CN105629195A - 一种利用电磁波无源定位技术的动作捕捉方案 - Google Patents

一种利用电磁波无源定位技术的动作捕捉方案 Download PDF

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Abstract

本发明一种涉及动作捕捉领域，特别是一种利用电磁波无源定位技术的动作捕捉方案。原理是在捕捉对象上安置多个包含电磁波发射装置的活动端，接收端包含多个接收点接收到来自活动端的电磁波信号，由于活动端与接收端的各点间距离不尽相同，所以多个接收点同一时刻所接收到的同一电磁波相位不尽相同，由鉴相器进行相位比对，根据相位差大小可以换算为活动端到各点间的距离之差，所得距离之差包含活动端此刻的位置信息，可通过方程计算得到活动端此刻位置坐标。

Description

一种利用电磁波无源定位技术的动作捕捉方案
本发明一种涉及动作捕捉领域，特别是一种利用电磁波无源定位技术的动作捕捉方案。
背景技术
动作捕捉是现代动画及游戏制作不可或缺的一种技术手段，也广泛应用于人机交互方面，也称体感设备，这些设备可以玩有趣的体感游戏及实现许多隔空操作。
近年虚拟现实技术开始蓬勃发展，虚拟现实设备（也称VR设备）目前仅限视觉上的沉浸，VR座椅、VR跑步机等少量设备能完成简单的肢体沉浸。要想完全感应肢体活动，让肢体活动在虚拟世界得到体现就需要引入动作捕捉设备，而现有的动作捕捉技术都存在数十毫秒的延迟，常见的是多摄像头捕捉方式，捕捉精度不高并且捕捉到的数据较难直接转化为坐标参数，以及陀螺仪一类的动作捕捉设备活动端的成本较高设备体积较大，不利于开展关节活动捕捉。所以急需引入一种低成本、低延迟、小体积、数据实时转化的动作捕捉设备。
发明内容
本发明提供一种利用电磁波无源定位技术快速获取被测物精确坐标以及运动轨迹的解决方案。与现有技术相比，本发明对动作捕捉能实现精度高，延迟小，坐标参数实时输出等特点。除动作捕捉领域外本发明因能实时记录三维坐标，故而能实现与位置和时间相关的多种物理量测量，如位置，距离，速度，加速度，甚至是物体的三维形状描绘等。
附图说明
图1是活动端与接收端示意图；
图2是接收端模块示意图。
具体实施方式
本发明借鉴军事上寻找电磁波发射源的无源定位技术，无源定位是在自身不发射电磁波的情况下获取敌方雷达、飞机等电磁波发射源的位置及移动轨迹的技术。目前无源定位方式有测向定位、TDOA定位、差分多普勒定位、相位变化率定位等，这些技术理论上都能应用于本发明所涉及的领域。本发明以多点相位差定位进行阐述。
本发明涉及活动端和信号接收端两个主要硬件设备。
如说明书附图1所示，活动端设有电磁波调制发射模块。接收端为形如直角坐标系的等长三垂线。接收端上有ABCO四个接收点，O位于坐标原点。AO、BO、CO相互垂直于O点。活动端Ω与接收端的四个点之间的距离分别是ΩAΩBΩCΩO。
如说明书附图2所示，接收端包含有以下主要模块，ABCO四点分别设置有电磁波接收天线和滤波器模块，ABC的接收模块分别通过鉴相器模块与O的接收模块连接，鉴相器是用于比对两个电磁波信号相位差的电路，由于接收距离不同，同一个电磁波到达时所处的相位也不同。三组鉴相器模块所检测到的相位差输入到计算程序。
运行的步骤为1、活动端Ω实时发射电磁信号，信号经空间传输到达接收端。2、接收端各点与活动端距离不同，在同一时刻分别接收到活动端所发出的电磁信号。3、所接收到的信号经滤波器进行过滤筛选排除波反射衍射等干扰，输送给各点所连接的鉴相器。4、在同一时刻ABC所接收到的信号分别通过鉴相器与O所接收到的信号进行相位比对，输出相位差。5、通过所得相位差假设为βa、βb、βc，以及活动端Ω所发射的电磁波信号已知波长假设为λ，可得活动端Ω到ABC各点的距离与活动端到O点的距离之差即为|ΩA-ΩO|=λ2π/βa、|ΩB-ΩO|=λ2π/βb、|ΩC-ΩO|=λ2π/βc。6、所得三组距离差信息可通过双曲面相交算法求出Ω此刻坐标坐标。7、其中AO=BO=CO长度假设为L，活动端Ω所发射的电磁波波长λ应调制成大于L为宜，以使识别相位差范围在一个周期相位之内。

Claims (4)

1.一种涉及动作捕捉领域，特别是一种利用电磁波无源定位技术的动作捕捉方案，其特征在于，包括活动端和接收端；其中所述活动端设置有电磁波调制发射模块，用于持续向外发射电磁波信号，并且通过频率细分可同时设置多个活动端，所述接收端设置有四个电磁波接收点用于接收活动端发出的电磁信号。
2.根据权利要求1所述的接收端的四个接收点，其特征在于分别接收来自活动端的电磁波信号，通过比对接收结果得出活动端的位置信息。
3.权利要求2所述比对接收结果根据无源定位算法的不同可以是电磁波相位差、电磁波角度、电磁波多普勒效应变量、脉冲波到达时间差四种之一，也可以是多种间组合进行活动端位置的确定。
4.根据权利要求1所述装置其特征在于可以对所述活动端位置进行实时捕捉并输出坐标参数信息，所述活动端黏附于被测物体上，除用于动作捕捉外还可用于测距、测速、姿态识别、物体表面扫描等。
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