CN107193517A - 一种实现增强现实的定位方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现增强现实的定位方法及相关装置。通过在内容载体上按照一定规律布置光学编码矩阵，使其构成坐标系。利用本发明的方位识别装置读取光学编码，传输给外接系统。通过计算方位识别装置相对于内容载体的方位，根据结果实时调整智能移动设备屏幕上显示的增强现实内容，使其与周围载体内容吻合。达到增强现实的目的。与现有技术相比，本发明提供的方法及装置可实现接触式交互，无需辅助手段保持设备位置的固定。对目标内容的纹理及光照条件无依赖，本发明所述光学编码在红外线下易被读取，识别与定位过程对可见光光照条件无依赖。还能实现毫米级内容连续识别和增强。给客户连贯舒适的AR体验。

Description

一种实现增强现实的定位方法及相关装置

技术领域

本发明属于人机交互技术领域，尤其适用于增强现实（AR）相关设备的交互操作。

背景技术

在当前的互联网+时代，增强现实一直是一个重要的IT发展方向，越来越多的增强现实APP把真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成，将原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息,通过AR技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

现有的技术利用普通摄像头捕捉画面，对图像的特征点的识别、定位及跟踪，并叠加计算机增强内容。该方式有以下三个无法解决的问题：

1、增强现实设备与被识别物体需要隔开较大距离，通常在10厘米以上。用户在体验过程中需要持续手持或佩戴设备，并尽量保持稳定。由此导致用户的体验不好，甚至疲劳。

2、对识别图像的纹理特征、光照条件具有较高的要求。对于渐变色为主且边界不清晰的图像，或者，识别度较高的图像在光线昏暗或明暗分布不均的场所，识别困难。

3、识别及跟踪的精度较粗，通常都在厘米、甚至是分米级。

鉴于此，对于有较高精度要求和更好用户体验的增强现实应用场景，迫切的需要有一种实现增强现实的定位方法及相关装置来解决现有技术存在的问题和风险。本发明就是用来解决此类问题的，本发明提出一种实现增强现实的定位方法及相关装置，使增强现实设备实现接触式交互，彻底解放了双手；对于目标内容的纹理及光照条件无依赖；并且精确度能达到毫米级别。从而使增强内容与目标内容更连贯，更稳定，能使用户有更好的体验。

发明内容

本发明的目的就是提供一种实现增强现实的定位方法及相关装置，来解决现有技术中存在的诸多问题。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种实现增强现实的定位方法及相关装置，所述方法包括如下步骤：

步骤1.在内容载体上按照一定规律布置光学编码矩阵，使其构成坐标系。

步骤2.利用方位识别装置读取光学编码，传输给外接系统。

步骤3.计算方位识别装置相对于内容载体的方位。

步骤4.根据步骤3中计算出的方位，实时调整智能移动设备屏幕上所显示的增强现实内容，使其与周围载体内容吻合。

本发明，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、接触式交互，解放双手。

本提案所描述的典型使用场景，即方位识别装置与智能移动设备绑定后放置于平整的内容载体之上，无需任何辅助手段保持设备位置的固定。因此，用户的双手得以更自如地与智能设备进行多种交互。

2、 对目标内容的纹理及光照条件无依赖。

本提案所述光学编码的主要特点是在红外线下易被读取，而识别装置本身配备主动红外光源，使用过程中，设备贴附于内容载体表面，遮挡大部分可见光，使得光学编码在红外光下的成像比较清晰。因此，识别与定位过程对可见光光照条件无依赖。

3、 毫米级内容的连续识别和增强。

本提案由于采用了直径约为1毫米的光学编码作为识别的基本单位，且编码序列按照递增关系排列形成矩阵，因此在识别精度方面可以达到毫米级的连续识别和增强。

4、 增强内容与目标内容更连贯。

本提案所描述的典型使用场景中，智能移动设备（通常是屏占比较高的智能手机或平板电脑）贴附于内容载体之上，载体内容与显示屏幕中的数字增强内容连贯吻合，仅相隔智能设备屏幕周围较薄的边缘。而现有方案中的增强现实设备，都与目标内容相距10厘米以上的距离。因此，本提案所述方法使增强内容与目标内容更连贯。

附图说明：

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明实例1应用场景图。

图3是本发明实例1方位识别装置示意图。

图4是本发明实例1计算两点位置的示意图。

图5是本发明实例1增强现实在智能手机上呈现的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解为此处所描述的具体实例仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的保护范围。

如图1 所示，本发明提供了一种实现增强现实的定位方法及相关装置，所述方法包括如下步骤：

步骤S101. 在内容载体上按照一定规律布置光学编码矩阵，使其构成坐标系。

步骤S102. 利用方位识别装置读取光学编码，传输给外接系统。

步骤S103. 计算方位识别装置相对于内容载体的方位。

步骤S104. 根据步骤S103中计算出的方位，实时调整智能移动设备屏幕上所显示的增强现实内容，使其与周围载体内容吻合。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

具体实例：

以下介绍本发明的一种实现增强现实的定位方法及相关装置的一个具体应用实例。

实例1：

如图2所示，是本发明所描述方法的典型使用场景，包含可被识别的内容载体201（本例假设为一本书）、方位识别装置202、智能移动设备203（本例假设为一部智能手机）及运行在其上的应用软件204。首先在首次加载应用软件104时软件会自动获取智能设备203的显示屏像素密度和像素尺寸，从而计算出该智能设备屏幕的物理尺寸。在使用智能设备203在内容载体上移动时，载体201上的画面虽然被智能移动设备203所覆盖，但在智能移动设备203的显示屏中所渲染出的画面，与其周围的实体画面相连贯，呈现出浑然一体的画面，并在此基础上，叠加计算机增强内容，营造出独特的增强现实用户体验。

按着步骤S101在内容载体201上按照一定规则布置光学编码矩阵，使其构成坐标系，以供方位识别装置（图2中202）与智能移动设备（图2中203）相配合进行定位。在内容载体上，光学编码沿着横向（X轴）和纵向（Y轴）均匀排列，形成坐标系，为智能移动设备在其上确定方位提供基础。此类光学编码尺寸微小（约1毫米见方），可见光下颜色较淡，对载体内容的颜色几乎不造成影响，隐藏于其他颜色中，肉眼不易察觉，仅在红外光下突显。内容载体以一本书为例，在书中的每一页都印刷有微小的光学编码阵列。每个光学编码唯一对应以一个数值，该数值由光学编码识别单元解析获得。在图示书页中，光学编码序列所对应的数值排列规律为：从左到右、从上到下依次递增，相邻两行首尾数值连续。光学编码701、702、703对应解析数值分别为100781、100782、100783，即：每一行中从左到右，相邻光学编码对应数值依次递增。光学编码754、755对应解析数值分别为100810、100811，即：相邻两行首尾数值连续。光学编码除了用于标识坐标方位之外，其本身也承载页码（或所属内容板块的编号）信息。假设书本中任意两页A和B，对应书中页码分别为为1（即：第1页），其所包含的光学编码数值序列介于编码值100001至编码值109999之间。B在书中页码为5（即:第5页），其所包含的光学编码数值序列介于编码值500001至编码值509999之间。类似地，通过设定每一页的编码值范围，可使解析算法在读取到某一页中任意一个编码，都可以分析出该编码所属的页码，而不需要另行读取专门的页码标识。

按着步骤S102利用方位识别装置（图2中202）读取内容载体上排布的光学编码，并将其传输给外界系统（例如，图2中203）。参考图3，图中所示为方位识别装置。该装置包含两个（或多个）光学编码读取装置301、302，计算处理单元303，信号传输装置304，供电装置305。光学编码读取装置301和302，其主要组成部分包括主动红外光源，图像捕捉单元及图像解析单元。图3中，两个光学编码读取装置（301和302）分别用来读取内容载体表面的光学编码，将读取到的编码传输至计算处理单元303，解析出光学编码对应的数值，通过信号传输装置304传输给外接系统（智能移动设备）。

按着步骤S103计算方位识别装置（及外接智能移动设备）相对于内容载体的方位，以便后续步骤中调整数字增强内容使其与周边载体内容相吻合。参考图4，外接系统接收到上述光学编码解析值后，对其进行计算，得到识别装置在内容载体上所处的坐标位置，和朝向角度。具体逻辑如下：图4为印有光学编码序列的某载体表面的一个片段。401和402为方位识别装置的两个读取装置301和302在某一个时刻读取到的两个光学编码。根据这两个编码对应的解析数值，可以计算出两个点在横向（X轴）的相隔点数404，以及纵向（Y轴）上的相隔点数405。根据404和405的值，可由公式C=√(X^2+Y^2 )得到两点的距离，从而可以计算出两个读取装置的几何中心点403的逻辑坐标。根据公式A=arctan(Y/X)，计算得出401与402间连线与水平方向的夹角，即方位识别装置相对于内容载体的转角（朝向）。智能移动设备持续接收编码值数据并进行计算，从而得以实时确定其方位并动态刷新所显示的内容。上述计算过程，可以在图3中方位识别装置上的计算处理单元303进行，也可以在外接智能移动设备上的增强现实应用程序中进行。

按着步骤S104，根据上述步骤中计算出的方位，实时调整智能移动设备屏幕上所显示的增强现实内容，使其与周围载体内容吻合。参考图5A、5B、5C，如图所示，以一部智能手机502为例，说明运行在其上的增强现实应用程序对载体内容501进行增强显示和交互的过程，图5A中，501为印有光学编码的载体内容，502为智能手机，503为智能手机中预先存储或加载的数字内容的全貌，504为当前智能手机屏幕中实际显示的内容，505为数字内容503在载体内容501的基础上增强的部分，即增强现实内容。图5B中，智能手机置于载体内容之上，遮住载体内容的一部分。此时，方位计算尚未生效，智能手机屏幕中所显示的内容506仍保持不变，即数字内容中507所示区域的内容。可以看出，智能手机所显示的内容506与周围的载体内容并不吻合。图5C中，智能手机中的应用程序接收到外接方位识别装置传输的数据，进行方位计算后，更新其在数字内容全貌中所应显示的区域，即509，从而实现了智能手机屏幕中所显示的内容508与周围的载体内容相吻合。类似地，当智能手机再次移动时，上述5B至5C的变化过程会持续进行，应当指出，以上描述仅为清晰的说明实在整个增强现实的具体步骤，现实操作中，方位计算的速度是非常快速的，也就是从5B到5C的变化非常快速，从而达到智能手机中的增强现实内容与载体内容的实时同步吻合。

Claims (6)

1.一种实现增强现实的定位方法及相关装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.在内容载体上按照一定规律布置光学编码矩阵，使其构成坐标系，步骤2. 利用方位识别装置读取光学编码，传输给外接系统，步骤3.计算方位识别装置相对于内容载体的方位，步骤4.根据步骤3中计算出的方位，实时调整智能移动设备屏幕上所显示的增强现实内容，使其与周围载体内容吻合。

2.根据权利要求1所述的一种实现增强现实的定位方法及相关装置，其特征在于，步骤1中所提到的光学编码对应的数值可以采用多种格式，只需要满足相邻行与列依次递增的规律，因此，光学编码的解析值可以采用如下几种格式（包括但不限于）：

1）整数序列：100001，100002，100003 …… 500081，500082 ……

2）浮点数序列：15087.21，15092.33，15097.45 …… 30251.57，30256.69 ……

3）整数坐标值序列：(70001，2001)，(70002，2001)，(70003，2001) …… (70001，2002), (70002，2002) ……(90001，2001)，(90002，2001) ……

4）浮点坐标值序列：(x:24478.50，y:11314.25)，(x:24479.55，y:11314.25)，(x:24480.60，y:11314.25)……(x:24478.50，y:11315.30)，(x:24479.55，y:11315.30)……(x:34478.50，y:11314.25)，(x:34479.55，y:11314.25)……。

3.据权利要求1所述的一种实现增强现实的定位方法及相关装置，其特征在于，步骤2和步骤3中所提到识别装置应包含两个光学编码读取模块，计算处理单元，信号传输模块及供电模块，光学编码读取模块主要组成部分包括主动红外光源，图像捕捉单元及图像解析单元，两个光学编码读取模块分别用来读取内容载体表面的光学编码，将读取到的编码传输至计算处理单元，解析出光学编码对应的数值，通过信号传输模块传输给外接系统（智能移动设备）。

4.根据权利要求3所述一种实现增强现实的定位方法及相关装置，其特征在于，所述的光学编码读取模块可以为2个，也可以为多个，在排列分布上，两个或多个光学编码读取模块可以采用在一直列的分布，也可以采用固定几何图像（如三角形，正方形等）的分布方式来实现。

5.根据权利要求3所述一种实现增强现实的定位方法及相关装置，其特征在于，计算识别装置的方位的过程可以是在识别装置本身的计算单元完成，也可是在外接系统的计算单元中完成。

6.根据权利要求3所述的一种实现增强现实的定位方法及相关装置，其特征在于，所述的通过信号传输给外接系统，可以采用多种方式进行数据传输，包括但不限于，如USB接口（包括：标准USB、Mini USB、Micro USB、Type-C USB等）、蓝牙（Bluetooth）接口、WIFI无线网络接口、3mm音频接口，以及其他适用于联机传输数字信息的通讯接口。