四目摄像头定位装置及方法与流程

本发明涉及近眼显示装置领域，更具体地说，涉及一种四目摄像头定位装置及方法。

背景技术：

近眼显示装置或手柄的空间定位是虚拟现实的一项核心技术，一种实用的方案是在头盔上设置光源，然后用双目摄像头捕捉光源在图像上的投影，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。通常，我们所使用的摄像头为双目摄像头，如图1所示，两个参数一样的摄像头并排放置，并平行于水平线。这种双目摄像头在定位时存在着纵向视场角小的缺陷(图2)，当使用者竖直方向使用范围超出双目摄像头区域时经常会失去追踪效果，一定程度上限制了使用者的使用效果，体验不佳。

技术实现要素：

为了解决当前双目摄像头纵向视场角小的缺陷，本发明提供一种纵向视场角大的四目摄像头定位装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种四目摄像头定位装置，包括左上摄像头、左下摄像头、右上摄像头和右下摄像头，所述左上摄像头和所述右上摄像头组成上部双目摄像头，所述左下摄像头和所述右下摄像头组成下部双目摄像头，所述上部双目摄像头朝向上方，所述下部双目摄像头朝向下方。

优选地，所述上部双目摄像头和所述下部双目摄像头的光轴夹角为10°。

优选地，所述上部双目摄像头和所述下部双目摄像头的间距为20mm。

提供一种定位方法，包括以下步骤：

S1：所述上部双目摄像头和所述下部双目摄像头分别对标定点进行识别；

S2：当所有标定点都位于所述上部双目摄像头或都位于所述下部摄像头的摄像范围内时，利用双目摄像头定位的计算方法对标定点进行定位；

S3：当有标定点位于所述上部双目摄像头和所述下部双目摄像头的重合区域时，所述上部双目摄像头和所述下部双目摄像头同时对其进行识别。

优选地，设定阈值r，当所述上部双目摄像头和所述下部双目摄像头在重叠区域内所找到的点的空间距离小于阈值r时，判定两个双目摄像头分别找到的两个标定点对应空间中同一个点，取两点空间位置的中心点作为该标定点的空间位置坐标值。

与现有技术相比，本发明利用四个摄像头组成四目摄像头，通过精确设计俯仰角度和摄像头的间距，在保证了四目摄像头纵向视角加大的同时使测量盲区尽可能小，大大增加了四目摄像头的摄像范围，优化了体验效果。通过在重叠区域内设置阈值r有效地防止了四目摄像头在重叠区域内出现重复识别的情况，使定位更加精确。

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是现有技术双目摄像头结构示意图之一；

图2是现有技术双目摄像头结构示意图之二；

图3是本发明四目摄像头结构示意图；

图4是本发明四目摄像头定位原理示意图。

具体实施方式

为了解决当前双目摄像头纵向视场角小的缺陷，本发明提供一种纵向视场角大的四目摄像头定位装置及方法。

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3—图4，本发明四目摄像头定位装置包括四目摄像头10，四目摄像头包括4个摄像头，4个摄像头分别位于四目摄像头10的四角，为左上摄像头101、左下摄像头102、右上摄像头103、右下摄像头104。其中，左上摄像头101和右上摄像头103组成一对双目摄像头，我们称之为上部双目摄像头；左下摄像头102和右下摄像头104组成一对双目摄像头，我们称之为下部双目摄像头。在垂直方向上，两对双目摄像机的光轴不平行的。左上摄像头101和右上摄像头103组成的双目摄像头朝向上方，左下摄像头102和右下摄像头104组成的双目摄像头朝向下方，两双目摄像头的光轴之间的夹角为α。由图4中可以看出，光轴之间的夹角α越大，盲区L的长度越大，较大的盲区对于空间测量有一定的影响，因此我们需要在保证四目摄像头10的视角足够大的情况下尽可能缩小盲区L，这就需要保证定位视角的情况下尽可能缩小夹角α。

在使用近眼显示装置(图未示)时，使用者一般处于距离摄像头1米左右的范围，我们根据这个范围来计算相关定位数据。当使用者向上向下伸展手臂时，手臂的长度大约是1.5米，在正常使用过程中，很少会出现人拿着手柄完全向上或向下伸展手臂的情况，因此实际的设计范围可以约等于1.5米。为了保证盲区L足够小，且视角在摄像头前1米处向上或向下可以拍摄到1.5米高度的图像，需要对夹角α和上下摄像头间距d综合设计。这里，我们取α等于10°，d＝20mm，此时，盲区L的长度为24.14mm，相对于1米的测量距离这个盲区的长度已经可以忽略不计。当d＝20mm时，四目摄像头10可以拍摄到1.475米高度的图像，符合近似等于1.5米的设计条件。此时，两个摄像头结合之后的实际纵向视场角γ已从单一摄像头视场角β＝55°增大到72.78°，大大增加了四目摄像头10的纵向视角，更加方便空间定位。

在定位时，我们将四目摄像头10放置于使用者前方，近眼显示装置和手柄均位于四目摄像头10的视场角范围内，近眼显示装置和手柄上放置的可以发出红外光的“红外灯”作为位置追踪的标定点。定位开始时，上部双目摄像头和下部双目摄像头分别对红外点进行识别，当近眼显示装置和手柄的标定点都只位于上部双目摄像头的范围内时，按照双目摄像头的定位方法处理标定点进行空间定位；当近眼显示装置和手柄的标定点都只位于下部双目摄像头的范围内时，按照双目摄像头的定位方法处理标定点进行空间定位。当近眼显示装置和手柄的标定点位于两者重合的部分时，两个双目摄像头同时对标定点进行识别。在识别过程中可能会出现上部双目摄像头和下部双目摄像头对重合区域的标识点重复识别的问题，这种重复识别还有可能造成定位的混论，这时我们设定一个阈值r，当上部双目摄像头和下部双目摄像头在重叠区域内所找到的点的空间距离小于该阈值r时，我们认为两个双目摄像头分别找到的两个标定点对应空间中同一个点，这时我们取两点空间位置的中心点作为该标定点的空间位置坐标值。

与现有技术相比，本发明利用四个摄像头组成四目摄像头10，通过精确设计俯仰角度和摄像头的间距，在保证了四目摄像头10纵向视角加大的同时使测量盲区尽可能小，大大增加了四目摄像头10的摄像范围，优化了体验效果。通过在重叠区域内设置阈值r有效地防止了四目摄像头10在重叠区域内出现重复识别的情况，使定位更加精确。

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。