[发明专利]一种基于HTC VIVE的扩展跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于HTC VIVE的扩展跟踪方法，是HTC VIVE的扩展方案，其硬件在HTC VIVE原版基础上增加了同步控制器和频闪器；使用同步控制器控制多发射器基站和频闪器，利用频闪器的延时曝光对各个基站进行编码，在接收器端使用解码算法对各个发射器基站信号进行区分；本发明从技术原理上解决了原版HTC VIVE设备多基站信号干扰的问题，可以级联使用任意数量的发射器而不降低跟踪数据刷新率。发射器数量越多，其扫描覆盖范围越大，本发明可以支持更多数量的发射器，因此可以将跟踪区域扩展到更大范围。

技术领域

本发明属于跟踪定位技术领域，具体涉及一种基于HTC VIVE的扩展跟踪方法，可用于动作捕捉、手术导航、虚拟现实等需要跟踪定位的应用领域。

背景技术

HTC VIVE系统由发射器基站和光敏接收器构成。发射器基站可发出周期性光信号对跟踪区域进行扫描，接收器接收到发射器的扫描信号后，将光信号转换为数字信号，从而得到接收器相对于发射器的图像坐标，当一定数量的接收器被扫描后，可利用计算机视觉算法获得接收器组成的刚体的空间位姿。

HTC VIVE在跟踪时需要发射器先发出一帧同步扫描信号，然后再依次对水平和垂直方向进行扫描。当多个发射器级联使用时，为了避免信号干扰，同一时间段内只能让一个发射器工作，这导致该系统在多发射器级联使用时的刷新率成倍下降。由于跟踪区域越大，需要的发射器越多，因此为了保证足够的跟踪数据刷新率，目前的HTC VIVE系统只使用两个发射器，而其跟踪区域也被限制在5mx5m的空间内。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于HTC VIVE的扩展跟踪方法，其为HTCVIVE基站添加了一个同步控制器和频闪器，通过上述设备实现了多基站信号同步，将同时工作的基站数目由原来的2个增加为数十个(理论上无上限)，从而大大提升了跟踪系统的跟踪范围。本发明可用于动作捕捉、手术导航、虚拟现实等需要跟踪定位的应用领域。

一种基于HTC VIVE的扩展跟踪方法，包括：

步骤1、为HTC VIVE系统增加需要数量的发射器，并为系统中每一个发射器配置一个频闪器；其中，m表示发射器的编号；m＝1,2,…,L；L表示发射器总数目；

步骤2、设定发射器内置的LED工作模式，即：在连续两个扫描周期的前一个扫描周期中，等时间间隔发出控制LED发光的两个同步脉冲P1，并将该LED发光信号记为P11；在后一个扫描周期中，等时间间隔发出控制LED发光的两个同步脉冲P2，并将该LED发光信号记为P12，其中脉冲P1的宽度大于P2的宽度；

步骤3、对于发射器m，在所述前一个扫描周期中，发出第一个同步脉冲P1后，间隔ΔT＝mΔt时间向发射器m配置的频闪器发出控制脉冲，驱动频闪器闪烁一次，其中，控制脉冲宽度等于同步脉冲P2的宽度；其中，时间间隔Δt满足Δt＜T/L，其中T为扫描周期；

步骤4、在所述后一个扫描周期内，向所有发射器先后发出X轴扫描脉冲信号和Y轴扫描脉冲信号，控制所有发射器同时开始扫描；其中，一个扫描周期中，前半周期进行X轴扫描，后半周期进行Y轴扫描；

步骤5、在所述前一个扫描周期，接收器接收到本扫描周期内第一个LED光信号P11和频闪器光信号，并根据二者的持续时间长度对两者进行区分；然后计算各个频闪器光信号与第一个LED光信号P11的接收时间差ΔT；最后根据ΔT＝mΔt识别出接收器能接收到信号的发射器的编号m；

步骤6、在所述后一个扫描周期，接收器接收到本扫描周期内第一个LED光信号P12以及各个发射器的X轴扫描信号和Y轴扫描信号；分别计算各个X轴扫描信号与第一个LED光信号P12的时间差，得到接收器与各个发射器之间的X轴扫描时间；分别计算各个Y轴扫描信号与第一个LED光信号P12的时间差，得到接收器与各个发射器之间的Y轴扫描时间；