[发明专利]一种主动光学定位方法、设备及系统

说明书

本发明涉及一种基于单点标定物的多相机内外参标定方、设备及系统。具体地，在任意定位空间内，根据定位空间实际需求布设红外相机。目标物佩戴Tracker，Tracker表面附着可编码可发射红外光的LED marker点。系统通过无线及有线通信的方式控制相机曝光、LED marker闪烁同步，通过红外相机实时获取定位空间的图像信息，根据图像信息识别Marker点的编码并获取marker点的空间位置信息。根据marker点的空间位置信息计算Tracker的空间位置信息，也即目标物的空间位置信息，实现目标物的实时位置追踪。本发明的有益效果在于：本发明采用主动光学定位技术，对比被动光定位方案抗干扰性更强，鲁棒性更好，可推向户外场景；且主动光方案相机工作距离大，单位面积需安装的相机数量少，大大降低成本。

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，具体是一种主动光学定位方法、设备及系统

背景技术

相机标定技术利用标定物体的二维图像恢复出相机内外参数，进而重建出场景的三维信息，是计算机视觉领域的关键步骤，在工业、航天、文化创意等领域具有广泛应用。近年来，随着虚拟现实的蓬勃发展，单个相机的视角无法满足人们对大范围三维空间的期望，多相机组合及标定逐渐成为新的研究热点。然而，现有的多相机标定方法，往往要求标定物同时在所有相机的公共视场内运动，增加了实际操作的难度，且标定精度较低，因此，如何通过方便快捷的操作，同时获取多相机的高精度的内外参数，是目前急需解决的问题。

空间定位技术可以为体验者提供一种真正“进入”虚拟世界的方式，即位置交互，位置交互使得用户可以获得完全的沉浸感。因此，可以说空间定位技术是VR产业隐形钥匙。目前VR行业应用的空间定位技术主要有激光定位技术和光学定位技术。

激光定位技术的代表产品为HTC Vive的Lighthouse室内定位技术。基本原理就是利用定位光塔，对定位空间发射横竖两个方向扫射的激光，在被定位物体上放置多个激光感应接收器，通过计算两束光线到达定位物体的角度差，解算出待测定位节点的坐标。激光定位技术目前存在的最大问题是空间扩展。而目前实现空间扩展的激光定位方案也均存在有效帧率较低、多区干扰严重等问题。

现有的光学定位方案是基于被动光实现的空间定位：红外摄像机主动发射的红外光，受到marker点(标记点)表面涂层的被动反射后，被相机自身拍照接收，从而识别出该marker点。该方案的缺点显而易见：摄像机之间应杜绝互相间直接照射、以避免红外光互相干扰，因此对摄像机安装配置苛刻；平滑面极易反射红外光，因此场景中易产生较多干扰点，鲁棒性较差；被动光受反射制约，工作距离有限(如不超过5米)。

发明内容

本发明目的就在于为解决上述问题而提供一种主动光学定位方法、设备及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种主动光学定位方法，通过该种主动光学定位方法实现上述目的：

一种主动光学定位方法，具体包括：在任意定位空间内，根据定位空间实际需求布设红外相机。目标物佩戴内置有惯性传感器的Tracker，且Tracker表面附着有可编码的主动发红外光的LED marker点。系统可以通过红外相机实时获取定位空间的图像信息，通过计算识别Marker点的编码并获取marker点的空间位置信息。根据marker点的空间位置信息获取Tracker的空间位置信息，进而获取目标物的空间位置信息，实现目标物的实时位置追踪。具体而言：

S31：两个或更多个相机同时获取定位空间同一Marker的图像。

S32：基于两个或者更多个图像中Marker点的像素坐标和相机的内外方位元素，获取Marker的空间位置信息。

S33：根据Marker在某一台相机中的连续多帧图像，进行解码，识别Marker的ID。

S34：基于Marker的ID及空间位置信息，确定Tracker的位置信息，进而确定目标物的位置信息。