虚拟现实系统及定位方法与流程

本发明实施例涉及虚拟现实技术领域，特别涉及一种虚拟现实系统及定位方法。

背景技术：

现有技术中，Oculus基于摄像头的虚拟设备的定位的技术方案为：在使用手柄上的红外LED灯定位手柄位置时，需要给每个红外LED灯发送同步信号，使红外LED灯闪烁同步，但是，必须使用计算机设备控制同步信号同时发送，以保证对红外LED灯进行精确控制。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：如果虚拟现实系统是基于移动终端实现的，那么，势必要采用无线传输方式发送同步信号给手柄上的每个红外LED灯，以控制手柄上的红外LED灯同步，实现对手柄定位。但是，由于无线传输存在一定的丢包率，会造成各个红外LED灯之间接收同步信号的时间存在较大的误差，最终导致无法实现对手柄定位。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种虚拟现实系统及定位方法，可以实现基于移动终端的虚拟现实系统中交互部件的定位，扩大了虚拟现实系统的应用范围，并且便于推广。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种虚拟现实系统，包括：虚拟现实装置、红外摄像装置、第一组红外LED灯与移动终端；虚拟现实装置、第一组红外LED灯均与移动终端连接；虚拟现实装置上设置红外摄像装置；第一组红外LED灯位于红外摄像装置的摄像范围内，第一组红外LED灯中至少包含两个红外LED灯；在对虚拟现实装置进行定位时，移动终端控制第一组红外LED灯从同一时刻开始闪烁；红外摄像装置采集第一图像；移动终端根据第一图像获取第一位置信息；其中，第一图像为第一组红外LED灯的闪烁图像，第一图像中至少包含两个红外LED灯的闪烁图像；第一位置信息为虚拟现实装置相对于第一组红外LED灯的位置信息。

本发明的实施方式还提供了一种定位方法，包括：移动终端通过无线方式控制第一组红外LED灯从同一时刻开始闪烁；第一组红外LED灯中至少包含两个红外LED灯；虚拟现实装置上的红外摄像装置采集第一图像；红外LED灯位于红外摄像装置的摄像范围内；其中，第一图像为红外LED灯的闪烁图像；第一图像中至少包含两个红外LED灯的闪烁图像；移动终端根据第一图像获取虚拟现实装置的位置信息；位置信息为虚拟现实装置相对于红外LED灯的位置信息。

本发明实施方式相对于现有技术而言，虚拟现实装置、第一组红外LED灯均与移动终端连接，其中，第一组红外LED灯位于虚拟现实装置上设置的红外摄像装置的摄像范围内即可，不需要用户进行校准设置，降低了对用户的技术要求。而且，红外LED灯以及红外摄像装置的成本较低，采用红外LED灯以及红外摄像装置进行定位，降低了定位成本。在对虚拟现实装置进行定位时，移动终端控制第一组红外LED灯从同一时刻开始闪烁，解决了现有技术中必须使用同步信号使所有红外LED灯同步的局限性。进一步，红外摄像装置采集第一组红外LED灯的闪烁图像，最终由移动终端根据上述图像获取虚拟现实装置相对于第一组红外LED灯的位置信息。本实施方式不仅可以实现基于移动终端的虚拟现实系统中交互部件的定位，扩大了虚拟现实系统的应用范围，还降低了对用户的技术要求，便于推广，同时还降低了成本。

在一个实施方式中，所述第一组红外LED灯包括N个呈不规则排列的红外LED灯；其中，N为大于1的自然数。这样，可以减少定位时无效的LED灯数目，提高LED灯的利用率。

在一个实施方式中，所述第一图像中，任意两个所述红外LED灯的闪烁图像不重叠。这样，可以将LED灯的利用率提升至最高。

在一个实施方式中，还包括：第一手柄；第一手柄与移动终端无线连接；第一手柄上设置第二组红外LED灯；在对第一手柄定位时，移动终端控制第二组红外LED灯从同一时刻开始闪烁，红外摄像装置采集第二图像，移动终端根据第二图像获取第一相对位置信息，并根据第一相对位置信息与第一位置信息，获取第二位置信息；其中，第二图像为第二组红外LED灯的闪烁图像；第二图像中至少包含两个红外LED灯的闪烁图像；第一相对位置信息为第一手柄与虚拟现实装置的相对位置信息；第二位置信息为第一手柄相对于第一组红外LED灯的位置信息。本发明实施方式中，移动终端控制第二组红外LED灯从同一时刻开始闪烁，并根据红外摄像装置采集到的第二图像，获取第一手柄与虚拟现实装置的相对位置信息，最终获取第一手柄相对于第一组红外LED灯的位置信息，这样，第一手柄在移动的过程中，仍可以由移动终端获取第一手柄的位置信息，使得虚拟现实系统可以基于移动终端实现，扩大了应用范围。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的虚拟现实系统的结构图；

图2是根据本发明第二实施方式的虚拟现实系统的结构图；

图3是根据本发明第三实施方式的虚拟现实系统的结构图；

图4是根据本发明第三实施方式的虚拟现实系统的装置图；

图5是根据本发明第四实施方式的定位方法的流程图；

图6是根据本发明第五实施方式的定位方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种虚拟现实系统，如图1所示，包括：虚拟现实装置101、红外摄像装置102、第一组红外LED灯103以及移动终端104。移动终端可以为：手机、平板电脑、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)等。其中，虚拟现实装置101、第一组红外LED灯103均与移动终端104连接，例如，虚拟现实装置101、第一组红外LED灯103与移动终端104可以通过无线连接。虚拟现实装置101上设置有红外摄像装置102，第一组红外LED灯103位于红外摄像装置102的摄像范围内。其中，第一组红外LED灯中至少包含两个红外LED灯。

在对虚拟现实装置101进行定位时，首先，移动终端104控制第一组红外LED灯103从同一时刻开始闪烁。具体地，移动终端可以通过一个触发信号控制第一组红外LED灯中的所有LED灯从同一时刻开始闪烁，或者，移动终端同时为每一个LED灯发送一个触发信号，其中，所有触发信号被打包为同一个数据包，该数据包由移动终端发送给第一组红外LED灯。第一组红外LED灯要么接收到数据包，可以同时触发所有LED灯从同一时刻闪烁，要么丢包时，第一组红外LED灯接收不到数据包，全部LED灯不工作。也就是，即使存在丢包事件，也不会影响移动终端通过无线方式控制第一组红外LED灯从同一时刻开始闪烁。

红外摄像装置102采集第一图像，即，第一组红外LED灯103的闪烁图像。其中，第一图像中至少包含两个红外LED灯的闪烁图像。移动终端104根据第一图像获取第一位置信息，该第一位置信息为虚拟现实装置101相对于第一组红外LED灯的位置信息。

本发明实施方式相对于现有技术而言，虚拟现实装置、第一组红外LED灯均与移动终端连接，其中，第一组红外LED灯位于虚拟现实装置上设置的红外摄像装置的摄像范围内即可，不需要用户进行校准设置，降低了对用户的技术要求。而且，红外LED灯以及红外摄像装置的成本较低，采用红外LED灯以及红外摄像装置进行定位，降低了定位成本。在对虚拟现实装置进行定位时，移动终端控制第一组红外LED灯从同一时刻开始闪烁，解决了现有技术中必须使用同步信号使所有红外LED灯同步的局限性。进一步，红外摄像装置采集第一组红外LED灯的闪烁图像，最终由移动终端根据上述图像获取虚拟现实装置相对于第一组红外LED灯的位置信息。本实施方式不仅可以实现基于移动终端的虚拟现实系统中交互部件的定位，扩大了虚拟现实系统的应用范围，还降低了对用户的技术要求，便于推广，同时还降低了成本。

本发明的第二实施方式涉及一种虚拟现实系统，如图2所示，具体包括：虚拟现实装置101、红外摄像装置102、第一组红外LED灯103以及移动终端104，其中，第一组红外LED灯103包括N个呈不规则排列的红外LED灯，分别为第一红外LED灯201、第二红外LED灯202、第三红外LED灯203、...、第N红外LED灯204等，上述N为大于1的自然数。

虚拟现实装置101、第一组红外LED灯103均与移动终端104连接，虚拟现实装置101上设置有红外摄像装置102，第一组红外LED灯中的所有LED灯均位于红外摄像装置102的摄像范围内。

在对虚拟现实装置进行定位时，红外发光点需要预先设置在空间中的一个固定区域。具体地说，该虚拟现实系统中，需要预先在现实空间中固定一处红外发光点的区域，并在上述区域中设置第一组红外LED灯，其中第一组红外LED灯中N个红外LED灯不规则排列。需要说明的是，第一组红外LED灯中N个红外LED灯的排列不遵循任何规律，这样，可以减少定位时无效的LED灯数目，提高LED灯的利用率。

移动终端控制第一组红外LED灯从同一时刻按照预设编码方式闪烁，红外摄像装置按照预设频率采集第一图像。具体地说，在移动终端104的控制下，第一组红外LED灯103可以按照预设的汉明码的编码方式闪烁，红外摄像装置102按照预设的频率采集第一图像，即，上述红外LED灯103的闪烁图像；第一图像中任意两个红外LED灯的闪烁图像不重叠。即，第一图像中任意两个红外LED灯的闪烁图像没有重叠。其中，上述第一图像中携带有第一组红外LED灯103闪烁的编码信息，该编码信息用于标识上述红外LED灯。例如，第一红外LED灯201在预设时间内可以按照预设编码10101110闪烁，第二红外LED灯202在预设时间内可以按照预设编码10110101闪烁，其中，上述1代表红外LED灯处于“亮”的状态，上述0代表红外LED灯处于“暗”的状态。预先设置红外摄像装置102的频率不低于红外LED灯103闪烁频率的两倍，之后，红外摄像装置102按照预设频率采集红外LED灯的闪烁图像，该闪烁图像为第一图像。采集到的第一图像中不同的编码信息分别对应不同的红外LED灯。

移动终端104中预先设置并保存第一组红外LED灯103中各个红外LED灯的三维坐标与上述各个红外LED灯的对应关系。其中，红外LED灯的三维坐标的参照系的原点可以为第一组红外LED灯103中一个红外LED灯所处的位置。例如，选取第一组红外LED灯103中的第一红外LED灯201所处的位置为坐标原点，同时，移动终端104中设置并保存第二红外LED灯202、第三红外LED灯203...第N红外LED灯204等的三维坐标与各个红外LED灯的对应关系。

移动终端根据LED灯的三维坐标以及单目视觉定位算法，定位虚拟现实装置的位置。具体地说，当红外摄像装置102采集到第一图像后，移动终端104根据图像所携带的编码信息识别各个红外LED灯，并且依据预存的各个红外LED灯的三维坐标与红外LED灯的对应关系，以及上述识别出的红外LED灯，可以获取上述红外LED灯的三维坐标。进一步，根据上述获取的三维坐标以及单目视觉定位算法，可以获取虚拟现实装置101相对于第一组红外LED灯103的位置信息。更具体地说，红外摄像装置102按预定频率采集多幅第一图像，由于虚拟现实装置的移动，相邻两帧的两幅第一红外图像中，同一红外LED灯的两个闪烁图像的三维坐标并不相同。以第一组红外LED灯中的第二红外LED灯为例，依据获取的上述第二红外LED灯的两个闪烁图像的三维坐标，以及第二红外LED灯的三维坐标，根据单目视觉定位算法，移动终端可以获取虚拟现实装置相对于第二红外LED灯的距离。采用类似的方法，移动终端还可以获取虚拟现实装置相对于第一组红外LED灯中的其他红外LED灯的距离，对上述获得的结果取平均值，可以将得出的平均值作为虚拟现实装置相对于第一组红外LED灯的距离。

本发明实施方式中，通过在移动终端中预存第一组红外LED灯的三维坐标与红外LED灯的对应关系，可以获取识别出的红外LED灯的三维坐标，并进一步依据单目视觉定位算法，可以获取用于采集图像的红外摄像装置相对于第一组红外LED灯的位置信息，并用此位置信息来表示虚拟现实装置相对于第一组红外LED灯的位置信息，本实施方式使得虚拟现实系统可以基于移动终端实现，扩大了应用范围，同时，还降低了对用户的技术要求，便于推广。

本发明第三实施方式涉及一种虚拟现实系统，第三实施方式在第二实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在本实施方式中，该虚拟现实系统还可以包括第一手柄和第二手柄，并且可以获取第一手柄与第二手柄相对于第一组红外LED灯的位置信息，扩展了虚拟现实系统的应用。

如图3所示，该虚拟现实系统包括：虚拟现实装置101、第一组红外LED灯103、移动终端104、第一手柄301以及第二手柄303，其中，第一手柄301、第二手柄303分别与移动终端104无线连接，第一手柄301上设置第二组红外LED灯302，第二手柄303上设置第三组红外LED灯304。其中，第二组红外LED灯302包括M个呈不规则排列的红外LED灯，M为大于1的自然数；第三组红外LED灯304包括T个呈不规则排列的红外LED灯，T为大于1的自然数。

在对第一手柄301定位时，移动终端104控制第二组红外LED灯302从同一时刻开始按照预设频率闪烁，红外摄像装置102采集第二图像，即，第二组红外LED灯302的闪烁图像，进而，移动终端104根据第二图像获取第一手柄301与虚拟现实装置101的相对位置信息，该信息为第一相对位置信息，最终，根据第一相对位置信息与第一位置信息获取第二位置信息，即，第一手柄301相对于第一组红外LED灯103的位置信息。

在对第二手柄303定位时，移动终端104控制第三组红外LED灯304从同一时刻开始按照预设频率闪烁，红外摄像装置102采集第三图像，即，第三组红外LED灯304的闪烁图像，进而，移动终端104根据第三图像获取第二手柄303与虚拟现实装置101的相对位置信息，该信息为第二相对位置信息，最终，根据第二相对位置信息与第一位置信息获取第三位置信息，即，第二手柄303相对于第一组红外LED灯103的位置信息。

本实施方式的装置如图4所示，包括：虚拟现实装置101、红外摄像装置102、第一组红外LED灯103、第一手柄301以及第二手柄303。其中，虚拟现实装置101上设置有红外摄像装置102，第一组红外LED灯103位于红外摄像装置102的摄像范围内。

本发明实施方式依据虚拟现实装置相对第一组红外LED灯的位置关系以及单目视觉定位算法，可以获取第一手柄以及第二手柄与第一组红外LED灯的位置关系，实现了对虚拟现实系统中手柄的定位。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

本发明第四实施方式涉及一种定位方法，如图5所示，包括：

步骤501：移动终端通过无线方式控制第一组红外LED灯从同一时刻开始闪烁。具体地，移动终端可以通过一个触发信号控制第一组红外LED灯中的所有LED灯从同一时刻开始闪烁，或者，移动终端同时为每一个LED灯发送一个触发信号，其中，所有触发信号被打包为同一个数据包，该数据包由移动终端发送给第一组红外LED灯。第一组红外LED灯要么接收到数据包，可以同时触发所有LED灯从同一时刻闪烁，要么丢包时，第一组红外LED灯接收不到数据包，全部LED灯不工作。也就是，即使存在丢包事件，也不会影响移动终端通过无线方式控制第一组红外LED灯从同一时刻开始闪烁。

移动终端中预先设置并保存第一组红外LED灯的闪烁频率，例如，该频率可以用FP表示，进而，移动终端通过无线方式控制第一组红外LED灯从同一时刻开始按照预设频率闪烁。

步骤502：虚拟现实装置上的红外摄像装置采集图像。其中，红外LED灯位于红外摄像装置的摄像范围内，上述图像为红外LED灯的闪烁图像。具体为，虚拟现实装置上的红外摄像装置按照预设的频率采集图像，该频率可以用FPS表示，并且，FPS不低于上一步骤中的PF的两倍。

步骤503：移动终端根据图像获取虚拟现实装置的位置信息，其中，上述位置信息为虚拟现实装置相对于红外LED灯的位置信息。具体为，选取第一组红外LED灯中的一个红外LED灯所处的位置作为红外LED灯的三维坐标的参照系的原点，同时，移动终端中预先设置并保存红外LED灯的三维坐标与红外LED灯的对应关系。移动终端依据编码信息识别步骤402采集到的图像中的红外LED灯，并且根据上述对应关系获取红外LED灯的三维坐标，进而，依据单目视觉定位算法获取虚拟现实装置相对于第一组红外LED灯的位置信息。

本实施方式不仅使得虚拟现实系统可以基于移动终端实现，扩大了应用范围，还降低了对用户的技术要求，便于推广，同时还降低了成本。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第五实施方式涉及一种定位方法，第五实施方式在第四实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在本实施方式中，该虚拟现实系统还包括第一手柄和第二手柄，并且可以获取第一手柄与第二手柄相对于第一组红外LED灯的位置信息，扩展了虚拟现实系统的应用。如图6所示，包括：

步骤601：移动终端控制第二组红外LED灯从同一时刻开始闪烁。具体地说，移动终端中预先设置并保存第二组红外LED灯的闪烁频率，进而，移动终端可以通过无线方式控制第二组红外LED灯从同一时刻开始按照预设频率闪烁。

步骤602：红外摄像装置采集第二组图像。其中，第二图像为第二组红外LED灯的闪烁图像，第二图像中至少包含两个红外LED灯的闪烁图像。具体地说，虚拟现实装置上的红外摄像装置可以按照预设的频率采集第二组图像。

步骤603：移动终端根据第二图像获取第一相对位置信息。其中，第一相对位置信息为第一手柄与虚拟现实装置的相对位置信息。

步骤605：移动终端根据第一相对位置信息与第一位置信息，获取第二位置信息。其中，第二位置信息为第一手柄相对于第一组红外LED灯的位置信息。

此外，移动终端还可以控制第三组红外LED灯从同一时刻开始闪烁。红外摄像装置还可以采集第三组图像。进而，移动终端可以根据第三图像获取第二相对位置信息。其中，第二相对位置信息为第二手柄与虚拟现实装置的相对位置信息。进一步，移动终端可以根据第二相对位置信息与第一位置信息，获取第三位置信息。其中，第三位置信息为第二手柄相对于第一组红外LED灯的位置信息。

本发明实施方式依据虚拟现实装置相对第一组红外LED灯的位置关系以及单目视觉定位算法，可以获取第一手柄以及第二手柄与第一组红外LED灯的位置关系，实现了对虚拟现实系统中手柄的定位。

不难发现，本实施方式为与第三实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第三实施方式互相配合实施。第三实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第三实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。