[发明专利]一种基于隐形组合路标的光学定位追踪系统及方法

说明书

本发明提出了一种基于隐形组合路标的光学定位追踪系统及方法，组合路标由红外标记和可见光标记组成，红外标记采用回归反射材料，可见光标记采用多稳态材料，通过令组合路标的颜色变为其所附着物体的颜色来实现隐形功能。所述的图像采集模块能够获取红外图像和可见光图像。图像处理模块用于对图像进行相应解码，并按照所述定位追踪方法计算出图像采集模块在空间中六自由度的姿态信息。本发明提供的光学定位追踪系统及方法，具有追踪范围大、延时低、价格低、部署容易且不影响环境美观性的优点。

技术领域

本发明涉及光学定位技术领域，特别涉及到虚拟现实和增强现实中的光学定位追踪系统及方法。

背景技术

人工路标的设计主要从路标的准确性、实时性及在大型复杂环境中的可扩展性三方面考虑，在以往的路标方案中大都以黑白的二维条码或者圆形码作为路标图案。这些方案虽然都具有一定的扩展性，但受噪声和拍摄角度的影响较大，解码速度慢，且影响环境的美观性。因此，综合考虑人工路标的设计要求和已提出的多种路标方案，设计了一种基于可见光标记与红外标记的可隐形组合路标。

增强现实技术是一种将现实世界信息和虚拟世界信息“完美衔接”的新技术。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术。在增强现实中，虚拟模型与现实世界配准不精确。在虚拟现实中，无法实现用户在现实世界中与虚拟世界中的位置姿态关联，且容易产生眩晕感。而稳定的定位追踪系统是解决这些问题的关键技术，目前虚拟现实与增强现实设备中的追踪系统还存在着捕获范围小的问题，而大范围的追踪系统多采用Outside-in的方式，价格昂贵，难于部署。

发明内容

针对现有技术的不足，本专利提出一种基于隐形组合路标的光学定位追踪系统及方法，特别适用于虚拟现实和增强现实。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于隐形组合路标的光学定位追踪系统。它包含部署在环境中的组合路标以及部署在待追踪物体上的图像采集模块和图像处理模块。

组合路标由可隐形的可见光标记和可隐形的红外标记组成。可见光标记用于表示编码信息，红外标记用于表示定位信息。可见光标记由多稳态材料制成，能够在多种颜色之间变化，而且只在改变颜色时需要能量，维持颜色状态时不需要能量或需要少量能量，当追踪系统工作时，令可见光标记显示为指定的编码颜色，当追踪体统停止工作时，为不影响环境美观性，令可见光标记与其所附着物体颜色相同或相近来实现其隐形功能。红外标记采用回归反射材料，能够将红外光反射回发光处，从而被图像采集模块捕获。红外标记始终与所附着环境的颜色保持一致来实现其隐形功能。

图像采集模块是由感知红外的红外摄像头和感知可见光的彩色摄像头组成的双目系统，或者是由一个摄像头组成的单目系统，单目系统中摄像头内部的感光芯片交叉分布着可感知红外的像素和感知可见光波段的像素。

图像处理模块，用于对图像采集模块所捕获的图像进行解码，并计算出图像采集模块在空间中六自由度的姿态信息。

将可见光标记与红外标记进行组合编码，具体编码方案如下：每个组合路标包含一定数目的红外标记，将红外标记以特定的，容易识别的拓扑形状进行部署，并且在每个红外标记的周围布设某种颜色的可见光标记，每种颜色都会映射为一个具体数值，将红外标记周围的颜色所对应的数值作为该红外标记的特征值，组合路标内所有红外标记按照规定顺序排列，并依据该排列将组内所有红外标记的特征值组合在一起，形成一个数值，此数值即为该组合路标所对应的编码。

为实现上述目的，本发明进一步提供了一种基于隐形组合路标的光学定位方法，包括如下步骤：

对组合路标进行标定，计算出所有组合路标的三维坐标，并存入数据库中；

图像采集模块获取红外图像和可见光图像；

图像处理模块对图像中的组合路标进行解码，得出每个组合路标对应的ID；