CN110058186B - 磁传感器校准系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及校准磁传感器。一种校准系统包括：包括限定内体积的三对线圈的亥姆霍兹装置，其中每对线圈生成在整个内体积中均匀的磁场；接纳包括磁传感器的设备的安装件，其中安装件的至少一部分被定位在内体积内，使得当该设备被定位在安装件上时磁传感器被定位在内体积的中心处或附近；以及与亥姆霍兹装置和磁传感器通信的计算机系统，其中计算机系统被配置成：提供使每对线圈生成磁场的指令；从磁传感器接收基于在磁传感器处接收到的磁场的特性的信号；基于从磁传感器接收到的信号来测量磁传感器的一个或更多个特性；以及基于磁传感器的一个或更多个特性以及所提供的指令、使用校准算法来确定针对磁传感器的一个或更多个校准校正因子。

Description

磁传感器校准系统和方法
优先权声明
本申请根据35USC§119(e)要求于2018年1月19日提交的美国专利申请序列号62/619,232的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开内容涉及校准磁传感器。
背景技术
通常的电磁跟踪(EMT)系统尤其是增强现实(AR)和虚拟现实(VR)系统可以在各种情境(例如，游戏、医疗等)中确定设备的位置。这样的系统利用靠近磁传感器的磁变送器使得传感器和变送器可以在空间上相对于彼此定位。变送器相对于传感器的不正确校准(传感器相对于变送器的不正确校准)可能导致EMT系统报告传感器或变送器的错误位置。
发明内容
可以通过将传感器定位在亥姆霍兹(Helmholtz)装置(例如，亥姆霍兹线圈)中来执行对磁传感器的校准，该亥姆霍兹装置被配置成生成一个或更多个已知磁场(例如，充分受控且明确限定的磁场)。以这种方式，亥姆霍兹装置充当虚拟变送器。可以被并入到诸如头戴式显示器(HMD)的设备中的传感器可以被定位在亥姆霍兹装置中(例如，该亥姆霍兹装置的体积的中心附近)，例如被定位在生成的磁场已知或预期已知的位置中。在一些实现方式中，亥姆霍兹装置可以在校准期间以相对低的频率(例如，90Hz)生成磁场，以最小化或消除所生成的磁场中的可能由其中并入了传感器的HMD的材料引起的干扰。
生成的磁场被传感器接收并被转换成指示传感器的一个或更多个特性的一个或更多个电信号(例如，传感器表征数据)。
计算机系统可以使用校准算法来确定一个或更多个校准校正因子。校准校正因子可以用于校正(例如，校准)传感器，使得根据传感器获得的未来读数得到准确的位置与取向确定(例如，相对于亥姆霍兹装置的坐标系，以及相对于在AR系统、VR系统和/或EMT系统中使用的变送器)。
总的来说，在一方面，校准系统包括亥姆霍兹装置，亥姆霍兹装置包括限定内体积的三对线圈。这三对线圈中的每一对被配置成生成在整个内体积中均匀的磁场。校准系统还包括被配置成接纳包括磁传感器的设备的安装表面(例如，安装件)。安装件的至少一部分被定位在内体积内，使得当设备被定位在安装件上时磁传感器被定位在内体积的中心处或附近。校准系统还包括计算机系统，计算机系统被配置成与亥姆霍兹装置和磁传感器通信。计算机系统被配置成：提供使三对线圈中的每一对生成磁场的指令；从磁传感器接收基于在磁传感器处接收到的磁场的特性的信号；基于从磁传感器接收到的信号来测量磁传感器的一个或更多个特性；以及基于磁传感器的一个或更多个特性以及所提供的指令、使用校准算法来确定针对磁传感器的一个或更多个校准校正因子。
实现方式可以包括下述特征中的一个或更多个。
在一些实现方式中，计算机系统被配置成创建包括校准校正因子的校准文件，并将该校准文件应用于磁传感器。
在一些实现方式中，该设备是头戴式显示器，并且安装件被配置成将头戴式显示器和磁传感器保持在相对于亥姆霍兹装置的固定位置和取向。
在一些实现方式中，该设备被配置成与计算机系统或亥姆霍兹装置中的一者或两者通信。
在一些实现方式中，该设备被配置用于在增强现实(AR)系统或虚拟现实(VR)系统中的一者或两者中使用。
在一些实现方式中，三对线圈中的每一对被配置成以小于100Hz的频率生成磁场。
在一些实现方式中，三对线圈中的每一对被配置成以90Hz的频率生成磁场。
在一些实现方式中，磁传感器被配置成当在AR系统或VR系统中使用时接收具有大于30KHz的频率的磁场。
在一些实现方式中，安装件被配置成接纳经校准的磁传感器。计算机系统被配置成：提供使三对线圈中的每一对生成在整个内体积中均匀的第二磁场；从经校准的磁传感器接收基于在经校准的磁传感器处接收到的第二磁场的特性的信号；以及基于从经校准的磁传感器接收到的信号来测量经校准的磁传感器的一个或更多个特性；以及基于经校准的磁传感器的一个或更多个特性、使用校准算法来确定针对三对线圈中的一对或更多对的一个或更多个校准校正因子。
在一些实现方式中，计算机系统被配置成创建包括校准校正因子的一个或更多个校准文件，并且将这一个或更多个校准文件应用于三对线圈中的一对或更多对。
在一些实现方式中，基于针对三对线圈中的一对或更多对的一个或更多个校准校正因子来调整使三对线圈中的每一对生成磁场的指令。
总的来说，在另一方面，一种方法包括由计算机系统提供使电流流过限定内体积的三对线圈中的每一对的指令。电流使三对线圈中的每一对生成在整个内体积中均匀的磁场。该方法还包括从被并入到被定位在内体积内的设备中的磁传感器接收基于在磁传感器处接收到的磁场的特性的信号。该方法还包括基于从磁传感器接收到的信号来测量磁传感器的一个或更多个特性。该方法还包括基于磁传感器的一个或更多个特性以及所提供的指令、使用校准算法来确定针对磁传感器的一个或更多个校准校正因子。
实现方式可以包括下述特征中的一个或更多个。
在一些实现方式中，该方法还包括创建包括校准校正因子的校准文件，以及将校准文件应用于磁传感器。
在一些实现方式中，上述设备是头戴式显示器，并且安装件被配置成将头戴式显示器和磁传感器保持在相对于三对线圈的固定位置和取向。
在一些实现方式中，磁传感器、设备或三对线圈中的一者或更多者被配置成与计算机系统通信。
在一些实现方式中，该设备被配置用于在增强现实(AR)系统或虚拟现实(VR)系统中的一者或两者中使用。
在一些实现方式中，三对线圈中的每一对被配置成以小于100Hz的频率生成磁场。
在一些实现方式中，三对线圈中的每一对被配置成以90Hz的频率生成磁场。
在一些实现方式中，磁传感器被配置成当在AR系统或VR系统中使用时接收具有大于30KHz的频率的磁场。
在一些实现方式中，该方法包括由计算机系统提供使第二电流流过三对线圈中的每一对的指令。第二电流使三对线圈中的每一对生成在整个内体积中均匀的第二磁场。该方法还包括从被定位在内体积内的经校准的磁传感器接收基于在经校准的磁传感器处接收到的第二磁场的特性的信号。该方法还包括基于从经校准的磁传感器接收到的信号来测量经校准的磁传感器的一个或更多个特性。该方法还包括基于经校准的磁传感器的一个或更多个特性、使用校准算法来确定针对三对线圈中的一对或更多对的一个或更多个校准校正因子。
在一些实现方式中，该方法还包括创建包括校准校正因子的一个或更多个校准文件，并且将这一个或更多个校准文件应用于三对线圈中的一对或更多对。
在一些实现方式中，基于针对三对线圈中的一对或更多对的一个或更多个校准校正因子来调整使三对线圈中的每一对生成磁场的指令。
本文描述的系统的优点包括使用专用校准装置快速且准确地校准多个传感器(例如，多个被测设备(DUT))。亥姆霍兹装置不需要移动部件(例如，将变送器移动至多个不同位置)。相反，亥姆霍兹装置充当虚拟变送器，其生成一个或更多个磁场使传感器提供特定的表征数据。亥姆霍兹装置简化了校准过程并且加快了校准和测试。消除了对三轴平移系统(例如，包括机架的系统)的需求。
此外，传感器可以在被并入到设备(例如，HMD)中时被校准，从而消除了在校准之前从HMD移除传感器的需要。(例如，当在AR，VR和/或EMT系统中实现时)，由于在最终使用传感器的设备(例如，HMD)上执行校准，因此得到的校准可以具有改善的准确性。在一些实现方式中，亥姆霍兹装置的成对线圈被配置成以相对低的频率(例如，90Hz)生成磁场以最小化可能由HMD的材料引起的干扰。例如，其中并入了传感器的HMD可能包括一种或更多种材料(例如，金属材料)，这些材料可能响应于具有相对高的频率(例如，34KHz)的磁场而产生涡电流。这种涡电流可能导致生成的磁场扭曲，使得传感器接收到扭曲的磁场。然而，以约90Hz的相对低的频率生成的磁场可以减少或消除涡电流的发生，从而允许传感器接收由亥姆霍兹装置生成的预期的(例如，真实的)磁场。
在附图和以下描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。根据该描述和附图以及权利要求书，其他特征、目的和优点将变得明显。
附图说明
图1是示例性电磁跟踪(EMT)系统的示意图。
图2示出了包括用于辅助校准在图1的EMT系统中使用的传感器的亥姆霍兹装置的校准系统的示例。
图3示出了在自校准模式下操作的图2中的校准系统和亥姆霍兹装置。
图4示出了可以用于实现本文描述的技术的计算设备和移动计算设备的示例。
在各个附图中，相同的附图标记指示相同的要素。
具体实施方式
电磁跟踪(EMT)系统可以用于游戏和/或手术设置中以跟踪设备(例如，游戏控制器、头戴式显示器、医疗设备、机器人臂等)，从而允许系统的用户知道它们各自的三维位置和取向。增强现实(AR)和虚拟现实(VR)系统还使用EMT系统来执行例如头部、手部和身体跟踪以使用户的运动与AR/VR内容同步。这种系统使用靠近磁传感器的磁变送器来确定传感器相对于变送器的位置和/或取向。对这种系统中所使用的变送器和传感器进行校准以确保该变送器和传感器能够向用户提供准确的位置和取向信息。如果传感器或变送器未经校准或未正确校准，则可能大幅降低准确度。
可以由包括亥姆霍兹装置(例如，亥姆霍兹线圈)的校准系统来执行对磁传感器的校准。传感器可以被定位在亥姆霍兹装置中，该亥姆霍兹装置被配置成生成一个或更多个均匀磁场(充分受控且明确限定的磁场)。以这种方式，亥姆霍兹装置充当虚拟变送器。例如，被定位在亥姆霍兹装置中的安装表面(例如，安装件)被配置成容纳包括传感器的设备(例如，头戴式显示器(HMD))。该设备和传感器被定位在亥姆霍兹装置的特定位置(例如，中心位置)处，该位置处的磁场是均匀的。与亥姆霍兹装置通信的计算机系统可以提供使该亥姆霍兹装置生成一个或更多个磁场(例如，充分受控且明确限定的磁场)的指令。例如，特定指令可以使亥姆霍兹装置生成预期具有特定特性的一个或更多个磁场。以这种方式，生成的磁场的特性对于设备和传感器所处的位置是已知的(例如，假设亥姆霍兹装置是经校准的)。在一些实现方式中，可在校准传感器之前校准亥姆霍兹装置，在下文中更详细地描述。
传感器接收(例如，感测)生成的磁场并将该磁场转换成指示该传感器的一个或更多个特性的一个或更多个电信号(例如，传感器表征数据)。在一些示例中，传感器表征数据可以指示传感器相对于亥姆霍兹装置的位置和取向。
基于磁传感器的特性以及所提供的使亥姆霍兹装置生成一个或更多个磁场的指令，计算机系统可以根据校准算法来确定一个或更多个校准校正因子。校准校正因子可用于校准传感器，使得根据传感器获得的未来读数而得到由计算机系统确定的准确P&O数据以及由其中包括该传感器的AR、VR和/或EMT系统确定的准确P&O数据。
图1示出了可以用作VR/AR系统的一部分的EMT系统100的示例。EMT系统100至少包括头戴式显示器(HMD)102，该头戴式显示器包括磁传感器112和包括磁变送器114的控制器104。HMD 102和控制器104被配置成跟踪在三维空间中相对于彼此的位置(例如，以x、y和z表示)和取向(例如，以方位、高度和侧倾表示)。例如，HMD 102被配置成相对于由控制器104的变送器114限定的参考系来跟踪HMD 102的传感器112。例如，控制器104的变送器114被配置成相对于由变送器114的位置和取向限定的参考系来跟踪HMD 102的传感器112，并且/或者HMD102的传感器112被配置成相对于由传感器112的位置和取向限定的参考系来跟踪控制器104的变送器114。可以根据过程类型、测量性能要求等来确定由EMT系统100采用的特定的传感器112和变送器114。
可以在跟踪体积106内相对于彼此跟踪HMD 102和控制器104的位置和取向。虽然跟踪体积106被示为限定空间，但是应当理解，跟踪体积106可以是任何三维空间，包括无量纲的三维空间(例如，大型室内和/或室外区域等)。
在一些实现方式中，变送器114包括三个正交缠绕的磁线圈，其在本文中被称为x线圈、y线圈和z线圈。流过这三个线圈的电流使线圈以三个频率(例如，三个不同的频率)产生三个磁场(例如，正交的正弦磁场)。这三个频率可以是三个紧密间隔的频率，例如34Khz、34.25Khz和34.5KHz，但是也可以使用或可替选地使用其他频率。在一些实现方式中，线圈可以以同一频率(例如，34KHz)产生磁场。传感器112也包括三个缠绕(例如，正交缠绕)的磁线圈，其在本文中被称为x线圈、y线圈和z线圈。响应于借助磁感应而感测的磁场，在传感器112的线圈中感应出电压。传感器112的每个线圈针对由变送器114的线圈生成的每个磁场而生成电信号；例如，传感器112的x线圈响应于由变送器114的x线圈生成的(以及，例如由其感测/从其接收到的)磁场而生成第一电信号，响应于由变送器114的y线圈生成的(以及，例如由其感测/从其接收到的)磁场而生成第二电信号，以及响应于由变送器114的z线圈生成的(以及，例如由其感测/从其接收到的)磁场而生成第三电信号。类似地，传感器112的y线圈和z线圈针对由变送器114的线圈生成的磁场中的每个来生成电信号。
在所示的示例中，传感器112被并入到EMT系统100中，并且因此，来自传感器112的数据指示了传感器112相对于变送器114的位置和取向，或者指示了变送器114相对于传感器112的位置和取向。来自传感器112的数据可以被表示为数据矩阵(例如，3×3矩阵)，其可以被分解为传感器112相对于变送器114的位置和取向，或者被分解为变送器114相对于传感器112的位置和取向。以这种方式，测量出传感器112和变送器114的位置和取向。具体地，被并入到HMD 102中的电子器件被配置成基于由变送器114生成的磁场的特性和由传感器112生成的各种电信号来确定控制器104相对于HMD 102的位置和取向。如下文所述，单独的计算机系统(例如，图2和图3的计算机系统212)可以被配置成确定传感器和/或变送器的位置和取向。
如果变送器114和/或传感器112未被准确校准，则所确定的(例如，所测量的)变送器114和/或传感器112的位置和取向可能不会反映出真实的(例如，实际的)位置和取向。这样，在EMT系统100中使用(例如被并入到HMD 102中的)传感器112之前，应当校准该传感器112。
校准传感器
图2示出了校准系统200的示例，该校准系统包括用于校准传感器(例如，图1中的传感器112)的亥姆霍兹装置202(例如，亥姆霍兹线圈)。亥姆霍兹装置202可以用于在传感器112被并入到(例如，被容纳在)控制器102中的同时校准传感器112。亥姆霍兹装置202可以被配置成校准多个被测设备(例如，DUT)。也就是说，亥姆霍兹装置202可以对被并入到第一HMD中的第一传感器形式的第一DUT、被并入到第二HMD中的第二传感器形式的第二DUT等进行校准。对多个DUT的这种校准可以确保遍及各种EMT系统100的所有传感器112和HMD102具有共同的校准特性。
亥姆霍兹装置202包括三组成对线圈220A、220B，230A、230B，240A、240B，其可被布置和组合在一起以沿着由亥姆霍兹装置202限定的坐标系(例如，x轴、y轴和z轴)创建均匀磁场。磁场的均匀性取决于成对线圈的大小、形状和几何结构，较大的线圈通常会提供较大的中心均匀区域。这种亥姆霍兹装置202有利地用于对传感器112的校准，因为亥姆霍兹装置202的整个内体积中(例如，传感器112和HMD 102所在的位置)的磁场是均匀的、已知的且明确限定的。亥姆霍兹装置202的整个内体积中的(例如，由成对线圈220、230、240界定和限定的)磁场保持恒定，因此磁场形成了针对传感器112进行校准的基础。校准系统200包括安装表面。具体地，在所示的示例中，校准系统200包括安装件206，安装件206的至少一部分位于由成对线圈220、230、240限定的亥姆霍兹装置202的内体积内。安装件206被配置成容纳设备以进行校准。例如，包括图1的传感器112的HMD 102可以被放置在安装件206上以进行校准。在一些实现方式中，安装件206被定位成使得当HMD 102被定位在安装件206上时传感器112被定位在亥姆霍兹装置202的体积的中心处或附近。在一些实现方式中，安装件206包括被配置成与HMD 102的对应孔对接以在校准期间帮助将HMD 102保持在安装件206上的位置处的一个或更多个机构(例如，钉或销)。在一些实现方式中，安装件206可以可替选地或附加地包括用于帮助将控制器102保持在适当位置的额外的固定元件，例如线束。
校准系统200还包括通信接口210，其允许亥姆霍兹装置202与计算设备(例如计算机系统212)进行交互。也就是说，通信接口210有助于亥姆霍兹装置202与计算机系统212之间的通信。在一些实现方式中，计算机系统212是校准系统200的一部分。虽然计算机系统212被示为通过有线连接而连接到亥姆霍兹装置202，但是在一些实现方式中，亥姆霍兹装置202可以包括无线通信能力以使亥姆霍兹装置202可以与计算机系统212无线地通信。成对线圈220、230、240连接到通信接口210，使得计算机系统212可以与成对线圈220、230、240通信(例如，向成对线圈220、230、240提供信号和/或指令)。
HMD 102和传感器112被定位在安装件206上，使得传感器112在亥姆霍兹装置202的均匀场内具有固定位置和取向。计算机系统212被配置成提供使亥姆霍兹装置202生成一个或更多个磁场(例如，充分受控的、明确限定的、均匀的磁场)的指令。例如，计算机系统212可以提供包括使成对线圈220、230、240生成磁场的电参数(例如，电流参数、电压参数等)的指令。
在一些实现方式中，代替和/或除了作为校准系统200的单独部件提供的计算机系统212之外，亥姆霍兹装置202还可以包括一个或更多个计算机部件，使得亥姆霍兹装置202本身包括和/或充当计算机系统。例如，亥姆霍兹装置202可以包括使亥姆霍兹装置202执行如本文关于计算机系统212所描述的各种功能(例如，生成磁场等)的计算机部件。
在校准传感器112之前，亥姆霍兹装置202可以进行其自己的校准以确保成对线圈220、230、240是经校准的。例如，可以校准亥姆霍兹装置202以确保提供给亥姆霍兹装置202以使成对线圈220、230、240生成磁场的指令实际上确实使得成对线圈220、230、240生成具有预期特性的磁场。下面更详细地描述对亥姆霍兹装置202的这种校准。
(例如，在校准亥姆霍兹装置202之后或者在确认亥姆霍兹装置202已被校准之后)第一DUT被放置在安装件206上。具体地，包括传感器112的HMD 102被定位在安装件206上。在一些实现方式中，安装件206可以包括电触点，该电触点被配置成与HMD 102的电触点形成电连接，使得亥姆霍兹装置202和HMD 102(例如，和传感器112)可以进行交互和交换信息。在一些实现方式中，HMD 102可以以其他方式电连接到亥姆霍兹装置202和/或连接到计算机系统212(例如，通过通用串行总线(USB)电缆)。在一些实现方式中，HMD 102可以被配置成通过无线连接与亥姆霍兹装置202和/或计算机系统212交换信息。
在HMD 102位于安装件206上的情况下，计算机系统212可以使成对线圈220、230、240生成一个或更多个均匀磁场。具体地，计算机系统212提供指令以使得：电流流过第一对线圈220(例如，x线圈)以生成x磁场，电流流过第二对线圈230(例如，y线圈)以生成y磁场，以及电流流过第三对线圈240(例如，z线圈)以生成z磁场，从而使亥姆霍兹装置202产生三个正交磁场。这些可以是正弦、脉冲DC或一些其他激励。可以以特定频率(例如，同一频率、不同频率等)生成x场、y场和z场，或者可以对其进行时间复用。
由亥姆霍兹装置202生成的磁场在传感器112处被接收并且在传感器112的x线圈、y线圈和z线圈中感应出电压。响应于借助于磁感应而感测的磁场，在传感器112的线圈中感应出电压。传感器112的每个线圈针对由亥姆霍兹装置202生成的每个磁场来生成电信号。例如，传感器112的x线圈响应于从x线圈220接收到的磁场而生成第一电信号，响应于从y线圈230接收到的磁场而生成第二电信号，以及响应于从z线圈240接收到的磁场而生成第三电信号。类似地，传感器112的y线圈和z线圈针对从x线圈220、y线圈230和z线圈240中的每个接收到的磁场中的每个来生成电信号。
基于从传感器112接收到的信号测量出磁传感器的一个或更多个特性(例如，传感器表征数据)。在一些实现方式中，来自传感器112的数据可以表示为表征数据的矩阵(例如，3x3矩阵)。
基于传感器112的一个或更多个特性以及所提供的使亥姆霍兹装置202生成磁场的指令，针对传感器112确定一个或更多个校准校正因子。可以将校准校正因子应用于传感器112以校正不准确性和/或最小化由于DUT单元与单元的变化引起的(例如，各种系统中并入的各种传感器之间的)误差。校准校正因子是使用校准算法来确定的。在一些实现方式(例如，其中亥姆霍兹装置202未经校准的实现方式)中，针对传感器112的校准校正因子是部分地基于针对亥姆霍兹装置202的校准校正因子而确定的，如以下针对图3更详细描述的。在一些实现方式中，校准校正因子可以存储在传感器112上、存储在HMD 102的电子器件上或者存储在最终将传感器112并入到其中的EMT系统100中的其他地方。在一些实现方式中，校准校正因子可以存储在网络存储装置中(例如，在诸如云服务器的服务器上)以供稍后用于校准DUT。在一些实现方式中，对传感器112的校准可能花费大约一分钟或更短时间。
在一些实现方式中，可以确定传感器112不需要校准。这样，校准校正因子可以被确定为零。换句话说，EMT系统100可以确定传感器112提供了相对准确的数据因此不需要对传感器112进行校准，并且这可以由确定具有零值的校准校正因子来指示。如果不需要校准传感器112，则传感器112可以保持原样(例如，不向传感器112应用校准校正因子，或者向传感器112应用具有零值的校准校正因子，从而使传感器112生成和提供数据的方式没有变化)。
如上所述，在传感器112被并入到HMD 102的壳体中(例如，在其内部)的同时对传感器112进行校准。在一些实现方式中，HMD 102的壳体的材料可能造成由亥姆霍兹装置202生成的磁场的扭曲。例如，在HMD102的金属材料中产生的涡电流可能造成磁场在HMD 102处或附近扭曲。因此，在传感器112处接收到的磁场不同于预期(例如，根据由计算机系统212提供的指令而预期)在传感器112处接收到的磁场。由于传感器112实际接收到的磁场可能不同于预期接收到的磁场，因此指示传感器112的特性的电信号是基于扭曲的磁场，而且计算机系统212计算出的校准数据可能不准确。这可能导致计算出不准确的P&O数据。
在一些实现方式中，可以通过控制成对线圈220、230、240生成磁场的频率来最小化或消除生成的磁场中的潜在扭曲。可以通过降低磁场的频率来最小化HMD 102中的部件的涡流激励。例如，计算机系统212可以使成对线圈220、230、240以特定频率(例如相对低的频率)运行。在一些实现方式中，成对线圈220、230、240可以以小于100Hz(例如，90Hz)的频率运行，但是根据情况也可以可替选地使用其他频率。然后可以调整这些较低频率下的测量值从而以较高的工作频率提供传感器特性。换句话说，可以基于将在稍后将传感器112并入到其中的系统中使用的操作频率来调整所测量的传感器112的一个或更多个特性。在一些实现方式中，基于HMD 102的特定特性来选择成对线圈220、230、240运行的特定频率。如上所述，EMT系统100的变送器114可被配置成以大约30Khz或更高(例如，34KHz)的频率运行。因此，校准传感器112的频率(例如，90Hz)可以不同于在使用情况(例如，EMT系统100的实际实现方式)下由传感器112接收到的磁场的频率(例如，34KHz)。也就是说，校准传感器112的频率可以不同于传感器112在EMT系统、AR和/或VR系统实现方式中操作的频率。
校准亥姆霍兹装置
如上所述，亥姆霍兹装置202可以经历校准过程，使得由成对线圈220、230、240生成的场的幅度和几何结构成为已知。然后可以使用一个或更多个校准校正因子(例如，亥姆霍兹校准校正因子，通常称为亥姆霍兹校准数据)来在算法上模拟理想的(例如，完美的)亥姆霍兹装置。以这种方式，校准校正因子可用于调整计算机系统212提供的指令，以确保由成对线圈220、230、240生成的磁场具有预期的特性。已知使用其他装置校准(例如，已知在与该校准一起使用时会产生准确的结果/表征数据)的传感器可用于执行对亥姆霍兹装置202的这种校准。
图3示出了在自校准模式下操作的图2中的亥姆霍兹装置202的示例。在该示例中，HMD 102已经被参考设备替换，所述参考设备例如已知在与其校准一起使用时会产生准确结果的参考传感器312(例如，经校准的传感器)。换句话说，已知经校准的参考传感器312会响应于感测到生成的磁场而生成电信号以使计算机系统212提供准确的表征数据，只要成对线圈220、230、240是经校准的即可。
参考传感器312定位在安装件206中，使得参考传感器312在亥姆霍兹装置202的体积的中心处或附近占据固定位置。在一些实现方式中，参考传感器312经由安装件206中的一个或更多个电触点或者经由单独的有线电气连接而电连接到亥姆霍兹装置202。在一些实现方式中，参考传感器312通过无线或有线连接(例如，经由USB电缆)连接到计算机系统212。在一些实现方式中，参考传感器312可以被配置成通过无线连接与亥姆霍兹装置202和/或计算机系统212交换信息。
在参考传感器312位于安装件206上的情况下，计算机系统212可以使成对线圈220、230、240生成一个或更多个均匀磁场。具体地，计算机系统212提供使电流流过成对线圈220、230、240中的每个的指令，这使得成对线圈220、230、240以特定频率产生三个正交的正弦磁场。由成对线圈220、230、240生成的磁场在参考传感器312处被接收，并且使得在参考传感器312的线圈中感应出电压。
基于从参考传感器312接收到的信号测量出参考传感器312的一个或更多个特性(例如，参考传感器表征数据)。在一些实现方式中，来自参考传感器312的数据可以表示为表征数据的矩阵(例如，3x3矩阵)。假设提供了经校准的亥姆霍兹装置，由于已知参考传感器312被(例如其他装置)校准，因此已知参考传感器表征数据表示传感器的理想特性。因此，参考传感器表征数据中的任何不准确性可归因于亥姆霍兹装置202中的不准确性。因此，参考传感器表征数据可用于确定针对亥姆霍兹装置202的校准数据。
基于参考传感器312的一个或更多个特性并且根据校准算法来针对亥姆霍兹装置202确定一个或更多个校准校正因子。针对亥姆霍兹装置202的校准校正因子有时被称为亥姆霍兹校准数据。在一些实现方式中，亥姆霍兹校准数据被表示为数据矩阵(例如，3×3矩阵)。亥姆霍兹校准数据可用于调整由计算机系统212提供的使变送器线圈生成磁场的指令。这样，在对传感器112进行校准期间生成的磁场具有已知特性(例如，已知幅度和几何结构)。以这种方式，由确认会生成均匀、充分受控且明确限定的磁场的经校准的亥姆霍兹装置202来校准传感器112。换句话说，亥姆霍兹校准数据用于将亥姆霍兹装置202调整为理想的(例如，完美的)亥姆霍兹装置。在一些实现方式中，可在校准DUT之前根据本文中所描述的技术校准亥姆霍兹装置202。
可以针对成对线圈220、230、240中的一对或更多对来确定针对亥姆霍兹装置202的校准校正因子。在一些实现方式中，可以单独地校准亥姆霍兹装置202的成对线圈220、230、240中的每一对。例如，可以校准线圈对220、230、240中的零对、一对、两对或三对。在一些实现方式中，可以确定每对线圈中仅一者需要校准。
在一些示例中，可以向成对线圈220、230、240应用针对亥姆霍兹装置202的一个或更多个校准校正因子以校正不准确性和/或最小化在未来对DUT传感器112的校准期间可能以其他方式发生的误差。在一些实现方式中，校准校正因子可以存储在亥姆霍兹装置202的电子器件上。在一些实现方式中，校准校正因子可以存储在网络存储装置中(例如，在诸如云服务器的服务器上)以供稍后用于校准成对线圈220、230、240中的一对或多对。在一些实现方式中，对亥姆霍兹装置202的校准(例如，对成对线圈220、230、240中的一对或更多对的校准)可能花费大约一分钟或更短的时间。
一旦亥姆霍兹装置202(例如，成对线圈220、230、240)已被校准，则亥姆霍兹装置202可用于校准各种DUT传感器112。
操作校准装置
无论亥姆霍兹装置202是被用于校准DUT还是用于自身校准，该亥姆霍兹装置202与计算机系统212的使用者可以通过与计算机系统212进行交互来执行校准过程。在一些实现方式中，计算机系统212被配置成通过图形用户界面(GUI)向用户提供指令。例如，计算机系统212可以是被配置成执行用于校准DUT或校准亥姆霍兹设备202的程序的膝上型计算机。该程序可以使膝上型计算机的屏幕显示指令以帮助用户执行特定的校准过程。例如，指令可以包括指示用户将HMD 102或参考传感器312放置在安装件206上、将HMD 102或参考传感器312电连接到安装件206或计算机系统212(例如，如果需要则形成有线连接)、将计算机系统212连接到亥姆霍兹装置202(例如，如果需要则形成有线连接)等的文本指令、视觉指令和/或声音指令。
在一些实现方式中，在计算机系统212上运行的程序可以包括一个或更多个用户可选值和/或用户输入字段，以允许用户限定校准过程的一个或更多个特性。例如，该程序可以允许用户指定成对线圈220、230、240要进行操作的特定频率以便生成相应的磁场。在一些实现方式中，程序可以允许用户(例如，在对传感器112的校准期间)将校准校正值存储、撤销和/或应用于传感器112以及/或者(例如，在对亥姆霍兹装置202的校准期间)将校准校正值存储、撤销和/或应用于成对线圈220、230、240中的一对或更多对。在一些实现方式中，程序被配置成提供传感器112需要校准的指示、传感器112不需要校准的指示、亥姆霍兹装置202需要校准的指示和/或亥姆霍兹装置202不需要校准的指示(例如，通过/不通过结果)。对于需要校准的示例，程序可以提供用户界面元素，该用户界面元素可以允许用户在与该用户界面元素交互时启动校准过程。
在一些实现方式中，亥姆霍兹装置202和计算机系统212可以被配置成对不同类型(例如，不同型号)的传感器和/或HMD执行校准。在一些实现方式中，程序可以接受指示要校准的传感器和/或HMD的型号的输入。计算机系统212上存储的特定参数可以在校准期间基于使用中的传感器和/或HMD的型号来实现。例如，第一型号的传感器可以要求特定大小的电流通过亥姆霍兹装置202的成对线圈220、230、240以及/或者针对要由成对线圈220、230、240生成的磁场的某些频率，并且第二型号的传感器可以要求不同大小的电流通过亥姆霍兹装置202的成对线圈220、230、240以及/或者针对要由成对线圈220、230、240生成的磁场的不同频率。
在一些实现方式中，针对特定DUT传感器112的校准校正因子或者针对成对线圈220、230、240中的一对或更多对的校准校正因子可以被包括为由在计算机系统212上操作的程序创建的校准文件的一部分。例如，一旦确定了一个或更多个校准校正因子，就可以创建可以用于更新特定DUT传感器112或成对线圈220、230、240中的特定一对或更多对的校准文件。在一些实现方式中，校准文件可以被“闪存”至DUT传感器112或成对线圈220、230、240。在一些实现方式中，可以基于校准文件来更新DUT传感器112的固件和/或成对线圈220、230、240。
如上所述，可以使用由计算设备(例如，图2和图3中的计算机系统212)执行的软件来操作图2和图3中的亥姆霍兹装置202。在一些实现方式中，软件被包括在计算机可读介质上以在计算机系统212上执行。图4示出了可以用于实现本文描述的技术的示例计算设备400和示例移动计算设备450。例如，可以由计算设备400和/或移动计算设备450执行和控制对传感器112的校准和/或对亥姆霍兹装置202的成对线圈220、230、240的校准。计算设备400旨在表示各种形式的数字计算机，包括例如膝上型计算机、台式机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型机和其他适当的计算机。计算设备450旨在表示各种形式的移动设备，包括例如个人数字助理、蜂窝电话、智能电话和其他类似的计算设备。此处示出的部件，它们的连接和关系以及它们的功能都意在仅是示例，并且并不意在限制本文档中所描述和/或要求保护的技术的实现方式。
计算设备400包括处理器402、存储器404、存储装置406、连接到存储器404和高速扩展端口410的高速接口408以及连接到低速扩展总线414和存储装置406的低速接口412。部件402、404、406、408、410和412中的每个使用各种总线互连，并且可以适当地安装在公共主板上或以其他方式安装。处理器402可以处理用于在计算设备400内执行的指令，这些指令包括在存储器404或存储装置406上存储的指令，以在外部输入/输出设备(包括例如耦接到高速接口408的显示器416)上显示用于GUI的图形数据。在一些实现方式中，可以适当地与多个存储器和多种类型的存储器一起使用多个处理器和/或多个总线。此外，可以连接多个计算设备400，并且每个设备提供必要操作的部分(例如，作为服务器库、一组刀片服务器、多处理器系统等)。
存储器404存储计算设备400内的数据。在一些实现方式中，存储器404是一个或多个易失性存储器单元。在一些实现方式中，存储器604是一个或多个非易失性存储器单元。存储器404也可以是另一种形式的计算机可读介质，包括例如磁盘或光盘。
存储装置406能够为计算设备400提供大容量存储。在一些实现方式中，存储装置406可以是或者包含计算机可读介质，包括例如软盘设备、硬盘设备、光盘设备、磁带设备、闪速存储器或其他类似的固态存储设备，或者是包括存储区域网络或其他配置中的设备的设备阵列。计算机程序产品可以被有形地包含在数据载体中。计算机程序产品还可以包含在被执行时执行包括例如上述那些方法的一种或更多种方法的指令。数据载体是计算机或机器可读介质，包括例如存储器404、存储装置406、处理器402上的存储器等。
高速控制器408管理针对计算设备400的带宽密集型操作，而低速控制器412管理较低带宽密集型操作。这种功能分配仅是示例。在一些实现方式中，高速控制器408(例如，通过图形处理器或加速器)耦接到存储器404、显示器416，并且耦接到可以接纳各种扩展卡(未示出)的高速扩展端口410。在一些实现方式中，低速控制器412耦接到存储装置406和低速扩展端口414。可以包括各种通信端口(例如，USB、(蓝牙)、以太网、无线以太网)的低速扩展端口可以(例如通过网络适配器)耦接到一个或更多个输入/输出设备，包括例如键盘、指向设备、扫描仪或包括诸如交换机或路由器的网络设备。
可以以多种不同的形式实现计算设备400，如图4所示。例如，计算设备400可以被实现为标准服务器420，或者在一组这样的服务器中被实现多次。计算设备400还可以被实现为机架服务器系统424的一部分。此外或作为替选，计算设备400可以被实现在个人计算机(例如，膝上型计算机422)中。在一些示例中，来自计算设备400的部件可以与移动设备(例如，移动计算设备450)中的其他部件组合。这样的设备中的每个可以包含计算设备400、450中的一个或更多个，并且整个系统可以由彼此通信的多个计算设备400、450组成。
计算设备450包括处理器452、存储器464和输入/输出设备，该输入/输出设备包括例如其他部件中的显示器454、通信接口466和收发器468。设备450还可以设置有包括例如微驱动器或其他设备的存储设备以提供附加的存储。部件450、452、464、454、466和468可以使用各种总线分别互连，并且这些部件中的若干个可以适当地安装在公共主板上或以其他方式安装。
处理器452可以执行计算设备450内的指令，包括存储器464中存储的指令。处理器452可以被实现为包括独立且多个模拟处理器和数字处理器的芯片的芯片组。处理器452提供例如对设备450的其他部件的协调，包括例如对用户接口、设备450运行的应用以及通过设备450进行的无线通信的控制。
处理器452可以通过控制接口458和耦接到显示器454的显示接口456与用户通信。显示器454可以是例如TFT LCD(薄膜晶体管液晶显示器)或OLED(有机发光二极管)显示器，或其他适当的显示技术。显示接口456可以包括用于驱动显示器454以向用户呈现图形和其他数据的适当的电路。控制接口458可以接收来自用户的命令并对它们进行转换以将其提交至处理器452。此外，外部接口462可以与处理器442通信以便能够实现设备450与其他设备的近区域通信。外部接口462例如在一些实现方式中可以提供有线通信，或者在一些实现中可以提供无线通信。也可以使用多个接口。
存储器464存储计算设备450内的数据。存储器464可以被实现为计算机可读介质或媒介、一个或多个易失性存储器单元或者一个或多个非易失性存储器单元中的一种或更多种。扩展存储器474还可以通过扩展接口472被提供并且连接到设备450，扩展接口472可以包括例如SIMM(单列直插存储器模块)卡接口。这样的扩展存储器474可以为设备450提供额外的存储空间，并且/或者可以存储用于设备450的应用或其他数据。具体地，扩展存储器474还可以包括执行或补充上述处理的指令，并且可以包括安全数据。因此，例如，扩展存储器474可以被提供为设备450的安全模块，并且可以用允许安全使用设备450的指令来进行编程。此外，可以通过SIMM卡提供安全应用以及附加数据，包括例如以不可被黑客攻击的方式将识别数据置于SIMM卡上。
存储器464可以包括例如闪速存储器和/或NVRAM存储器，如下文所述。在一些实现方式中，计算机程序产品被有形地体现在数据载体中。计算机程序产品包含指令，在执行这些指令时执行包括例如以上关于校准传感器112和/或校准亥姆霍兹装置202的成对线圈220、230、240所描述的那些方法的一种或多种方法。数据载体是可以例如通过收发器468或外部接口462接纳的计算机可读介质或机器可读介质，包括例如存储器464、扩展存储器474和/或处理器452上的存储器。
设备450可以通过在必要时可包括数字信号处理电路的通信接口466无线地通信。通信接口466可以提供各种模式或协议下的通信，包括例如GSM语音呼叫、SMS消息、EMS消息或MMS消息、CDMA、TDMA、PDC、WCDMA、CDMA2000或GPRS等。这种通信可以例如通过射频收发器468发生。此外，可以发生短程通信，包括例如使用(蓝牙)、WiFi或其他这样的收发器(未示出)。此外，GPS(全球定位系统)接收器模块可以向设备470提供额外的导航相关的无线数据和位置相关的无线数据，这些无线数据可以由在设备450上运行的应用根据需要来使用。
设备450还可以使用音频编解码器460可听地通信，音频编解码器460可以从用户接收语音数据并且将其转换为可用的数字数据。音频编解码器460同样可以为用户生成可听声音，包括例如通过扬声器生成，例如在设备450的手持装置中生成。这种声音可以包括来自语音电话呼叫的声音、记录的声音(例如，语音消息、音乐文件等)以及由在设备450上运行的应用生成的声音。
可以以多种不同的形式实现计算设备450，如图4所示。例如，计算设备450可以被实现为蜂窝电话480。计算设备450还可以被实现为智能电话482、个人数字助理或其他类似移动设备的一部分。
此处描述的系统和技术的各种实现方式可以被实现在数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中。这些各种实现方式可以包括在可编程系统上可执行和/或可解释的一个或更多个计算机程序。这包括至少一个可编程处理器，其可以是专用的或通用的，该可编程处理器被耦接以从存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备接收数据和指令并且向存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备发送数据和指令。
这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级过程编程语言和/或面向对象编程语言和/或汇编/机器语言来实现。如本文所使用的，术语机器可读介质和计算机可读介质是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的计算机程序产品、装置和/或设备(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑器件(PLD))，包括接收机器指令的机器可读介质。
为了提供与用户的交互，本文描述的系统和技术可以被实现在具有用于向用户呈现数据的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)和用户可以通过其向计算机提供输入的键盘和指向设备(例如，鼠标或轨迹球)的计算机上。也可以使用其他类型的设备来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是感觉反馈的形式(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)。可以以包括声学、语音或触觉输入的形式接收来自用户的输入。
此处描述的系统和技术可以被实现在包括后端部件(例如，作为数据服务器)或包括中间件部件(例如，应用服务器))或者包括前端部件(例如，具有用户接口或网络浏览器的客户端计算机，其中用户可以通过图形用户界面或网络浏览器与本文描述的系统和技术的实现进行交互)或者包括这样的后端部件、中间件部件或前端部件的组合的计算系统中。系统的部件可以通过数字数据通信(例如，通信网络)的形式或介质互连。通信网络的示例包括局域网(LAN)、广域网(WAN)和因特网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般彼此远离并且通常通过通信网络来进行交互。客户端与服务器的关系通过在相应计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生。
在一些实现方式中，本文描述的部件可以被分离、组合或并入到单个或组合的部件中。附图中描绘的部件并不旨在将本文描述的系统限制为图中所示的软件架构。
已描述了多个实施方式。然而，可以在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下进行各种修改。因此，其他实施方式处于所附权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种磁传感器校准系统，包括：
亥姆霍兹装置，所述亥姆霍兹装置包括限定内体积的三对线圈，其中，所述三对线圈中的每一对被配置成生成在整个所述内体积中均匀的磁场；
安装件，所述安装件被配置成接纳包括磁传感器的设备并且被配置成接纳经校准的磁传感器，其中，所述安装件的至少一部分被定位在所述内体积内，使得当所述设备被定位在所述安装件上时所述磁传感器被定位在所述内体积的中心处或附近；以及
计算机系统，所述计算机系统被配置成与所述亥姆霍兹装置和所述磁传感器通信，
其中，所述计算机系统被配置成：
提供使所述三对线圈中的每一对生成在整个所述内体积中均匀的第一磁场的指令；
从所述经校准的磁传感器接收基于在所述经校准的磁传感器处接收到的所述第一磁场的特性的信号；
基于从所述经校准的磁传感器接收到的所述信号来测量所述经校准的磁传感器的一个或更多个特性；
基于所述经校准的磁传感器的所述一个或更多个特性使用第一校准算法来确定针对所述三对线圈中的一对或更多对的一个或更多个校准校正因子；
提供使所述三对线圈中的每一对生成第二磁场的指令；
从所述磁传感器接收基于在所述磁传感器处接收到的所述第二磁场的特性的信号；
基于从所述磁传感器接收到的所述信号来测量所述磁传感器的一个或更多个特性；以及
基于所述磁传感器的所述一个或更多个特性、使用第二校准算法来确定针对所述磁传感器的一个或更多个校准校正因子。
2.根据权利要求1所述的校准系统，其中，所述计算机系统还被配置成：
创建包括针对所述磁传感器的所述校准校正因子的校准文件；以及
将所述校准文件应用于所述磁传感器。
3.根据权利要求1所述的校准系统，其中，所述设备是头戴式显示器，并且所述安装件被配置成将所述头戴式显示器和所述磁传感器保持在相对于所述亥姆霍兹装置的固定位置和取向。
4.根据权利要求1所述的校准系统，其中，所述设备是被配置成与所述计算机系统或所述亥姆霍兹装置中的一者或两者通信的头戴式显示器。
5.根据权利要求1所述的校准系统，其中，所述设备是被配置用于在增强现实AR系统或虚拟现实VR系统中的一者或两者中使用的头戴式显示器。
6.根据权利要求1所述的校准系统，其中，所述三对线圈中的每一对被配置成以小于100Hz的频率生成磁场。
7.根据权利要求6所述的校准系统，其中，所述三对线圈中的每一对被配置成以90Hz的频率生成磁场。
8.根据权利要求7所述的校准系统，其中，所述磁传感器被配置成当在AR系统或VR系统中使用时接收具有大于30KHz的频率的磁场。
9.根据权利要求1所述的校准系统，其中，所述计算机系统还被配置成：
创建包括针对所述三对线圈中的所述一对或更多对的所述校准校正因子的一个或更多个校准文件；以及
将所述一个或更多个校准文件应用于所述三对线圈中的一对或更多对。
10.根据权利要求1所述的校准系统，其中，基于针对所述三对线圈中的一对或更多对的所述一个或更多个校准校正因子来调整使所述三对线圈中的每一对生成磁场的指令。
11.一种磁传感器校准方法，包括：
由计算机系统提供使第一电流流过限定内体积的三对线圈中的每一对的指令，其中，所述第一电流使所述三对线圈中的每一对生成在整个所述内体积中均匀的第一磁场；
从被定位在所述内体积内的经校准的磁传感器接收基于在所述经校准的磁传感器处接收到的所述第一磁场的特性的信号；
基于从所述经校准的磁传感器接收到的所述信号来测量所述经校准的磁传感器的一个或更多个特性；
基于所述经校准的磁传感器的所述一个或更多个特性使用第一校准算法来确定针对所述三对线圈中的一对或更多对的一个或更多个校准校正因子；
由所述计算机系统提供使第二电流流过所述三对线圈中的每一对的指令，其中，所述第二电流使所述三对线圈中的每一对生成在整个所述内体积中均匀的第二磁场；
从被并入到被定位在所述内体积内的设备中的磁传感器接收基于在所述磁传感器处接收到的所述第二磁场的特性的信号；
基于从所述磁传感器接收到的所述信号来测量所述磁传感器的一个或更多个特性；以及
基于所述磁传感器的所述一个或更多个特性、使用第二校准算法来确定针对所述磁传感器的一个或更多个校准校正因子。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
创建包括针对所述磁传感器的所述校准校正因子的校准文件；以及
将所述校准文件应用于所述磁传感器。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述设备是头戴式显示器，并且配置有安装件以将所述头戴式显示器和所述磁传感器保持在相对于所述三对线圈的固定位置和取向。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述磁传感器、所述设备或所述三对线圈中的一者或更多者被配置成与所述计算机系统通信。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述设备是被配置用于在增强现实AR系统或虚拟现实VR系统中的一者或两者中使用的头戴式显示器。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述三对线圈中的每一对被配置成以小于100Hz的频率生成磁场。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述三对线圈中的每一对被配置成以90Hz的频率生成磁场。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述磁传感器被配置成当在AR系统或VR系统中使用时接收具有大于30KHz的频率的磁场。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括：
创建包括针对所述三对线圈中的所述一对或更多对的所述校准校正因子的一个或更多个校准文件；以及
将所述一个或更多个校准文件应用于所述三对线圈中的一对或更多对。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，基于针对所述三对线圈中的一对或更多对的所述一个或更多个校准校正因子来调整使所述三对线圈中的每一对生成磁场的指令。
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