用于跟踪系统中。

存在使用集中式定位系统的跟踪系统，其可以是本地或全球的、基于卫星的或陆地的系统。

意图用于游戏、娱乐和训练VR/AR系统的大多数跟踪系统是组合跟踪系统。特别地，光学惯性跟踪系统被广泛地使用，其基于光学传感器和惯性传感器的组合应用，其中传感器彼此互补并且相互补偿其缺点。

存在实现内部-外部光学-惯性跟踪方法的跟踪系统，其中视频摄像机位于可移动物体上，并且用作光学跟踪参考点的光学发光或回射标记以预定方式固定地安装在系统操作区域的场所或场所中。陀螺仪和加速度计也位于可移动物体上，并且从这些传感器获取的数据被用于确定被跟踪物体的位置、方向、速度和移动方向、加速度和其他参数，以及从摄像机获取到的数据。采用数据外插来预测上述参数，以便补偿算法相关和硬件相关延迟。

专利文献US9352230公开了一种外置式光学惯性跟踪系统，其中使用照相机、陀螺仪和加速度计数据，并且使用数据外插来预测可移动物体的参数。该系统的缺点是需要应用多个固定相机来覆盖整个操作区域，从而为游戏、娱乐和训练VR/AR系统提供足够的空间。在该文献中提到了实现内部-外部光学-惯性跟踪方法的可能性；然而，没有公开这种实现的技术细节。

专利文献US2017177937公开了一种从内到外的光学惯性跟踪系统，其中使用照相机、陀螺仪和加速度计数据，并且使用数据外推来预测可移动物体的参数。该系统不采用以预定方式安装在系统操作区域的场所或场所中并用作光学跟踪的参考点的标记。使用建筑或自然环境的特征点作为参考点增加了对系统计算能力的要求，并且当计算资源有限时，这种方法不可避免地导致系统操作速度的降低。