实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法与流程

文档序号:14713793发布日期:2018-06-16 00:56阅读:来源:国知局
实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法与流程

技术特征:

1.一种实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法,它先计算六自由度定位方案,其特征在于六自由度定位方案在t时刻计算出相机的位姿Pose(t),此时画面有渲染需求就直接应用Pose(t);由于六自由度定位方案的复杂性,下一个t+1时刻位姿Pose(t+1)和t时刻隔的时间比较长,当中间画面又有渲染需求时,将Pose(t)和IMU旋转矩阵RIMU进行一次融合,将得到的结果直接应用于渲染,以达到实时渲染的要求;

其中,Pose(t)和IMU的融合结果PoseIMU(t)T按照以下公式计算:

PoseIMU(t)T=RIMU*Pose(t)T

式中,RIMU是IMU计算出的旋转矩阵。

2.根据权利要求1所述的实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法,其特征在于所述六自由度定位方案使用SLAM算法或PTAM算法计算。

3.根据权利要求2所述的实时六自由度VR/AR/MRs设备定位方法,其特征在于SLAM算法计算步骤为:

S101:相机标定,目标在于得到相机的内参矩阵:

其中,fx和fy为相机的焦距,xo,yo为主点坐标,s为坐标轴倾斜参数;

S102:定位,相机标定好以后,根据相机拍到的画面,求解出相机的位姿;

S103:地图重建,将相机拍到的画面转换成点云,并通过点云拼接的方法,将周围的环境以点云的形式重新表示出来;

S104:回环检测,矫正相机位姿;

最后得到的相机位姿矩阵Pose(t)如下:

其中,R3×3是一个属于SO3群的旋转矩阵,表示六个自由度中的三个旋转量;T3×1是一个列向量,向量的每个元素分别表示相机在三个轴向上的位移。

4.根据权利要求3所述的实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法,其特征在于步骤S101中所述相机标定包括:线性标定法、非线性优化标定法和两步标定法。

5.根据权利要求3所述的实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法,其特征在于步骤S102中求解相机的位姿的方法为光束平差法。

6.根据权利要求1所述的实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法,其特征在所述IMU旋转矩阵RIMU的计算方法为

RIMU=αRgyro+βRacc+γRmag

其中,α+β+γ=1;Rgyro、Racc、Rmag分别为陀螺仪、加速度计、磁力计计算出的位姿矩阵。

7.根据权利要求6所述的实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法,其特征在于α、β、γ的数值通过EKF算法、线性的KF算法或者Mahony滤波计算。

8.根据权利要求6所述的实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法,其特征在于陀螺仪的校准方式为:在多次采样中取平均值;或者先在静止状态下采集陀螺仪的偏移量,上报数据时去除。

9.根据权利要求6所述的实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法,其特征在于加速度计在静止状态下利用重力加速度的方向剔除干扰,过程如下:

A=(ax,ay,az)

G=(g,0,0)

Δ=A-G

其中A为静止状态下加速计数据,G为重力加速度向量,Δ为加速计偏移量,At为加速计原始数据,为校准后t时刻的加速计数据。

10.根据权利要求6所述的实时六自由度VR/AR/MR设备定位方法,其特征在于磁力计采用平面校准法或八字校准法进行校准;在含有附加的局部磁场环境下,通过下述方法进行校准:

S201:将设备水平旋转360度;

S202:找到磁力计水平方向数据的最小输出Xmin,Ymin和最大输出Xmax,Ymax;

S203:第一比例系数Xs=1;

S204:计算另一个比例系数Ys

S205:计算偏置补偿

Xb=Xs[1/2(Xmax-Xmin)-Xmax]

Yb=Ys[1/2(Ymax-Ymin)-Ymax]

S206:得到输出

Xout=Xin*Xs+Xb

Yout=Yin*Ys+Yb

其中,XoutYout为校准后的磁力计数据,XinYin为原始磁力计数据,Z轴在使用此种方法时无需校准。

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