CN106020451A - 一种定位及动作识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定位及动作识别系统，属于定位装置结构技术领域。其由移动组和固定组组成，移动组有云台、光标装置、测距装置、电子陀螺姿态仪、数据处理模块b；固定组有图像采集装置、对拍摄图像实时处理的数据处理模块a，图像采集装置和数据处理模块a安装在由保护壳和外盖组成的空间内，保护壳固定安装在底座上。本发明能实时精确的获得用户在现实空间的移动位置、头部转动的角度、用户高度及用户头部的左右倾斜及抬头、低头的角度，并对应到虚拟现实中用户的移动、高度和头部的动作，实现用户在现实空间的动作与虚拟现实中保持一致，解决眩晕感，并可实现对多用户的实时定位及头部动作识别。且结构简单，制作成本低，使用方便。

Description

一种定位及动作识别系统

技术领域

本发明涉及一种定位及动作识别系统，特别涉及一种通过图像识别定位的定位系统，属于定位装置结构技术领域。

背景技术

随着科技的发展，虚拟现实（VR）已来到我们的身边，但是用户在虚拟现实（VR）体验过程中 由于用户的运动与虚拟现实（VR）中的运动不能保持一致 而造成了眩晕感，要消除这种眩晕感，就必须保证用户在现实空间的移动能实时精确的对应虚拟现实（VR）中的移动，保证用户头部动作与虚拟现实（VR）中的动作实时保持一致，保证用户的高度变化与虚拟现实（VR）中的高度变化实时保持一致，目前在用的图像识别定位装置不能满足对精确定位的要求。

发明内容

本发明的目的就在于克服已有技术存在的眩晕感的问题，提供一种定位及动作识别系统，其能够在一个定位识别范围内实时精确的获得用户在现实空间的位置、头部转动的角度、高度和用户头部的左右倾斜及用户抬头、低头的角度，并对应到虚拟现实中用户的移动、高度和头部的动作，实现与用户在现实空间的移动、高度变化和头部的动作与虚拟现实（VR）中保持一致，解决眩晕感。而且可以实现对多用户的实时定位及头部动作识别；同时定位识别范围可以通过增加图像采集装置的数量来增大，也可再配合增加数据处理装置的数量，进一步扩大定位识别范围及对更多数量用户的定位及头部动作识别。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种定位及动作识别系统，其特别之处在于由移动组（1）和固定组（2）组成，所述移动组（1）包括：云台（1-1）、光标装置（1-2）、测距装置（1-3）、电子陀螺姿态仪（1-4）、数据处理模块b（1-5）；所述固定组（2）包括：图像采集装置（2-1）、对拍摄图像实时处理的数据处理模块a（2-2），图像采集装置和数据处理模块a安装在由保护壳2-4和外盖2-5组成的空间内，保护壳固定安装在底座2-3上。

所述云台（1-1）包括设于下部的基座（1-1-1）、固定安装在基座上的主控板（1-1-2）和支架（1-1-3）、固定设置于支架（1-1-3）上的X轴电机（1-1-4）、一端与X轴电机1-1-4固定连接的X轴支架1-1-5、与X轴支架1-1-5另一端固定连接的Y轴电机1-1-6、与Y轴电机1-1-6固定连接的平衡台1-1-7、固定设置于平衡台1-1-7上的平衡电子陀螺姿态仪1-1-8。

云台（1-1）是一种可以自动保持平衡台在水平面x、y轴平衡的云台，将X轴电机和Y轴电机的轴向分别定为X轴和Y轴，垂直方向定为Z轴方向，云台能自动保持平衡台（1-1-7）向上的方向，进而保持了设置在平衡台（1-1-7）上的光标装置（1-2）、测距装置（1-3）为朝向上方的正常工作状态指向。这里所述对云台的应用并不单指对云台这一装置的应用，而是对可以自动保持平衡的功能的应用。云台可以经过适应的变形，出现各种不同的形状，但仍然保持自动平衡的工作特征。

所述光标装置（1-2）的结构特征为：光源（1-2-3）固定设置在壳体（1-2-4）内，壳体上端口装有光头盘（1-2-2），光头盘上排列设有1～10个光头（1-2-1），光头的作用是通过对光源发射的光线进行遮挡或滤光，使投射的光斑具有特定的形状。

光头盘以卡扣方式、螺纹旋转方式或螺丝固定方式与壳体（1-2-4）连接，光头盘（1-2-2）设有卡位的旋转机构，每次旋转正好卡位在一个光头（1-2-1）与光源（1-2-3）成直线排列。

所述光源（1-2-3）为彩色、多色或为单色的集束式光源，其可以在物体上投射出高亮度的光斑，这个光斑可以是肉眼可见的，也可以是不可见的，但对图像采集装置（2-1）是可见的，通过图像采集装置（2-1）采集的画面来看，投射的光斑颜色因光源类型的不同而最终呈现为彩色、单色或是白色的；光源通过光头（1-2-1）的遮挡、滤光后，在物体上投射出有形状的光斑，这个有形状的光斑是有指向的功能。

进一步，光源（1-2-3）与多个光头（1-2-1）分别组合，可以投射出多种不同颜色和形状的光斑，每种光斑可以代表一个要被定位的目标物。

所述电子陀螺姿态仪（1-4）采用电子陀螺仪，其可以实时获得自身在x、y、z轴的角度，所述电子陀螺姿态仪（1-4）或者采用重力传感器，可以实时获得自身在x、y轴的角度，并将获得的角度数据传输给数据处理模块b（1-5）。

所述测距装置（1-3）具有非接触式的测距功能，可采用红外线、超声波、激光等方式实时获得其与天花板的距离，并实时传输给数据处理模块b（1-5）。

所述图像采集装置（2-1）具有视频拍摄功能，是摄像头或摄像机。图像采集装置（2-1）呈一个角度指向天花板，即用户上方的平面，这个平面应平整，平面与光标装置（1-2）和图像采集装置（2-1）之间应无遮挡，该平面也是指向光标装置（1-2）投射光斑的平面，图像采集装置（2-1）的指向是可以调节的，可以根据其自身的可见角度和需要定位的范围来调整。

本发明定位及动作识别系统的基本使用结构为：

用户3通过穿戴或其他固定方式将所述的移动组1固定于用户3头部；

将固定组2固定于墙4上，并呈一个角度指向用户上方天花板5。这里的墙可以根据实际应用环境的不同而改换为柱子、杆、柜等物体，固定组的固定高度最好高过用户，一是防止用户不心碰撞而造成伤害，二是防止用户对图像采集装置的图像采集工作形成遮挡，影响定位。

数据处理模块a实时处理图像采集装置拍摄的有指向特点的光斑视频，对光斑的指向分析处理获得用户头部左右转动的角度，由于用户移动和头部转动时会使光标（1-2）投射的光斑产生模糊，而影响到对用户头部左右转动角度识别的精确度，所以可以采用电子陀螺姿态仪（1-4）获得的z轴角度来补充或辅助实现对用户头部左右转动角度的连续高精度的识别。在实际应用过程中，也可以通过光斑指向特征分析方法和采用电子陀螺姿态仪（1-4）获得的z轴角度方法 这两种方法互为补充或辅助，实现对用户头部左右转动角度的连续高精度的识别。如果用户位置发生了改变，那么通过当前画面光斑的坐标与上一画面光斑的坐标对比就可以换算出用户的位置。最终实现对用户位置、头部转动角度的识别。

本发明的定位识别目标物除了用户还可以是其它的物体，如：需要对物体在一个范围内的位置定位、高度识别及识别物体在自身x、y、z轴的角度。

对多目标物的定位及动作识别：

所述的光标装置可以投射出多种具有指向特征的光斑，可以对多目标物进行不同的标识。所以只要为需要定位及动作识别的目标物分别固定一个移动组1，然后每个目标物各设置一个特有的投射光斑，数据处理模块实时处理图像采集装置拍摄的有指向特点的光斑视频，分别对同一特征光斑的指向和位置分析处理，获得本特征光斑所标识的目标物左右转动的角度及位置。数据处理模块分别实时处理各目标物上测距模块1-3和电子陀螺姿态仪1-4的数据，获得各目标物的高度及前、后、左、右倾斜的角度。

通过增加固定组2的数量可以扩大识别范围，也可以通过增加同一识别范围的固定组的数量来提高对目标物的识别速度和精度。

本发明结构科学合理，通过移动组和固定组的相互配合，实时精确的获得用户在现实空间的移动位置、头部转动的角度、用户高度及用户头部的左右倾斜及抬头、低头的角度，并对应到虚拟现实中用户的移动、高度和头部的动作，实现用户在现实空间的移动、高度变化和头部的动作与虚拟现实（VR）中保持一致，解决眩晕感，并可实现对多用户的实时定位及头部动作识别；其定位识别范围可以通过增加图像采集装置的数量来增大，也可再配合增加数据处理装置的数量，进一步扩大定位识别范围及对更多数量用户的定位及头部动作识别。且结构简单，制作成本低，使用方便。

附图说明

图1：为本发明使用平面示意图；

图2：为实施例1中移动组的结构示意图；

图3：为固定组结构分解示意图；

图4：为光标装置结构分解示意图；

图中：1.移动组，2.固定组，3.用户，4.墙，5.天花板；1-1.云台，1-1-1.基座，1-1-2.主控板，1-1-3.支架，1-1-4.X轴电机，1-1-5.X轴支架，1-1-6.Y轴电机，1-1-7.平衡台，1-1-8.平衡电子陀螺姿态仪；1-2.光标装置，1-3.测距装置，1-4.电子陀螺姿态仪；2-1.图像采集装置，2-2.数据处理模块a，2-3.底座，2-4.保护壳，2-5.外盖；1-2-1.光头，1-2-2.光头盘，1-2-3.光源，1-2-4.壳体。

具体实施方式

以下参照附图，给出本发明的具体实施方式，用来对本发明的构成进行进一步说明。

实施例1

本实施例的定位及动作识别系统由移动组1和固定组2组成。

移动组1如附图2所示，其包括：云台1-1、光标装置1-2、测距装置1-3、电子陀螺姿态仪1-4、数据处理模块b1-5。

云台1-1包括设于下部的基座1-1-1、固定安装在基座上的主控板1-1-2和支架1-1-3、固定设置于支架1-1-3上的X轴电机1-1-4、一端与X轴电机1-1-4固定连接的X轴支架1-1-5、与X轴支架1-1-5另一端固定连接的Y轴电机1-1-6、与Y轴电机1-1-6固定连接的平衡台1-1-7、固定设置于平衡台1-1-7上的平衡电子陀螺姿态仪1-1-8。

云台1-1是一种可以自动保持平衡台在水平面x、y轴平衡的云台，光标装置和测距装置安装在平衡台上，将X轴电机和Y轴电机的轴向分别定为X轴和Y轴，垂直方向定为Z轴方向，云台能自动保持平衡台1-1-7向上的方向，进而保持了设置在平衡台1-1-7上的光标装置1-2和测距装置1-3为朝向上方的正常工作状态指向。

光标装置1-2的结构如附图4所示：光源1-2-3固定设置在壳体1-2-4内，壳体上端口装有光头盘1-2-2，光头盘上排列设有四个光头1-2-1，光头的作用是通过对光源发射的光线进行遮挡或滤光，使投射的光斑具有特定的形状。光头盘以卡扣方式与壳体1-2-4连接，光头盘1-2-2设有卡位的旋转机构，每次旋转正好卡位在一个光头位置，与光源1-2-3成直线排列。光源为彩色集束式光源，其可以在物体上投射出高亮度的光斑，通过图像采集装置2-1采集的后，投射的光斑颜色为彩色；光源通过光头1-2-1的遮挡、滤光后，在物体上投射出有形状的光斑，这个有形状的光斑是有指向的功能。光源与四个光头分别组合，可以投射出多种不同颜色和形状的光斑，每种光斑可以代表一个要被定位的目标物。

本实施例中电子陀螺姿态仪1-4采用电子陀螺仪，其可以实时获得自身在x、y轴的角度，并将获得的角度数据传输给数据处理模块b1-5。

所用测距装置1-3具有非接触式的测距功能，其采用红外线方式实时获得其与天花板的距离，并实时传输给数据处理模块b1-5，分析处理获得用户的高度。

固定组2如附图3所示，其包括：图像采集装置2-1、对拍摄图像实时处理的数据处理模块a2-2，图像采集装置和数据处理模块a安装在由保护壳2-4和外盖2-5组成的空间内，保护壳固定安装在底座2-3上。

图像采集装置2-1为摄像头，具有视频拍摄功能，图像采集装置呈一个角度指向天花板，即用户上方的平面，该平面要求平整，且与光标装置1-2和图像采集装置2-1之间应无遮挡，该平面也是指向光标装置1-2投射光斑的平面，图像采集装置2-1的指向可以根据其自身的可视角度和需要定位的范围来调整。

本实施例的定位及动作识别系统的基本使用结构为：用户3通过穿戴、绑定或其他固定方式将移动组1固定于用户3头部，为了避免用户头部对光标装置1-2、测距装置1-3的工作形成遮挡防碍，最好是固定于用户的头顶位置；固定组2固定在墙4上，并呈一个角度指向用户上方天花板5。

数据处理模块a2-2实时处理图像采集装置拍摄的有指向特点的光斑视频，对光斑的指向分析处理获得用户头部左右转动的角度，如果用户位置发生了改变，那么通过当前画面光斑的坐标与上一画面光斑的坐标对比就可以换算出用户的位置，最终实现对用户位置、头部转动角度的图像识别。

实施例2

本实施例的定位及动作识别系统与实施例1的区别在于：取消了数据处理模块a2-2和数据处理模块b1-5的使用，测距模块1-3、电子陀螺姿态仪1-4和图像采集装置2-1所获得的数据信息由系统外的设备处理完成，同样可以实现实时获得用户的高度、头部的左右倾斜角度、抬头和低头的角度、位置及用户头部转动的角度。

本发明的保护范围并不限于以上实施例，凡是与本发明技术方案和结构相同或等同的定位及动作识别系统，及与本发明技术方案原理相同的定位及动作识别系统，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种定位及动作识别系统，其特征在于由移动组（1）和固定组（2）组成，所述移动组（1）包括：云台（1-1）、光标装置（1-2）、测距装置（1-3）、电子陀螺姿态仪（1-4）、数据处理模块b（1-5）；所述固定组（2）包括：图像采集装置（2-1）、对拍摄图像实时处理的数据处理模块a（2-2），图像采集装置和数据处理模块a安装在由保护壳（2-4）和外盖（2-5）组成的空间内，保护壳固定安装在底座（2-3）上。

2.按照权利要求1所述的一种定位及动作识别系统，其特征在于所述云台（1-1）包括设于下部的基座（1-1-1）、固定安装在基座上的主控板（1-1-2）和支架（1-1-3）、固定设置于支架（1-1-3）上的X轴电机（1-1-4）、一端与X轴电机（1-1-4）固定连接的X轴支架（1-1-5）、与X轴支架（1-1-5）另一端固定连接的Y轴电机（1-1-6）、与Y轴电机（1-1-6）固定连接的平衡台（1-1-7）、固定设置于平衡台上的平衡电子陀螺姿态仪（1-1-8）；

云台（1-1）是一种可以自动保持平衡台在水平面x、y轴平衡的云台，将X轴电机和Y轴电机的轴向分别定为X轴和Y轴，垂直方向定为Z轴方向，云台能自动保持平衡台（1-1-7）向上的方向，进而保持设置在平衡台（1-1-7）上的光标装置（1-2）、测距装置（1-3）为朝向上方的正常工作状态指向。

3.按照权利要求1或2所述的一种定位及动作识别系统，其特征在于所述光标装置（1-2）的结构为：光源（1-2-3）固定设置在壳体（1-2-4）内，壳体上端口装有光头盘（1-2-2），光头盘上排列设有1～10个光头（1-2-1）。

4.按照权利要求3所述的一种定位及动作识别系统，其特征在于所述光头盘（1-2-2）可以卡扣方式、螺纹旋转方式或螺丝固定方式与壳体（1-2-4）连接，光头盘（1-2-2）设有卡位的旋转机构，每次旋转正好卡位在一个光头（1-2-1）与光源（1-2-3）成直线排列。

5.按照权利要求3所述的一种定位及动作识别系统，其特征在于所述光源（1-2-3）为彩色或多色或为单色集束式光源，光源（1-2-3）与各光头（1-2-1）分别组合，可投射出多种不同颜色和形状的光斑，每种光斑可代表一个要被定位的目标物。

6.按照权利要求1或2所述的一种定位及动作识别系统，其特征在于所述电子陀螺姿态仪（1-4）采用重力传感器，其可以实时获得自身在x、y轴的角度，并将获得的角度数据传输给数据处理模块b（1-5）。

7.按照权利要求1或2所述的一种定位及动作识别系统，其特征在于所述电子陀螺姿态仪（1-4）采用电子陀螺仪，其可以实时获得自身在x、y、z轴的角度，并将获得的角度数据传输给数据处理模块b（1-5）。

8.按照权利要求1或2所述的一种定位及动作识别系统，其特征在于所述测距装置（1-3）采用非接触式的测距方式，并实时传输给数据处理模块b（1-5）。

9.按照权利要求1或2所述的一种定位及动作识别系统，其特征在于采用外接数据处理设备代替数据处理模块a（2-2）和数据处理模块b（1-5）。