[发明专利]一种VR头戴显示设备中视觉惯性里程计的在线标定方法

说明书

本申请公开了一种VR头戴显示设备中视觉惯性里程计的在线标定方法，其特征在于：包括以下步骤：1)处理设备获取相机的外部参数初值、惯性测量单元200的外部参数初值；2)处理设备获取VR头显设备的历史位姿；3)在处理设备中对相机的外部参数、惯性测量单元200的外部参数进行在线更新；4)利用处理设备获得的VR头显设备的历史位姿对惯性测量单元200的内部参数进行在线优化更新；所述惯性测量单元200包括加速度计和陀螺仪；所述相机包括首个相机(101)和额外相机(102)。本发明的优点在于它能克服现有技术的弊端，结构设计合理新颖。

技术领域

本发明涉及一种VR头戴显示设备中视觉惯性里程计的在线标定方法，属于计算机视觉、虚拟现实(VR)技术领域。

背景技术

近年来，随着VR技术的发展，消费级的VR头显设备越来越普遍。在VR应用中，对头戴显示设备运动状态的准确追踪，能够增加VR内容带来的沉浸感，提升消费级VR产品的用户体验。基于视觉的、视觉惯性融合的内向外定位追踪技术方案，可使用成本低廉的相机传感器和惯性传感器获取丰富的应用场景环境信息，提供较为准确的VR头显设备位姿，在目前的消费级VR头显设备中取得了广泛应用。

廉价的相机传感器和惯性传感器存在较大的畸变、噪声等问题。部分传感器内外参数会受外界环境诸如温度、震动等变化的影响。

发明内容

本发明提供一种VR头戴显示设备中视觉惯性里程计的在线标定方法，通过其对应的内外参数修正，可使传感器提供更优质的测量值，提升定位追踪系统的准确度。采用随VR应用一并运行的视觉惯性传感器在线标定系统，可以保证消费级VR头显设备的追踪精度。

本发明采取的技术方案是，一种VR头戴显示设备中视觉惯性里程计的在线标定方法，包括以下步骤：1)处理设备获取相机的外部参数初值、惯性测量单元200的外部参数初值；2)处理设备获取VR头显设备的历史位姿；3)在处理设备中对相机的外部参数、惯性测量单元200的外部参数进行在线更新；4)利用处理设备获得的VR头显设备的历史位姿对惯性测量单元200的内部参数进行在线优化更新；所述惯性测量单元200包括加速度计和陀螺仪；所述相机包括首个相机(101)和额外相机(102)；

所述相机的外部参数初值、惯性测量单元200的外部参数包括：首个相机与惯性测量单元200的相对位姿、额外相机(102)与首个相机(101)的相对位姿、相机与惯性测量单元200输出采样数据的时差；

所述惯性测量单元200的内部参数包括：加速度计的三轴倾斜、刻度因子、零点偏移，陀螺仪的三轴倾斜、刻度因子、零点偏移。

优化的，上述VR头戴显示设备中视觉惯性里程计的在线标定方法，所述处理设备包括视觉惯性里程计、视觉里程计；或者处理设备为处理器(300)，处理器(300)内集成有视觉惯性里程计、视觉里程计；在VR头显设备初始化阶段，处理设备获取相机的外部参数初值、惯性测量单元200的外部参数初值，此时获取的相机的外部参数初值、惯性测量单元200的外部参数初值包括：通过视觉里程计获取所述相机的多个位姿；通过所述惯性测量单元200测量数据进行姿态解算获取其多个位姿；利用同时间戳的相机和惯性测量单元200的多个位姿优化获得额外相机(102)与首个相机(101)之间、惯性测量单元200与额外相机(102)之间、惯性测量单元200与首个相机(101)之间的外部参数初值。

优化的，上述VR头戴显示设备中视觉惯性里程计的在线标定方法，获得所述额外相机(102)与首个相机(101)之间外部参数初值的过程包括如下步骤：

5)定义额外相机(102)的坐标系到首个相机(101)的坐标系的变换矩阵；

6)利用步骤5)得到的变换矩阵将首个相机(101)的位姿转换到额外相机(102)的坐标系下；

获得所述首个相机(101)与惯性测量单元200外部参数初值、额外相机(102)与惯性测量单元200外部参数初值包括如下过程：