[发明专利]用于利用惯性约束来增强非惯性跟踪系统的系统和方法

权利要求书

1.一种用于跟踪装置的位置和取向的方法，所述方法包括：

通过控制器进行以下步骤：

使用来自以第一速率被采样的外感受传感器（ES）的测量结果来预测所述装置的第一跟踪状态；

使用来自以与所述第一速率异步的第二速率被采样的惯性测量单元（IMU）的测量结果来生成所述装置的第二跟踪状态；

通过估计时间偏移来将所述第一跟踪状态和第二跟踪状态同步到公共时域，所述时间偏移使所述第一跟踪状态和第二跟踪状态之间的随时间的变化之间的误差最小化，使得与所述第一跟踪状态相关联的第一时间序列以及与所述第二跟踪状态相关联的第二时间序列在时间上对准；

将所述第一跟踪状态和所述第二跟踪状态对准到惯性参考系；以及

通过使成本函数最小化来生成惯性辅助跟踪状态，所述成本函数包括以下各者：第一残差项，其从使用移位了所述时间偏移的所述第二跟踪状态传播先前状态估计值导出；以及从所述第一跟踪状态导出的第二残差项。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：通过搜索使相对于一组观测结果的测量误差最小化的状态估计值来预测所述第一跟踪状态，其中，特定于所述ES的运动状态在局部坐标系中。

3.根据权利要求2所述的方法，其还包括：使用来自所述IMU的重力矢量来生成用于将所述局部坐标系对准到惯性参考系的变换。

4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：基于在由所述第一速率定义的时间间隔内的所述第一跟踪状态的最近预测值之间的差异来预测第一取向变化，以及基于在所述时间间隔内的所述第二跟踪状态来预测第二取向变化。

5.根据权利要求4所述的方法，其还包括：通过在所述时间间隔内对所述第二跟踪状态的样本进行积分来预测所述第二取向变化。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二速率大于所述第一速率，并且对来自所述IMU的样本的预定数量进行积分以预测所述第二变化，所述预定数量基于所述第一速率与所述第二速率的比率。

7.根据权利要求1所述的方法，其还包括：使用优化算法来使所述误差最小化。

8.一种用于装置的位置和取向跟踪系统，包括：

控制器，其与所述外感受传感器核和惯性测量单元（IMU）通信，所述外感受传感器核以第一速率对外感受传感器进行采样并生成第一组测量数据，所述IMU以与所述第一速率异步的第二速率对IMU传感器进行采样并生成第二组测量数据，所述控制器被编程为通过将所述第一组测量数据和第二组测量数据同步到公共时域而根据跟踪状态来跟踪所述装置的运动，其中，所述第一组测量数据和第二组测量数据通过使其中一组测量数据偏移一时间偏移而被同步，所述时间偏移使由所述第一组测量数据在由所述第一速率定义的时间间隔内预测的所述装置的取向变化和由所述第二组测量数据在所述时间间隔内预测的所述装置的取向变化之间的误差最小化。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述外感受传感器是摄像机。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述跟踪状态包括所述装置的位置、所述装置的速度和所述装置的取向中的一者或多者。

11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器进一步被编程为以一时间量来更新所述时间偏移，所述时间量使以下两者之间的距离最小化：基于所述第二组测量数据来预测装置运动的模型估计的运动状态，和基于移位了所述时间偏移和所述时间量的所述第一组测量数据来预测装置运动的模型估计的运动状态。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，控制器进一步被编程为：接收基于IMU数据的活动类型，并且将所述活动类型传送到所述外感受传感器核。