定位光信号发射设备、光学定位系统以及虚拟现实系统的制作方法

本实用新型涉及光学定位领域，特别涉及一种定位光信号发射设备、光学定位系统以及虚拟现实系统。

背景技术：

现有的光学定位技术中，利用多种方案实现定位。例如，光学主动定位技术中，在定位设备上安装一个或多个发光标记点，使用单目或双目摄像头拍摄，以确定定位设备的位置或姿态。又例如，激光定位技术中，在定位空间的不同的位置安装多个定位光信号发射设备(例如，定位光塔)，基于三角定位原理或几何关系解算定位目标的位置或姿态信息。

但是，上述定位技术在不同的适用范围(例如家用)仍存在一些不足。例如，在光学主动定位技术中，进行图像处理时，算法处理的信息量和复杂度较高，而针对家用的摄像头分辨率较低，对应的定位范围和精度也较低，难以精确定位。在激光定位技术中，多个定位光信号发射设备的安装及校对较为复杂，为用户带来不便。

因此，仍然需要一种能够解决上述问题的技术方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种定位光信号发射设备、光学定位系统以及虚拟现实系统，在避免光学定位类产品计算复杂度较高，定位范围小及定位精度低的同时，降低光学定位技术类产品的安装复杂度，使其使用更加方便，更适合家用。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种定位光信号发射设备，该设备可以包括：两个或更多个定位光信号发射装置，用于发射定位光信号；刚性连接架，用于刚性连接两个或更多个定位光信号发射装置，以使两个或更多个定位光信号发射装置之间具有固定的相对位置关系。

优选地，该刚性连接架可以具有刚性固定结构。或者，刚性连接架可以是能够伸缩的刚性连接架，并且具有一个或多个预设的紧固位置，在每个紧固位置处，两个或更多个定位光信号发射装置之间具有相应的预定相对位置关系。或者，刚性连接架上可以具有多个安装位置，安装位置的数量大于定位光信号发射装置的数量，每个不同的安装位置组合使得两个或更多个定位光信号发射装置之间具有相应的预定相对位置关系。

优选地，多个安装位置中每两个安装位置之间的距离可以各不相同。

根据本实用新型的另一方面，还提供了一种光学定位系统，用于对定位空间中的定位目标进行定位。该光学定位系统可以包括：上述任何一项的定位光信号发射设备，适于固定设置在定位空间中，并向定位空间发射定位光信号；一个或多个定位设备，适于定位目标佩戴或携带，定位设备外表面上设置有一个或多个定位光信号接收器，用于接收定位光信号。

优选地，该光学定位系统还可以包括：数据处理主机，以有线或无线的方式连接定位设备和/或定位光信号发射设备，用于进行数据处理。

优选地，定位设备可以包括第一通信装置，数据处理主机包括第二通信装置，定位设备和数据处理主机通过第一通信装置和第二通信装置进行数据通信。

优选地，通信装置可以是无线通信装置。

根据本实用新型的又一方面，还提供了一种虚拟现实系统，包括：上述任何一项的光学定位系统；以及头戴式显示设备，作为定位设备，具有一个或多个定位光束接收器，并且包括显示器，用于显示来自数据处理主机的图像数据。

优选地，该虚拟现实系统还可以包括：一个或多个便携式设备，适于用户穿戴或携带，作为定位设备，分别具有一个或多个定位光束接收器。

优选地，定位设备上可以设置有传感器，用于感测定位设备的运动信息和/或姿态信息，并发送给数据处理主机，数据处理主机接收运动信息和/或姿态信息，并向头戴式显示设备发送图像数据。

通过本实用新型的设备或系统，能够在避免光学定位类产品计算复杂度较高、定位范围较小及定位精度低的同时，降低光学定位技术类产品的安装复杂度，使其使用更加方便，更适于家用。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型一实施例的定位光信号发射设备的示意性结构图。

图2示出了根据本实用新型一实施例的光学定位系统的示意性框图。

图3示出了根据本实用新型另一实施例的光学定位系统的示意性框图。

图4示出了根据本实用新型一实施例的虚拟现实系统的示意性框图。

图5示出了根据本实用新型的一个应用例。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

针对如前所述的问题，本实用新型提出了一种定位光信号发射设备、光学定位系统和虚拟现实系统。下面结合附图及实施例详细说明本实用新型的技术方案。

图1示出了根据本实用新型一实施例的定位光信号发射设备的示意性结构图。

如图1所示，本实用新型的定位光信号发射设备100可以包括两个或多个定位光信号发射装置110和刚性连接架120。

定位光信号发射装置110可以用于发射定位光信号。在一个优选实施例中，该定位光信号发射装置可以是激光发射基站，所发射的定位光信号可以是激光信号。激光发射基站可以是单电机基站、双电机基站、MEMS扫描振镜基站等任意类型的基站。

刚性连接架120可以用于刚性连接两个或更多个定位光信号发射装置110，以使两个或更多个定位光信号发射装置110之间具有固定的相对位置关系。

这里，刚性连接架120的作用是使两个或更多个定位光信号发射装置110之间具有固定的相对位置关系，图1仅仅示意性给出定位光信号发射设备100的结构。应当理解，本文中的刚性连接架120还可以具有其它的尺寸、形状或结构，对此不做限制。

根据不同的材质或结构可以实现多种刚性连接架120。例如，刚性连接架120可以具有刚性固定结构，该刚性连接架可以是具有固定尺寸或形状的轻钢材质的钢板，如长100cm、宽30cm、厚1cm的长方体钢板，或者，刚性连接架还可以具有其它尺寸或形状，如三角形结构。并且也可以在其预设位置分别安装设置两个或多个定位光信号发射装置，使两个或多个定位光信号发射装置可以具有固定的相对位置关系。

刚性连接架120也可以是能够伸缩的刚性连接架，并且具有一个或多个预设的紧固位置，在每个紧固位置处，两个或更多个定位光信号发射装置之间具有相应的预定相对位置关系。

这里，可以在刚性连接架120的一个或多个固定伸缩长度处(也可以不同，如可以阶梯性变化的)设置紧固位置，从而使两个或多个定位光信号发射装置之间的距离可以在预定的多个数值之间变换选择。该紧固位置处，可以通过卡扣、螺丝等紧固部件实现紧固的目的。该刚性连接架可以是轻钢材质，也可以是其它材质，并且能够承受两个或多个定位光信号发射装置的重量。

刚性连接架120上可以具有多个安装位置，安装位置的数量可以大于定位光信号发射装置的数量，每个不同的安装位置组合可以使得两个或更多个定位光信号发射装置之间具有相应的预定相对位置关系。例如，安装位置的数量可以是m，定位光信号发射装置的数量可以是n，m、n均为大于1的自然数，并且m的取值大于或等于n的取值。

安装位置可以是孔状结构，也可以是与定位光信号发射装置相匹配的卡扣结构等，以将定位光信号发射装置固定在刚性连接架上。每个安装位置之间的相对距离是已知的或可以计算得到的，以保证安装后的每个定位光信号发射装置的相对位置关系是已知的或可以计算得到的，以确保定位计算的精确度。

多个安装位置中每两个安装位置之间的距离可以各不相同。例如，刚性连接架上可以有三个安装孔A、B、C，三个安装孔可以在一条直线上，其间距可以分别为AB＝50cm，BC＝100cm，当将两个定位光信号发射装置分别安装在三个安装孔A、B、C中的任意两个上时，则可以以AB组合、BC组合、AC组合分别可以给出距离为50cm、100cm、150cm的三种可选位置关系。或者三个安装孔可以构成一个三角形，如AB＝30cm、BC＝40cm，AC＝50cm。

值得说明的是，每两个安装位置之间的距离可以是指安装位置的中心之间的距离。例如，在安装位置是圆形的安装孔时，每两个安装孔圆心之间的距离为安装位置之间的距离。其距离的精确值可以是在产品出厂时已知的尺寸参数。

应当理解，上述举例是示意性的，不应用以限制本实用新型，本实用新型的刚性连接架还可以是其它结构的。

本实用新型的定位光信号发射设备可以应用于光学定位系统，用于对定位空间中的定位目标进行定位。图2示出了根据本实用新型一实施例的光学定位系统的示意性框图。

如图2所示，本实用新型的光学定位系统200可以包括定位光信号发射设备100以及一个或多个定位设备220。

定位光信号发射设备100适于固定设置在定位空间中，并向定位空间发射定位光信号，详细可参见图1的相关描述，在此不再赘述。

这里，定位光信号发射设备100固定设置在定位空间中可以是通过在刚性连接架上设置安装部件(图中未示出)实现的，该安装部件可以是挂钩、支架或底座等各种形式的安装部件。例如，可以通过挂钩等将刚性连接架挂在墙上，也可以通过支架将刚性连接架支起来，还可以通过水平底座将刚性连接架放置在高处平坦表面(例如柜子顶部)，或者以其它方式固定设置在定位空间中的。

安装部件需合理设置，以使安装部件既可以承受定位光信号发射设备的重量，又可以使其牢固稳定，以避免在定位过程中出现设备晃动等情况，影响定位精度。

具体使用过程中，用户可以根据实际场景的需要，在合适的位置安装定位光信号发射设备100，以使该设备可以应用于多种应用场景，例如定位、虚拟现实场景等。

定位设备220，适于定位目标佩戴或携带，其可以采用多种形态，例如，可以是标准定位件、手枪、手柄等。

定位设备220外表面上可以设置有一个或多个定位光信号接收器(图中未示出)，用于接收定位光信号。多个定位光信号接收器之间的相对位置关系可以是固定的。通过定位光信号发射设备、定位设备以及定位光信号接收器之间的位置关系，即可实现对定位设备的精确定位。

此外，光学定位系统还可以包括数据处理主机。图3示出了根据本实用新型另一实施例的光学定位系统的示意性框图。

如图3所示，本实用新型的光学定位系统300可以包括定位光信号发射设备100、一个或多个定位设备320以及数据处理主机330。

定位光信号发射设备100、一个或多个定位设备320与图2中的设备相同，详细可参见图2的相关描述，在此不再赘述。

数据处理主机330可以以有线或无线的方式连接定位设备320和/或定位光信号发射设备100，用于进行数据处理。

数据处理主机330可以是PC(个人计算机)，例如台式机或背在使用者身上的背包式PC等；也可以是移动处理主机，如智能手机、平板电脑、个人数据助理(PDA)等。

数据处理主机330可以以有线或者无线的方式接收定位设备发送的数据，如定位光信号接收器信息等，也可以以有线或无线的方式接收定位光信号发射设备发送的数据，如定位光信号发射装置的参数信息，或其它数据信息。

数据处理主机330内可以存储多种定位计算方法，可以由人为选定相应的定位算法，也可以由数据处理主机根据已知信息自动适应，选择相匹配的定位算法，或者以其它方式确定定位算法。

数据处理主机330可以根据接收到的数据以及一定的算法进行定位计算。例如，当定位设备上设有多个定位光束接收器(例如，至少3个)时，可以优先采用PnP一类算法进行定位计算，当定位设备上仅设有一个定位光束接收器时，可以基于获取的两个空间立体角及两个定位光信号发射装置的标定参数，直接解算定位设备320在世界坐标系下的位置。

为便于数据处理主机330与定位设备320之间的良好通信，定位设备320可以包括第一通信装置(图中未示出)，数据处理主机可以包括第二通信装置(图中未示出)，定位设备和数据处理主机通过第一通信装置和第二通信装置进行数据通信。在一个优选实施例中，第一和/或第二通信装置可以是无线通信装置，其无线通信方式可以是蓝牙(Bluetooth)、Infrared(IR)、UWB、WIFI和ZigBee中的任意一种或其它可以实现数据通信的方式。

此外，本实用新型的光学定位系统还可以应用于虚拟现实系统，使用户可以沉浸于虚拟现实场景中，提升用户体验。图4示出了根据本实用新型一实施例的虚拟现实系统的示意性框图，如图4所示，本实用新型的虚拟现实系统400可以包括光学定位系统410和头戴式显示设备420。

光学定位系统410与图2至图3中的光学定位系统相同，详细可参见图2至图3的相关描述，在此不再赘述。

头戴式显示设备420，可以作为定位设备，具有一个或多个定位光束接收器，并且包括显示器，用于显示来自数据处理主机的图像数据。

显示器可以包括各种类型的图像设备，例如阴极射线管显示器(CRT)、等离子显示器(PDP)、液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、有机发光二极管显示器(OLED)等等。

为增强用户与虚拟现实系统之间的互动，该虚拟现实系统还可以包括一个或多个便携式设备430。便携式设备430适于用户穿戴或携带，可以作为定位设备，并且分别具有一个或多个定位光束接收器。便携设备430可以是标准定位件、手枪、手柄等设备。

定位设备上可以设置有传感器(图中未示出)，用于感测定位设备的运动信息和/或姿态信息，并发送给数据处理主机。数据处理主机可以接收运动信息和/或姿态信息，并向头戴式显示设备发送图像数据。

传感器可以是运动传感器，也可以是红外传感器，或者其它形式的传感器。所感测到的定位设备的运动信息和/或姿态信息，经由第一通信装置发送给数据处理主机。

数据处理主机的第二通信装置能够接收运动信息和/或姿态信息，根据接收到的数据渲染虚拟现实场景内容，并将渲染得到的虚拟现实图像数据发送至头戴式显示设备，使用户更好地沉浸于虚拟现实场景中。

【应用例】

图5示出了根据本实用新型的一个应用例。在虚拟现实系统中，使用者可以根据如下流程体验虚拟现实场景：

1.使用者搭建场景，即根据实际场景的需要安装呈刚性连接的定位光信号发射设备。如图5所示，将定位光信号发射装置520安装在刚性连接架510的预设安装位置处，构成定位光信号发射设备，通过安装部件540(例如挂钩或螺丝钉等)将定位光信号发射设备固定设置在墙体上。

2.对定位光信号发射设备进行标定，以确保定位精度。

3.使用者穿戴VR定位设备，如头戴式显示设备531、手柄533等。

4.使用者体验虚拟现实场景，并利用手柄533等定位设备进行交互。

由此，方便地为使用者提供一种适于家用、并且保证定位精度的虚拟现实系统。

至此，已经参考附图详细描述了根据本实用新型的定位光信号发射设备、光学定位系统和虚拟现实系统。通过本实用新型，使用者可以根据需要方便、自由地搭建使用场景，同时保证定位精度，提升用户使用体验，更加适于家用。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。