CN109767469A - 一种安装关系的标定方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安装关系的标定方法、系统及存储介质，标定方法包括：获取与被追踪物体固定连接的标定工具的第一位置姿态信息；得到被追踪物体的第二位置姿态信息；获取追踪模块的第三位置姿态信息；计算追踪模块和被追踪物体的位置和姿态转换关系作为安装关系。本发明实施例通过获取标定工具的位置姿态信息，从而根据标定工具的位置姿态信息得到被追踪物体的位置姿态信息，然后获取追踪模块的位置姿态信息，根据被追踪物体和追踪模块的位置姿态信息得到两者的安装关系，通过引入第三方标定工具规避由加工安装精度或材料形变引起的追踪模块和被追踪物体的安装关系的误差，给出了更为精确的追踪模块和被追踪物体之间的安装关系。

Description

一种安装关系的标定方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种安装关系的标定方法、系统及存储介质。

背景技术

虚拟现实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。对于一些VR应用，需要使用追踪模块对特定物体进行追踪，例如头显、道具等。无论追踪方式采用Inside-out还是Outside-in模式，都需要通过在被追踪物体上安装特殊模块来实现追踪。

由于在实际加工制造、运输存储或安装等环节存在的加工误差、材料形变、装配误差等因素的影响，追踪模块在被追踪物体上的实际安装关系与理论推导的结果可能存在较大的偏差。此时如果仍然使用理论推导的结果对追踪得到的位置与姿态进行转换，则会带来较大的误差，影响用户体验。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的至少一个实施例提供了一种安装关系的标定方法、系统及存储介质。

第一方面，本发明实施例提供了一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，所述标定方法包括：

S1、通过标定工具对被追踪物体进行标定，获取标定工具的第一位置姿态信息；

S2、根据所述标定工具的第一位置姿态信息得到所述被追踪物体的第二位置姿态信息；

S3、获取所述追踪模块的第三位置姿态信息；

S4、根据所述第二位置姿态信息和所述第三位置姿态信息计算所述追踪模块和被追踪物体的位置和姿态转换关系，将所述位置和姿态转换关系作为所述安装关系。

基于上述技术方案，本发明实施例还可以做出如下改进。

结合第一方面，在第一方面的第一种实施例中，所述根据所述标定工具的第一位置姿态信息得到所述被追踪物体的第二位置姿态信息，包括：

根据所述被追踪物体和所述标定工具的连接方式得到所述被追踪物体和所述标定工具的位置姿态转换关系；

根据所述位置姿态转换关系将所述第一位置姿态信息转换为所述被追踪物体的第二位置姿态信息。

结合第一方面，在第一方面的第二种实施例中，所述根据所述标定工具的第一位置姿态信息得到所述被追踪物体的第二位置姿态信息，包括：

所述通过标定工具对被追踪物体进行标定，包括：

将在所述被追踪物体上指定的多个标定点作为标定工具；

所述根据所述标定工具的第一位置姿态信息得到所述被追踪物体的第二位置姿态信息，包括：

根据多个所述标定点的第一位置姿态信息进行计算得到所述被追踪物体的第二位置姿态信息。

结合第一方面，在第一方面的第三种实施例中，所述标定方法还包括：

重复进行S1～S3得到多组第二位置姿态信息和第三位置姿态信息；

剔除多组所述第二位置姿态信息和第三位置姿态信息中的异常值；

将所有所述第二位置姿态信息取平均值得到被追踪物体位置姿态信息；

将所有所述第三位置姿态信息取平均值得到追踪模块位置姿态信息；

根据所述被追踪物体位置姿态信息和所述追踪模块位置姿态信息计算所述追踪模块和被追踪物体的位置和姿态转换关系，将所述位置和姿态转换关系作为所述安装关系。

结合第一方面或第一方面的第一、第二或第三种实施例中任意一种实施例，在第一方面的第四种实施例中，所述标定方法还包括：

在所述追踪模块上设置有至少一个定位传感器或者至少一个光学定位标记；

在所述标定工具上设置有至少一个定位传感器或者至少一个光学定位标记。

结合第一方面的第四种实施例，在第一方面的第五种实施例中，所述定位传感器包括：成像传感器、惯性传感器或磁场传感器；所述光学定位标记包括：具有回归反射涂层的小球、LED灯或荧光标记。

结合第一方面的第五种实施例，在第一方面的第六种实施例中，所述通过标定工具对被追踪物体进行标定，获取标定工具的第一位置姿态信息，包括：

获取所述标定工具上定位传感器的定位数据，根据所述定位数据得到所述第一位置姿态信息；

或者，获取所述标定工具的定位图像；从定位图像中获取标定工具上光学定位标记的位置数据，根据所述位置数据得到所述第一位置姿态信息。

结合第一方面的第五种实施例，在第一方面的第七种实施例中，所述获取所述追踪模块的第三位置姿态信息，包括：

获取所述追踪模块上定位传感器的定位数据，根据所述定位数据得到所述第三位置姿态信息；

或者，获取所述追踪模块的定位图像；从定位图像中获取追踪模块上光学定位标记的位置数据，根据所述位置数据得到所述第三位置姿态信息。

第二方面，本发明实施例提供了一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定系统，所述安装关系的标定系统包括处理器、存储器；所述处理器用于执行所述存储器中存储的安装关系的标定程序，以实现第一方面中任一实施例所述的安装关系的标定方法。

第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可存储介质，其特征在于，所述计算机可存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现第一方面中任一实施例所述的安装关系的标定方法。

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实施例在被追踪物体上固定连接一标定工具，通过获取标定工具的位置姿态信息，从而根据标定工具的位置姿态信息得到被追踪物体的位置姿态信息，然后获取追踪模块的位置姿态信息，根据被追踪物体和追踪模块的位置姿态信息得到两者的位置和姿态转换关系作为两者的安装关系，通过引入第三方标定工具规避由加工安装精度或材料形变引起的追踪模块和被追踪物体的安装关系的误差，给出了更为精确的追踪模块和被追踪物体之间的安装关系。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法流程示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法流程示意图；

图3是本发明又一实施例提供的一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法流程示意图；

图4是本发明又一实施例提供的一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，标定方法包括：

S1、通过标定工具对被追踪物体进行标定，获取标定工具的第一位置姿态信息。

在本实施例中，在虚拟现实技术领域中，追踪系统可以输出的是追踪模块的位置与姿态信息，将追踪模块安装在被追踪物体上，以得到被追踪物体的位置和姿态信息，但是追踪模块在被追踪物体上的安装关系是未知的，无法求得对应的坐标变换，而且在实际加工制造、运输存储或安装等环节存在的加工误差、材料形变、装配误差等因素的影响，追踪模块在被追踪物体上的实际安装关系与理论推导的结果可能存在较大的偏差。此时如果仍然使用理论推导的结果对追踪得到的位置与姿态进行转换，则会带来较大的误差，影响用户体验。

在本实施例中，将标定工具与被追踪物体固定连接，通过获取标定工具的位置姿态信息作为该第一位置姿态信息，具体的，可以通过在标定工具上进行一系列标定点标记，通过拍摄该标定工具上的标定点标记，利用拍摄工具的内参和外参和拍摄的图像换算出标定工具与拍摄工具的间距，根据拍摄工具的位置即可得到标定工具的位置，而后根据标定工具上的标定点标记即可得到该标定工具的姿态信息；或者，在标定工具上设置用于追踪标定工具的追踪模块，来得到标定工具的位置和姿态信息。

S2、根据标定工具的第一位置姿态信息得到被追踪物体的第二位置姿态信息。

在本实施例中，根据标定工具的第一位置姿态信息得到被追踪物体的第二位置姿态信息，可以根据标定工具与被追踪物体的连接关系转换第一位置姿态信息得到被追踪物体的第二位置姿态信息，或者，根据上述步骤中，在被追踪物体上也添加一系列标定点标记，通过获取标定点标记的排列情况来得到被追踪物体的位置和姿态信息作为第二位置姿态信息。

比如，在本实施例中，可以根据被追踪物体和标定工具的连接方式得到被追踪物体和标定工具的位置姿态转换关系；根据位置姿态转换关系将第一位置姿态信息转换为被追踪物体的第二位置姿态信息。

比如，在本实施例中，可以在所述被追踪物体上指定的多个标定点作为标定工具，分别获取每个标定点的第一位置姿态信息；根据多个所述标定点的第一位置姿态信息进行计算得到所述被追踪物体的第二位置姿态信息，比如，在任一物体上设置三个点，根据三个点的位置姿态变化，即可得到该物体的位置姿态变化。

如图2所示，比如，在本实施例中，得到第二位置姿态信息的方法包括：

S21、在被追踪物体上指定多个标定点。

在本实施例中，在被追踪物体上指定多个标定点，当被追踪物体的姿态发生变化时，标定点就会对应发生变化，所以通过确定标定点的位置后，即可确认得到被追踪物体的位置和姿态信息。

S22、根据被追踪物体和标定工具的连接方式得到被追踪物体和标定工具的位置姿态转换关系。

在本实施例中根据被追踪物体和标定工具的连接方式得到被追踪物体和标定工具的位置姿态转换关系，进而确定标定工具与被追踪物体上每个标定点的位置姿态转换关系。

S23、根据位置姿态转换关系将第一位置信息转换得到每个标定点的坐标位置。

在本实施例中，根据位置姿态转换关系和标定工具的第一位置信息进行转换得到每个预先设定的标定点的坐标位置。

S24、根据所有标定点的坐标位置计算得到被追踪物体的第二位置姿态信息。

根据被追踪物体上的每个标定点的坐标位置，即可得到此时被追踪物体的位置姿态信息，即第二位置姿态信息。

S3、获取追踪模块的第三位置姿态信息。

在本实施例中，由于追踪模块能够输出自身的位置和姿态信息，所以通过追踪系统直接获取追踪模块输出的位置和姿态信息，得到追踪模块的第三位置姿态信息。

S4、根据第二位置姿态信息和第三位置姿态信息计算追踪模块和被追踪物体的位置和姿态转换关系，将位置和姿态转换关系作为安装关系。

在本实施例中，根据被追踪物体的第二位置姿态信息和追踪物体的第三位置姿态信息进行计算，得到被追踪物体和追踪模块的位置和姿态转换关系，比如，通过第三位置姿态信息进行平移和旋转得到第二位置姿态信息的平移量和旋转量为该位置和姿态转换关系，将该位置和姿态转换关系，作为追踪模块和被追踪物体的安装关系。

在本实施例中，在追踪模块上设置有至少一个定位传感器或者至少一个光学定位标记；在标定工具上设置有至少一个定位传感器或者至少一个光学定位标记。具体的，定位传感器包括：成像传感器、惯性传感器或磁场传感器；光学定位标记包括：具有回归反射涂层的小球、LED灯或荧光标记。

定位传感器可以直接获取到追踪模块或者标定工具的位置姿态信息；通过光学定位标记标记上述步骤中的标定点，获取标定工具或追踪模块的定位图像；从定位图像中获取标定工具上光学定位标记的位置数据，比如，根据拍摄定位图像的摄像头的内外参参数和相关的像素进行换算，即可得到位置数据。

如图3所示，本发明实施例提供了一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，标定方法还包括：

S31、获取与被追踪物体固定连接的标定工具的第一位置姿态信息。

在本实施例中，在虚拟现实技术领域中，追踪系统可以输出的是追踪模块的位置与姿态信息，将追踪模块安装在被追踪物体上，以得到被追踪物体的位置和姿态信息，但是追踪模块在被追踪物体上的安装关系是未知的，无法求得对应的坐标变换，而且在实际加工制造、运输存储或安装等环节存在的加工误差、材料形变、装配误差等因素的影响，追踪模块在被追踪物体上的实际安装关系与理论推导的结果可能存在较大的偏差。此时如果仍然使用理论推导的结果对追踪得到的位置与姿态进行转换，则会带来较大的误差，影响用户体验。

在本实施例中，将标定工具与被追踪物体固定连接，通过获取标定工具的位置姿态信息作为该第一位置姿态信息，具体的，可以通过在标定工具上进行一系列标定点标记，通过拍摄该标定工具上的标定点标记，利用拍摄工具的内参和外参和拍摄的图像换算出标定工具与拍摄工具的间距，根据拍摄工具的位置即可得到标定工具的位置，而后根据标定工具上的标定点标记即可得到该标定工具的姿态信息；或者，在标定工具上设置用于追踪标定工具的追踪模块，来得到标定工具的位置和姿态信息。

S32、根据标定工具的第一位置姿态信息得到被追踪物体的第二位置姿态信息。

在本实施例中，根据标定工具的第一位置姿态信息得到被追踪物体的第二位置姿态信息，可以根据标定工具与被追踪物体的连接关系转换第一位置姿态信息得到被追踪物体的第二位置姿态信息，或者，根据上述步骤中，在被追踪物体上也添加一系列标定点标记，通过获取标定点标记的排列情况来得到被追踪物体的位置和姿态信息作为第二位置姿态信息。

比如，在本实施例中，可以根据被追踪物体和标定工具的连接方式得到被追踪物体和标定工具的位置姿态转换关系；根据位置姿态转换关系将第一位置姿态信息转换为被追踪物体的第二位置姿态信息。

S33、获取追踪模块的第三位置姿态信息。

在本实施例中，由于追踪模块能够输出自身的位置和姿态信息，所以通过追踪系统直接获取追踪模块输出的位置和姿态信息，得到追踪模块的第三位置姿态信息。

S34、重复进行S31～S33得到多组第二位置姿态信息和第三位置姿态信息。

S35、剔除多组第二位置姿态信息和第三位置姿态信息中的异常值。

在本实施例中，将步骤S31～S33重复预设次数后，得到多组第二位置姿态信息和第三位置姿态信息，通过比较过滤掉第二位置姿态信息和第三位置姿态信息中的异常值，比如通过一致性检测，过滤掉第二位置姿态信息中明显与其他第二位置姿态信息差异过大的第二位置姿态信息，同理，过滤掉第三位置姿态信息中的异常值，以降低计算误差对最终结果的影响。

S36、将所有第二位置姿态信息取平均值得到被追踪物体位置姿态信息。

S37、将所有第三位置姿态信息取平均值得到追踪模块位置姿态信息。

将过滤后的所有第二位置姿态信息取平均值得到被追踪物体位置姿态信息，将过滤后的所有第三位置姿态信息取平均值得到追踪模块位置姿态信息，通过平均各个流程得到的第二位置姿态信息和第三位置姿态信息来降低最终误差，避免单次误差导致结果偏差较大，提高数据的准确性。

S38、根据被追踪物体位置姿态信息和追踪模块位置姿态信息计算追踪模块和被追踪物体的位置和姿态转换关系，将位置和姿态转换关系作为安装关系。

在本实施例中，根据被追踪物体位置姿态信息和追踪物体位置姿态信息进行计算，得到被追踪物体和追踪模块的位置和姿态转换关系，比如，通过追踪物体位置姿态信息进行平移和旋转得到被追踪物体位置姿态信息的平移量和旋转量为该位置和姿态转换关系，将该位置和姿态转换关系，作为追踪模块和被追踪物体的安装关系。

如图4所示，本发明实施例提供了一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定系统，安装关系的标定系统包括处理器、存储器；处理器用于执行存储器中存储的安装关系的标定程序，以实现上述任一实施例的安装关系的标定方法。

对上述实施例中的系统或装置提供用于记录可以实现上述实施例的功能的软件程序的程序代码的存储介质，并通过系统或装置的计算机(或CPU或MPU)读取并执行存储在存储介质中的程序代码。

在这种情况下，从存储介质读出的程序代码本身执行上述实施例的功能，而存储程序代码的存储介质构成本发明实施例。

作为用于提供程序代码的存储介质，例如软盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、CD-R、磁带、非易失存储卡、ROM、以及类似物都可以使用。

上述实施例的功能不仅可以通过由计算机执行读出的程序代码来实现，而且也可以通过在计算机上运行的OS(操作系统)根据程序代码的指令执行的一些或全部的实际处理操作来实现。

此外，本发明实施例还包括这样一种情况，即在从存储介质读出的程序代码被写入被插入计算机的功能扩展卡之后，或者被写入和计算机相连的功能扩展单元内提供的存储器之后，在功能扩展卡或功能扩展单元中包括的CPU或类似物按照程序代码的命令执行部分处理或全部处理，从而实现上述实施例的功能。

本发明实施例提供了一种计算机可存储介质，其特征在于，计算机可存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述任一实施例的安装关系的标定方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，其特征在于，所述标定方法包括：

S1、通过标定工具对被追踪物体进行标定，获取标定工具的第一位置姿态信息；

S2、根据所述标定工具的第一位置姿态信息得到所述被追踪物体的第二位置姿态信息；

S3、获取所述追踪模块的第三位置姿态信息；

S4、根据所述第二位置姿态信息和所述第三位置姿态信息计算所述追踪模块和被追踪物体的位置和姿态转换关系，将所述位置和姿态转换关系作为所述安装关系。

2.根据权利要求1所述的追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，其特征在于，所述根据所述标定工具的第一位置姿态信息得到所述被追踪物体的第二位置姿态信息，包括：

根据所述被追踪物体和所述标定工具的连接方式得到所述被追踪物体和所述标定工具的位置姿态转换关系；

根据所述位置姿态转换关系将所述第一位置姿态信息转换为所述被追踪物体的第二位置姿态信息。

3.根据权利要求1所述的追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，其特征在于，所述通过标定工具对被追踪物体进行标定，包括：

将在所述被追踪物体上指定的多个标定点作为标定工具；

所述根据所述标定工具的第一位置姿态信息得到所述被追踪物体的第二位置姿态信息，包括：

根据多个所述标定点的第一位置姿态信息进行计算得到所述被追踪物体的第二位置姿态信息。

4.根据权利要求1所述的追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，其特征在于，所述标定方法还包括：

重复进行S1～S3得到多组第二位置姿态信息和第三位置姿态信息；

剔除多组所述第二位置姿态信息和第三位置姿态信息中的异常值；

将所有所述第二位置姿态信息取平均值得到被追踪物体位置姿态信息；

将所有所述第三位置姿态信息取平均值得到追踪模块位置姿态信息；

根据所述被追踪物体位置姿态信息和所述追踪模块位置姿态信息计算所述追踪模块和被追踪物体的位置和姿态转换关系，将所述位置和姿态转换关系作为所述安装关系。

5.根据权利要求1～4中任一所述的追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，其特征在于，所述标定方法还包括：

在所述追踪模块上设置有至少一个定位传感器或者至少一个光学定位标记；

在所述标定工具上设置有至少一个定位传感器或者至少一个光学定位标记。

6.根据权利要求5所述的追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，其特征在于，所述定位传感器包括：成像传感器、惯性传感器或磁场传感器；所述光学定位标记包括：具有回归反射涂层的小球、LED灯或荧光标记。

7.根据权利要求6所述的追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，其特征在于，所述通过标定工具对被追踪物体进行标定，获取标定工具的第一位置姿态信息，包括：

获取所述标定工具上定位传感器的定位数据，根据所述定位数据得到所述第一位置姿态信息；

或者，获取所述标定工具的定位图像；从定位图像中获取标定工具上光学定位标记的位置数据，根据所述位置数据得到所述第一位置姿态信息。

8.根据权利要求6所述的追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定方法，其特征在于，所述获取所述追踪模块的第三位置姿态信息，包括：

获取所述追踪模块上定位传感器的定位数据，根据所述定位数据得到所述第三位置姿态信息；

或者，获取所述追踪模块的定位图像；从定位图像中获取追踪模块上光学定位标记的位置数据，根据所述位置数据得到所述第三位置姿态信息。

9.一种追踪模块与被追踪物体的安装关系的标定系统，其特征在于，所述安装关系的标定系统包括处理器、存储器；所述处理器用于执行所述存储器中存储的安装关系的标定程序，以实现权利要求1～8中任一项所述的安装关系的标定方法。

10.一种计算机可存储介质，其特征在于，所述计算机可存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现权利要求1～8中任一项所述的安装关系的标定方法。