基于图像识别的姿态测量装置自动校正的方法及系统与流程

本发明涉及姿态测量领域，更具体地说，涉及一种基于图像识别的姿态测量装置自动校正的方法及系统。

背景技术：

姿态测量一般采用姿态测量装置来测量角度信息，姿态测量装置的类型很多，利用三轴地磁解耦和三轴加速度计，受外力加速度影响很大，在运动/振动等环境中，输出方向角误差较大,此外地磁传感器有缺点，它的绝对参照物是地磁场的磁力线,地磁的特点是使用范围大，但强度较低，约零点几高斯，非常容易受到其它磁体的干扰。陀螺仪输出角速度，是瞬时量，角速度在姿态平衡上是不能直接使用，需要角速度与时间积分计算角度，得到的角度变化量与初始角度相加，就得到目标角度，其中积分时间Dt越小，输出角度越精确,但陀螺仪的原理决定了它的测量基准是自身，并没有系统外的绝对参照物，加上Dt是不可能无限小,所以积分的累积误差会随着时间流逝迅速增加，最终导致输出角度与实际不符。

技术实现要素：

为了解决当前姿态测量装置累计误差影响角度测量的缺陷，本发明提供一种可以消除累计误差的基于图像识别的姿态测量装置自动校正的方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于图像识别的姿态测量装置自动校正的方法，包括发射模块、接收模块、处理模块，所述发射模块包括姿态测量装置和发射装置，所述发射装置包括横向面激光发射器和纵向面激光发射器，所述横向面激光发射器和所述纵向面激光发射器可以发射平行激光面，所述接收模块包括接收装置和图像处理器，所述姿态测量装置通过以下步骤进行自动校正：

S1：所述发射装置发射激光面，所述接收装置接收激光影像；

S2：所述图像处理器处理接收到的激光影像，并根据处理结果判断是否传递校正信号到所述处理模块以及传递何种校正信号到所述处理模块；

S3：所述处理模块根据接收到的校正信号对所述姿态测量装置进行校正操作。

优选地，所述横向面激光发射器和所述纵向面激光发射器发射的面激光在所述布幕上形成横向激光影像和纵向激光影像。

优选地，所述图像处理器检测所述摄像装置拍摄的所述布幕的图片中所述横向激光影像和所述纵向激光影像的长度，当所述横向激光影像或所述纵向激光影像的长度不等于标准长度时，所述接收模块不发送校正信息到所述处理模块。

优选地，所述接收模块包括图像处理器，所述摄像装置拍摄所述布幕的图像并将拍摄的图像信息传递到所述图像处理器，所述图像处理器检测所述图像信息中所述横向激光影像和所述纵向激光影像的长度，并检测所述纵向激光影像与竖直方向所成的角度，当所述横向激光影像和所述纵向激光影像的长度等于标准长度，且所述纵向激光影像与竖直方向所成的角度为θ时，所述接收模块发送x轴角度为θ、y轴角度为0、z轴角度为0的校正信息到所述处理模块。

提供一种基于图像识别的姿态测量装置自动校正系统，所述发射模块包括发射端无线传输模块，所述处理模块包括处理端无线传输模块，所述发射端无线传输模块和所述处理端无线传输模块之间可以通过无线传输的方式传递信息。

优选地，所述接收模块包括布幕摄像模组，所述布幕摄像模组包括布幕和摄像装置，所述摄像装置可以拍摄所述布幕的图案。

优选地，所述发射模块包括发射端嵌入式控制模块，所述发射端嵌入式控制模块可以接收所述姿态测量装置传输的数据，并将接收到的数据传递到所述处理模块。

优选地，所述摄像装置设置在所述布幕的背面并可以拍摄所述布幕的图案。

优选地，所述横向面激光发射器和所述纵向面激光发射器发射的激光面相互垂直。

与现有技术相比，本发明利用发射装置发射激光面而接收模块接收不同特征光信号的方式，调整x轴、y轴、z轴角度零点的位置，降低了姿态测量装置的误差累积带来的影响，减少了使用者的不适应感并增加了沉浸感，对于体感操作和虚拟现实有较大的意义。相对于手动重置姿态检测装置的零点，本发明姿态测量装置自动校正的方法和系统调整更加自然和精确，一方面防止了使用者凭“感觉”调零带来的误差，另一方面使使用者在使用过程中自然和不自觉地调零，增加了沉浸感，也减少了刻意调整的生硬，增加了游戏性，提升了体验效果。利用布幕和摄像装置的设置，实现了通过激光影像来判断发射模块姿态的方法，也使本发明的姿态调零得以实现。通过设置x轴、y轴、z轴的零点位置来对应激光面的照射角度，从而对应发射模块的姿态的方法，建立了较为简便的姿态识别规则，更方便使用光感应校正姿态。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于图像识别的姿态测量装置自动校正的系统模块示意图；

图2是以手柄为示例的发射模块示意图；

图3是以布幕摄像模组为示例的接收装置示意图；

图4是布幕摄像模组校正x轴、y轴、z轴示意图之一；

图5是布幕摄像模组校正x轴、y轴、z轴示意图之二；

图6是布幕摄像模组不发出校正指令示意图之一；

图7是布幕摄像模组不发出校正指令示意图之二；

图8是本发明基于图像识别的姿态测量装置自动校正的系统工作流程示意图。

具体实施方式

为了解决当前姿态测量装置累计误差影响角度测量的缺陷，本发明提供一种可以消除累计误差的基于图像识别的姿态测量装置自动校正的方法及系统。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

请参阅图1，本发明基于图像识别的姿态测量装置自动校正系统包括接收模块1、发射模块2和处理模块3。接收模块1包括接收装置11、接收端嵌入式控制模块13、图像处理器12，接收装置11和接收端嵌入式控制模块13电性连接。发射模块2包括发射装置21、发射端嵌入式控制模块22、姿态测量装置23、电源模块24、操作装置27和发射端无线传输模块29，其中，发射端嵌入式控制模块22与电源模块24电性连接，发射端嵌入式控制模块22与电源模块24分别与发射装置21、姿态测量装置23、操作装置27和发射端无线传输模块29电性连接。处理模块3包括处理端无线传输模块31和运算处理器33，处理端无线传输模块31和运算处理器33电性连接，运算处理器33与接收端嵌入式控制模块13电性连接，处理端无线传输模块31可以与发射端无线传输模块29通过无线连接的方式传递信息。接收装置11主要用于接收发射装置21发射的光线，并将接收到的光线信息传递到接收端嵌入式控制模块13进行处理，接收端嵌入式控制模块13可以将其处理的结果发送到运算处理器33进行进一步处理。姿态测量装置23可以测量发射模块2在空间的姿态和角度信息，操作装置27可以由使用者操作并发出命令信息，姿态测量装置23测得的相关数据以及操作装置27发出的命令信息可以通过电信号的方式传递到发射端嵌入式控制模块22，发射端嵌入式控制模块22可以将上述信息通过发射端无线传输模块29传递到处理端无线传输模块31，处理端无线传输模块31可以将接收到的数据通过电信号的方式传递到运算处理器33进行处理。

请参阅图2，图2示例性地示出了以手柄201为第一实施例的发射模块2，在该实施例中，手柄201的顶端为圆形平面2011，手柄201的几何轴心L₁通过圆形平面2011的圆心并垂直于圆形平面2011，发射装置21包括横向面激光发射器211和纵向面激光发射器212，横向面激光发射器211和纵向面激光发射器212呈“T”字形排列，横向面激光发射器211和纵向面激光发射器212均可以发射宽度为d的平行激光面，横向面激光发射器211和纵向面激光发射器212发射的平行激光面相互垂直。

请参阅图3—图7，图3示例性地示出了以布幕摄像模组101为第一实施例的接收装置11，在该实施例中，布幕摄像模组101包括布幕112和摄像装置114，以布幕112面对待定位区域的一面为正面，另一面为背面，摄像装置114可以设置在布幕112的背面，拍摄布幕112背面的图像，防止遮挡激光光线，摄像装置114也可以设置在布幕112的正面，拍摄布幕112的正面图像，以便更清晰地拍摄激光图像。布幕112具有一定的透光能力，当激光面打在布幕112上时，可以在布幕112的背面观察到激光影像。摄像装置114可以拍摄布幕112的背面或正面图像并对激光影像进行识别和分析。当横向面激光发射器211和纵向面激光发射器212发射的平行激光面打在布幕112上时，会形成横向激光影像1121和纵向激光影像1123，在一定的条件下，横向激光影像1121和纵向激光影像1123的长度等于d，我们称这一长度为标准长度。

图4示例性地示出了布幕摄像模组101调零姿态测量装置23的一种情况。我们以布幕摄像模组101的布幕112为基准建立直角坐标系，z轴与地面垂直，正方向朝上；x轴与布幕112垂直，正方向沿从布幕112背面到正面的方向，y轴与布幕112平行，正方向满足坐标系xyz成右手系。在手柄201中设置有姿态测量装置23，姿态测量装置23在测量的过程中会累计误差，使测量结果与真实结果之间的误差越来越大。姿态测量装置23会根据手柄201的姿态变化，提供手柄201在x轴、y轴，和z轴的角度变化。我们可以事先设置手柄201的x轴、y轴、z轴角度零点的位置，作为其中的一种设置方式，当手柄201的几何轴心L₁垂直于地面且手柄201的顶端朝上时，我们记手柄201的x轴、y轴角度为零；当手柄201发射的激光面垂直入射布幕112时，我们记手柄201的z轴角度为0。手柄201由使用者握持，在使用过程中，当手柄201的几何轴心L₁垂直于地面且手柄201发射的激光面垂直入射布幕112时，图像处理器12检测到布幕112上形成纵向激光影像1123和横向激光影像1121的长度都等于标准长度，且纵向激光影像1123与竖直方向的夹角为零，我们可以调整姿态测量装置23的x轴、y轴、z轴角度为零。接收端嵌入式控制模块13传递信号至处理模块3，处理模块3重置手柄201的x轴、y轴、z轴的角度数据为零。由于这种校准是在使用者使用过程中无意中发生的，这样，在不刻意的操作过程中和使用者毫无察觉的情况下就可以完成对手柄x轴、y轴、z轴的校准，防止误差持续积累导致测量误差过大，同时大幅增强了使用者的沉浸感。由于人体手腕的特性，手柄201在使用过程中基本上不会出现手柄201的几何轴心L₁垂直于地面且手柄201的顶端朝下的情况，所以我们对这种情况不予考虑。

图5示例性地示出了布幕摄像模组101调零姿态测量装置23的另一种情况。手柄201由使用者握持，在使用过程中，当手柄201的几何轴心L₁不垂直于地面且手柄201发射的激光面垂直入射布幕112时，图像处理器12检测到摄像装置114所拍摄的布幕112的图片中纵向激光影像1123和横向激光影像1121的长度都等于标准长度，且纵向激光影像1123与竖直方向的夹角为θ，我们可以调整姿态测量装置23y轴、z轴角度为零，x轴角度为θ。接收端嵌入式控制模块13传递信号至处理模块3，处理模块3调整手柄201的y轴、z轴的角度数据为零，x轴角度数据为θ。

图6示例性地示出了布幕摄像模组101不发出校正指令的一种情况，当手柄201的几何轴心与重力方向的夹角为零且手柄201发射的激光面不垂直入射幕布112时，图像处理器12检测到纵向激光影像1123长度等于标准长度而横向激光影像1121的长度不等于标准长度，布幕摄像模组101不发出校正指令到处理模块3。

图7示例性地示出了布幕摄像模组101不发出校正指令的另一种情况，当手柄201的几何轴心与重力方向的夹角不为零且手柄201发射的激光面不垂直入射幕布112时，图像处理器12检测到纵向激光影像1123长度不等于标准长度而横向激光影像1121的长度不等于标准长度，布幕摄像模组101不发出校正指令到处理模块3。

请参阅图8，当本发明基于图像识别的姿态测量装置自动校正系统开始工作时，发射模块2发射激光面，同时接收模块1处于待机状态。图像处理器12检测摄像装置114拍摄到的布幕112上的激光影像的图案。当图像处理器12检测到布幕112上形成纵向激光影像1123和横向激光影像1121的长度都等于标准长度，且纵向激光影像1123与竖直方向的夹角为θ，接收端嵌入式控制模块13传递信号至处理模块3，处理模块3调整手柄201的y轴、z轴的角度数据为零，x轴角度数据为θ。当图像处理器12检测到布幕112上形成纵向激光影像1123或横向激光影像1121的长度有一个不等于标准长度时，接收端嵌入式控制模块13不传递校正信号至处理模块3。

与现有技术相比，本发明利用发射装置21发射激光面而接收模块1接收不同特征光信号的方式，调整x轴、y轴、z轴角度零点的位置，降低了姿态测量装置23的误差累积带来的影响，减少了使用者的不适应感并增加了沉浸感，对于体感操作和虚拟现实有较大的意义。相对于手动重置姿态检测装置23的零点，本发明姿态测量装置23自动校正的方法和系统调整更加自然和精确，一方面防止了使用者凭“感觉”调零带来的误差，另一方面使使用者在使用过程中自然和不自觉地调零，增加了沉浸感，也减少了刻意调整的生硬，增加了游戏性，提升了体验效果。利用布幕112和摄像装置114的设置，实现了通过激光影像来判断发射模块2姿态的方法，也使本发明的姿态调零得以实现。通过设置x轴、y轴、z轴的零点位置来对应激光面的照射角度，从而对应发射模块2的姿态的方法，建立了较为简便的姿态识别规则，更方便使用光感应校正姿态。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。