本发明涉及激光和电子技术领域，尤其涉及一种校准定位基站坐标系的方法及装置。
背景技术
虚拟现实(virtualreality，简称vr)技术是一种利用计算机生成模拟环境，并借助专业设备，让用户进入虚拟空间，实时感知和操作，从而获得身临其境的真实感受的技术。目前vr产业处于启动期，随着近两年大量vr设备实现量产，并推向消费级市场，行业即将进入高速发展期。
vr技术最重要的特征是其沉浸感，而一套精度高、实时性好的定位系统是实现这一特征的重要一环。激光定位方案的精度可以达到mm级别，是目前实现vr定位的主要技术手段之一。激光定位的基本原理是利用定位基站，对定位空间发射横竖两个方向扫射的激光，在被定位物体上放置多个激光感应接收器，分别测量出激光到达各个接收器的时间，然后通过各个激光感应接收器的位置差，解算出目标的三维空间位置。这里，解算得到的目标的三维空间坐标是相对于定位基站而言的，也就是说该三维坐标是在以基站为坐标原点的坐标系中的。而在实际应用中，为了解决激光扫描的遮挡问题，会有多个激光扫描基站同时工作。由于每个基站的坐标系是不同的，因此对于同一个目标，其在不同基站下的空间定位坐标值是不同的。这时，如果同一个目标先后被两个不同的基站监测到，两个定位基站会计算出不同的定位坐标，如果不做融合处理，则目标的定位会出现跳动，导致定位效果变差。
技术实现要素：
本发明提供一种校准定位基站坐标系的方法，用于解决现有技术中存在的多个定位基站坐标系不统一而导致的定位效果差的问题。
本发明实施例一种校准定位基站坐标系的方法，适用于区域内包括至少一个定位基站的系统；包括：校准装置根据定位基站的第一姿态参数，确定第一转换矩阵；
所述校准装置确定定位模块在所述第一转换矩阵下的第一矢量；所述定位模块为位于同一目标设备上且在同一时刻被所述定位基站扫描到的至少两个激光接收模块；
所述校准装置通过所述目标设备的姿态确定所述定位模块在世界坐标系下的第二矢量；
所述校准装置根据所述第一矢量和所述第二矢量，确定所述定位基站的第二转换矩阵；所述第二转换矩阵对应所述定位基站的第二姿态参数；
所述校准装置根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，确定所述定位基站在世界坐标系下的第三转换矩阵。
本发明实施例中，校准装置根据每个定位基站的姿态参数、以及目标设备上的同时被定位基站扫描到的两个激光接收模块的第一矢量、第二矢量确定了转换矩阵，能够实现不同的定位基站的坐标转换，并且在本发明实施例中，在同一时刻，只需要目标设备上的两个激光接收模块被扫描到，与现有技术相比，降低了校正的难度，也降低了目标设备的放置要求。
进一步地，所述校准装置确定定位模块在所述第一转换矩阵下的第一矢量，包括：
所述校准装置获取第一激光接收模块在所述定位基站下的第一坐标及第二激光接收模块在所述定位基站下的第二坐标；
所述校准装置根据所述第一转换矩阵对所述第一坐标和所述第二坐标进行转换，得到第三坐标和第四坐标；
所述校准装置根据所述第三坐标和所述第四坐标，得到所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块之间的第一矢量。
本发明实施例中，通过第一转换矩阵，将第一坐标和第二坐标进行转换，转换后的第三坐标以及第四坐标中部分的坐标值为世界坐标系的坐标值，根据第三坐标以及第四坐标形成的第一矢量为部分方向为世界坐标系下的矢量。
进一步地，所述校准装置通过所述目标设备的姿态确定所述感应模块在世界坐标系下的第二矢量，包括：
所述校准装置确定所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块在所述同一时刻时在所述目标设备坐标系下的第五坐标和第六坐标；
所述校准装置根据所述目标设备的姿态对所述第五坐标和所述第六坐标进行转换，得到在世界坐标系下的第七坐标和第八坐标；
所述校准装置根据所述第七坐标和所述第八坐标，得到在世界坐标系下所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块之间的第二矢量。
本发明实施例中，第五坐标以及第六坐标为目标设备的局部参考坐标系下的坐标，根据目标设备的姿态信息，可以得到第七坐标以及第八坐标，并且根据第七坐标以及第八坐标确定世界坐标系下的第二矢量。
进一步地，所述校准装置根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，根据下列公式确定所述定位基站在世界坐标系下的第三转换矩阵：
qaw＝qayaw×qa
其中，qaw为第三转换矩阵，qayaw为第二转换矩阵，qa为第一转换矩阵。
进一步地，所述定位基站的第一姿态参数是通过安装在所述定位基站上的加速度计确定的，所述第一姿态参数为所述定位基站的俯仰角和翻滚角；
所述目标设备的姿态是通过安装在所述目标设备上的九轴惯性传感器imu确定的。
本发明实施例中，通过定位基站上的加速度计只能确定定位基站的两个欧拉角，即俯仰角和翻滚角，所以在本发明实施例中，通过上述方法来确定偏航角。
本发明实施例还提供一种校准定位基站坐标系的装置，包括：
第一转换矩阵确定单元，用于根据定位基站的第一姿态参数，确定第一转换矩阵；
第一矢量确定单元，用于确定定位模块在所述第一转换矩阵下的第一矢量；所述定位模块为位于同一目标设备上且在同一时刻被所述定位基站扫描到的至少两个激光接收模块；
第二矢量确定单元，用于通过所述目标设备的姿态确定所述定位模块在世界坐标系下的第二矢量；
第二转换矩阵确定单元，用于根据所述第一矢量和所述第二矢量，确定所述定位基站的第二转换矩阵；所述第二转换矩阵对应所述定位基站的第二姿态参数；
第三转换矩阵确定单元，用于根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，确定所述定位基站在世界坐标系下的第三转换矩阵。
本发明实施例中，校准装置根据每个定位基站的姿态参数、以及目标设备上的同时被定位基站扫描到的两个激光接收模块的第一矢量、第二矢量确定了转换矩阵，能够实现不同的定位基站的坐标转换，并且在本发明实施例中，在同一时刻，只需要目标设备上的两个激光接收模块被扫描到，与现有技术相比，降低了校正的难度，也降低了目标设备的放置要求。
进一步地，所述第一矢量确定单元具体用于：
获取第一激光接收模块在所述定位基站下的第一坐标及第二激光接收模块在所述定位基站下的第二坐标；
根据所述第一转换矩阵对所述第一坐标和所述第二坐标进行转换，得到第三坐标和第四坐标；
根据所述第三坐标和所述第四坐标，得到所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块之间的第一矢量。
进一步地，所述第二矢量确定单元具体用于：
确定所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块在所述同一时刻时在所述目标设备坐标系下的第五坐标和第六坐标；
根据所述目标设备的姿态对所述第五坐标和所述第六坐标进行转换，得到在世界坐标系下的第七坐标和第八坐标；
根据所述第七坐标和所述第八坐标，得到在世界坐标系下所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块之间的第二矢量。
进一步地，所述第三转换矩阵确定单元具体用于：
qaw＝qayaw×qa
其中，qaw为第三转换矩阵，qayaw为第二转换矩阵，qa为第一转换矩阵。
进一步地，所述定位基站的第一姿态参数是通过安装在所述定位基站上的加速度计确定的，所述第一姿态参数为所述定位基站的俯仰角和翻滚角；
所述目标设备的姿态是通过安装在所述目标设备上的九轴惯性传感器imu确定的。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述实施例中任一所述的方法。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述实施例中任一所述方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种校准定位基站坐标系的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种目标设备的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种应用场景的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种校准定位基站坐标系的装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种校准定位基站坐标系的方法，适用于区域内包括至少一个定位基站的系统；如图1所述，包括：
步骤101，校准装置根据定位基站的第一姿态参数，确定第一转换矩阵；
步骤102，所述校准装置确定定位模块在所述第一转换矩阵下的第一矢量；所述定位模块为位于同一目标设备上且在同一时刻被所述定位基站扫描到的至少两个激光接收模块；
步骤103，所述校准装置通过所述目标设备的姿态确定所述定位模块在世界坐标系下的第二矢量；
步骤104，所述校准装置根据所述第一矢量和所述第二矢量，确定所述定位基站的第二转换矩阵；所述第二转换矩阵对应所述定位基站的第二姿态参数；
步骤105，所述校准装置根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，确定所述定位基站在世界坐标系下的第三转换矩阵。
在本发明实施例中，至少存在一个定位基站的系统，可以包括两个基站、三个基站等多基站系统。
在本发明实施例中，校准装置可以位于目标设备上，也可以位于定位基站中，还可以独立于目标设备和定位基站。目标设备可以是手柄、头盔或者是其他装配了激光接收模块的装置。
可选的，在步骤101中，校准装置的第一姿态参数包括定位基站的俯仰角和翻滚角。
可选的，在步骤101中，可以通过安装在定位基站上的加速度计确定定位基站的俯仰角和翻滚角。
在步骤102中，在获取到第一转换矩阵后，根据第一转换矩阵以及定位模块在定位基站下的坐标确定第一矢量，在本发明实施例中，定位模块为至少两个在同一目标设备上的激光接收模块，例如，如图2所示，目标设备为游戏手柄，定位模块为设置在手柄上的至少两个激光接收模块，在同一时刻，两个激光接收模块能够接收到定位基站的激光。
可选的，在步骤102中，所述校准装置确定定位模块在所述第一转换矩阵下的第一矢量，包括：
所述校准装置获取第一激光接收模块在所述定位基站下的第一坐标及第二激光接收模块在所述定位基站下的第二坐标；
所述校准装置根据所述第一转换矩阵对所述第一坐标和所述第二坐标进行转换，得到第三坐标和第四坐标；
所述校准装置根据所述第三坐标和所述第四坐标，得到所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块之间的第一矢量。
也就是说，在步骤102中，定位模块为至少两个激光接收模块，首先确定第一激光模块在定位基站下的第一坐标以及第二激光模块在定位基站下的第二坐标，第一坐标以及第二坐标为局部坐标。
由于获取了定位基站的第一姿态参数，则将第一坐标以及第二坐标进行转换，转换为第三坐标以及第四坐标，第三坐标以及第四坐标中的部分坐标值为世界坐标系中的坐标值，根据第三坐标以及第四坐标确定第一矢量。
例如，第三坐标为
也就是说，通过这一次转换，转换后的第一矢量中的部分坐标值为世界坐标系下的坐标值，剩下的部分局部坐标系下的坐标值的校正需要第二矢量来校正。
可选的，在步骤103中，所述校准装置通过所述目标设备的姿态确定所述感应模块在世界坐标系下的第二矢量，包括：
所述校准装置确定所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块在所述同一时刻时在所述目标设备坐标系下的第五坐标和第六坐标；
所述校准装置根据所述目标设备的姿态对所述第五坐标和所述第六坐标进行转换，得到在世界坐标系下的第七坐标和第八坐标；
所述校准装置根据所述第七坐标和所述第八坐标，得到在世界坐标系下所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块之间的第二矢量。
在本发明实施例中，第一激光接收模块以及第二接收激光模块在世界坐标系下的坐标确定了第二矢量，为了求得第一激光接收模块以及第二接收激光模块在世界坐标系下的坐标，首先确定了目标设备的局部坐标系，并且根据目标设备的局部坐标系以及第一激光接收模块、第二接收激光模块在目标设备上的相对位置，确定第一激光接收模块和所述第二激光接收模块在所述同一时刻时在所述目标设备坐标系下的第五坐标和第六坐标。
通过获取目标设备的姿态，可以将第五坐标以及第六坐标转换到世界坐标系下，得到第七坐标和第八坐标，并且根据第七坐标以及第八坐标确定了第二矢量。
例如，在本发明实施例中，目标设备为游戏手柄，第一激光接收模块以及第二激光接收模块设置在游戏手柄上，为了得到第一激光接收模块以及第二激光接收模块的世界坐标系下的坐标，首先建立的以游戏手柄的中心为坐标原点的局部坐标系。
根据第一激光接收模块以及第二激光接收模块在游戏手柄中的相对位置，可以确定第一激光接收模块的手柄局部坐标系下的坐标以及第二激光接收模块的手柄局部坐标系下的坐标。
根据游戏手柄的姿态，可以将第一激光接收模块的手柄局部坐标系下的坐标转换为世界坐标系下的坐标，将第二激光接收模块的手柄局部坐标系下的坐标转换为世界坐标系下的坐标。
通过两个坐标的矢量运算，可以得到第二矢量。
可选的，在本发明实施例中，游戏手柄的姿态是根据游戏手柄的九轴惯性传感器imu确定的。
在步骤104中，当确定了第一矢量以及第二矢量后，就可以确定定位基站的第二转换矩阵了，通过第二转换矩阵可知定位基站从定位坐标系向世界坐标系进行转换的第二姿态参数。
可选的，在步骤105中，根据下列公式确定所述定位基站在世界坐标系下的第三转换矩阵：
qaw＝qayaw×qa
其中，qaw为第三转换矩阵，qayaw为第二转换矩阵，qa为第一转换矩阵。
将每个定位基站的坐标系下的坐标乘以第三转换矩阵，即可完成从定位坐标系向世界坐标下的坐标转换。
可选的，在本发明实施例中，qaw、qayaw、qa均为四元素表示法。
现有技术中，通常要求目标设备放置在每个定位基站都在同一时刻有三个激光接收模块被扫描到的位置，该位置要求较高，不容易确定，使用本发明实施例中的方法，只要求在每个定位基站都在同一时刻有两个激光接收模块被扫描到的位置，与现有技术相比，位置要求低，容易实现。
为了更好的解释本发明实施例，下面通过具体的实施场景描述本发明实施例提供的一种校准定位基站坐标系的方法，实施场景中包括两个定位基站，分别为定位基站a以及定位基站b，目标设备为游戏手柄，方法包括：
步骤301，开启定位基站a和基站b，图3中的每个定位基站装配了三个激光扫描模块，编号分别为a、b和c。三个激光扫描模块依次对三维空间进行扫描，其中a和c两个模块对水平方向进行扫描，b模块对垂直方向进行扫描；
步骤302，读取每个定位基站的加速度计数据，利用基站的加速度和重力加速度间的关系计算出每个基站的俯仰角和翻滚角矩阵qa和qb，这里的qa和qb是四元素表示法；
步骤303，将布置了多个激光接收模块的游戏手柄放置在基站扫描区域内。把游戏手柄放置到两个基站均可以扫描的区域，同时保证每个基站均可以照射到游戏手柄上面的至少两个激光接收模块；
步骤304，解算每个激光接收模块的三维定位坐标，每个基站各选取两个激光接收器的定位坐标，分别记为pa1、pa2、pb1和pb2，该坐标是基站的局部坐标系，利用基站的俯仰角和翻滚角矩阵将上述四个接收器的基站局部坐标系转换到世界坐标系，分别记为pa1'、pa2'、pb1'和pb2'，其中pa1'＝qa×pa1×qa-1,pa2'＝qa×pa2×qa-1,pb1'＝qb×pb1×qb-1,pb2'＝qb×pb2×qb-1；pa1'、pa2'构成空间矢量pa12，而pb1'和pb2'则构成矢量pb12；
步骤305，建立以手柄中心为坐标原点的局部参考坐标系，则根据第一激光接收器以及第二激光接收器在手柄上的分布的空间信息，可以得到各个激光接收器在该局部参考坐标系下的三维空间坐标，步骤四中四个接收器的局部参考坐标对应地记为pr1、pr2、pr3和pr4；
步骤306，利用手柄的九轴惯性单元，计算出手柄的姿态qc，然后利用qc将步骤五中四个接收器的局部参考坐标转换到世界坐标系中，分别标记为pr1'、pr2'、pr3'和pr4'，其中
步骤307，利用pa12和pr12计算出a基站姿态yaw到参考方向间的转换矩阵，用四元素表示为qayaw，同理用pb12和pr34计算出b基站姿态yaw到参考方向间的转换矩阵，记为qbyaw；
步骤308，计算基站a局部坐标系到世界坐标系的转换矩阵qaw＝qayaw×qa，同理qbw＝qbyaw×qa；qaw和qbw分别将a基站和b基站的局部坐标系空间坐标转换到统一的世界坐标系中，即完成对两个基站姿态的校准。
基于同样的构思，本发明实施例还提供一种校准定位基站坐标系的装置，如图4所示，包括：
第一转换矩阵确定单元401，用于根据定位基站的第一姿态参数，确定第一转换矩阵；
第一矢量确定单元402，用于确定定位模块在所述第一转换矩阵下的第一矢量；所述定位模块为位于同一目标设备上且在同一时刻被所述定位基站扫描到的至少两个激光接收模块；
第二矢量确定单元403，用于通过所述目标设备的姿态确定所述定位模块在世界坐标系下的第二矢量；
第二转换矩阵确定单元404，用于根据所述第一矢量和所述第二矢量，确定所述定位基站的第二转换矩阵；所述第二转换矩阵对应所述定位基站的第二姿态参数；
第三转换矩阵确定单元405，用于根据所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，确定所述定位基站在世界坐标系下的第三转换矩阵。
进一步地，所述第一矢量确定单元402具体用于：
获取第一激光接收模块在所述定位基站下的第一坐标及第二激光接收模块在所述定位基站下的第二坐标；
根据所述第一转换矩阵对所述第一坐标和所述第二坐标进行转换，得到第三坐标和第四坐标；
根据所述第三坐标和所述第四坐标，得到所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块之间的第一矢量。
进一步地，所述第二矢量确定单元403具体用于：
确定所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块在所述同一时刻时在所述目标设备坐标系下的第五坐标和第六坐标；
根据所述目标设备的姿态对所述第五坐标和所述第六坐标进行转换，得到在世界坐标系下的第七坐标和第八坐标；
根据所述第七坐标和所述第八坐标，得到在世界坐标系下所述第一激光接收模块和所述第二激光接收模块之间的第二矢量。
进一步地，所述第三转换矩阵确定单元405具体用于：
qaw＝qayaw×qa
其中，qaw为第三转换矩阵，qayaw为第二转换矩阵，qa为第一转换矩阵。
进一步地，所述定位基站的第一姿态参数是通过设置在所述定位基站上的加速度计确定的，所述第一姿态参数为所述定位基站的俯仰角和翻滚角；
所述目标设备的姿态是通过设置在所述目标设备上的九轴惯性传感器imu确定的。
本发明实施例提供了一种电子设备，包括至少一个处理单元以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行运行方法的步骤。如图5所示，为本发明实施例中所述的电子设备的硬件结构示意图，该电子设备具体可以为台式计算机、便携式计算机、智能手机、平板电脑等。具体地，该电子设备可以包括存储器501、处理器502及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器502执行所述程序时实现上述实施例中的任一定向投放媒体信息的处理方法的步骤。其中，存储器501可以包括只读存储器(rom)和随机存取存储器(ram)，并向处理器502提供存储器501中存储的程序指令和数据。
进一步地，本申请实施例中所述的电子设备还可以包括输入装置503以及输出装置504等。输入装置503可以包括键盘、鼠标、触摸屏等；输出装置504可以包括显示设备，如液晶显示器、阴极射线管(cathoderaytube，crt)，触摸屏等。存储器501，处理器502、输入装置503和输出装置504可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。处理器502调用存储器501存储的程序指令并按照获得的程序指令执行上述实施例提供的运行方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有可由终端设备执行的计算机程序，当所述程序在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行人像图片质量判定方法的步骤。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。