定位方法及系统与流程

本发明涉及定位领域，特别是涉及一种定位方法及系统。

背景技术：

目前，随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实体验空间成为一个热点，类似于虚拟现实体验乐园这样大范围的应用需求也越来越多。随着虚拟现实技术不断地发展，大范围虚拟现实体验成为一个必然的趋势。

大范围虚拟现实体验对于VR行业来说一直是一个难点。主要原因在于，大范围虚拟现实体验所对应的体验空间较大，体验空间各处的特性(遮挡度、空间复杂度等等)不完全相同，而现有的多种定位技术均有各自优势及缺陷，每种定位技术都不能很好地适用于大范围的体验空间，从而使得大范围虚拟现实体验场景下的定位比较困难。

由此，需要一种能够对大范围的体验空间进行很好地定位的方案。

技术实现要素：

本发明主要解决的一个技术问题是提供一种能够对大范围的体验空间进行很好地定位的定位方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种定位方法，用于对定位空间中的待定位物体进行定位，其中，定位空间包括多个子空间，该方法包括：针对至少一个子空间，根据子空间的空间特性，分别确定适用于子空间的定位方式；根据待定位物体所处的子空间，使用与子空间相对应的定位方式确定待定位物体的位置。

优选地，确定适用于子空间的定位方式的步骤可以包括：确定适用于子空间的主定位方式和辅助定位方式；使用主定位方式对待定位物体进行定位，其中，在使用主定位方式未能成功确定待定位物体的位置的情况下，使用辅助定位方式确定待定位物体的位置。

优选地，多个子空间可以包括第一子空间和第二子空间，第一子空间对应于第一定位方式，第二子空间对应于第二定位方式，第一定位方式不同于第二定位方式，定位空间还包括缓冲区，缓冲区分别与第一子空间、第二子空间相邻，该方法还可以包括：在待定位物体从第一子空间移动至缓冲区时，使用第二定位方式确定待定位物体的位置。

优选地，缓冲区可以为不属于第一子空间和第二子空间的独立区域，或者，第一子空间与第二子空间相邻，第一子空间中邻近第二子空间的区域为第一缓冲区，第二子空间中邻近第一子空间的区域为第二缓冲区，缓冲区为第一缓冲区和/或第二缓冲区。

优选地，定位方式可以包括：

激光定位；和/或

图像识别定位；和/或

无线电定位；和/或

惯性导航定位；和/或

磁定位。

优选地，空间特性可以包括：

空间遮挡情况；和/或

磁干扰情况；和/或

空间大小；和/或

无线电干扰情况；和/或

空间照明情况；和/或

持续使用一种定位方式的时间；和/或

所对应的虚拟现实场景的精细程度。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种定位系统，用于对定位空间中的待定位物体进行定位，其中，定位空间分为多个子空间，该系统包括：多个基于不同定位原理制成的定位设备，适于设置在定位空间中和/或待定位物体上；以及处理器，针对至少一个子空间，处理器根据子空间的空间特性，分别确定适用于子空间的定位设备，并根据待定位物体所处的子空间，使用与子空间相对应的定位设备来确定待定位物体的位置。

优选地，处理器可以确定适用于子空间的主定位设备和辅助定位设备，处理器使用主定位设备对待定位物体进行定位，其中，在使用主定位设备未能成功确定待定位物体的位置的情况下，使用辅助定位设备确定待定位物体的位置。

优选地，多个子空间可以包括第一子空间和第二子空间，第一子空间对应于第一定位设备，第二子空间对应于第二定位设备，第一定位设备不同于第二定位设备，定位空间还包括缓冲区，缓冲区分别与第一子空间、第二子空间相邻，在待定位物体从第一子空间移动至缓冲区时，处理器使用第二定位设备确定待定位物体的位置。

优选地，缓冲区为不属于第一子空间和第二子空间的独立区域，或者，第一子空间与第二子空间相邻，第一子空间中邻近第二子空间的区域为第一缓冲区，第二子空间中邻近第一子空间的区域为第二缓冲区，缓冲区为第一缓冲区和/或第二缓冲区。

优选地，定位设备可以包括：

激光定位设备；和/或

图像识别定位设备；和/或

无线电定位设备；和/或

惯性导航定位设备；和/或

磁定位设备。

优选地，空间特性可以包括：

空间遮挡情况；和/或

磁干扰情况；和/或

空间大小；和/或

无线电干扰情况；和/或

空间照明情况；和/或

持续使用一种定位方式的时间；和/或

所对应的虚拟现实场景的精细程度。

综上，利用本发明的定位方法及系统，可以根据子空间的特点，从多种定位方式中选取与子空间相适应的定位方式对处于该子空间内的待定位物体进行定位。由此，本发明可以实现大范围场景中多种定位技术的融合，从而可以更好地满足大范围体验场景的定位需求。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是示出了根据本发明一实施例的定位方法的示意性流程图。

图2是示出了缓冲区的一种状态示意图。

图3是示出了缓冲区的另一种状态示意图。

图4是示出了根据本发明一实施例的定位系统的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

为了便于更好地理解本发明，在对本发明进行论述之前，首先就本发明涉及的一些概念以及本发明可以适用的工作场景进行说明。

一、本发明涉及的多种定位技术

1、光学定位技术，主要包括激光定位技术和基于图像识别的定位技术。

1.1)激光定位技术

通过在定位空间内搭建发射激光的定位光塔(例如，可以在定位空间对角线的两端的位置分别搭建一个定位光塔)，对定位空间进行激光扫射。在待定位物体上设计多个可以接收光信号的激光接收感应器，通过对激光接收感应器接收到的数据进行运算处理，就可以得到待定位物体的位置信息。

1.2)基于图像识别的定位技术

在定位空间内架设多个摄像装置(如可以是广角摄像头)，对空间进行拍摄。待定位物体上用反光材料或者发光体(灯)进行标定。通过对摄像装置拍摄到的图片进行分析处理，就可以得到待定位物体的位置信息。

其中，根据定位精度要求不同，可以在空间内架设不同数量的摄像装置。每个摄像装置知道自己在空间的三维位置信息。对多个摄像装置拍摄的图像进行融合计算，可以获得待定位物体的空间位置，并最终实现三维重构。

光学定位技术的定位精度较高，但是在应用于复杂度较高的定位空间时，会存在光线遮挡的问题，影响定位的稳定性。

2、无线电定位技术，主要包括WIFI定位技术、蓝牙定位技术以及UWB定位技术。

2.1)WIFI定位技术

WIFI定位技术属于基于信号强度的定位技术，其基本原理是根据接收到的信号的强度推算信号接收器与信号源之间的距离。与基于信号到达时间(TOA)和信号到达时间差(TDOA)以及信号到达角度(AOA)的定位技术相比，它不需要添加额外的硬件设备。更为重要的是，它不易受到遮挡物的干扰，不会因为室内环境过于复杂而导致定位精度剧烈下降。

2.2)蓝牙定位技术

其工作方式是，配备有低功耗蓝牙(BLE)通信功能的设备使用BLE技术向周围发送自己特有的ID，接收到该ID的应用软件会根据其携带的信息采取一些行动。此特定ID由定期发射的广播“通告帧”(Advertising)承载。在通告广播帧中，所包含的有效数据由四种咨询构成，分别为:UUID(通用唯一标识符)、Major、Minor、Measured Power。其中，Major、Minor可被用来写入区域信息或故障信息等，Measured Power是iBeacon模块与接收器之间相距1m时的参考接收信号强(RSSI：Received Signal Strength Indicator)。接收器根据该参考接收信号强与接收信号的强度来推算发送模块与接收器的距离。

2.3)UWB定位技术

UWB信号：纳秒级或纳秒级以下的超窄脉冲。

超宽带(Ultra Wide Band，简称UWB)定位系统包含三部分：电池供电的活动标签，能够发射UWB信号来确定位置；位置固定的传感器，能够接收并估算从标签发送过来的信号；以及综合所有位置信息的软件平台，获取、分析并传输信息给用户和其他相关信息系统。在该系统中，标签发射极短的UWB脉冲信号，传感器接收此信号，并采用综合的测量手段来计算标签的位置。

无线电定位技术抗遮挡性强，但是存在定位精度低、定位距离小的问题。

3、惯性导航定位技术。

惯性导航系统(INS，Inertial Navigation System)也称作惯性参考系统，是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量(如无线电导航那样)的自主式导航系统，具有抗遮挡的优势。

以牛顿力学定律为基础，利用惯性传感器采集的运动数据，如加速度传感器、陀螺仪等测量物体的速度、方向、加速度等信息，通过积分定位方法或者基于航位推测法，经过各种运算得到物体的位置信息。随着行走时间增加，惯性导航定位的误差也在不断累积。具体流程如下：

在运动物体的重要节点佩戴集成加速度计，陀螺仪和磁力计等惯性传感器设备，传感器设备捕捉目标物体的运动数据，包括身体部位的姿态、方位等信息，再将这些数据通过数据传输设备传输到数据处理设备中，经过数据修正、处理后，最终建立起三维模型，并使得三维模型随着运动物体真正、自然地运动起来。

由于导航信息是经过积分而产生的，使得定位误差随时间而增大，存在累积误差，不能连续使用较长时间，并且每次使用之前需要校准。

4、磁定位技术，主要包括地磁定位技术和电磁定位技术。

4.1)地磁定位技术

地磁定位技术是基于地磁场的室内定位方法，一般分为离线训练阶段和在线匹配阶段。

指纹地图数据库的建立阶段即为离线训练阶段。这个阶段需要对将要定位的区域进行全方位的测量，使位置坐标与地磁信号特征关联。由于存在测量误差、方向变换等操作，其测量值也会变化，同时环境因素也会对测量产生影响，因此要对每一个点进行多方位测量以增加定位的精准度。在线匹配阶段是在离线训练阶段得到的具有参照量地图的基础上，采用对应的匹配算法，利用传感器检测目标活动过程中的位置磁场特征量序列以及对应的地图地理特征，比较实际测得的数据与地磁、基准图存储的数据，从而得到和测量数据最为接近的存储数据，并根据此数据估计此时目标的位置。

4.2)电磁定位技术

电磁定位系统主要由发射器、接收器和数据处理器三个部分组成，可以提供接收器相对于发射器的包括位置和姿态在内的六自由度信息。其工作原理是发射器不停地发射电磁波，接收器里有三个相互正交的线圈，当线圈接收到电磁波时产生电磁感应就可以感知接收探头在三维空间内的运动轨迹，通过计算三个线圈感应的电磁场场强就可以计算出接收器相对于发射器装置的位置(x，y，z)和角度(α，β，γ)。

磁定位技术可以穿透一些障碍物进行信息的传递，抗遮挡能力强。并且相对其他的定位技术，基于地磁场的定位方案具有绿色、免费、无需额外硬件部署等优点。但是磁定位技术存在一个共同的劣势：容易受到环境中金属或者磁铁性物质的干扰。

二、体验空间、子空间

如前文所述，为了满足用户大范围虚拟现实体验需求，可以向用户呈现一个大范围的体验空间，用户在该体验空间中可以体验到多种内容的虚拟现实场景。例如，可以体验到没有任何遮挡的简单场景、迷宫场景、山洞场景等等。不同的虚拟现实场景可以对应于体验空间的不同区域，也就是说，当用户处于体验空间的不同区域时，就可以体验到不同的虚拟现实场景。

其中，体验空间中对应于不同虚拟现实场景的区域的空间特性可以不尽相同。例如，体验空间中对应于简单场景的区域可以是没有遮挡、开阔的空间，体验空间中对应于迷宫场景的区域可以是具有迂回弯曲的岔路的空间。

因此，可以根据所呈现的虚拟现实场景，将体验空间分成多个子空间，不同的子空间对应于不同的虚拟现实场景。也可以根据空间特性(例如，空间的复杂度)，将体验空间分成多个子空间，相邻的子空间可以具有不同的空间特性。另外，还可以人工将体验空间分割成多个子空间。当然，还可以有多种其它划分子空间的方式，这里不再赘述。

三、本发明提出的定位方案

针对上述体验空间，本发明提供了一种可以对体验空间进行准确定位的定位方案。本发明的定位方案可以根据体验空间的特点从上文述及的多种定位技术中选择合适的定位技术，实现一个大范围场景中多种定位技术的融合，以达到最好的定位效果。其中，本发明的定位方案可以实现为一种定位方法，也可以实现为一种定位系统，下面结合附图做以详细说明。

图1是示出了根据本发明一实施例的定位方法的示意性流程图。本发明的定位方法可以对定位空间中的待定位物体进行定位，其中，这里述及的定位空间可以是用来向用户呈现虚拟现实场景的空间，即上文述及的体验空间。相应地，定位空间可以包括多个子空间。这里关于子空间的划分方式可参见上文相关描述。

参见图1，在步骤S110，针对至少一个子空间，根据子空间的空间特性，分别确定适用于子空间的定位方式。

这里述及的空间特性可以包括子空间的空间复杂度(如空间遮挡情况、空间大小等)，也可以包括与子空间相关联的其它特性，例如可以是该子空间所对应的虚拟现实场景的精细程度、对该子空间的定位精度要求等。另外，这里述及的空间特性还可以是对上文述及的定位方式的使用造成影响的其它因素，例如，可以是磁干扰情况(可以对磁定位造成干扰)、无线电干扰情况(对无线电定位造成干扰)、空间照明情况(对使用图像识别定位可能造成干扰)、持续使用一种定位方式的时间(持续使用对惯性导航定位的定位精度造成影响)。其中，这里述及的“持续使用一种定位方式的时间”可以认为是用户从进入该子空间到离开该子空间所经过的时间。

根据子空间的空间特性，可以选用与该空间特性相适合的定位方式作为该子空间的定位方式。这里，可以事先通过人工确定子空间所适合的定位方式。

例如，对于少遮挡的子空间，可以选取定位精度较高的光学定位技术(如激光定位技术、基于图像识别的定位技术)进行定位；对于空间较小的子空间，用户在其中进行体验的时间可能较短，可以选取适合短时间定位的惯性导航定位方式；对于金属、铁磁性物质干扰小的子空间，可以选取定位精度高，抗遮挡能力强的磁定位方式；对于遮挡非常严重的子空间，可以选取抗遮挡性强的无线电定位方式；对于呈现较精细的虚拟现实场景的子空间，可以选取精度高的定位方式(如激光定位技术、基于图像识别的定位技术)进行定位。当然，对于某个子空间来说，可以结合多种因素，综合考虑适合该子空间的定位方式。

在确定了子空间所适合的定位方式后，就可以执行步骤S120，根据待定位物体所处的子空间，使用与子空间相对应的定位方式确定待定位物体的位置。

其中，对于每个子空间来说，根据子空间的空间特性，可以确定适用于该子空间的主定位方式和辅助定位方式。其中，正常情况下，可以使用主定位方式对待定位物体进行定位，在使用主定位方式未能成功确定待定位物体的位置的异常情况下，可以使用辅助定位方式确定待定位物体的位置。

也就是说，可以优先使用主定位方式进行定位，在使用主定位方式无法定位时(例如，主定位技术信号出现无效信号)，则可以切换到辅助定位技术，待主定位方式可以重新定位时，可以再切换回主定位方式。

由于惯性导航定位方式不需要外部输入，抗遮挡性强，但是因为存在累积误差，并不适合长时间定位，而辅助定位方式仅在主定位方式无效时使用，使得辅助定位方式使用时间较短。因此，惯性导航定位方式适于作为辅助定位方式，而主定位方式可以根据子空间的空间特性进行选取。

至此，结合图1详细描述了本发明的定位方法的基本流程。

在待定位物体从一个子空间移动至另一个子空间时，可以使用与移动后的子空间相适合的定位方式进行定位。其中，在移动前所处的子空间的空间特性与移动后的子空间的空间特性相同或基本相同时，移动前的子空间所对应的定位方式与移动后的子空间所对应的定位方式相同或基本相同，这种情况下，可以不用切换所使用的定位方式。

换句话说，定位方式的切换主要是存在于空间特性不同的子空间之间。由此，为了便于对所使用的定位方式进行切换，可以在空间特性不同的子空间之间设置一个缓冲区，在待定位物体移动至缓冲区时，就可以进行定位方式的切换。

以图2为例，第一子空间A对应于第一定位方式，第二子空间B对应于第二定位方式，第一定位方式不同于第二定位方式。在第一子空间A和第二子空间B之间设有缓冲区C，缓冲区C分别与第一子空间A、第二子空间B相邻。

在待定位物体在第一子空间A中移动时，可以使用第一定位方式对其进行定位，当待定位物体从第一子空间A移动至缓冲区C时，可以认为其接下来所处的子空间即将发生变化(即可以认为待定位物体将要移动至第二子空间B)，此时可以使用与第二子空间B相对应的第二定位方式来确定待定位物体的位置。

其中，图2示出了缓冲区C为不属于第一子空间A，也不属于第二子空间B的独立区域时的示意图。应该知道，缓冲区C也可以是属于第一子空间A和/或第二子空间B的部分区域。

如图3所示，第一子空间A与第二子空间B相邻，可以取第一子空间A中邻近第二子空间B的部分区域A′作为缓冲区域，也可以取第二子空间B中邻近第一子空间A的部分区域B′作为缓冲区域，当然也可以取A′和B′的叠加区域作为缓冲区域。

至此，结合图1-图3对本发明的定位方法做了详细说明。另外，本发明还提供了一种定位系统。

图4示出了根据本发明一实施例的定位系统的结构的示意性方框图。

参见图4，本发明实施例的定位系统100包括处理器10和多个基于不同定位原理制成的定位设备(参见图中的第一定位设备20-1、第二定位设备20-2…第N定位设备20-N，N为大于1的整数)。其中，多个定位设备可以是基于上文述及的多种定位原理制成的。

根据定位设备20的定位原理的不同，可以将定位设备20进行不同的设置，如可以将定位设备20设置在定位空间中和/或待定位物体上。

举例来说，在定位设备20是采用激光定位原理制成时，定位设备20可以包括适于设置在定位空间中的发射端设备和适于设置在待定位物体上的接收端设备；在定位设备20是采用图像识别原理制成时，定位设备20可以设置在定位空间中，也可以设置在待定位物体上；在定位设备20是采用惯性导航定位原理制成时，定位设备20可以包括多个适于设置在待定位物体上的传感设备。

针对至少一个子空间，处理器10可以根据子空间的空间特性，分别确定适用于子空间的定位设备20，并根据待定位物体所处的子空间，使用与子空间相对应的定位设备20来确定待定位物体的位置。这里，关于子空间以及子空间的空间特性的描述，可以参见上文相关描述。

其中，处理器10可以从多个定位设备20中确定适用于子空间的主定位设备和辅助定位设备。正常情况下，处理器10可以使用主定位设备对待定位物体进行定位，其中，在使用主定位设备未能成功确定待定位物体的位置的情况下，可以使用辅助定位设备确定待定位物体的位置。

另外，还可以在空间特性不同的子空间之间设置一个缓冲区，在待定位物体移动至缓冲区时，就可以进行定位方式的切换。缓冲区的具体设定，可以参见上文结合图2、图3的相关描述。

上文中已经参考附图详细描述了根据本发明的定位方法及系统。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。