[发明专利]校准方法和非暂态计算机可读介质

说明书

本申请涉及利用直接几何建模的头戴式显示器校准。一种包括用户接口的增强现实系统的光学透视头戴式显示器的校准方法，包括：(a)使用摄像装置跟踪参考对象；(b)使用校准矩阵集合对与参考对象对应的虚拟对象进行投影，使得允许通过头戴式显示器感知所投影的虚拟对象和参考对象；(c)使校准矩阵集合内的至少一个可调参数改变通过用户接口输入的正的或负的预定义的增量变化量；(d)使用包括改变了增量变化量的至少一个可调参数来对虚拟对象进行投影；(e)允许执行步骤(c)和(d)直到允许感知到虚拟对象基本上与参考对象对准为止，从而调节校准矩阵集合。

本发明申请是申请日期为2015年7月8日、申请号为“201510398326.9”、发明名称为“利用直接几何建模的头戴式显示器校准”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请按照35U.S.C.119(e)要求于2014年7月10日提交的临时专利申请No.62/023,090的权益，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

总体地，本发明涉及摄像装置校准领域，并且更具体地涉及虚拟摄像装置校准领域，其中后者包括作为增强现实(AR)单元的一部分的人眼/光学透视(OST)头戴式显示器(HMD)系统。更特别地，本发明涉及OST HMD的虚拟视图的校准。具体地，本发明涉及虚拟摄像装置的立体校准，并且涉及将感知的虚拟3D对象锚定到现实3D环境。特别地，本发明涉及利用直接几何建模的头戴式显示器校准。

背景技术

对于3D视觉化特别是用于利用虚拟替代物来取代现实环境，头戴式显示器已经变得越来越流行。并行地，增强现实(AR)领域同样在增长。在AR系统中，通过虚拟物品的叠加来丰富现实环境，虚拟物品可以包括好像漂浮在该虚拟物品所参照的现实对象旁边的虚拟对象或文本。因此，AR技术具有两个主要方面：增强视觉内容的能力以及扩展并且增强用户与现实世界交互的潜力。

AR单元可以提供如由虚拟摄像装置“看见”(或捕获)的视觉内容的视图(或显示或图像)。如在本领域中已知的，虚拟摄像装置从规定的角度(或视场，FOV)来显示虚拟对象的图像，如同如果现实摄像装置被定位在该规定的角度处并且虚拟对象是现实对象时由现实摄像装置捕获到或看到的该虚拟对象的图像一样。所产生的视图不仅包括现实场景中的现实的物理物品，还包括被插入到该现实场景中的虚拟对象。在这样的增强现实(AR)单元中，可以通过光学透视(OST)头戴式显示器(HMD)系统(即OST HMD系统)来提供虚拟摄像装置视图。

在人眼/光学透视显示器中，各个图像针对人类用户的选择眼所指定，并且能够由人类用户的选择眼观察到。如果人眼OST是单象管显示器，则提供针对用户的两只眼睛中的一者(或二者)的仅一个图像。如果人眼OST是立体显示器，则提供两个单独的图像，一个图像针对用户的两只眼睛中的每只眼睛。例如，人眼OST可以具有在人类用户的一只眼睛的正上方的一个显示器，并且可选地具有在人类用户的另一只眼睛的正上方的另一单独显示器。可替选地，人眼OST可以将单独的图像直接投影进人类用户的各个眼睛中，或者以其他方式控制要分别由人类用户的一只眼睛或两只眼睛中的每只眼睛所观看的各个图像。

通常，这包括构建在现实世界场景的现实世界坐标与对应于现实世界场景的计算机生成的虚拟场景中的虚拟坐标之间一致地平移的方法。为了使AR系统提供沉浸式体验，期望的是，对虚拟对象进行渲染并且将其置于三维(3D)即立体图像或显示的虚拟摄像装置显示器内。这反过来需要捕获现实世界场景的3D信息。可以通过例如“飞行时间”传感器、视觉跟踪器、惯性传感器、机械式连接跟踪器、相差传感器和/或混合系统的装置来获得这样的3D信息。不论所使用的3D捕获方法，AR系统需要所捕获的现实世界信息与计算机生成的虚拟世界信息之间的校准。这需要将AR的虚拟摄像装置视图校准到现实世界所捕获的数据。