[发明专利]基于空间标识的定位系统与方法

说明书

公开了基于空间标识的定位系统与方法。所公开的定位方法,包括：采集发光单元的图像；根据所述图像中多个发光单元的特征,识别多个第一发光单元,其中多个第一发光单元具有指定的位置；根据所述图像与含有所述多个第一单元的参考图像,确定采集所述图像的定位设备的位姿。

技术领域

本申请涉及机器人导航、虚拟现实或增强现实领域，特别地，涉及基于空间标识的空间定位系统与方法。

背景技术

虚拟现实(VR，Virtual Reality)技术利用信息处理设备，结合传感器采集的信息生成虚拟环境。为使真实环境中的物体与虚拟现实环境交互，使用空间定位技术确定物体的位置和/或姿态(也称为位姿)。

现有技术的定位方法主要分为两类：由外而内(outside-in)以及由内而外(inside-out)。由外而内定位，依靠在被定位物体外部的摄像头和信号发射器来捕捉和追踪物体的位姿。由内而外定位则无需依靠外部的传感器，仅依靠绑定于被定位物体的传感器检测未知环境，利用获得的感知信息确定自身位置，实现定位。

由外而内定位方案在多种虚拟现实系统中应用。例如，专利号为CA2912109A1，名称为“Perception based predictive tracking for head mounted displays”的专利公开了的定位系统通过外部的相机模组观测并跟踪位于用户头盔和手柄设备上的红外发光点，以实现对用户的空间定位。在Oculus DK1/DK2/CV1虚拟现实系统中采用了此类技术。HTC Vive系统使用了Light House技术(也参看专利号为USD775128S1，名称为“Headmounted display”的专利)。其定位系统包括，本身布满了红外传感器的头盔和手柄，以及用作定位的Light House(相当于两个固定的激光发射基站)。红外传感器捕获Light House发出的信号，计算出自身相对于Light House的位置。PS VR定位系统通过一个独立的相机模组观测并跟踪分布在用户头盔及手柄设备上的可见光发光区域，以实现对于用户的空间定位。

典型的由内而外定位方案在微软的HoloLens系统、Google Tango系统中应用。微软HoloLens定位系统利用光学定位与图像识别技术。它拥有绑定到用户位置的四台摄像机。通过对四台摄像机的实时画面进行分析，实时确定摄像机所在位置(也参看专利号为WO2014100182 A1，名称为“Multiplexed hologram tiling in awaveguide display”的专利文献)。Google Tango系统，通过设备上的高帧率黑白相机、ToF相机以及RGB相机联合进行空间定位。

空间定位还通过惯性传感器测量位姿在一定时间内的相对变化量，再结合初始位姿，经过累积计算得出当前的位姿。空间定位的另一种解决方案是对测定物所处环境中的其他静态物体进行定位跟踪，得出其他静态物对于测定物的相对位姿改变量，从而反算出测定物在环境中的绝对位姿改变量。中国专利申请CN201310407443中公开了一种基于运动捕捉的浸入式虚拟现实系统，提出通过惯性传感器对用户进行动作捕捉，利用人类肢体的生物力学约束修正惯性传感器带来的累积误差，从而实现对用户肢体的准确定位与跟踪。

发明内容

现有技术的由外而内的定位方案，需要在虚拟现实系统中借助外部装置(相机模组或激光发射基站等)来辅助定位，部署复杂，并且难以应用于便携式设备。现有技术的由内而外定位方案，如Hololens，由于需要递增地创建周围环境的地图，同时利用创建的地图实现自主定位，很难满足VR所要求的低延时高精度的要求。

根据本申请的第一方面，提供了根据本申请第一方面的第一定位方法，包括：采集发光单元的图像；根据所述图像中多个发光单元的特征，识别多个第一发光单元，其中多个第一发光单元具有指定的位置；根据所述图像与含有所述多个第一单元的参考图像，确定采集所述图像的定位设备的位姿。