基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统与流程

本发明涉及空间定位领域，更具体地说，涉及一种基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统。

背景技术：

空间定位一般采用光学或超声波的模式进行定位和测算，通过建立模型来推导待测物体的空间位置。一般的基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统采用红外点和光感摄像头接收的方式来确定物体的空间位置，并根据陀螺仪来测量物体的角度信息，红外点在近眼显示装置的前端，在定位时，光感摄像头捕捉红外点的位置进而推算出使用者的物理坐标。这种定位方法广泛应用于目前的近眼显示装置上，作为主流的定位方法具有反应快、捕捉简单等特点。但同时，这种定位方法存在着一定的局限，一方面在定位过程中，红外光线经常被周围的行人或物品遮挡，导致短暂的无法定位；另一方面，这种空间定位方法过度依赖陀螺仪，如果出现陀螺仪飘移则会严重影响定位效果。

技术实现要素：

为了解决当前基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统易被遮挡和过度依赖陀螺仪的缺陷，本发明提供一种不易被遮挡、不依赖陀螺仪的基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统。

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近眼显示装置空间定位方法，包括以下步骤：

S1：计算出使用者空间位置坐标；

S2：观察装置拍摄近眼显示装置的图像，并识别图像中标识线条影像的长度和方向；

S3：根据使用者空间位置坐标调用对应该空间坐标的算法，所述观察装置套用该算法并根据标识线条的长度和方向计算使用者头部的角度信息。

优选地，所述标示线条包括横向光源和纵向光源，所述横向光源与所述纵向光源相互交叉。

优选地，所述纵向光源包括前置光源和后置光源，所述前置光源发射的光的频率与所述后置光源发射的光的频率不同，所述后置光源发射的光的频率与所述横向光源发射的光的频率相同，所述观察装置根据光的频率区分所述前置光源影像，并依据所述前置光源的影像判断标志线条的方向。

优选地，所述标示线条包括相互交叉头带。

优选地，所述近眼显示装置包括前面板，所述头带上设置有标志光源，所述标志光源设置在靠近所述前面板的方向，所述观察装置根据标志光源的位置判断头带影像的方向。

优选地，计算使用者空间位置坐标的方法为PnP算法。

提供一种基于图像识别的近眼显示装置空间定位系统，包括近眼显示装置和观察装置，所述观察装置设置在定位空间区域的顶端，所述观察装置的主要观察方向朝下。

优选地，所述近眼显示装置包括横向光源、纵向光源和前面板，所述横向光源和所述纵向光源相互交叉，所述纵向光源包括前置光源和后置光源，所述前置光源设置在靠近所述前面板的一端，所述后置光源和所述横向光源发射的光的频率相同，所述前置光源与所述后置光源发射的光的频率不同。

优选地，所述近眼显示装置包括前面板和两个相互交叉的头带，所述头带靠近所述前面板的方向上设置有标识光源。

与现有技术相比，本发明将发光装置设置在近眼显示装置的顶端，减小了使用时发光装置发出的测试光线被遮挡的概率，增加了测量的准确度和连续性。通过识别标识线条特征的方法，提供了一种新的姿态测量手段，不依赖陀螺仪即可实现姿态测量。利用横向光源和纵向光源作为标识线条可以通过测量横向光源和纵向光源长度的方法间接计算出使用者头部的姿态角度信息，通过前置光源区别于其他光源发光频率的特征可以判断横向光源和纵向光源的方向，防止测试时方向混乱影响测量准确性。利用头带作为标识线条可以通过头带长度的方法间接计算出使用者头部的姿态角度信息，通过设置标识光源，防止测试时方向混乱影响测量准确性。通过将观察装置设置在定位空间区域的顶端，可以有效防止观察装置因被遮挡而无法观察，提高的定位的稳定性。

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是现有技术基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统结构示意图；

图2是现有技术基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统原理示意图；

图3是本发明基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统结构示意图；

图4是本发明基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统原理示意图；

图5a是观察装置拍摄到的使用者头部未倾斜的图像示意图；

图5b是观察装置拍摄到的使用者头部前倾的图像示意图；

图5c是观察装置拍摄到的使用者头部后仰的图像示意图；

图5d是观察装置拍摄到的使用者头部右倾斜的图像示意图；

图5e是观察装置拍摄到的使用者头部左倾斜的图像示意图；

图6是本发明基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统第二实施例示意图。

具体实施方式

为了解决当前基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统易被遮挡和过度依赖陀螺仪的缺陷，本发明提供一种不易被遮挡、不依赖陀螺仪的基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统。

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。

图1—图2示出了现有技术基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统，包括近眼显示装置10和观察装置15，近眼显示装置10包括设置近眼显示装置10前端的前面板11，前面板11上设置有多个发光装置13。在定位过程中，发光装置13向外发射红外光。观察装置15观察发光装置13发射的红外光，并根据观察到的红外光图像判定近眼显示装置10的水平坐标，即如图所示x轴与y轴坐标。在现有的基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统中，观察装置15一般设置在近眼显示装置10的前方或前方偏上的位置来便于捕捉红外线，当周围的行人从近眼显示装置10的前方走过时，近眼显示装置10与观察装置15之间的光路容易被切断，导致观察装置15无法判断近眼显示装置10的位置。

图3示出了本发明基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统的近眼显示装置20的俯视图，近眼显示装置20包括横向光源21、纵向光源22和前面板23，前面板23设置在近眼显示装置20的前端，横向光源21和纵向光源22为线条状，可以作为空间识别的标识线条，横向光源21和纵向光源22相互交叉，纵向光源22包括前置光源221和后置光源222，前置光源221设置在靠近前面板23的一端。横向光源21与后置光源222发射的光的频率相同，前置光源221与后置光源222发射的光的频率不同。横向光源21和纵向光源22可以设置在近眼显示装置20的头带24上，朝向近眼显示装置20的上方。

图4示出了本发明基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统原理示意图。本发明包括近眼显示装置20和观察装置25，观察装置25设置在定位空间区域的顶端，包括至少一个摄像头，其主要观察方向朝下。当使用者佩戴好近眼显示装置20后，观察装置25可以清晰观察到近眼显示装置20的顶端。横向光源21和纵向光源22发射的光线可以被观察装置25观察到，观察装置25拍摄图像后可以对图像进行处理，根据光的频率区分前置光源221的影像、后置光源222的影像和横向光源21的影像，依据前置光源221的影像判断前置光源221、后置光源222和横向光源21的方向，观察装置25还可以判断各个影像的长短，根据各个影像的长短可以判定使用者的姿态。

图5a—5e示出了观察装置25拍摄的图像与使用者姿态的对应关系。其中，图5a是观察装置25拍摄到的使用者头部未倾斜的图像示意图；图5b是观察装置25拍摄到的使用者头部前倾的图像示意图；图5c是观察装置25拍摄到的使用者头部后仰的图像示意图；图5d是观察装置25拍摄到的使用者头部右倾斜的图像示意图；图5e是观察装置25拍摄到的使用者头部左倾斜的图像示意图。当使用者在一定的空间位置头部发生前后左右的倾斜时，其倾斜度对应唯一的观察图像，根据测算图像中可以对应找到使用者头部的倾斜数据，即可得出使用者头部的角度信息。这种方式简单易行，不需要陀螺仪等角度测量工具即可迅速计算出使用者头部的角度信息，对于近眼显示装置空间定位具有一定的积极作用。

上述方法示出了使用者头部正对摄像装置25时使用者头部角度信息的计算方法，应当指出，当使用者在定位空间的位置坐标发生变化时，使用者在不同空间位置的相同姿态情况下，光源在观察装置25中所成的图像是不同的，因此，当使用者头部处于不正对观察装置25的位置时，这时的计算方式就会相对复杂一些。当定位开始后，使用者佩戴好近眼显示装置20，首先根据PnP算法等常用算法计算出使用者空间位置坐标，根据使用者空间位置坐标套用对应的算法，观察装置25拍摄近眼显示装置20的图像，并对图像进行处理，得出横向光源21各边的长度和纵向光源22各边的长度。将横向光源21各边的长度和纵向光源22各边的长度套入对应的算法即可计算出使用者头部的角度信息。

图6示出了本发明基于图像识别的近眼显示装置空间定位方法和系统第二实施例原理示意图。本发明第二实施例与第一实施例基本相同，不同之处在于，第二实施例与第一实施例在头顶的设置不同，在第二实施例中，近眼显示装置30包括两个相互交叉的头带34，交叉的头带34可以被观察装置25观察到，在交叉头带34靠近前面板33的方向上设置有标识光源39，观察装置25拍摄图像后可以对图像进行处理，根据标识光源39的影像区分交叉头带的各个方向，并判断各个头带影像的长短，根据各个影像的长短可以判定使用者的姿态。

与现有技术相比，本发明将发光装置设置在近眼显示装置20的顶端，减小了使用时发光装置发出的测试光线被遮挡的概率，增加了测量的准确度和连续性。通过识别标识线条特征的方法，提供了一种新的姿态测量手段，不依赖陀螺仪即可实现姿态测量。利用横向光源21和纵向光源22作为标识线条可以通过测量横向光源21和纵向光源22长度的方法间接计算出使用者头部的姿态角度信息，通过前置光源221区别于其他光源发光频率的特征可以判断横向光源21和纵向光源22的方向，防止测试时方向混乱影响测量准确性。利用头带34作为标识线条可以通过头带34长度的方法间接计算出使用者头部的姿态角度信息，通过设置标识光源39，防止测试时方向混乱影响测量准确性。通过将观察装置25设置在定位空间区域的顶端，可以有效防止观察装置25因被遮挡而无法观察，提高的定位的稳定性。

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。