一种虚拟现实系统的制作方法

本实用新型涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种虚拟现实系统。

背景技术：

现有的虚拟现实系统定位方案通常是以单个相机对设置在待定位目标上的球形光源进行追踪定位，球形光源在相机拍摄的图像上呈现的圆形光斑的圆心等效于球形光源在相机坐标中的方向；利用近大远小的原理，当球形光源的直径固定时，球形光源和相机之间的距离与圆形光斑的直径之间为单调递减函数关系，结合距离以及方向可以确定其空间位置。

但是，球形光源和相机之间的距离与圆形光斑的直径之间并非直线递减函数，需要进行严格的曲线拟合才会达到较好的定位效果，曲线拟合过程成为定位的瓶颈，影响定位的精确性。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种虚拟现实系统，以解决现有的虚拟现实定位方案需要对球形光源和相机之间的距离与圆形光斑的直径之间的函数关系进行严格的曲线拟合，影响定位的精确性的问题。

本实用新型提供了一种虚拟现实系统，包括：设置在待定位目标上的球形光源、布置在待定位目标周围的第一相机和第二相机、以及与第一相机和第二相机分别相连的处理单元；

第一相机和第二相机按照相同的频率采集所述球形光源的图像，所述球形光源在所述图像中呈现圆形光斑；

所述处理单元，用于接收第一相机和第二相机同一时刻采集的两帧图像，确定经过第一相机采集的图像中的圆形光斑的圆心和第一相机的光心的第一直线，以及经过第二相机采集的图像中的圆形光斑的圆心和第二相机的光心的第二直线，并根据第一直线和第二直线确定出所述球形光源的位置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例在球形光源周围布置了两个相机采集图像，确定经过第一相机采集的图像中的圆形光斑的圆心和第一相机的光心的第一直线，以及经过第二相机采集的图像中的圆形光斑的圆心和第二相机的光心的第二直线，最终根据第一直线和第二直线确定出球形光源的位置。由于在整个定位过程中不涉及球形光源在图像中的直径，因此也就不需要事先对球形光源与相机的距离和圆形光斑的直径之间的关系进行曲线拟合，避免了曲线拟合的过程影响定位的精确性。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例提供的一种虚拟现实系统的功能框图；

图2是本实用新型一个实施例提供的一种虚拟现实系统的定位原理图。

具体实施方式

本实用新型的设计构思是：现有的虚拟现实系统定位方案使用一个相机，利用近大远小的原理，需要对球形光源和相机之间的距离与圆形光斑的直径之间的关系进行严格的曲线拟合才会达到较好的定位效果，曲线拟合过程成为定位的瓶颈，影响定位的精确性。针对这种情况，本实用新型同时使用两个相机追踪球形光源，获取不同位置观测到球形光源的空间方向，利用两条直线交于一点的原理，直接测得球形光源的位置。由于在定位过程中不涉及球形光源在图像中的直径，因此也就不需要事先对球形光源与相机的距离和圆形光斑的直径之间的关系进行曲线拟合，避免了曲线拟合的过程影响定位的精确性。

图1是本实用新型一个实施例提供的一种虚拟现实系统的功能框图，如图1所示，本实施例提供的虚拟现实系统包括设置在待定位目标上的球形光源110、布置在待定位目标周围的第一相机120和第二相机130、以及与第一相机120和第二相机130分别相连的处理单元140。球形光源110可以是红外光源，也可以是可见光源。相比于可见光源，红外光源有较强的抗干扰能力，如背景颜色、环境光的干扰等，因此使用红外光源效果更好。球形光源110可以设置在虚拟现实系统的头戴显示设备上，用于追踪用户头部的运动；或者可以设置在手柄控制器上，用于追踪用户手部的运动。

第一相机120和第二相机130按照相同的频率采集球形光源110的图像，在第一相机120和第二相机130采集到的图像中，球形光源110分别呈现为一个圆形光斑。

处理单元140接收第一相机120和第二相机130同一时刻采集的两帧图像，并确定经过第一相机120采集的图像中的圆形光斑的圆心和第一相机120的光心的第一直线，以及经过第二相机130采集的图像中的圆形光斑的圆心和第二相机130的光心的第二直线，并根据第一直线和第二直线确定出球形光源110的位置。

处理单元140包括图像处理模块141和坐标计算模块142。坐标计算模块142以第一相机120的光心为原点建立空间坐标系，x轴平行于第一相机120像平面的底边，y轴垂直于第一相机120像平面的底边，z轴为第一相机120的光轴。坐标计算模块142根据第二相机130与第一相机120之间的相对位置，确定第二相机130光心的坐标。

本实施例的虚拟现实系统在使用的过程中，第一相机120与第二相机130的相对位置是固定的，可以由厂商在生产的过程中调整并固定两个相机的相对位置，使之不可调；或者也可以由用户在使用之前将两个相机的相对位置调整为特定的值。为了简化运算的过程，加快处理速度，优选地，本实施例中的第一相机120与第二相机130为同一型号的相机，因此两个相机像采集到的图像的大小相同，并且像平面到光心的距离相等。第一相机120的像平面垂直于地面，并且像平面的底边平行于地面；第二相机130的像平面与第一相机120的像平面在同一平面上，且第二相机130像平面的底边与第一相机像120平面的底边在同一条直线上，第一相机与第二相机之间的间距为预设的距离x₀。由此，坐标计算模块142确定出第一相机120的光心的坐标为(0，0，0)，第二相机130的光心坐标为(x₀，0，0)。

图像处理模块141接收第一相机120和第二相机130同一时刻采集的两帧图像，通过扫描等方式识别两帧图像中的圆形光斑，并分别确定圆形光斑的圆心坐标。由于第一相机120与第二相机130为同一型号的相机，像平面到光心的距离均为z₀，因此图像处理模块确定出第一相机120采集的图像中的圆形光斑的圆心坐标为(x₁，y₁，z₀),第二相机130采集的图像中的圆形光斑的圆心坐标为(x₂，y₂，z₀)，如图2所示。

坐标计算模块142根据第一相机120光心的坐标(0，0，0)以及第一相机120采集的图像中的圆形光斑的圆心坐标(x1，y1，z0)确定经过该两点的第一直线，第一直线的方程为：

坐标计算模块142根据第二相机130光心的坐标(x₀，0，0)以及第二相机130采集的图像中的圆形光斑的圆心坐标(x₂，y₂，z₀)确定经过该两点的第二直线，第二直线的方程为：

处理单元140还包括直线关系判断模块143和位置确定模块144。直线关系判断模块143用于判断第一直线和第二直线的位置关系。理论上，第一直线和第二直线都经过球形光源110的中心，因此两条直线必然有一交点，但是受到误差的影响，实际计算出的第一直线和第二直线很可能没有交点。因此直线关系判断模块143首先判断第一直线和第二直线的位置关系，当判断第一直线和第二直线相交时，位置确定模块144根据第一直线的方程和第二直线的方程计算两条直线的交点，将该交点的坐标作为球形光源110的空间坐标；当判断第一直线和第二直线异面时，位置确定模块144将第一直线和第二直线的公垂线段的中点的坐标作为球形光源110的空间坐标。

本实施例在确定球形光源110的位置的过程中，没有使用到球形光源110在图像中呈现的圆形光斑的直径，因此也就不需要事先对球形光源110与相机的距离与圆形光斑的直径之间的关系进行曲线拟合，避免曲线拟合的过程影响定位的精确性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是：

本实用新型的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本实用新型实施例中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本实用新型还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本实用新型的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

本实用新型的虚拟现实系统传统上包括处理器和以存储器形式的计算机程序产品或者计算机可读介质。存储器可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器具有用于执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。例如，用于程序代码的存储空间可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(CD)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为便携式或者固定存储单元。该存储单元可以类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储单元包括用于执行根据本实用新型的方法步骤的计算机可读代码，即可以由例如处理器读取的代码，这些代码被运行时，导致该虚拟现实系统执行上面所描述的方法中的各个步骤。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本实用新型的主题而选择的。