CN107101632A - 基于多摄像头与多标识物的空间定位装置及方法 - Google Patents

基于多摄像头与多标识物的空间定位装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于多摄像头与多标识物的空间定位装置及方法，包括：利用VR头盔上的多个摄像头采集标识物的图像，对每个摄像头采集的图像进行滤波预处理；从预处理后的图像中，对标识物进行特征识别，提取标识物的特征点，根据提取的特征点，计算摄像头相对于标识物的空间三维坐标；根据每个摄像头相对于标识物的空间三维坐标和多个摄像头之间的硬件制约关系，通过对每个摄像头的空间位置进行对比运算并进行优化，得到三维空间坐标；提取VR头盔的陀螺仪数据，根据陀螺仪数据对三维空间坐标进行校准和补偿，得到优化的VR头盔的三维空间坐标。本发明成本相对较低，扩展方便，三维定位准确，适用范围大；抗干扰能力强，可适用多人模式。

Description

基于多摄像头与多标识物的空间定位装置及方法
技术领域
本发明涉及虚拟现实及空间定位技术领域，特别涉及一种基于多摄像头与多标识物的空间定位装置及方法。
背景技术
当前虚拟现实迅速发展，已经迅速渗透到人们生活中的各个领域，而在虚拟现实体验过程中一项重要的技术要求就是对空间位置的准确定位，尤其在多人互动虚拟现实体验中更为重要。所以对三维空间的准确定位将有巨大的应用前景。
随着虚拟现实技术的发展，对于多人互动的虚拟现实体验会有着越来越大的需求，随之对空间的准确定位就会有迫切的需求。而传统的空间定位技术要么不适合在室内进行准确的空间定位，要么在室内空间定位范围较小，不易进行扩展，以至于无法有效满足虚拟现实大空间内的准确定位应用。
目前的基于视觉的定位方式可归纳为两类：单目摄像头定位方式与多目摄像头定位方式。
1、单目摄像头定位技术：此技术主要通过小孔成像原理，通过摄像机获取目标图片，将图片中的目标物进行识别，然后将空间中的目标信息通过相关算法与摄像机的参数，转化成真实空间中的目标信息。其定位技术较为成熟，在使用中一般会有使用范围限制，或针对一定使用环境的要求。
对于单目测量方案，一般都会有较为严格的使用条件，对测量采用的摄像头有较为严格的要求，不方便使用。
2、多目摄像头定位方式：在多目视觉定位方式中，以双目视觉定位最为常见。其原理是基于视差原理，利用同一空间点在左、右摄像头内成像点的位置不同，解算出深度信息或三维坐标。在使用双目立体测距之前，需要对双目摄像头进行立体标定。当目标物与摄像机的距离太大或太小时，得到的坐标值的深度信息会产生很大的误差。此技术对使用范围也有着一定的范围要求。
对于双目测量方案，使用前要有较为严格的双目标定，此测量方式只有在一定的适用范围内才可有较好精度，无法进行大范围测量，太远或太近都有较大误差。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于多摄像头与多标识物的空间定位装置及方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于多摄像头与多标志物的空间定位方法，包括如下步骤：
步骤S1，利用VR头盔上的多个摄像头采集标识物的图像，对每个所述摄像头采集的图像进行预处理，其中，所述多个摄像头之间具有硬件制约关系；
步骤S2，从预处理后的图像中，对所述标识物进行特征识别，提取所述标识物的特征点，根据提取的所述特征点，计算摄像头相对于标识物的空间三维坐标；
步骤S3，根据每个所述摄像头相对于标识物的空间三维坐标和所述多个摄像头之间的硬件制约关系，通过对每个所述摄像头的空间位置进行对比运算并进行优化，得到所述VR头盔的三维空间坐标；
步骤S4，提取所述VR头盔的陀螺仪数据，根据所述陀螺仪数据对所述三维空间坐标进行校准和补偿，得到优化的VR头盔的三维空间坐标。
进一步，在所述步骤S1之前，还包括如下步骤：对每个所述摄像头的内部参数进行初始化设定。
进一步，所述摄像头的数量为2至8个。
本发明实施例还提出一种基于多摄像头与多标志物的空间定位装置，该装置位于VR头盔上，包括：多个摄像头、处理模块和陀螺仪，其中，
所述多个摄像头排布于所述VR头盔上，且所述多个摄像头之间具有硬件制约关系，每个所述摄像头用于采集标识物的图像，将采集到的图像发送至所述处理模块；
所述处理模块用于对来自每个摄像头采集的图像进行预处理，并从预处理后的图像中，对所述标识物进行特征识别，提取所述标识物的特征点，根据提取的所述特征点，计算摄像头相对于标识物的空间三维坐标，根据每个所述摄像头相对于标识物的空间三维坐标和所述多个摄像头之间的硬件制约关系，通过对每个所述摄像头的空间位置进行对比运算并进行优化，得到所述VR头盔的三维空间坐标；
所述陀螺仪采集所述VR头盔的姿态数据，并将所述姿态数据发送至所述处理模块，由所述处理模块提取所述VR头盔的陀螺仪数据，根据所述陀螺仪数据对所述三维空间坐标进行校准和补偿，得到优化的VR头盔的三维空间坐标。
进一步，所述摄像头的数量为2至8个。
根据本发明实施例的基于多摄像头与多标识物的空间定位装置及方法，基于多摄像头、多标识物和陀螺仪的空间定位新技术，采用头戴式设计，抗干扰能力强，并且采集陀螺仪数据进行校准，对头盔的三维坐标进行校正处理和数据补偿，得到优化的三维空间坐标。本发明成本相对较低，扩展方便，三维定位准确，适用范围大；抗干扰能力强，可适用多人模式，采用分布式自定义标识物，方便拓展范围，可满足虚拟现实体验对空间定位的要求。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的基于多摄像头与多标识物的空间定位方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的现场示意图；
图3为根据本发明另一个实施例的基于多摄像头与多标识物的空间定位方法的流程图；
图4为根据本发明实施例的基于多摄像头与多标识物的空间定位方法的算法流程图；
图5为根据本发明实施例的基于多摄像头与多标识物的空间定位装置的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-4所示，本发明实施例的基于多摄像头与多标识物的空间定位方法，包括如下步骤：
步骤S1，利用VR头盔上的多个摄像头采集标识物的图像，对每个摄像头采集的图像进行预处理，其中，多个摄像头之间具有硬件制约关系。图2为根据本发明实施例的现场示意图。
需要说明的是，在执行步骤S1之前，还包括如下步骤：对每个摄像头的内部参数进行初始化设定。
优选的，摄像头的数量可以为2至8个。当然，摄像头的数量不限于上述，还可以为其他数量，在此不再赘述。
具体的，将多个摄像头以一定排布方式置于VR头盔上，并形成多个摄像头的相互制约关系。程序启动后调用配置参数，将摄像头性能内参进行初始化设定。
步骤S2，从预处理后的图像中，对标识物进行特征识别，提取标识物的特征点，根据提取的特征点，计算摄像头相对于标识物的空间三维坐标。
参考图3和图4，将预处理的图像进行算法识别处理，识别已定义的标识物，提取特征点，配合步骤S1中摄像头的内参，反求出摄像头在已识别的标识物下的三维坐标。
步骤S3，根据每个摄像头相对于标识物的空间三维坐标和多个摄像头之间的硬件制约关系，通过对每个摄像头的空间位置进行对比运算并进行优化，得到VR头盔的三维空间坐标。
具体的，根据步骤S2得到的多个摄像头的空间三维做坐标与其在VR头盔上的硬件排布的相互制约关系，经过优化处理得到VR头盔的三维坐标。
当VR头盔在移动时，由于识别的标识物会趋向图像中的边缘部分，这就在三维坐标计算中产生较大误差。通过上述利用多个摄像头的硬件相互制约关系，可对此产生的误差进行补偿。
步骤S4，提取VR头盔的陀螺仪数据，根据陀螺仪数据对三维空间坐标进行校准和补偿，得到优化的VR头盔的三维空间坐标。
由于人在移动时又会有一定三维姿态的旋转，这时候会和平面布置的标识符产生较大的视角差，容易产生较大误差。这时根据陀螺仪提供的姿态角数据，对头盔的三维坐标进行校正处理和数据补偿，得到优化的三维空间坐标。
如图5所示，本发明实施例还提供一种基于多摄像头与多标识物的空间定位装置，该装置位于VR头盔上，包括：多个摄像头100、处理模块200和陀螺仪300。
具体地，多个摄像头100排布于VR头盔上，且多个摄像头100之间具有硬件制约关系。本发明实施例的基于多摄像头与多标识物的空间定位装置，在摄像头工作前，首先对每个摄像头100的内部参数进行初始化设定。每个摄像头100用于采集标识物的图像，将采集到的图像发送至处理模块200。
优选的，摄像头100的数量可以为2至8个。当然，摄像头100的数量不限于上述，还可以为其他数量，在此不再赘述。
在本发明的一个实施例中，每个摄像头100采用具有全局快门、宽动态特性的图像传感器。
处理模块200用于对来自每个摄像头100采集的图像进行预处理，并从预处理后的图像中，对标识物进行特征识别，提取标识物的特征点，根据提取的特征点，计算摄像头100相对于标识物的空间三维坐标，根据每个摄像头100相对于标识物的空间三维坐标和多个摄像头100之间的硬件制约关系，通过对每个摄像头100的空间位置进行对比运算并进行优化，得到VR头盔的三维空间坐标。
在本发明的一个实施例中，处理模块200采用单片机实现。
陀螺仪300采集VR头盔的姿态数据，并将姿态数据发送至处理模块200，由处理模块200提取VR头盔的陀螺仪300数据，根据陀螺仪300数据对三维空间坐标进行校准和补偿，得到优化的VR头盔的三维空间坐标。
本发明实施例的基于多摄像头与多标识物的空间定位装置，将多个摄像头以一定排布方式置于VR头盔上，并形成多个摄像头的相互制约关系。将摄像头性能内参进行初始化设定，然后调用处理模块将采集到的图像进行预处理。将预处理的图像进行识别处理，识别已定义的标识物，提取特征点，配合摄像头的内参，反求出摄像头在已识别的标识物下的三维坐标。根据以求得的多个摄像头的空间三维做坐标与其在VR头盔上的硬件排布的相互制约关系，经过优化处理得到VR头盔的三维坐标。当VR头盔在移动时，由于识别的标识物会趋向图像中的边缘部分，这就在三维坐标计算中产生较大误差。由于利用多个摄像头的硬件相互制约关系，可对此产生的误差进行补偿。由于人在移动时又会有一定三维姿态的旋转，这时候会和平面布置的标识符产生较大的视角差，容易产生较大误差。这时根据陀螺仪提供的姿态角数据，对头盔的三维坐标进行校正处理和数据补偿，得到优化的三维空间坐标。
根据本发明实施例的基于多摄像头与多标识物的空间定位装置及方法，基于多摄像头、多标识物和陀螺仪的空间定位新技术，采用头戴式设计，抗干扰能力强，并且采集陀螺仪数据进行校准，对头盔的三维坐标进行校正处理和数据补偿，得到优化的三维空间坐标。本发明成本相对较低，扩展方便，三维定位准确，适用范围大；抗干扰能力强，可适用多人模式，采用分布式自定义标识物，方便拓展范围，可满足虚拟现实体验对空间定位的要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种基于多摄像头与多标识物的空间定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，利用VR头盔上的多个摄像头采集标识物的图像，对每个所述摄像头采集的图像进行预处理，其中，所述多个摄像头之间具有硬件制约关系；
步骤S2，从预处理后的图像中，对所述标识物进行特征识别，提取所述标识物的特征点，根据提取的所述特征点，计算摄像头相对于标识物的空间三维坐标；
步骤S3，根据每个所述摄像头相对于标识物的空间三维坐标和所述多个摄像头之间的硬件制约关系，通过对每个所述摄像头的空间位置进行对比运算并进行优化，得到所述VR头盔的三维空间坐标；
步骤S4，提取所述VR头盔的陀螺仪数据，根据所述陀螺仪数据对所述三维空间坐标进行校准和补偿，得到优化的VR头盔的三维空间坐标。
2.如权利要求1所述的基于多摄像头与多标识物的空间定位方法，其特征在于，在所述步骤S1之前，还包括如下步骤：对每个所述摄像头的内部参数进行初始化设定。
3.如权利要求1所述的基于多摄像头与多标识物的空间定位方法，其特征在于，所述摄像头的数量为2至8个。
4.一种基于多摄像头与多标识物的空间定位装置，其特征在于，该装置位于VR头盔上，包括：多个摄像头、处理模块和陀螺仪，其中，
所述多个摄像头排布于所述VR头盔上，且所述多个摄像头之间具有硬件制约关系，每个所述摄像头用于采集标识物的图像，将采集到的图像发送至所述处理模块；
所述处理模块用于对来自每个摄像头采集的图像进行预处理，并从预处理后的图像中，对所述标识物进行特征识别，提取所述标识物的特征点，根据提取的所述特征点，计算摄像头相对于标识物的空间三维坐标，根据每个所述摄像头相对于标识物的空间三维坐标和所述多个摄像头之间的硬件制约关系，通过对每个所述摄像头的空间位置进行对比运算并进行优化，得到所述VR头盔的三维空间坐标；
所述陀螺仪采集所述VR头盔的姿态数据，并将所述姿态数据发送至所述处理模块，由所述处理模块提取所述VR头盔的陀螺仪数据，根据所述陀螺仪数据对所述三维空间坐标进行校准和补偿，得到优化的VR头盔的三维空间坐标。
5.如权利要求4所述的基于多摄像头与多标识物的空间定位装置，其特征在于，所述摄像头的数量为2至8个。
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