一种光学定位系统与外部设备的同步方法及装置与流程

本发明涉及运动分析、生物力学和肌肉电活动领域，尤其是涉及一种光学定位系统与外部设备同步的方法及装置。

背景技术：

1、光学定位系统与外部设备同步是在许多科学、工程和应用领域中关键的技术，它确保了测量和数据采集的精确性。

2、光学定位系统是一种使用相机、传感器或反光标记等来追踪和定位物体或场景的系统。它通常用于运动捕捉、三维建模、虚拟现实、医学影像等领域。在光学定位系统中，摄像机或传感器捕捉目标物体的位置、方向和运动。在测量和控制系统中，同步是指不同设备或子系统的时钟和操作的协调。对于光学定位系统，使用的软件同步涉及到使用软件算法来确保不同设备之间的同步。在光学定位系统中，给数据加上时间戳是一种常见的同步方法。通过确保所有捕获的数据都有相同的时间基准，可以更容易地将其与其他设备的数据对齐。这可能包括在数据采集和处理软件中实现的同步机制。同步确保了捕捉到的数据与其他设备的数据是按照相同的时间基准进行的。这对于多传感器系统和多设备协同工作至关重要。

3、外部设备包括其他测量设备、运动平台、数据采集卡等。这些设备可能使用不同的时钟或操作频率。外部设备之间的同步一般使用硬件同步，硬件同步涉及到使用专用硬件来保持设备之间的同步。这可能包括在设备之间发送同步脉冲或使用专门的硬件时钟源。比如trigger(触发)：触发信号是硬件同步的一种形式，其中一个设备的操作由另一个设备触发。例如，在实验室测量中，一个设备可能会向其他设备发送触发信号，告诉它们开始测量。

4、光学定位系统与外部设备同步的技术选择通常取决于具体的应用需求和系统架构。在许多情况下，硬件同步和时间戳是实现精确同步的关键技术，同一类型硬件之间硬同步和软同步的协议是一致的，但是不同的硬件系统之间就会存在差异和不兼容的问题；

5、光学系统的相机之间可以通过软件同步方式实现，多台外部设备之间可以通过硬件同步的方式实现，但是光学系统之间和外部设备之间的数据同步对齐就需要设计一个既能同步光学系统相机又能同步外部设备的同步器，还要解决数据同步录制的问题，除非使用时码设备对光学数据和外部设备数据添加时间戳，后期进行时间戳对齐，但是外部设备录制数据不一定都支持时码设备添加时间戳的功能，所以就会出现录制的数据无法对齐的情况，

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术进行在光学系统和外部设备之间录制数据同步所存在的缺陷而提供不受外部设备之间是否支持硬件同步以及时码设备接入等问题限制的光学定位系统与外部设备同步的方法及装置。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、作为本发明的第一方面，提供一种光学定位系统与外部设备的同步方法，所述方法通过设置仅在开启状态下能被光学定位系统识别的主动刚体来对光学定位系统与外部设备采集的数据进行对齐，具体步骤包括：

4、同步点亮主动刚体及向光学定位系统设备和外部设备发送录制信号，外部设备开始录制；

5、所述光学定位系统在录制目标动捕数据的同时对主动刚体进行追踪识别；

6、完成录制后，关闭主动刚体并同步停止向外部设备发送录制信号，外部设备停止录制；

7、基于光学定位系统动捕数据中是否识别到主动刚体，将光学定位系统之间以及外部设备之间的数据同步对齐。

8、作为优选技术方案，采用所述同步方法采用主动刚体进行目标动捕数据采集的步骤具体如下：

9、搭建光学定位系统和外部设备；

10、在动捕目标上贴反光标识点，在光学定位系统中对反光标识点进行定位与解算；

11、所述光学定位系统开始进行录制后，在点亮主动刚体的同时向所有外部设备发送录制信号，外部设备开始录制数据；

12、所述光学定位系统在录制动捕目标动作执行数据的同时对主动刚体进行追踪；

13、完成动捕目标动作的录制后，先关闭主动刚体并同步停止向所有外部设备发送录制信号，外部设备停止录制数据；然后再停止光学定位系统的录制；

14、作为优选技术方案，所述光学定位系统和外部设备搭建完成后，对所述光学定位系统进行软件调试，包括相机校准、房间坐标系设置、主动刚体创建及追踪。

15、作为优选技术方案，所述数据同步对齐以光学动捕数据中识别到主动刚体的第一帧为起始帧，主动刚体数据丢失的那一帧作为结束帧，与外部设备录制数据的第一帧和最后一帧在时间轴上进行对齐。

16、作为优选技术方案，当录制数据的帧数不同时：

17、设定光学定位追踪系统的定位帧率；

18、将外部设备的采样频率设置为光学定位追踪系统帧率的整数倍；

19、对数据进行差值取样或者将帧数高的数据除以两者的帧数倍数。

20、作为本发明的第二方面，提供一种光学定位系统与外部设备的同步装置，所述装置用于实施如权上所述的同步方法，该装置包括：同步控制器以及分别与同步控制器连接的主动刚体与同步信号输出模块；

21、所述的同步信号输出模块与光学定位系统以及外部设备的同步信号输入端口连接，用于发送录制信号至各外部设备；

22、所述的同步控制器控制同步控制所述主动刚体点亮以及同步信号输出模块输出录制信号。

23、作为优选技术方案，所述主动刚体至少包括3个识别点组成，所述识别点呈非对称设置。

24、作为优选技术方案，所述主动刚体的识别点包括贴片式的led灯珠，所述led灯珠设置四颗及以上。

25、作为优选技术方案，所述主动刚体的识别点还包括被动marker球。

26、作为优选技术方案，所述主动刚体每两个识别点之间的距离与角度均都不同。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明提供一种光学定位系统与外部设备同步的方法，使用同步控制器同步控制光学定位系统和外部设备如测力台、肌电仪等同时录制数据，并提供一种离线对齐不同设备的数据的方法。该方法不受外部设备之间是否支持硬件同步以及时码设备接入等问题限制，只要能接受外部触发信号触发同步录制就可以，实用性和灵活性非常高。

技术特征：

1.一种光学定位系统与外部设备的同步方法，其特征在于，所述方法通过设置仅在开启状态下能被光学定位系统识别的主动刚体来对光学定位系统与外部设备采集的数据进行同步对齐，具体步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种光学定位系统与外部设备的同步方法，其特征在于，采用所述同步方法对目标进行动捕数据采集的步骤具体如下：

3.根据权利要求2所述的一种光学定位系统与外部设备的同步方法，其特征在于，所述光学定位系统和外部设备搭建完成后，对所述光学定位系统进行软件调试，包括相机校准、房间坐标系设置、主动刚体创建及追踪。

4.根据权利要求1所述的一种光学定位系统与外部设备的同步方法，其特征在于，所述数据同步对齐以光学动捕数据中识别到主动刚体的第一帧为起始帧，主动刚体数据丢失的那一帧作为结束帧，与外部设备录制数据的第一帧和最后一帧在时间轴上进行对齐。

5.根据权利要求1所述的一种光学定位系统与外部设备的同步方法，其特征在于，当所述光学定位系统与外部设备录制数据的帧数不同时，首先设定光学定位系统的定位帧率；将外部设备的采样频率设置为光学定位追踪系统帧率的整数倍；最好对采集到的数据进行差值取样或者将帧数高的数据除以两者的帧数倍数。

6.一种光学定位系统与外部设备的同步装置，其特征在于，所述装置用于实施如权利要求1-5任一所述的同步方法，该装置包括：同步控制器以及分别与同步控制器连接的主动刚体与用于控制同步控制器通断电的开关；

7.根据权利要求6所述的一种光学定位系统与外部设备的同步装置，其特征在于，所述主动刚体至少包括3个识别点组成，所述识别点呈非对称设置。

8.根据权利要求7所述的一种光学定位系统与外部设备的同步装置，其特征在于，所述主动刚体的识别点包括贴片式的led灯珠，所述led灯珠设置四颗及以上。

9.根据权利要求7所述的一种光学定位系统与外部设备的同步装置，其特征在于，所述主动刚体的识别点还包括被动marker球。

10.根据权利要求7-9所述的一种光学定位系统与外部设备的同步装置，其特征在于，所述主动刚体每两个识别点之间的距离与角度均都不同。

技术总结
本发明涉及一种光学定位系统与外部设备的同步方法及装置，通过设置主动刚体来对光学定位系统与外部设备采集的数据进行对齐。在光学定位系统开始录制后，点亮主动刚体并同时向所有外部设备发送录制信号；在录制动捕目标动作执行数据的同时对主动刚体进行追踪；完成动捕目标动作的录制后，先关闭主动刚体并同步停止向所有外部设备发送录制信号；然后再停止光学定位系统的录制；以光学动捕数据中识别到主动刚体的第一帧为起始帧，主动刚体数据丢失的那一帧作为结束帧，与外部设备录制数据的第一帧和最后一帧在时间轴上进行对齐。通过上述方案，本发明实现了对不支持硬件同步以及时码设备接入的设备进行同步对齐，具有较高的实用性和灵活性。

技术研发人员：张群,张海威
受保护的技术使用者：上海青瞳视觉科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4