虚拟现实特征点空间定位方法和系统与流程

本发明涉及虚拟现实领域，更具体地说，涉及一种虚拟现实特征点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。一般的虚拟现实空间定位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，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。如果知道至少三个光源和投影的对应关系，再调用PnP算法就可得到头盔的空间定位位置，而实现这一过程的关键就是确定投影对应的光源ID(Identity，序列号)。目前的虚拟现实空间定位在确定投影对应光源ID时常常存在对应不准确和对应时间过长的缺点，影响了定位的准确性和效率。

技术实现要素：

为了解决当前虚拟现实空间定位方法确定投影ID(Identity，序列号)的准确性和效率不高的缺陷，本发明提供一种确定投影ID准确性和效率较高的虚拟现实特征点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：提供一种虚拟现实特征点空间定位方法，包括以下步骤：

S1：确认虚拟现实头盔上的红外点光源全部点亮，红外摄像头拍摄虚拟现实头盔的图像并在图像上形成光斑点，处理单元求出光斑点的中心点坐标；

S2：穷举光斑点中n个点的组合，根据光斑点的中心点坐标判断这n个点是否满足特定图形的特征，确定满足特定图形特征的n个点；

S3：根据满足特定图形的n个点和其余光斑点的位置关系确定所述红外摄像头所拍摄的图像上的所有光斑点对应的所述红外点光源的ID。

优选地，所述特定图形为直线。

优选地，所述虚拟现实头盔包括5个红外点光源，分别为第一红外点、第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点，其中，第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点处于一条直线上，第一红外点与第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点不处于同一条直线上，穷举所述红外摄像头所拍摄的图像中5个光斑点中所有4个光斑点的组合，并判断这4个光斑点是否在同一直线上，确定处于同一条直线上的4个光斑点，不在同一条直线上的光斑点对应第一红外点的ID。

优选地，计算4个在同一条直线上的光斑点的连线的中点坐标，将该中点坐标的纵坐标y₁与对应第一红外点的光斑点的纵坐标y₂对比，若y₁＞y₂，则4个在同一条直线上的光斑点按照横坐标从大到小排序分别对应第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点；若y₁＜y₂，则4个在同一条直线上的光斑点按照横坐标从小到大排序分别对应第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点。

优选地，所述虚拟现实头盔包括7个红外点光源，分别为第一红外点、第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点、第六红外点和第七红外点，其中，第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点处于一条直线上，第一红外点处于该直线的一侧，第六红外点和第七红外点处于该直线的另一侧，穷举所述红外摄像头所拍摄的图像中7个光斑点中所有4个光斑点的组合，并判断这4个光斑点是否在同一直线上，确定处于同一条直线上的4个光斑点，在该直线的一侧仅有的唯一一个光斑点对应第一红外点ID。

优选地，计算4个在同一条直线上的光斑点的连线的中点坐标，将该中点坐标的纵坐标y₁与对应第一红外点的光斑点的纵坐标y₂对比，若y₁＞y₂，则4个在同一条直线上的光斑点按照横坐标从大到小排序分别对应第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点，两个处于直线同侧的光斑按照横坐标从大到小排序分别对应第六红外点和第七红外点；若y₁＜y₂，则4个在同一条直线上的光斑点按照横坐标从小到大排序分别对应第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点，两个处于直线同侧的光斑按照横坐标从小到大排序分别对应第六红外点和第七红外点。

优选地，其特征在于，所述处理单元结合上一帧已知的历史信息对上一帧图像的光斑点做一个微小的平移使上一帧图像的光斑点与当前帧图像的光斑点产生对应关系，根据该对应关系和上一帧的历史信息判断当前帧图像上有对应关系的每个光斑点的对应ID。

提供一种虚拟现实特征点空间定位系统，包括虚拟现实头盔、红外摄像头和处理单元，所述虚拟现实头盔包括前面板，所述前面板上设置有多个红外点光源，其中至少有4个所述红外点光源处于同一条直线上。

优选地，所述虚拟现实头盔包括5个红外点光源，分别是第一红外点、第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点，其中，第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点处于一条直线上，第一红外点与第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点不处于同一条直线上。

优选地，所述虚拟现实头盔包括7个红外点光源，分别是第一红外点、第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点、第六红外点、第七红外点，其中，第二红外点、第三红外点、第四红外点、第五红外点处于一条直线上，第一红外点处于所述直线的一侧，第六红外点和第七红外点处于直线的另一侧。

与现有技术相比，本发明通过将红外点光源设置成特定图形并进行识别的方法，提供了一种确定光斑ID的方法，准确且高效。通过将红外点光源设置为直线，将不在直线上的红外点光源区分开，并根据图形形状通过坐标计算迅速计算出每一个光斑点对应的红外点光源ID，相对于单独对应的方法节省了大量的时间。后续跟踪定位时，通过添加位移的方式判断新增光斑及其对应ID，追踪定位使得定位过程更加简单，不需要一遍遍地重新进行识别。通过坐标对比的方式可以很快求出直线上每一点对应的红外点光源的ID。设置个红外点光源可以防止因红外点光源被遮挡而导致图像上的光斑数量不满足PnP算法而无法定位。

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是本发明虚拟现实特征点空间定位方法原理示意图；

图2是本发明虚拟现实特征点空间定位方法第一实施例示意图；

图3是第一实施例中红外摄像头拍摄的红外点图像。

图4是本发明虚拟现实特征点空间定位方法第二实施例示意图；

图5是第二实施例中红外摄像头拍摄的红外点图像。

具体实施方式

为了解决当前虚拟现实空间定位方法确定投影ID的准确性和效率不高的缺陷，本发明提供一种确定投影ID准确性和效率较高的虚拟现实特征点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。

请参阅图1—图2。本发明虚拟现实特征点空间定位方法包括虚拟现实头盔10、红外摄像头20和处理单元30，红外摄像头20与处理单元30电性连接。虚拟现实头盔10包括前面板11，在虚拟现实头盔10的前面板11及上、下、左、右四个侧面板分布有多个的红外点光源13，包括第一红外点131、第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135，第一红外点131、第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135设置在前面板11上，其中，第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135排列成一条直线。多个红外点光源13可以通过虚拟现实头盔10的固件接口根据需要点亮或者关闭。虚拟现实头盔10上的红外点光源13通过红外摄像头20在图像上形成光斑，由于摄像头透视变换的固有性质，同一直线上的红外点光源13在图像上形成的光斑仍然在同一直线上。利用这一特有模式，于是只需要在图像上寻找在同一直线上的4个点这一特定模式即可一次性区分各个点的编号。

图3示出了红外摄像头拍摄的红外点图像，当虚拟现实头盔10的正面板11朝向红外摄像头(图未示)时，由于红外摄像头的带通特性，只有红外点光源能13在图像上形成光斑投影，其余部分皆形成均匀的背景图像。虚拟现实头盔10上的红外点光源13在图像上可以形成光斑点。

当ID识别开始时，虚拟现实头盔10处于初始状态，保持前面板11上的5个红外点光源13处于点亮状态，为了确保识别准确性，需要保证所有光源都能通过红外摄像头20形成光斑，不被遮挡或者处于红外摄像头20的视场之外。根据5个红外点光源13在图像上形成的光斑，处理单元30根据SimpleBlob方法等现有技术求出这些光斑的中心点坐标。在所有光斑的中心点坐标求出后，穷举5个光斑点中所有4个光斑点的组合，并判断这4个光斑点是否在同一直线上。由于成像或者数据处理的误差，有可能导致第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135对应的光斑点并不严格处在同一直线上，这时可以在系统中设置一个阈值，如果4个点在阈值之内近似形成直线即可认为这4点处于同一直线上。通过穷举可以很快计算出处于同一直线上的4个光斑点，这4个光斑点分别对应第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135，另外一个光斑点对应第一红外点131。根据5个光斑点的坐标关系可以求出每个光斑点对应的红外点光源13，其中一种方法是计算4个在同一条直线上的光斑点的连线的中点坐标，将该中点坐标的纵坐标y₁与对应第一红外点131的光斑点的纵坐标y₂对比，若y₁＞y₂，则4个在同一条直线上的光斑点按照横坐标从大到小排序分别对应第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135；若y₁＜y₂，则4个在同一条直线上的光斑点按照横坐标从小到大排序分别对应第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135。这样就完成了5个光斑点与5个红外点光源13ID的一一对应。

在ID识别结束后，处理单元30可以跟踪每个光斑点并标定对应ID，具体方法是：在空间定位时，由于每帧的采样时间足够小，一般采样时间为30ms，所以一般情况下上一帧的每个光斑点和当前帧上的每个光斑点的位置差别很小，处理单元30结合上一帧已知的历史信息对上一帧图像的光斑点做一个微小的平移使上一帧图像的光斑点与当前帧图像的光斑点产生对应关系，根据该对应关系和上一帧的历史信息即可判断当前帧图像上有对应关系的每个光斑点的对应ID。

请参阅图4—图5，当虚拟现实头盔10上仅存在5个红外点光源时，由于物体、行人遮挡等原因很容易出现光斑点的数量不满足PnP算法要求的情况，根据上述情形我们提供第二实施例。本发明的第二实施例与第一实施例基本相同，不同之处在于，第二实施例包括7个红外点光源13。虚拟现实头盔10包括前面板11，在虚拟现实头盔10的前面板11及上、下、左、右四个侧面板分布有多个的红外点光源13，包括第一红外点131、第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135、第六点光源136、第七点光源137，第一红外点131、第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135、第六点光源136、第七点光源137设置在前面板11上，其中，第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135排列成一条直线。多个红外点光源13可以通过虚拟现实头盔10的固件接口根据需要点亮或者关闭。虚拟现实头盔10上的红外点光源13通过红外摄像头20在图像上形成光斑，由于摄像头透视变换的固有性质，同一直线上的红外点光源13在图像上形成的光斑仍然在同一直线上。利用这一特有模式，于是只需要在图像上寻找在同一直线上的4个点这一特定模式即可一次性区分各个点的编号。

图5示出了红外摄像头20拍摄的红外点图像，当虚拟现实头盔10的正面板11朝向红外摄像头20时，由于红外摄像头20的带通特性，只有红外点光源能13在图像上形成光斑投影，其余部分皆形成均匀的背景图像。虚拟现实头盔10上的红外点光源13在图像上可以形成光斑点。

当ID识别开始时，虚拟现实头盔10处于初始状态，保持前面板11上的7个红外点光源13处于点亮状态，为了确保识别准确性，需要保证所有光源都能通过红外摄像头20形成光斑，不被遮挡或者处于红外摄像头20的视场之外。根据7个红外点光源13在图像上形成的光斑，根据SimpleBlob方法等现有技术求出这些光斑的中心点坐标。在所有光斑的中心点坐标求出后，穷举7个光斑点中所有4个光斑点的组合，并判断这4个光斑点是否在同一直线上。由于成像或者数据处理的误差，有可能导致第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135对应的光斑点并不严格处在同一直线上，这时可以在系统中设置一个阈值，如果4个点在阈值之内近似形成直线即可认为这4点处于同一直线上。通过穷举可以很快计算出处于同一直线上的4个光斑点，这4个光斑点分别对应第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135，在这条直线的两侧分别有一个光斑点和两个光斑点，其中，孤立的一个光斑点对应第一红外点131。根据5个光斑点的坐标关系可以求出每个光斑点对应的红外点光源13，其中一种方法是计算4个在同一条直线上的光斑点的连线的中点坐标，将该中点坐标的纵坐标y₁与对应第一红外点131的光斑点的纵坐标y₂对比，若y₁＞y₂，则4个在同一条直线上的光斑点按照横坐标从大到小排序分别对应第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135，两个处于直线同侧的光斑按照横坐标从大到小排序分别对应第六红外点136和第七红外点137；若y₁＜y₂，则4个在同一条直线上的光斑点按照横坐标从小到大排序分别对应第二红外点132、第三红外点133、第四红外点134、第五红外点135，两个处于直线同侧的光斑按照横坐标从小到大排序分别对应第六红外点136和第七红外点137。这样就完成了7个光斑点与7个红外点光源13的ID的一一对应。

ID识别完成后，处理单元30再调用PnP算法就可得到头盔的空间定位位置，PnP算法属于现有技术，本发明不再赘述。

与现有技术相比，本发明通过将红外点光源13设置成特定图形并进行识别的方法，提供了一种确定光斑ID的方法，准确且高效。通过将红外点光源13设置为直线，将不在直线上的红外点光源13区分开，并根据图形形状通过坐标计算迅速计算出每一个光斑点对应的红外点光源ID，相对于单独对应的方法节省了大量的时间。后续跟踪定位时，通过添加位移的方式判断新增光斑及其对应ID，追踪定位使得定位过程更加简单，不需要一遍遍地重新进行识别。通过坐标对比的方式可以很快求出直线上每一点对应的红外点光源13的ID。设置7个红外点光源13可以防止因红外点光源13被遮挡而导致图像上的光斑数量不满足PnP算法而无法定位。

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。