CN106020456A - 获取用户头部姿态的方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种获取用户头部姿态的方法、装置和系统，属于虚拟现实领域，所示方法包括：步骤1：获取包括头盔的图像，所述反光标记成像在所述图像中；步骤2：使用检测算法和跟踪算法在图像中定位出头盔区域；步骤3：提取所述头盔区域的特征，所述特征包括预定义特征，所述预定义特征反映所述反光标记在图像中的成像位置；步骤4：根据所述特征，使用OSIT算法得到头盔的位置姿态；步骤5：将所述位置姿态通过无线的方式发送到移动终端。本发明使得用户行动方便、成本低；减轻了头盔的重量，减少了用户的不适感；降低了移动终端的功耗。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实领域，特别是指一种增强现实方法、装置和系统。
背景技术
虚拟现实(VR)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中。
虚拟现实技术中需要对头盔的姿态进行跟踪，目前已有的位置追踪方案是三大主流VR设备厂家的方案：Oculus rift，HTC vive和SONY的playstation VR。Oculus是在头盔上设置多个LED灯，位置追踪设备和头盔都是连接PC电脑进行计算。HTC是采用两个激光发生器，头盔上有多个激光接受装置，通过激光到达的时间计算头盔相对激光器的位置。SONY的头盔上有多个LED灯，通过摄像头捕捉LED灯位置，利用play station进行计算。这些已有方案的都需要连接单独的计算设备，并且需要在头盔上设置LED灯或接收装置。
国内蚁视科技公司，采用的则是在头盔上安装摄像头，在室内地板上布置多个反光标记点，通过线缆将头盔连接电脑进行数据传输与计算。Usens公司通过在头盔上加外置摄像头，利用USB接口连接手机，利用手机进行数据处理和计算。
目前的已有方案主要的问题是：
1、计算数据是通过线缆连接PC电脑进行计算处理，给用户的行动带来不方便且成本过高；
2、蚁视科技通过在头盔上加摄像头进行数据捕获，带来头盔重量的增加，从而加重用户带来佩戴的不适感；
3、Usens的方案将计算部分全部放在移动设备端，首先带来移动设备计算负担大大增加，影响到其他应用程序的运行，并且设备发热情况更加严重，同时带来移动设备功耗大大提高。
发明内容
本发明提供一种获取用户头部姿态的方法、装置和系统，本发明使得用户行动方便、成本低；减轻了头盔的重量，减少了用户的不适感；降低了移动终端的功耗。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一方面，本发明提供一种获取用户头部姿态的方法，用于虚拟现实设备，所述虚拟现实设备的头盔上设置有反光标记，所述虚拟现实设备的采集单元和计算单元集成在一起，所述方法通过计算单元执行，包括：
步骤1：获取包括头盔的图像，所述反光标记成像在所述图像中；
步骤2：使用检测算法和跟踪算法在图像中定位出头盔区域；
步骤3：提取所述头盔区域的特征，所述特征包括预定义特征，所述预定义特征反映所述反光标记在图像中的成像位置；
步骤4：根据所述特征，使用OSIT算法得到头盔的位置姿态；
步骤5：将所述位置姿态通过无线的方式发送到移动终端。
进一步的，所述检测算法包括AdaBoosting,SVM或模板匹配方法；所述跟踪算法包括Kalman Filter,CamShift或TLD。
进一步的，所述特征还包括角点特征或SIFT特征。
另一方面，本发明提供一种计算单元，用于虚拟现实设备，所述虚拟现实设备的头盔上设置有反光标记，所述虚拟现实设备的采集单元和计算单元集成在一起，所述计算单元包括：
图像获取模块，用于获取包括头盔的图像，所述反光标记成像在所述图像中；
检测和跟踪模块，用于使用检测算法和跟踪算法在图像中定位出头盔区域；
特征提取模块，用于提取所述头盔区域的特征，所述特征包括预定义特征，所述预定义特征反映所述反光标记在图像中的成像位置；
位置姿态计算模块，用于根据所述特征，使用OSIT算法得到头盔的位置姿态；
发送模块，用于将所述位置姿态通过无线的方式发送到移动终端。
再一方面，本发明提供一种头盔，用于虚拟现实设备，所述头盔上设置有反光标记，所述反光标记为反光材质形成的区域或者带有纹理的图案。
再一方面，本发明提供一种虚拟现实设备，包括采集单元、上述计算单元和上述头盔，所述采集单元和计算单元集成在一起。
进一步的，所述虚拟现实设备还包括移动终端，所述移动终端安装在所述头盔上。
进一步的，所述移动终端包括用于测量移动终端的位置姿态信息的惯性测量单元，所述计算单元包括：
接收模块，用于接收移动终端发送的移动终端的位置姿态信息。
进一步的，所述虚拟现实设备还包括补光光源，所述补光光源设置在所述采集单元周围。
本发明具有以下有益效果：
本发明在工作时，采集单元拍摄头盔的照片，照片中有反光标记，计算单元在照片中定位出头盔区域，并提取偷窥区域的特征，该特征能反光标记在图像中的成像位置，即能表示偷窥的位置和姿态，然后使用OSIT算法对特征进行处理，得到头盔的位置姿态，并将其发送到移动终端。
本发明将计算单元与采集单元集成在一起，无需配置PC机进行计算，并且使用无线通讯，不需要连接线缆，用户行动方便、成本低；并且本发明只需要在头盔上设置反光标记即可，无需在头盔上安装LED灯、激光接受装置以及摄像头等设备，减轻了头盔的重量，减少了用户的不适感；最后，本发明不会占用移动终端的计算资源，降低了移动终端的功耗。
附图说明
图1为本发明的获取用户头部姿态的方法一个实施例的流程图；
图2为本发明的获取用户头部姿态的装置一个实施例的示意图；
图3为本发明的获取用户头部姿态的装置另一个实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明提供一种获取用户头部姿态的方法，用于虚拟现实设备，虚拟现实设备的头盔上设置有反光标记，虚拟现实设备的采集单元和计算单元集成在一起，方法通过计算单元执行，如图1所示，包括：
步骤1：计算单元获取包括头盔的图像，反光标记成像在图像中。图像是通过采集单元拍摄的，计算单元从采集单元获取该图像。
步骤2：计算单元使用检测算法和跟踪算法在图像中定位出头盔区域，定位结果是头盔区域的四个角点坐标。
步骤3：计算单元提取头盔区域的特征，特征包括预定义特征，预定义特征反映反光标记在图像中的成像位置，头盔上的反光标记成像在图像中，根据反光标记在图像中的位置，即可推断出头盔的姿态。
步骤4：计算单元根据特征，使用OSIT算法得到头盔的位置姿态，位置姿态包括：三维空间坐标(x,y,z)和三个朝向角(roll,yaw,pitch)。
步骤5：计算单元将位置姿态通过无线的方式发送到移动终端，传输方式采用无线传输，具体方式包括但不限于以下方式：wifi,蓝牙，zigbee,wimax等，传输协议可能但不限于TCP/IP,UDP等。
本发明在工作时，采集单元拍摄头盔的照片，照片中有反光标记，计算单元在照片中定位出头盔区域，并提取偷窥区域的特征，该特征能反光标记在图像中的成像位置，即能表示偷窥的位置和姿态，然后使用OSIT算法对特征进行处理，得到头盔的位置姿态，并将其发送到移动终端。
本发明将计算单元与采集单元集成在一起，无需配置PC机进行计算，并且使用无线通讯，不需要连接线缆，用户行动方便、成本低；并且本发明只需要在头盔上设置反光标记即可，无需在头盔上安装LED灯、激光接受装置以及摄像头等设备，减轻了头盔的重量，减少了用户的不适感；最后，本发明不会占用移动终端的计算资源，降低了移动终端的功耗。
作为本发明的获取用户头部姿态的方法的一种改进，检测算法包括AdaBoosting,SVM或模板匹配方法；跟踪算法包括Kalman Filter,CamShift或TLD。检测算法与跟踪算法都能对图像中目标进行定位。检测算法对上面采集到的图像通过检测算法获得被检测物(头盔)在图像中的位置；检测算法可采用AdaBoosting,SVM,模板匹配等方法。跟踪算法是根据上一帧目标物的位置，通过目标跟踪算法得到当前帧中目标头盔在图像中的位置。跟踪算法可采用Kalman Filter,CamShift,TLD等。
作为本发明的获取用户头部姿态的方法的另一种改进，特征还包括通用的图像特征，如角点特征或SIFT特征。
另一方面，本发明提供一种获取用户头部姿态的装置，用于虚拟现实设备，该装置即为计算单元，虚拟现实设备的头盔上设置有反光标记，虚拟现实设备的采集单元和计算单元集成在一起，如图2所示，计算单元包括：
图像获取模块41，用于获取包括头盔的图像，反光标记成像在图像中。
检测和跟踪模块42，用于使用检测算法和跟踪算法在图像中定位出头盔区域。
特征提取模块43，用于提取头盔区域的特征，特征包括预定义特征，预定义特征反映反光标记在图像中的成像位置。
位置姿态计算模块44，用于根据特征，使用OSIT算法得到头盔的位置姿态。
发送模块45，用于将位置姿态通过无线的方式发送到移动终端。
本发明在工作时，采集单元拍摄头盔的照片，照片中有反光标记，计算单元在照片中定位出头盔区域，并提取偷窥区域的特征，该特征能反光标记在图像中的成像位置，即能表示偷窥的位置和姿态，然后使用OSIT算法对特征进行处理，得到头盔的位置姿态，并将其发送到移动终端。
本发明将计算单元与采集单元集成在一起，无需配置PC机进行计算，并且使用无线通讯，不需要连接线缆，用户行动方便、成本低；并且本发明只需要在头盔上设置反光标记即可，无需在头盔上安装LED灯、激光接受装置以及摄像头等设备，减轻了头盔的重量，减少了用户的不适感；最后，本发明不会占用移动终端的计算资源，降低了移动终端的功耗。
再一方面，本发明还提供一种头盔，用于虚拟现实设备，头盔上设置有反光标记，反光标记为反光材质形成的区域或者带有纹理的图案。
本发明只需要在头盔上设置反光标记即可，无需在头盔上安装LED灯、激光接受装置以及摄像头等设备，减轻了头盔的重量，减少了用户的不适感。
再一方面，本发明还提供一种获取用户头部姿态的系统，即虚拟现实设备，包括采集单元、上述计算单元和上述头盔，采集单元和计算单元集成在一起。
采集单元包括图像传感器(CCD/CMOS传感器)，可以是单个彩色摄像头，也可以是双目摄像头，或者深度摄像头；图像传感器可以是可见光传感器，也可以是非可见光传感器(远红外或近红外摄像头)。
本发明在工作时，采集单元拍摄头盔的照片，照片中有反光标记，计算单元在照片中定位出头盔区域，并提取偷窥区域的特征，该特征能反光标记在图像中的成像位置，即能表示偷窥的位置和姿态，然后使用OSIT算法对特征进行处理，得到头盔的位置姿态，并将其发送到移动终端。
本发明将计算单元与采集单元集成在一起，无需配置PC机进行计算，并且使用无线通讯，不需要连接线缆，用户行动方便、成本低；并且本发明只需要在头盔上设置反光标记即可，无需在头盔上安装LED灯、激光接受装置以及摄像头等设备，减轻了头盔的重量，减少了用户的不适感；最后，本发明不会占用移动终端的计算资源，降低了移动终端的功耗。
进一步的，虚拟现实设备还包括移动终端，移动终端安装在头盔上。
优选的，移动终端包括用于测量移动终端的位置姿态信息的惯性测量单元(IMU传感器)，如图3所示，计算单元包括：
接收模块46，用于接收移动终端发送的移动终端的位置姿态信息，可以作为初始估计值辅助计算单元计算得到更加准确的姿态朝向值。
而且，虚拟现实设备还包括补光光源，补光光源设置在采集单元周围。
采集单元在光照不足的情况下可能需要加光源，可以是可见光，也可以是不可见光光源。光源的位置可以是环绕采集单元进行布置，也可以是在采集单元旁边进行布置；光源可以是单个点光源，多个点电源，条带状光源等；光源可以是强度不变的恒定光源，也可以是闪烁型光源，或间歇型光源；光源可以是白色可见光源，也可以是单个或多个彩色可见光源。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种获取用户头部姿态的方法，用于虚拟现实设备，其特征在于，所述虚拟现实设备的头盔上设置有反光标记，所述虚拟现实设备的采集单元和计算单元集成在一起，所述方法通过计算单元执行，包括：
步骤1：获取包括头盔的图像，所述反光标记成像在所述图像中；
步骤2：使用检测算法和跟踪算法在图像中定位出头盔区域；
步骤3：提取所述头盔区域的特征，所述特征包括预定义特征，所述预定义特征反映所述反光标记在图像中的成像位置；
步骤4：根据所述特征，使用OSIT算法得到头盔的位置姿态；
步骤5：将所述位置姿态通过无线的方式发送到移动终端。
2.根据权利要求1所述的获取用户头部姿态的方法，其特征在于，所述检测算法包括AdaBoosting,SVM或模板匹配方法；所述跟踪算法包括Kalman Filter,CamShift或TLD。
3.根据权利要求1所述的获取用户头部姿态的方法，其特征在于，所述特征还包括角点特征或SIFT特征。
4.一种计算单元，用于虚拟现实设备，其特征在于，所述虚拟现实设备的头盔上设置有反光标记，所述虚拟现实设备的采集单元和计算单元集成在一起，所述计算单元包括：
图像获取模块，用于获取包括头盔的图像，所述反光标记成像在所述图像中；
检测和跟踪模块，用于使用检测算法和跟踪算法在图像中定位出头盔区域；
特征提取模块，用于提取所述头盔区域的特征，所述特征包括预定义特征，所述预定义特征反映所述反光标记在图像中的成像位置；
位置姿态计算模块，用于根据所述特征，使用OSIT算法得到头盔的位置姿态；
发送模块，用于将所述位置姿态通过无线的方式发送到移动终端。
5.一种头盔，用于虚拟现实设备，其特征在于，所述头盔上设置有反光标记，所述反光标记为反光材质形成的区域或者带有纹理的图案。
6.一种虚拟现实设备，其特征在于，包括采集单元、权利要求4所述的计算单元和权利要求5所述的头盔，所述采集单元和计算单元集成在一起。
7.根据权利要求6所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述虚拟现实设备还包括移动终端，所述移动终端安装在所述头盔上。
8.根据权利要求7所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述移动终端包括用于测量移动终端的位置姿态信息的惯性测量单元，所述计算单元包括：
接收模块，用于接收移动终端发送的移动终端的位置姿态信息。
9.根据权利要求6-8任一所述的虚拟现实设备，其特征在于，所述虚拟现实设备还包括补光光源，所述补光光源设置在所述采集单元周围。
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