一种虚拟现实系统中的空间定位装置和定位方法与流程

文档序号:11100541阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种虚拟现实系统中的空间定位装置,包括摄像头姿态校准模块、摄像头姿态固定模块、初始化图像采集处理模块和连续图像处理模块;所述摄像头姿态校准模块包括成像单元;成像单元包括一个或多个摄像头;摄像头姿态校准模块用于对摄像头姿态进行初始校准;摄像头姿态固定模块包括稳定器或云台,用于将成像单元中的摄像头通过稳定器或云台固定连接到人体上,使得摄像头在后续的使用过程中一直保持与校准平面垂直;初始化图像采集处理模块采用初始化图像参照图案、激光测距仪或超声波测距仪,通过摄像头采集图像并获取摄像头采集的图像与图像所对应的实物之间的空间比例数值关系;连续图像处理模块通过在人体移动过程中对连续采集得到的图像进行图像处理,计算得到摄像头在其轴向方向的移动和在垂直于轴向的平面的移动距离和方向,获得人体的位移,由此实现虚拟现实系统中的空间定位。

2.如权利要求1所述空间定位装置,其特征是,所述成像单元中的一个或多个摄像头安装在人体同一部位或不同部位;所述摄像头是单目摄像头、双目摄像头或多目摄像头。

3.如权利要求1所述空间定位装置,其特征是,所述摄像头姿态校准模块包括成像单元、校准平面和参照标记图形,参照标记图形设置在校准平面上;或所述摄像头姿态校准模块包括成像单元和IMU单元,将IMU单元和镜头平面平行和摄像头轴线垂直安装,所述IMU单元中输出姿态信息装置输出的姿态欧拉角为镜头平面的姿态欧拉角,由此对摄像头姿态进行初始校准。

4.如权利要求1所述空间定位装置,其特征是,所述校准平面为屋顶和墙面中的一种或两种;固定连接在人体上的摄像头垂直于校准平面;所述参照标记图形为十字形图案、圆形图案、正方形图案或正多边形图案。

5.如权利要求1所述空间定位装置,其特征是,所述初始化图像采集处理模块通过在校准平面上放置参照图案通过已知尺寸的参照图案对摄像头进行标定;或者通过将激光测距仪或超声波测距仪与摄像头相连接,进行初始化图像采集。

6.一种虚拟现实系统中的空间定位方法,通过在人体上安装摄像头,使得摄像头所采集的图像随着人体的移动而发生移动,通过摄像头连续采集物体的图像,再对物体的图像进行分析处理,获取图片中位置连续变化的信息,由此实现虚拟现实系统中的空间定位;依次包括初始校准摄像头姿态过程、固定摄像头姿态过程、初始化图像采集处理过程和连续图像处理过程;通过所述初始校准摄像头姿态过程实现摄像头轴向与校准平面垂直;通过固定摄像头姿态过程使得摄像头在使用过程中一直保持初始校准摄像头姿态;通过初始化图像采集过程,摄像头采集图像并进一步获取摄像头采集的图像与图像所对应的实物之间的空间比例数值关系;所述连续图像处理过程进行连续图像采集,通过提取图像轮廓和特征点,分析当前帧和前一帧图像中特征点的变化,再计算得到摄像头在其轴向方向的移动和在垂直于轴向的平面的移动,根据移动的距离和方向实现虚拟现实系统中的空间定位。

7.如权利要求6所述空间定位方法,其特征是,所述初始校准摄像头姿态过程采用参照标记图形校准方法或采用在摄像头上放置输出姿态信息装置的方法实现摄像头姿态的初始校准;

所述参照标记图形校准方法具体通过在校准平面上设置图案作为参照标记图形,将摄像头拍摄到参照标记图形时得到的图像与参照标记图形进行比较,判断是否变形失真,通过调整摄像头姿态使得摄像头内的成像与所述参照标记图形没有变形失真,即完成摄像头姿态的初始校准;

所述在摄像头上放置输出姿态信息装置的方法,具体通过在摄像头上安装输出姿态信息装置,当所述输出姿态信息装置与摄像头镜头平面平行并与摄像头轴线垂直时,输出姿态信息装置输出的姿态欧拉角为镜头平面的姿态欧拉角;根据输出姿态信息装置输出的姿态信息对摄像头进行姿态调整,直至摄像头与校准平面垂直,从而完成摄像头姿态的初始校准。

8.如权利要求7所述空间定位方法,其特征是,所述输出姿态信息装置为姿态传感器;所述校准平面为墙面和屋顶中的一种或两种;所述参照标记图形为十字形图案、圆形图案、正方形图案或正多边形图案。

9.如权利要求6所述空间定位方法,其特征是,所述固定摄像头姿态过程具体通过稳定器或云台安装固定摄像头,使得摄像头在使用过程中一直保持与校准平面垂直;所述连续图像处理过程具体针对摄像头连续采集得到图像,通过边缘检测算子方法或特征点检测算子方法提取得到图像轮廓和特征点,根据当前帧和前一帧图像中图像轮廓和特征点的变化,计算得到摄像头在其轴向方向的移动或在垂直于轴向的平面的移动距离和方向。

10.如权利要求6所述空间定位方法,其特征是,所述初始化图像采集过程采用参照图案方法、激光测距或超声波测距方法中的一种;

所述参照图案方法通过尺寸已知的参照图案对摄像头进行标定,具体将参照图案放置在校准平面上,摄像头对所述参照图案进行图像采集,根据采集到图像在照片上呈现的像素数得到每个像素点对应的实际物体的尺寸,再根据整幅图片的像素获得整幅画面拍摄景物的实际尺寸,通过计算得到镜头与实际拍摄物体之间的距离,由此得到摄像头与实际拍摄物体之间的距离;

所述激光测距或超声波测距方法通过激光测距或超声波测距测得摄像头与摄像头采集的图像实物之间直接的距离;或采用双目摄像头直接实现测距和图像采集,再根据拍照时视角的大小得到图像中的像素对应图像实物实际尺寸的对应关系。

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