专利名称：一种应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码方式的制作方法
技术领域：
本发明涉及大范围跟踪技术领域，特别是涉及一种应用于大范围跟踪系统的新型 红外标志点编码方式。
背景技术：
大范围跟踪技术尤其是高精度、实时性强的大范围光学跟踪技术在虚拟现实和增 强现实系统中起着重要的作用，是系统的基础和关键技术。目前，国外已经研发了多种基于 不同传感器的商业化位置跟踪产品，但普遍成本较高，价格昂贵。国内在大范围跟踪技术方 面的研究起步较晚，在理论和实践方面与国外存在较大差距。进行大范围跟踪技术研究是国内增强现实和虚拟现实技术研究的必然要求，也是 我国形成具有自主产权的增强现实和虚拟现实系统的必备条件。大范围跟踪技术包括标志 点编码方式、目标特征提取方法、摄像机位姿估计方法和世界坐标标定方法等关键技术，其 中标志点编码方式的选择是大范围跟踪的基础，一个良好的编码方式是实现精确跟踪的重 要保障。以上介绍的大范围跟踪技术所采用的红外标志点编码方式多采用将标志点设计 为不同的图案，通过摄像机采集图像，计算机识别来跟踪位置。标志点的编码方式决定了计 算机识别算法的复杂程度，直接影响到跟踪的实时性。因此一个良好的标志点编码方式应 该力争使识别速度快、精度高、鲁棒性强。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于针对大范围环境下跟踪难度大精度低的特点， 提出了一种应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码方式。该编码方式采用红外LED 构成的主辅标志点进行编码。每个辅助标志点由4个线状标志点组成，相邻两个线状标志 点的安装朝向相互垂直，辅助标志点把图像分割为多个相邻的正方形区域。主标志点由点 状标志点组成，用于对辅助标志点分割出的正方形区域进行编码，按照一定的方式把正方 形区域划分为多个子区域，通过在不同的子区域的中心位置放置点状标志点实现为该正方 形区域赋予唯一的主标志点编码。本发明的技术方案是根据大范围环境下跟踪难度大精度低的特点，提出了由红外LED构成的主辅标志 点编码方式，标志点按照形状分为点状标志点和线状标志点；按照功能分为主标志点和辅 助标志点。点状标志点由1个红外LED构成，线状标志点则由多个红外LED等距排列组成。点 状标志点在红外图像表现为点状特征；线状标志点虽然由离散的红外LED构成，但在红外 图像上依然表现为具有连续性的线状特征。每个辅助标志点由4个线状标志点组成，相邻 两个线状标志点的安装朝向相互垂直。4个线状标志点的延长线的交点构成一个正方形区 域，辅助标志点的作用就是把图像分割为多个相邻的正方形区域。为减少系统中使用的线状标志点的数量，相邻的两个辅助标志点共用两个线状标志点。主标志点由点状标志点组 成，用于对辅助标志点分割出的正方形区域进行编码。按照九宫格的方式把正方形区域分 为九个子区域，通过在不同的子区域的中心位置放置点状标志点即可为该正方形区域赋予 唯一的主标志点编码。由于九宫格具有旋转对称性，而在系统运行时摄像头自由转动的，因此会出现某 些主标志点编码在摄像头转过90°、180°或270°后被错误识别为其它主标志点编码的 情况，为解决该问题，在进行主标志点编码时，对九宫格中允许放置点状标志点的子区域进 行约束，约束规则为选择九宫格中处于中心对称位置的第1、3、7、9号子区域，只允许在第 1号子区域中放置一个点状标志点以标识当前子区域为第1号子区域，而第3、7、9号子区域 中不允许放置点状标志点。本发明的一种应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码方式具有以下优点。(1)在本发明的技术方案中，使用的是LED标志点，制作和安装都非常方便。(2)在本发明的技术方案中，采用了主辅标志点，通过辅助标志点划分正方形区 域，将该正方形区域划分为网格状子区域，只需要改变主标志点的个数以及所在的子区域 即可实现不同的编码，编码种类多。(3)在本发明的技术方案中，为了防止由于旋转对称性造成的误码现象，在进行主 标志点编码时，对九宫格中允许放置点状标志点的子区域进行约束，误码率低。(4)在本发明的技术方案中，每个辅助标志点由4个线状标志点组成，相邻两个线 状标志点的安装朝向相互垂直，在识别时只需判断线状标志点的交点就可以划分出正方形 区域，主标志点在该正方形区域中也按照网格状分布，在计算机识别时计算量小，识别速度 快、准确性高、鲁棒性强。
图1为本发明中用到的点状标志点和线状标志点。图2为本发明中主辅标志点组成的编码方式。图3为本发明中未进行编码约束时的编码图。图4为本发明中进行编码约束后的编码图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细说明。图1为本发明中用到的标志点，图左边为点状标志点，右边为线状标志点。点状标志点由1个红外LED构成，线状标志点则由多个红外LED等距排列组成。点 状标志点在红外图像表现为点状特征；线状标志点虽然由离散的红外LED构成，但在红外 图像上依然表现为具有连续性的线状特征。图2为本发明中由主辅标志点组成的编码图。每个辅助标志点由4个线状标志点组成，相邻两个线状标志点的安装朝向相互垂 直。4个线状标志点的延长线的交点构成一个正方形区域，辅助标志点的作用就是把图像分 割为多个相邻的正方形区域。为减少系统中使用的线状标志点的数量，相邻的两个辅助标志点共用两个线状标志点。主标志点由点状标志点组成，用于对辅助标志点分割出的正方 形区域进行编码。按照九宫格的方式把正方形区域分为九个子区域，通过在不同的子区域 的中心位置放置点状标志点即可为该正方形区域赋予唯一的主标志点编码。图3为未进行编码约束时的编码图。由于九宫格具有旋转对称性，而在系统运行时用户的头部是自由转动的，因此会 出现某些主标志点编码在用户头部转过90°、180°或270°后被错误识别为其它主标志 点编码的情况，下图中编码为(1，5，8)的主标志点在旋转90°后被识别为(3，4，5)。因此 主标志点的编码方式必须具有方向性，保证在用户头部旋转360°的情况下依然能唯一识 别出当前的主标志点的编码。图4为进行编码约束后的编码图。为解决因旋转对称性造成的误码问题，在进行主标志点编码时，本文对九宫格中 允许放置点状标志点的子区域进行约束，约束规则为选择九宫格中处于中心对称位置的 第1、3、7、9号子区域，只允许在第1号子区域中放置一个点状标志点以标识当前子区域为 第1号子区域，而第3、7、9号子区域中不允许放置点状标志点。以上对本发明所提供的一种应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码方式 进行了详细介绍，文中对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上内容的说明只是用于 帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思 想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对 本发明的限制。
权利要求
1. 一种应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码方式，其特征在于包括主标志 点和辅助标志点；每个辅助标志点由4个线状标志点组成，相邻两个线状标志点的安装朝 向相互垂直，4个线状标志点的延长线的交点构成一个正方形区域；主标志点由点状标志 点组成，用于对辅助标志点分割出的正方形区域进行编码，把正方形区域分为网格状子区 域，通过在不同的子区域的中心位置放置点状标志点即可为该正方形区域赋予唯一的主标 志点编码。
2.如权利要求1所述的一种应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码方式，其特 征在于线状标志点和点状标志点均采用LED或激光投影实现。
3.如权利要求1所述的一种应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码方式，其特 征在于点状标志点的放置位置受到编码约束，旋转对称性的子区域只放置一个点状标志点。
4.如权利要求1所述的一种应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码方式，其特 征在于构成主标志点的数目不是固定的，不同数目的主标志点根据其放置位置的不同，可 以组成多种不同的编码。
5.如权利要求1所述的一种应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码方式，其特 征在于根据大范围跟踪系统的应用需求，主标志点和辅助标志点的尺寸不受到约束。经由以上所述的处理之后，便可以实现应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码 方式。
全文摘要
本发明涉及大范围跟踪技术领域，特别是涉及一种应用于大范围跟踪系统的新型红外标志点编码方式。本发明提出了由红外LED构成的主辅标志点编码方式。每个辅助标志点由4个线状标志点组成，相邻两个线状标志点的安装朝向相互垂直，辅助标志点把图像分割为多个相邻的正方形区域。主标志点由点状标志点组成，用于对辅助标志点分割出的正方形区域进行编码，按照一定的方式把正方形区域划分为多个子区域，通过在不同的子区域的中心位置放置点状标志点实现为该正方形区域赋予唯一的主标志点编码。本发明所提出的红外标志点编码方式实现方便，编码种类多，误码率低，识别速度快、准确度高、鲁棒性强，适用于大范围跟踪应用。
文档编号G06K9/00GK102004900SQ201010531708
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者刘越, 刘鑫, 王涌天, 郭庆 申请人:北京理工大学