[发明专利]补偿电磁跟踪系统中的畸变有效

专利信息
申请号: 201910091571.3 申请日: 2019-01-30
公开(公告)号: CN110133582B 公开(公告)日: 2023-09-15
发明(设计)人: 马克·罗伯特·施奈德;藤冈健治 申请(专利权)人: 阿森松技术公司
主分类号: G01S5/02 分类号: G01S5/02;G01C25/00
代理公司: 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人: 王英
地址: 美国佛*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 补偿 电磁 跟踪 系统 中的 畸变
【说明书】:

提供了补偿电磁跟踪系统中的畸变。系统包括:磁发射器,生成磁场;磁传感器,基于磁传感器处接收的磁场的特性生成信号;一个或更多个计算机系统:从磁传感器接收信号;基于从磁传感器接收的信号确定磁传感器相对磁发射器的EM姿势;基于与磁发射器和磁传感器相关的惯性数据确定磁传感器相对磁发射器的惯性姿势和/或基于与磁发射器和磁传感器相关的光学数据确定磁传感器相对磁发射器的光学姿势;基于惯性姿势或光学姿势中一者或两者和EM姿势确定磁传感器相对磁发射器的估计姿势;基于EM姿势确定畸变磁场;基于估计姿势确定估计清洁磁场;基于畸变磁场和估计清洁场确定估计畸变磁场;基于估计的畸变磁场确定磁传感器相对磁发射器的改进EM姿势。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 USC§119(e)要求于2018年2月8日提交的美国专利申请第62/627,897号的优先权,该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容涉及补偿电磁跟踪(EMT)系统中的畸变。

背景技术

增强现实(AR)系统和虚拟现实(VR)系统可以使用电磁跟踪(EMT)系统来辅助在各种环境(例如,游戏、医疗等)中对设备的定位。这种系统利用靠近的磁发射器和磁传感器,使得传感器和发射器可以在空间上相对于彼此定位。跟踪环境中的畸变可能使EMT系统报告针对传感器或发射器的不正确的位置和取向。

发明内容

电磁跟踪(EMT)系统可以用于游戏和/或手术环境中以跟踪设备(例如,游戏控制器、头戴式显示器、医疗设备、机器人臂等),从而使得它们各自的三维位置和取向能够被系统用户所知。增强现实(AR)和虚拟现实(VR)系统还使用EMT系统来执行头部、手部和身体跟踪,以例如使用户的移动与AR/VR内容同步。这种EMT系统使用靠近的磁发射器和磁传感器来确定传感器相对于发射器的位置和/或取向(例如,姿势)。

EMT系统对金属物体敏感,这可以表现为跟踪环境中的畸变。这种畸变可以导致位置和取向(PO)算法(例如,有时被称为姿势算法)报告错误结果。为了确保发射器和传感器能够向用户提供准确的位置和取向测量,可以在EMT系统中对这种畸变进行补偿。例如,EMT系统可以采用一种或更多种同步定位与地图构建(SLAM)补偿技术来减少或消除导致不正确的PO测量的畸变。在一些实现中,这种SLAM补偿技术可以采用诸如卡尔曼滤波的算法,例如扩展卡尔曼滤波(EKF)。

在一方面,一般地,一种系统包括被配置成生成磁场的磁发射器。该系统还包括磁传感器,其被配置成基于在磁传感器处接收的磁场的特性来生成信号。该系统还包括被配置成从磁传感器接收信号的一个或更多个计算机系统。一个或更多个计算机系统还被配置成基于从磁传感器接收的信号确定磁传感器相对于磁发射器的电磁(EM)姿势。一个或更多个计算机系统还被配置成确定以下中的一项或两项:i)基于与磁发射器和磁传感器相关联的惯性数据确定磁传感器相对于磁发射器的惯性姿势,或ii)基于与磁发射器和磁传感器相关联的光学数据确定磁传感器相对于磁发射器的光学姿势。一个或更多个计算机系统还被配置成基于惯性姿势或光学姿势中的一者或两者以及EM姿势确定磁传感器相对于磁发射器的估计姿势。一个或更多个计算机系统还被配置成基于EM姿势确定畸变磁场。一个或更多个计算机系统还被配置成基于估计姿势确定估计的清洁磁场。一个或更多个计算机系统还被配置成基于畸变磁场和估计的清洁场确定估计的畸变磁场。一个或更多个计算机系统还被配置成基于估计的畸变磁场确定磁传感器相对于磁发射器的改进的EM姿势。

实现可以包括以下特征中的一个或更多个特征。

在一些实现中,估计的畸变磁场是根据补偿算法来确定的。

在一些实现中,补偿算法被配置成基于畸变磁场、估计的清洁磁场和估计的姿势选择畸变模型。补偿算法还被配置成使用非线性最小二乘算法识别模型的参数。补偿算法还被配置成基于所识别的参数计算估计的畸变磁场。

在一些实现中,畸变模型包括偶极子模型、矩形环模型或球谐函数模型中的一个或更多个。

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