光电定位系统及其方法与流程

本发明涉及一种定位系统和方法，尤其是一种光电定位系统及其方法。

背景技术：

自虚拟现实技术肇端以来，其应用范围越来越广，但现有的vr体验方案的构建却还缺少了最重要的一环，就是廉价而灵活准确的定位方案。

这里所说的定位，就是确定参与者在场地中的绝对空间位置，并反馈到所有参与vr体验的虚拟现实场景中，进而执行群体vr活动所必需的各种活动逻辑。

以vr游戏为例，当一位玩家靠近树林的边缘时，一头隐藏的饿狼会猛然扑出来；又比如多位玩家展开一场虚拟现实的真人cs大赛，互相射击与开展战术。如果玩家在游戏场地内的位置无法得到有效识别，那么相应的乐趣和复杂度自然也就少了很多，也许只是来一场第一人称的定点射击游戏而已。而定位的精度和速度也绝对不容忽视，20cm的误差也许就决定了射出的子弹是否能穿透虚拟敌人的胸膛，而定位本身带来的延迟，同样也会给虚拟现实玩家的现场感带来巨大的影响，甚至成为3d晕动症的帮凶。

然而，纵观现在市面上形形色色的vr空间定位方案，却并没有哪家能够提供足够成熟稳定的技术实现，亦或者用巨大的成本以及灵活度的丧失作为代价，构建并不成功的demo作品。这样的程度恐怕还远远不能称之为解决方案，也远远无法满足众多体验馆从业者的胃口，因此，市场亟需一种成本低，定位准确的光电定位方案。

技术实现要素：

鉴于上述状况，有必要提供一种成本低，定位准确的光电定位技术。

一种光电定位系统，其包括：第一定位模块、第二定位模块，处理模块，所述第一定位模块和所述第二定位模块与所述处理模块无线电性连接，

所述第一定位模块，用于感知使用者头部的三维姿态信息，

所述第二定位模块，用于感知使用者在水平面位置信息，所述第二定位模块包括有对使用者在水平面的位置进行定位和跟踪的感应部和对所述感应部产生影响的影响部，

所述处理模块，用于对接收到的所述第一定位模块和所述第二定位模块的信息进行处理获得使用者的头部姿态/视线方向和水平面位置数据。

所述第一定位模块设置使用者头部上，所述第一定位模块包括有磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息。

所述第二定位模块包括有基底层、感应部、上面层和影响部，所述感应部包括有若干可感应使用者脚踩踏所述第二定位模块时使用者所携带的静电的静电传感器，若干所述静电传感器成网状布置组成静电传感网，基底层承载和固定所述感应部的所述静电传感器，所述上面层为一均匀分布若干孔厚薄均匀的层状体，所述静电传感器位于所述上面层的孔中，所述静电传感器上表面与所述上面层的孔的上缘平齐。

所述感应部还包括有若干可检测光源闪烁频率的感光器，所述感光器与所述静电传感器设置在一起，即每个所述静电传感器的周围贴合设置一个所述感光器，若干所述感光器成网状布置组成感光传感网，所述静电传感器组成的静电传感网和所述感光器组成的感光传感网组成可定位使用者水平位置信息和识别跟踪使用者身份的定位追踪网，所述影响部还具有若干可以闪烁的光源，所述影响部设置在使用者的脚底部。

所述静电传感网中每个所述静电传感器与任意相邻的所述静电传感器间距相等。

若干所述静电传感器与所述处理模块电性连接。

所述感光传感网中每个所述感光器与任意相邻的所述感光器间距相等。

若干所述感光器与所述处理模块电性连接。

一种光电定位方法，其基于光电定位系统，该方法包括如下步骤：

s1、对所述第二定位模块的若干所述静电传感器编号，对所述第二定位模块的若干所述感光器编号；

s2、确定每个所述静电传感器和所述感光器在所述定位追踪网中对应的位置；

s3、将每个所述静电传感器和所述静电传感器贴合设置的所述感光器两两配对并相互对应；

s4、获取使用者在水平面的位置信息；

s5、获取使用者头部的三维姿态信息；

s6、根据步骤s4和s5获取使用者在水平面的实时位置。

在步骤s3前，使用者脚部先踩踏在所述定位追踪网上。

进入所述第二定位模块的使用者人数可以在1位以上。

本发明光电定位系统及其方法，采用磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息，采用便宜成熟的静电传感器组网成静电传感网，确定使用者在场地中的水平位置，具有成本低廉，准确可靠的优点。

附图说明

图1是本发明光电定位系统的示意图。

图2是本发明光电定位系统的结构示意图。

图3是本发明光电定位系统的第二定位模块结构示意图。

其中，使用者100，第一定位模块200，第二定位模块300，基底层310，感应部320，静电传感器321，感光器322，上面层330。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例一，请参见图1、图2和图3。

一种光电定位系统，其包括：第一定位模块200、第二定位模块300，处理模块，第一定位模块100和第二定位模块200与处理模块无线电性连接，第一定位模块，用于感知使用者100头部的三维姿态信息，第二定位模块，用于感知使用者100在水平面位置信息，第二定位模块包括有对使用者在水平面的位置进行定位和跟踪的感应部320和对感应部320产生影响的影响部。处理模块，用于对接收到的第一定位模块200和第二定位模块300的信息进行处理获得使用者的头部姿态/视线方向和水平面位置数据。

第一定位模块200设置使用者头部上。第一定位模块包括有磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息。

第二定位模块300设置在使用者活动的地面上。

第二定位模块包括有基底层310、感应部320、上面层330和影响部，感应部320包括有若干可感应使用者脚踩踏第二定位模块300时使用者所携带的静电的静电传感器321，若干静电传感器321成网状布置组成静电传感网，基底层310承载和固定感应部320的静电传感器321，上面层330为一均匀分布若干孔厚薄均匀的层状体，静电传感器321位于上面层330的孔中，静电传感器321上表面与上面层330的孔的上缘平齐。

感应部320还包括有若干可检测光源闪烁频率的感光器322，感光器322与静电传感器321设置在一起，即每个述静电传感器321的周围贴合设置一个感光器322，若干感光器322成网状布置组成感光传感网，静电传感器321组成的静电传感网和感光器322组成的感光传感网组成可定位使用者水平位置信息和识别跟踪使用者身份的定位追踪网，影响部还具有若干可以闪烁的光源，影响部设置在使用者的脚底部。

静电传感网中每个静电传感器321与任意相邻的静电传感器321间距相等。

若干静电传感器321与处理模块电性连接。

感光传感网中每个感光器322与任意相邻的感光器间距相等。

若干感光器322与处理模块电性连接。

实施例二。

一种光电定位方法，其基于光电定位系统，该方法包括如下步骤：

s1、对第二定位模块的若干静电传感器编号，对第二定位模块的若干感光器编号；

s2、确定每个静电传感器和感光器在定位追踪网中对应的位置；

s3、将每个静电传感器和静电传感器贴合设置的感光器两两配对并相互对应；

s4、获取使用者在水平面的位置信息；

s5、获取使用者头部的三维姿态信息；

s6、根据步骤s4和s5获取使用者的视线方向和使用者在水平面的位置。

在步骤s3前，使用者脚部先踩踏在静电传感网上。

当带静电的使用者的脚部踩踏到第二定位模块的静电传感器时，被踩踏到的静电传感器即产生电讯号并将电讯号传输给处理模块，处理模块根据被踩踏到的静电传感器的位置坐标参数判断出使用者在水平面的位置。

进入第二定位模块的使用者人数可以在1位以上。

使用者脚部踩踏静电传感网时，根据被使用者脚部触发的所述静电传感器的位置，提取被使用者脚部触发的静电传感器中距离最远的两个静电传感器的位置参数，将位置参数的中间点位置参数作为使用者在静电传感网中的位置中心点，测得使用者脚部在水平面的位置。

使用者脚部踩踏所述静电传感网时，根据被使用者脚部触发的静电传感器的位置，提取被使用者脚部触发的所述静电传感器的位置坐标，对任一被使用者脚部触发的所述静电传感器两相邻的位置坐标连线，根据连线区域，确定使用者双脚踩踏的区域。

实施例三，请参见图1、图2和图3。

一种光电定位系统，其包括：第一定位模块、第二定位模块，处理模块，第一定位模块和二定位模块与处理模块电性连接，第一定位模块，用于感知使用者头部的三维姿态信息，第二定位模块，用于感知使用者的水平面位置信息，第二定位模块包括有对使用者在水平面的位置进行定位和跟踪的感应部和对感应部产生影响的影响部。处理模块，用于对接收到的第一定位模块和第二定位模块的信息进行处理获得使用者的头部姿态/视线方向和水平面位置数据。

第一定位模块设置使用者头部上。第一定位模块包括有磁力计、加速度计和陀螺仪以获取/跟踪使用者头部运动信息。第一定位模块整合磁力计、加速度计和陀螺仪的数据信息，测得使用者头部动作时，前后上下左右环顾的方向角度信息，模拟获取使用者的视线方向。

第二定位模块设置在使用者活动的地面上。第二定位模块包括有基底层、感应部、上面层和影响部，感应部包括有若干可感应使用者脚踩踏第二定位模块时使用者所携带的静电的静电传感器，若干静电传感器成网状布置组成静电传感网，基底层承载和固定感应部的静电传感器，上面层为一均匀分布若干孔厚薄均匀的层状体，静电传感器位于上面层的孔中，静电传感器上表面与上面层的孔的上缘平齐。静电传感网中每个静电传感器与任意相邻的静电传感器间距相等，若干静电传感器与处理模块电性连接。感光传感网中每个感光器与任意相邻的感光器间距相等，若干感光器与处理模块电性连接。

感应部还包括有若干可检测光源闪烁频率的感光器，感光器与静电传感器设置在一起，即每个述静电传感器的周围贴合设置一个感光器，若干感光器成网状布置组成感光传感网，静电传感器组成的静电传感网和感光器组成的感光传感网组成可定位使用者水平位置信息和识别跟踪使用者身份的定位追踪网，影响部还具有若干可以闪烁的光源，影响部设置在使用者的脚底部。

静电传感网中静电传感器的密度可以设置为1个/3cm²～1个/8cm²。在使用时，使用者可以脱掉鞋袜，使用者的脚部直接踩踏在第二定位模块上，或者，使用者穿着可导电的鞋，如此，使用者自身所带静电即被静电传感器感应，从而实现对使用者的定位。

感光传感网中感光器的密度可以设置为1个/3cm²～1个/8cm²。在使用时，使用者的脚部踩踏在第二定位模块上时，使用者脚部的影响部，从而实现对使用者的定位。

感应部的静电传感器和感光器排布方式和上面层的孔排布方式相同，使感应部的静电传感器和感光器刚好置于上面层的孔中，尤其是，使影响部的可以闪烁的光源分布的密度大于感应部的感光器和上面层的孔分布的密度，当设置于使用者脚底的影响部由使用者穿着在第二模块上活动，使用者身体携带的静电被影响部导电体传导给静电传感器，从而触发静电传感器，处理模块接收到被触发的静电传感器的信息，即可据此定位使用者的位置，同时，影响部上可以闪烁的光源也会被感光器检测到闪烁的频率，感光器识别并将可以闪烁的光源闪烁的频率信息发送给处理模块，而一名使用者对影响部可以闪烁的光源设置唯一的闪烁频率，即此，使用者的身份编码信息也是唯一的，该使用者的身份信息也即被识别出来，使用者连续活动的轨迹也即被处理模块记录和跟踪，实现了定位追踪。另外，静电传感器和感光器置于上面层的孔中，可以保护感应部不被使用者频繁踩踏而损坏，而且，上面层的孔周围的物体也可以承担使用一部分的体重产生的压力，使压力传感器不被过分挤压，从而提高第二定位模块的使用寿命。

当前使用的在虚拟现实环境中，对使用者的空间位置定位的技术大部分为双目定位技术，其原理是，用两部相机来定位。对物体上一个特征点，用两部固定于不同位置的相机摄得物体的像，分别获得该点在两部相机像平面上的坐标。只要知道两部相机精确的相对位置，就可用几何的方法得到该特征点在固定一部相机的坐标系中的坐标，即确定了特征点的位置，但是在实际应用时，会出现测量误差。比如相机的标定误差。相机是存在畸变的，如果反畸变算法不好，那么始终会带着角度测量误差。特征点误差，以ps手柄为例，其三角光条是圆角，特征点很难取得很准确。还有像素误差，道摄像头的像素数是有限的，它所代表的角度值也会是离散的，无法准确地表示物体的投影射线，还有其它可能的误差，以上各种因素都会影响到单点求解的精度。因此双目摄像头方案只能在近距离使用(2m以内)，靠增多特征点数量来平均化测量误差，才可以达到可以接受的效果。

而通过在使用使用的场地内铺设均匀布置的静电传感器，组成静电传感网，对每一个静电传感器编号取值，给其预设标定的位置参数，当该点的静电传感器被使用者踩踏而触发时，即有处理模块根据预存的该静电传感器位置参数，迅速给出使用者在场地的水平面位置，精确而简单。

为进一步提高精度，对使用者踩踏而触发的静电传感器进行计算，取其被触发的距离最远的两个静电传感器的位置参数的中点，能更精确的确定使用者在场地中的位置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。