[发明专利]光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统和方法

权利要求书

1.一种光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述系统包括正六面体治具、红外动捕相机、POE交换机、二维旋转台、控制器和上位机，将所述光学惯性混合动作捕捉设备作为标定本体，所述标定本体包括惯性传感器和多个红外灯；

所述标定本体固定在正六面体治具内，所述正六面体治具固定在二维旋转台上，所述惯性传感器与所述上位机相连接，所述控制器与所述二维旋转台相连接，所述红外动捕相机通过所述POE交换机与所述上位机相连接；

所述惯性传感器，用于当所述二维旋转台旋转位于不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，采集惯性数据；

所述控制器，用于向所述二维旋转台发送控制指令信息，以使所述二维旋转台根据所述控制指令信息进行旋转，并记录所述二维旋转台的旋转角度；

所述红外动捕相机，用于采集光学数据，所述光学数据包括所述多个红外灯的光学三维点坐标数据；

所述上位机，用于利用所述旋转角度校准所述惯性数据，得到误差校正数值；以及根据所述惯性数据和所述光学数据，得到旋转矩阵。

2.根据权利要求1所述的光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述旋转角度包括第一旋转角度，所述惯性传感器包括加速计；

所述加速计，用于当所述二维旋转台旋转位于所述不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，采集加速度测量值；

所述上位机，用于设定第一方向数值和第一零偏数值，其中，所述第一方向数值、所述第一零偏数值、所述加速度测量值和所述第一旋转角度满足第一预设条件；在所述第一预设条件下，根据所述加速度测量值和所述第一旋转角度得到所述加速计的内参值。

3.根据权利要求1所述的光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述旋转角度还包括第二旋转角度，所述惯性传感器还包括陀螺仪；

所述陀螺仪，用于当所述二维旋转台旋转位于所述不同位置，所述标定本体固定在所述正六面体治具内的不同面时，采集角速度测量值；

所述上位机，用于设定第二方向数值和第二零偏数值，其中，所述第二方向数值、所述第二零偏数值、所述角速度测量值和所述第二旋转角度满足第二预设条件；在所述第二预设条件下，根据所述角速度测量值和所述第二旋转角度得到所述陀螺仪的内参值。

4.根据权利要求1所述的光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述上位机，用于在第一状态下，构建光学刚体模板；在第二状态下，将所述光学三维点坐标数据和所述光学刚体模板的坐标数据通过点集匹配算法，得到所述光学三维点坐标数据和所述光学刚体模板的坐标数据的第一旋转向量；在第三状态下，获取所述上位机输出的第二旋转向量，以及根据所述光学三维点坐标数据和所述光学刚体模板的坐标数据，得到第三旋转向量；根据所述第一旋转向量、所述第二旋转向量和所述第三旋转向量，得到所述旋转矩阵；

其中，所述第一状态为构建所述光学刚体模板时的状态，所述第二状态为所述上位机输出的所述第二旋转向量为0的状态，所述第三状态为光学刚体处于任意运动状态，所述多个红外灯构成所述光学刚体。

5.根据权利要求4所述的光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述上位机，用于在所述第三状态下，获取多组所述第三旋转向量，将多组所述第三旋转向量和所述旋转矩阵的初始值通过LM非线性优化算法，得到优化估计值；其中，所述旋转矩阵的初始值是当所述第一状态时，通过所述惯性传感器的坐标系相对于所述红外动捕相机中房间坐标系的相对方向确定。

6.根据权利要求1所述的光学惯性混合动作捕捉设备的标定系统，其特征在于，所述正六面体治具通过多个螺钉或具有旋钮控制的夹子固定在所述二维旋转台上；

所述正六面体治具为空心，所述正六面体治具包括第一侧面和与所述第一侧面相邻并且垂直的第二侧面，所述第一侧面内设置有第一固定夹，所述第二侧面内设置有第二固定夹，所述第一固定夹和所述第二固定夹均用于固定所述标定本体，所述第一侧面的外侧或所述第二侧面的外侧固定所述二维旋转台的插头。