CN110058187B - 校准磁变送器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及校准磁变送器。一种校准设备包括：被定位在校准设备处的多个磁传感器，该多个磁传感器限定空间；被配置成定位在由该多个磁传感器限定的空间中的控制器，其中控制器包括磁变送器；以及一个或更多个处理器，该一个或更多个处理器被配置成：使磁变送器生成磁场；从该多个磁传感器接收基于在该多个磁传感器处接收到的磁场的特性的信号；基于从该多个磁传感器接收到的信号来计算相对于磁变送器的位置和取向的该多个磁传感器的位置和取向；以及确定所计算出的该多个磁传感器的位置和取向是否在该多个磁传感器的已知位置和取向的一个或更多个阈值极限内。

Description

校准磁变送器
优先权要求
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号62/619,624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变送器。
背景技术
增强现实(AR)、虚拟现实(VR)和其他系统可以使用电磁跟踪(EMT)系统来帮助在各种情况(例如，游戏、医疗等)中定位设备。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(反之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
可以通过将变送器定位在校准设备中来执行磁变送器的校准，校准设备包括被定位在校准设备中的各种已知位置和取向处的多个磁传感器。变送器可以生成一个或更多个磁场，并且在校准设备的已知定位处间隔开的多个传感器接收所生成的磁场以及将磁场转换成指示相应传感器相对于变送器的位置和取向的一个或更多个电信号。具体地，计算机系统接收来自每个传感器的电信号并且将电信号转换成指示相应传感器相对于变送器的位置和取向的位置和取向(P&O)数据。
因为每个传感器相对于变送器的位置和取向是已知的，因此可以确定由多个传感器生成的电信号是否准确地表示传感器相对于变送器的位置和取向。如果确定由多个传感器生成的信号不能提供传感器与变送器之间的位置关系的精确表示，则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。可以使用校准校正因子校准特定变送器使得由变送器生成的磁场导致准确确定传感器相对于变送器的位置和取向(例如，并且准确确定AR、VR和/或EMT系统中使用的传感器的位置和取向)。
总的来说，在一方面，校准设备包括被定位在校准设备处的多个磁传感器，多个磁传感器限定空间；被配置成定位在由多个磁传感器限定的空间中的控制器，其中控制器包括磁变送器；以及一个或更多个处理器，该一个或更多个处理器被配置成使磁变送器生成多个磁场，从多个磁传感器接收基于在多个磁传感器处接收到的多个磁场的特性的信号，基于从多个磁传感器接收到的信号来计算相对于控制器和磁变送器的位置和取向的多个磁传感器的位置和取向，以及确定所计算出的多个磁传感器的位置和取向是否在多个磁传感器的已知位置和取向的一个或更多个阈值极限内。
实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个。
在一些实现方式中，一个或更多个处理器还被配置成基于多个磁传感器的被测得的位置和取向与多个磁传感器的已知位置和取向之间的差异、基于校准算法来确定针对磁变送器的一个或更多个校准校正因子。
在一些实现方式中，一个或更多个处理器还被配置成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变送器。
在一些实现方式中，一个或更多个阈值极限是零使得不考虑多个磁传感器的被测得的位置和取向与多个磁传感器的已知位置和取向之间的差异的情况下针对磁变送器确定校准校正因子。
在一些实现方式中，校准设备包括被配置成将控制器和磁变送器保持在相对于多个传感器的固定位置和取向的安装件。
在一些实现方式中，控制器被配置成与校准设备通信。
在一些实现方式中，控制器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，多个磁传感器中的至少一些可移除地固定到校准设备。
在一些实现方式中，多个磁传感器中的至少一些可移动地附接到校准设备，使得多个磁传感器中的至少一些的位置或取向中的一者或两者是可调整的。
在一些实现方式中，一个或更多个处理器与复用开关通信，该复用开关允许一个或更多个处理器从串联的多个磁传感器中的每个磁传感器接收信号。
在一些实现方式中，校准设备包括被配置成接纳包括经校准的磁变送器的参考控制器的安装件，并且一个或更多个处理器还被配置成使经校准的磁变送器生成第二多个磁场，从多个磁传感器接收基于在多个磁传感器处接收到的第二多个磁场的特性的第二信号，以及基于从多个磁传感器接收到的第二信号来计算相对于参考控制器和经校准的磁变送器的位置和取向的多个磁传感器的已知位置和取向。
在一些实现方式中，针对多个磁传感器中的一个或更多个磁传感器、在用在校准设备之前确定一个或更多个校准校正因子。
在一些实现方式中，一个或更多个处理器还被配置成创建包括校准校正因子的校准文件，以及将一个或更多个校准文件应用于多个磁传感器中的一个或更多个磁传感器。
总的来说，在一方面，一种系统包括，包括磁变送器的控制器；以及校准设备，校准设备包括壳体、被定位在壳体处的多个磁传感器、以及被定位在壳体之内的被配置成接纳控制器的安装件。系统还包括与校准设备通信的计算机系统。计算机系统被配置成使磁变送器生成多个磁场，从多个磁传感器接收基于在多个磁传感器处接收到的多个磁场的特性的信号，基于从多个磁传感器接收到的信号来计算相对于控制器和磁变送器的位置和取向的多个磁传感器的位置和取向，以及确定所计算出的多个磁传感器的位置和取向是否在多个磁传感器的已知位置和取向的一个或更多个阈值极限内。
实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个。
在一些实现方式中，计算机系统还被配置成基于多个磁传感器的被测得的位置和取向与多个磁传感器的已知位置和取向之间的差异、基于校准算法来确定针对磁变送器的一个或更多个校准校正因子。
在一些实现方式中，计算机系统还被配置成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变送器。
在一些实现方式中，安装件被配置成将控制器和磁变送器保持在相对于多个传感器的固定位置和取向。
在一些实现方式中，控制器被配置成与计算机系统或校准设备中的一者或两者通信。
在一些实现方式中，控制器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，多个磁传感器中的至少一些可移除地固定到校准设备。
在一些实现方式中，多个磁传感器中的至少一些可移动地附接到校准设备，使得多个磁传感器中的至少一些的位置或取向中的一者或两者是可调整的。
在一些实现方式中，系统包括与计算机系统通信的复用开关，该复用开关允许计算机系统从串联的多个磁传感器中的每个磁传感器接收信号。
在一些实现方式中，安装件被配置成接纳包括经校准的磁变送器的参考控制器，并且计算机系统还被配置成使经校准的磁变送器生成第二多个磁场、从多个磁传感器接收基于在多个磁传感器处接收到的第二多个磁场的特性的第二信号、以及基于从多个磁传感器接收到的第二信号来计算相对于参考控制器和校准磁变送器的位置和取向的多个磁传感器的已知位置和取向。
在一些实现方式中，针对多个磁传感器中的一个或更多个磁传感器、在用在校准设备之前确定一个或更多个校准校正因子。
在一些实现方式中，计算机系统还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，以及将一个或更多个校准文件应用于多个磁传感器中的一个或更多个磁传感器。
本文描述的系统和技术的优点包括使用专用校准设备来快速且准确地校准多个变送器(例如，多个被测设备(DUT))。例如，可以相对于变送器DUT确定校准设备的各种传感器的位置和取向，其中每个传感器的位置和取向同时或快速地串联确定。校准设备不需要移动部件(例如，将传感器移动到多个不同定位)。相反，一系列传感器被定位在预定的已知定位处。这样的校准设备简化校准过程并且加速校准和测试。消除了对三轴平移系统和/或取向系统(例如，包括机架和/或万向节的系统)的需要。
在附图和下面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根据权利要求书，其他特征、目的和优点将变得明显。
附图说明
图1是示例电磁跟踪(EMT)系统的示意图。
图2示出了用于校准在图1的EMT系统中使用的变送器的校准设备的示例。
图3示出了在自校准模式下操作的图2的校准设备。
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元件。
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相应的三维位置和取向。增强现实(AR)和虚拟现实(VR)系统还使用EMT系统来执行头部、手部和身体跟踪，例如以使用户的移动与AR/VR内容同步。这样的EMT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。可以校准在这样的系统中使用的变送器和传感器以确保变送器和传感器可以向用户提供准确的位置和取向信息。如果EMT传感器或变送器未校准或未正确校准，则精度可能会大大降低。
可以通过将变送器定位在校准设备中来执行磁变送器的校准，该校准设备包括被定位在校准设备中的各种物理已知的定位和取向和/或校准确定的已知定位和取向处的多个磁传感器。例如，校准设备可以包括被配置成接纳包括变送器的设备(例如，游戏控制器)的安装件。与校准设备通信的计算机系统可以使变送器生成一个或更多个磁场。在校准设备的已知定位处间隔开的多个传感器接收所生成的磁场以及将磁场转换成指示相应传感器相对于变送器的位置和取向的一个或更多个电信号。具体地，计算机系统将从每个传感器接收到的电信号转换成指示相应传感器相对于变送器的位置和取向的位置和取向(P&O)数据。以此方式，计算机系统确定传感器相对于变送器的位置和取向。
因为每个传感器相对于变送器的位置和取向是已知的，因此计算机系统可以确定由多个传感器生成的电信号是否精确地匹配传感器相对于变送器的物理和/或校准确定的已知位置和取向。如果计算机系统确定由多个传感器生成的信号不能提供传感器与变送器之间的位置关系的精确表示，则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。可以使用校准校正因子校准特定变送器使得由变送器生成的磁场导致由包括变送器的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或其他系统(例如，医疗系统)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，其包括磁传感器112；以及控制器104，其包括磁变送器114。HMD102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，在x、y和z方向上)和取向(例如，在方位、高度和滚动上)。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帧来跟踪HMD 102的传感器112，或者HMD 102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。EMT系统100采用的特定传感器112和变送器114可以由过程类型、测量性能要求等确定。
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被示出为限定空间，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包括在本文中称为x、y和z线圈的三个正交缠绕的磁线圈。通过三个线圈传输的电流使得线圈在FDM(频分复用)应用的三个频率(例如，三个不同的频率)，或者TDM(时分复用)应用的三个脉冲(例如，三个不同的时隙)处产生三个正交磁场。三个频率可以是三个紧密间隔的频率，例如34KHz、34.25KHz和34.5KHz，但是也可以另外或可替选地使用其他频率。在一些实现方式中，线圈可以以相同的频率产生磁场，但是例如以TDM方式使用。传感器112还包括在本文中称为x、y和z线圈的三个正交缠绕的磁线圈。响应于借助于磁感应的感测磁场，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的线圈生成的磁场中的每一个生成电信号；例如，传感器112的x线圈响应于从变送器114的x线圈接收到的磁场生成第一电信号、响应于从变送器114的y线圈接收到的磁场生成第二电信号，以及响应于从变送器114的z线圈接收到的磁场生成第三电信号。传感器112的y和z线圈类似地针对从变送器114的每个线圈接收到的磁场中的每一个生成电信号。传感器还可以包括测量磁场的其他感测元件，例如霍尔效应元件等。
来自传感器112的数据可以指示为数据矩阵(例如，3×3矩阵)，该数据可以被分解成传感器112相对于变送器114的位置和取向，或者反之亦然。以此方式，测量传感器112和变送器114的位置和取向。具体地，被并入到HMD 102中的电子装置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HMD102的位置和取向。如下所述，单独的计算机系统(例如，图2和图3的计算机系统212)也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未被精确校准，则变送器114和/或传感器112的确定的(例如，计算出的)位置和取向可以不反映真实(例如，实际)位置和取向。
校准变送器
图2示出了用于校准变送器(例如，图1的变送器114)的校准设备200的示例。在变送器114被并入(例如，容置在)控制器104中时可以使用校准设备200校准变送器114。校准设备200可以被配置成校准多个被测设备(例如，DUT)。也就是说，校准设备200可以校准以被并入在第一控制器中的第一变送器的形式的第一DUT、以被并入在第二控制器中的第二变送器的形式的第二DUT等。多个DUT的这样的校准可以确保跨越各种EMT系统100的全部变送器114和控制器104具有共同的校准特性。
在所示示例中，校准设备200包括壳体202和盖204。盖204可以可枢转地连接到壳体202使得可以打开盖204以提供对驻留在壳体202之内的安装件206的访问。在一些实现方式中，安装件206朝向壳体202的前表面驻留。在一些实现方式中，可以通过壳体202中的孔径访问安装件206。安装件206被配置成接纳用于校准的设备。例如，包括图1的变送器114的控制器104可以被放置在安装件206上以用于校准。安装件206包括带207以帮助在校准期间将控制器104固定到安装件206。在一些实现方式中，安装件206可以可替选地或另外地包括另一固定元件，例如线束，用于帮助将控制器104保持在适当位置。虽然校准设备200在所示示例中包括安装件206，但是在一些实现方式中，可以省略安装件206。例如，控制器104可以被放置在安装表面(例如，被配置成接纳控制器104的校准设备200的表面)上的校准设备200(例如，在其上、其中等)处。换句话说，不需要专用安装件来将控制器104保持在特定位置和取向。
校准设备200包括一组传感器208，该一组传感器208被定位在校准设备200上和/或在校准设备200中和/或贯穿校准设备200。在一些实现方式中，校准设备包括12个传感器208，但是可以使用更少或附加的传感器208。例如，传感器208中的一个或更多个传感器可以被定位在壳体202的外表面上、在壳体202的内表面上、在壳体202的内部中、在壳体202的内底表面上、在壳体202的外部底表面上、在盖204的外表面上、在盖204的内表面上，可以被悬挂在壳体202和/或盖204的内部中，等。传感器208中的一些被省略或者另外未在图2的图示中示出。传感器208组有时被称为传感器树或传感器的树。校准设备200还包括通信接口210，该通信接口210允许校准设备200与计算设备例如计算机系统212交互。也就是说，通信接口210便于校准设备200与计算机系统212之间的通信。虽然计算机系统212被示为通过有线连接来连接到校准设备200，但是在一些实现方式中，校准设备200可以包括无线通信能力使得校准设备200可以与计算机系统212无线通信。传感器208连接到通信接口210使得计算机系统212可以与传感器208通信(例如，接收来自传感器208的信号并且将信息提供至传感器208)。
在一些实现方式中，校准设备200可以采用与关于图2描述的技术相比的一个或更多个附加/不同技术以允许传感器208定位在特定位置和/或取向处的校准设备200处(例如，在其上、其中，贯穿其等)。例如，在一些实现方式中，校准设备200可以不包括如图2所示的壳体，但是可以包括一个或更多个安装定位/表面用于接纳传感器208。校准设备200可以采用多种技术中的一种或更多种来将传感器208保持在如本文所述的特定位置/取向中。传感器208被定位成使得传感器208限定控制器104(以及，例如安装件206)可以被定位在其内的三维空间。
传感器208中的每一个具有相对于安装件206的已知物理位置和取向。可以通过包括使用已知的良好EMT系统的各种手段来确定传感器208的已知物理位置和取向以确定传感器208相对于放置在安装件206上的已知的良好变送器(例如，下面关于图3描述的参考变送器和参考控制器304)的位置和取向。在一些实现方式中，传感器208中的每一个可以在被用于校准变送器114之前被预先校准。例如，在传感器208被并入到校准设备200中之前，可以使用单独的处理(例如，使用亥姆霍兹(Helmholtz)校准设备)校准传感器208中的每一个。这样的校准可以使一个或更多个校准校正因子应用于相应的传感器208。安装件206被配置成在固定的预定位置和取向中接纳控制器104。变送器114被定位在控制器104中的固定的预定位置和取向处。因此，传感器208中的每一个相对于变送器114的位置和取向是已知的。
在校准变送器114之前，校准设备200可以经历其自身的校准以确保传感器208相对于具有已知校准的参考变送器处于已知位置/取向处。下面更详细地描述校准设备200的这样的校准。
在确认校准设备200被校准之后，第一DUT被放置在安装件206上。具体地，包括发射器114的控制器104被定位在安装件206上。在一些实现方式中，安装件206可以包括电触头，该电触头被配置成与控制器104的电触头形成电连接使得校准设备200和控制器104可以交互和交换信息。在一些实现方式中，控制器104可以另外电连接到校准设备200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，控制器104可以被配置成通过无线连接与校准设备200和/或计算机系统212交换信息。
在控制器104在安装件206上的适当位置的情况下，计算机系统212可以使变送器114生成具有特定特性的一个或更多个磁场。具体地，计算机系统212使电流流过变送器114的线圈，这使得变送器114以特定频率产生三个正交磁场。由变送器114生成的磁场被在传感器208中的每一个处接收并且在传感器线圈中感应电压。
可以使用由变送器114生成的磁场的特性结合在传感器208的线圈中感应的电压的大小以针对每个传感器208确定(例如，测量)传感器208相对于变送器114的位置和取向。具体地，针对每个传感器208，计算机系统212根据3×3的数据矩阵计算传感器208相对于变送器114的位置和取向(例如，有时称为P&O数据)。针对(例如，串联的)传感器208中的每一个确定P&O数据。在一些实现方式中，使用并入到计算机系统212中的复用开关来串联地选择每个传感器信号。在一些实现方式中，复用开关可以被并入为驻留在校准设备200与计算机系统212之间的单独部件。
针对每个传感器208，计算机系统212将所计算出的(例如，被测得的)P&O数据与理想的P&O数据进行比较，该理想的P&O数据表示传感器208相对于变送器114的真实(例如，实际的、物理的或校准确定的)位置和取向。在一些实现方式中，理想的P&O数据被存储在计算机系统212上。在一些实现方式中，可以基于来自参考变送器的生成磁场的特性和传感器208的已知特性来计算理想P&O数据(例如，校准确定的位置和取向)。如果被测得的P&O数据与理想的P&O数据匹配，或者如果被测得的P&O数据在理想P&O数据的一个或更多个阈值内，则可以确定变送器114不需要校准，因此可以使用默认的理想校准。然而，如果所计算出的P&O数据与理想的P&O数据不充分匹配，则可以计算一个或更多个校准校正因子以及将其应用于变送器114以校正这样的不准确和/或使由于DUT单元至单位变化(例如，在各种变送器之间)而引起的误差最小化。基于校准算法来确定这样的校准校正因子。在一些实现方式中，校准校正因子可以被存储在变送器114上、被存储在控制器104的电子装置上或者被存储在变送器114最终被并入其中的EMT 100中的其他地方。在一些实现方式中，校准校正因子可以被存储在网络存储器中(例如，在服务器上，例如云服务器)以供以后使用。在一些实现方式中，变送器114的校准可以花费大约一分钟或更少时间。
在一些实现方式中，校准设备200可以被配置成使得始终或几乎总是校准变送器114。例如，一个或更多个阈值可以是零使得校准变送器114除非测得的P&O匹配理想的P&O数据。在一些实现方式中，校准设备200可以被配置成在不考虑被测得的P&O数据的情况下确定针对变送器114的校准校正因子。以此方式，可以强制校准设备200以确定校准校正因子并且校准变送器114。
在一些实现方式中，可以确定变送器114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可以确定变送器114不需要校准因为传感器112相对于变送器114的所确定的位置是准确的，并且这样可以由具有被确定的零值的一个或更多个校准校正因子来指示。如果不需要校准变送器114，则变送器114可以保持原样(例如，没有校准校正因子被应用到变送器114，或者具有零值的校准校正因子被应用到变送器114，从而导致对变送器114生成磁场的方式没有变化)。
在一些实现方式中，传感器208可以通过一个或更多个紧固件固定到校准设备200的各个部分。例如，传感器208可以通过螺钉、螺母和螺栓等保持在校准设备200的表面上的适当位置。在一些实现方式中，传感器208中的一个或更多个传感器可以可移除地固定到校准设备200。例如，在一些实现方式中，校准设备200的表面可以包括被配置成接纳传感器208中的一个的孔径。以此方式，传感器208可以被放置(例如，压力配合)在孔径内使得传感器208保持在特定位置和取向处的适当位置。以此方式，传感器208可以与校准设备200分开提供并且在初始使用校准设备200之前由用户放置在校准设备200上/校准设备200中。传感器208的这样的可移除特性可以允许容易地更换传感器208。例如，损坏的和/或不准确的传感器208可以用新的传感器208代替以提高校准设备的精度。
在一些实现方式中，传感器208中的一个或更多个传感器可以被以可移动的方式固定到校准设备200。例如，传感器208中的一个或更多个传感器可以固定到包括允许传感器208穿过不同位置的轨道和/或滑动设备的校准设备200的一部分。以此方式，可以使用不同的传感器定位来校准变送器114(例如，和/或校准传感器208，如下面更详细描述的)。在一些实现方式中，传感器208中的一个或更多个传感器可以被以允许调整传感器208的取向的方式固定到校准设备200。以此方式，可以使用不同的传感器取向来校准变送器114(例如，和/或校准传感器208，如下面更详细描述的)。对于其中传感器208的位置和/或取向是可调整的实现方式，校准设备200可以被配置成向计算机系统212提供传感器208的真实(例如，实际)位置和/或取向以允许准确的校准。
在一些实现方式中，不是作为校准设备200的单独部件提供的计算机系统212和/或除了作为校准设备200的单独部件提供的计算机系统212之外，校准设备200可以包括一个或更多个计算机部件(例如，一个或更多个处理器、存储器等)使得校准设备200本身包括和/或充当计算机系统。例如，校准设备200可以包括计算机部件，该计算机部件使校准设备200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)。
对校准设备进行校准
如上所述，校准设备200可以经历校准例程以测量传感器208相对于DUT的位置/取向。已知被校准(例如，已知产生精确结果)的控制器/变送器可以用于执行校准设备200的这样的校准。
图3示出了在自校准模式下操作的图2的校准设备200的示例。在该示例中，控制器104已经被参考控制器304替换。参考控制器304包括已知产生精确结果的参考变送器(例如，经校准的变送器)。换句话说，经校准的参考变送器通过其他手段校准，这将导致在传感器208被校准的情况下传感器208提供准确的位置/取向数据。
参考控制器304被定位在安装件206中/安装件206上使得参考控制器304呈现相对于传感器208的已知固定位置和取向。在一些实现方式中，参考控制器304经由安装件206中的一个或更多个电触点或经由单独的有线电连接来电连接到校准设备200。在一些实现方式中，参考控制器304通过无线或有线连接(例如，经由USB线缆)连接到计算机系统212。在一些实现方式中，参考控制器304可以被配置成通过无线连接与校准设备200和/或计算机系统212交换信息。
在参考控制器304在安装件206上的合适位置的情况下，计算机系统212可以使参考变送器114生成具有特定特性的一个或更多个磁场。具体地，计算机系统212使电流流过参考变送器的线圈(例如，三个线圈)，这使得参考变送器以特定时间或频率和以适当大小产生三个正交磁场。由参考变送器生成的磁场被在传感器208中的每一个处接收并且使在传感器线圈中感应电压。
可以使用由参考变送器生成的磁场的特性结合传感器208的线圈中感应的电压的大小以针对每个传感器208确定传感器208相对于参考变送器的校准确定的位置和取向。具体地，针对每个传感器208，计算机系统212根据3×3数据矩阵来计算传感器208相对于参考变送器和参考控制器304的位置和取向(例如，有时称为P&O数据)。针对(例如，串联的)传感器208中的每一个确定P&O数据。在一些实现方式中，使用并入到计算机系统212中的复用开关来串联选择每个传感器信号。在一些实现方式中，复用开关可以被并入为驻留在校准设备200与计算机系统212之间的单独部件。
在一些实现方式中，传感器校准校正因子可以被存储在特定传感器208上或被存储在校准设备200的电子装置上以确保在给定经校准的参考变送器和参考控制器304的情况下，传感器208的校准确定的位置和取向是准确的。在一些实现方式中，校准校正因子可以被存储在网络存储装置中(例如，在服务器上，例如云服务器)以校准传感器208中的一个或更多个传感器。在一些实现方式中，校准设备200的校准(例如，传感器208中的一个或更多个传感器的校准)和/或确定传感器208的校准确定的位置和取向可以花费大约一分钟或更少时间。
一旦校准设备200(例如，校准设备200的传感器208)已经被校准或确认处于校准状态，并且确定了传感器208的校准确定的位置和取向，则可以使用校准设备200用于校准各种DUT变送器114。也就是说，当校准各种DUT变送器114时，传感器208的校准确定的位置和取向可以用作传感器208的已知(例如，真实)位置和取向。
操作校准设备
无论校准设备200是用于校准DUT还是自身校准，校准设备200和计算机系统212的用户可以通过与计算机系统212交互来执行校准过程。在一些实现方式中，计算机系统212被配置成经由图形用户接口(GUI)为用户提供指令。例如，计算机系统212可以是膝上型计算机，该膝上型计算机被配置成执行用于校准DUT或对校准设备200进行校准的程序。程序可以使膝上型电脑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控制器104或参考控制器304放置在安装件206中的文本、视觉和/或声音指令，将控制器104或参考控制器304电连接到安装件206或计算机系统212(例如，如果需要形成有线连接)，将带207附着在控制器104或参考控制器304周围，将计算机系统212连接到校准设备200(例如，如果需要形成有线连接)等。
在一些实现方式中，在计算机系统212上操作的程序可以包括用于允许用户限定校准过程的一个或更多个特性的一个或更多个用户可选值和/或用户输入字段。例如，程序可以允许用户指定变送器114和/或参考控制器304的参考变送器的线圈要以其操作的特定频率以生成相应的磁场。在一些实现方式中，程序可以允许用户(例如，在变送器114的校准期间)将校准校正值存储、调用和/或应用于变送器114和/或(例如，在校准装置200的校准期间)将校准校正值存储、调用和/或应用于传感器208中的一个或更多个传感器。在一些实现方式中，程序被配置成提供变送器114需要校准的指示、变送器114不需要校准的指示、校准设备200需要校准的指示和/或校准设备200不需要校准的指示(例如，通过/失败结果)。对于其中需要校准的示例，程序可以提供用户接口元素，该用户接口元素可以允许用户在与用户接口元素交互时启动校准过程。
在一些实现方式中，程序可以被配置成提供变送器114和/或传感器208中的一个或更多个传感器中存在的误差程度的指示。例如，在校准过程期间，如果变送器114和/或传感器208中的一个传感器提供指示相对大量误差的P&O数据，则程序可以提供误差程度的指示和/或提供变送器114和/或传感器208需要校准的指示。在一些示例中，在校准过程期间，如果变送器114和/或传感器208中的一个传感器提供指示相对小程度的误差的P&O数据(例如，变送器114或传感器208的确定的位置和/或取向接近真实位置和/或取向)，程序可以提供存在小程度误差的指示，和/或可以提供可以对变送器114和/或传感器208执行可选校准的指示。在一些实现方式中，如果所计算出的位置或取向在变送器114或传感器208的真实位置或取向的一个或更多个阈值内，则可以通过程序来推荐可选的重新校准。
在一些实现方式中，如果传感器208中的每一个的确定的P&O在相应传感器208的实际位置的阈值距离内，则确定要对校准设备200进行校准(例如，使得校准设备200不需要校准其传感器208)。在一些实现方式中，对于位置阈值，阈值可以为约3mm。角度值(例如，0.2度)可以用于取向阈值。因此，例如，如果确定所有传感器208相对于参考控制器304定位在其实际位置(例如，在所有维度上)的3mm内并且在其实际取向(例如，在所有维度上)的0.2度内，则计算机系统212可以确定校准设备200被充分校准以便随后与DUT变送器114使用。
类似地，在一些实现方式中，如果传感器208中的每一个的确定的P&O在相应传感器208的实际位置的阈值距离(例如，所有维度上的3mm)内，则确定DUT变送器114被校准(例如，使得变送器114不需要校准)。如果传感器208中的一个或更多个传感器具有驻留在阈值距离之外的确定位置，则可以将一个或更多个校准校正因子应用于变送器114使得变送器114可以生成导致正确识别传感器208的位置和取向的磁场。还可以使用未在本文中具体公开的确定DUT变送器114是否被校准的其他手段。
在一些实现方式中，校准设备200和计算机系统212可以被配置成对不同类型(例如，不同型号)的变送器执行校准。在一些实现方式中，程序可以接纳指示待校准的变送器的型号的输入。在校准期间可以基于使用中的变送器的型号来实现在计算机系统212上存储的特定参数。例如，变送器的第一型号可以要求通过变送器的线圈的特定大小的电流，和/或待由线圈生成的磁场的特定频率，并且变送器的第二型号可以要求通过变送器的线圈的不同大小的电流，和/或待由线圈生成的磁场的不同频率。
在一些实现方式中，针对特定DUT变送器114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变送器114的校准文件。在一些实现方式中，校准文件可以“闪存”到DUT变送器114。在一些实现方式中，可以基于校准文件来更新DUT变送器114的固件。
在一些实现方式中，特定传感器208的位置和取向(例如，传感器208的物理确定的或校准确定的位置和取向)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。
如上所述，可以使用由计算设备(例如，图2和图3的计算机系统212)执行的软件来操作图2和图3的校准设备200。在一些实现方式中，软件被包括在计算机可读介质上以便在计算机系统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，变送器114的校准和/或校准设备200的传感器208的校准可以由计算设备400和/或移动计算设备450执行和控制。计算设备400旨在表示包括例如，膝上型电脑、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的各种形式的数字计算机。计算设备450旨在表示包括例如，个人数字助理、蜂窝电话、智能电话以及其他类似的计算设备的各种形式的移动设备。这里示出的部件，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、存储设备406、连接到存储器404和高速扩展端口410的高速接口408以及连接到低速总线414和存储设备406的低速接口412。部件402、404、406、408、410和412中的每一个使用各种总线互连，并且可以被适当地安装在公共主板上或以其他方式安装。处理器402可以处理用于计算设备400内执行的包括在存储器404中或存储设备406上存储的指令的指令，以在包括例如，耦接到高速接口408的显示器416的外部输入/输出设备上显示用于GUI的图形数据。在其他实现中，可以适当地使用多个处理器和/或多个总线以及多个存储器和多种类型的存储器。此外，多个计算设备400可以与提供一部分必要操作的每个设备(例如，作为服务器组、一组刀片服务器、多处理器系统等)连接。
存储器404存储在计算设备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还可以是包括例如磁盘或光盘的另一种形式的计算机可读介质。
存储设备406能够为计算设备400提供大容量存储。在一些实现方式中，存储设备406可以是或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器设备、或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下述指令，当执行该指令时执行一种或更多种方法，包括例如如上所述的那些方法。数据载体是计算机可读介质或机器可读介质，包括例如存储器404、存储设备406、处理器402上的存储器等。
高速控制器408管理计算设备400的带宽密集操作，而低速控制器412管理较低带宽密集操作。功能的这样的分配仅是示例。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耦接到存储设备406和低速扩展端口414。可以包括各种通信端口(例如，USB、
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以太网、无线以太网)的低速扩展端口可以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(例如，通过网络适配器)诸如交换机或路由器的网络设备。
计算设备400可以以多种不同的形式实现，如图4所示。例如，计算设备400可以实现为标准服务器420，或者在一组这样的服务器中实现多次。计算设备400还可以被实现为机架服务器系统424的一部分。另外或作为替选，计算设备400可以在个人计算机(例如，膝上型计算机422)中实现。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。这样的设备中的每一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均可以使用各种总线互连，并且若干个部件可以被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，包括在存储器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多个数字处理器的芯片的芯片组。处理器452可以提供例如设备450的其他部件的协作，包括例如用户接口的控制、通过设备450运行的应用以及通过设备450的无线通信。
处理器452可以通过控制接口458与耦合至显示器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电路系统。控制接口458可以接收来自用户的命令以及将它们转换以提交至处理器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可以例如在一些实现方式中提供有线通信，或者在一些实现方式中提供无线通信。也可以使用多个接口。
存储器464存储在计算设备450内的数据。存储器464可以被实现为计算机可读介质、一个或多个易失性存储器单元或一个或多个非易失性存储器单元中的一个或更多个。扩展存储器474还可以被提供并且通过扩展接口472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，和/或可以存储用于设备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以上所述的处理的指令，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，包括例如以不可黑客方式将识别数据放置在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下述指令，在执行该指令时执行一种或更多种方法，包括例如上面关于校准变送器114和/或对校准设备200的传感器208进行校准所描述的那些方法。数据载体是可以例如通过收发器468或外部接口462接收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可以通过可以在必要时包括数字信号处理电路系统的通信接口466无线通信。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、EMS或MMS消息传送、CDMA、TDMA、PDC、WCDMA、CDMA2000或GPRS等。可以例如通过射频收发器468来发生这样的通信。此外，包括例如使用
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WiFi或其他这样的收发器(未示出)可以发生短程通信。此外，GPS(全球定位系统)接收器模块470可以向设备450提供附加的导航相关的无线数据和位置相关的无线数据，该无线数据可以被设备450上运行的应用适当的使用。
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可以接收来自用户的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，例如在设备450的手持设备中。这样的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)以及由设备450上操作的应用生成的声音。
计算设备450可以以多种不同的形式实现，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手机482、个人数字助理或其他类似移动设备的一部分。
这里描述的系统和技术的各种实现方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些各种实现方式可以包括在可编程的系统上可执行和/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，可编程处理器可以是专用的或通用的，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来实现和/或以汇编/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。
为了提供与用户交互，本文描述的系统和技术可以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)和具有用户可以用于向计算机提供输入的键盘和指向设备(例如，鼠标或轨迹球)的计算机上实现。也可以使用其他类型的设备来提供与用户的交互。例如，提供至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。
这里描述的系统和技术可以在包括后端部件(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，其中用户可以通过用户接口或网络浏览器与这里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实现。系统的部件可以通过数字数据通信(例如，通信网络)的形式或介质进行互连。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交互。客户端和服务器的关系凭借运行在相应计算机上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 (21)

1.一种校准设备，包括：
被定位在所述校准设备处的多个磁传感器，所述多个磁传感器限定空间；
被配置成定位在由所述多个磁传感器限定的空间中的控制器，其中，所述控制器包括第一磁变送器；以及
一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器被配置成：
使所述第一磁变送器生成多个磁场；
从所述多个磁传感器接收基于在所述多个磁传感器处接收到的所述多个磁场的特性的信号；
基于从所述多个磁传感器接收到的所述信号来计算相对于所述控制器和所述第一磁变送器的位置和取向的所述多个磁传感器的位置和取向；
确定所计算出的所述多个磁传感器的位置和取向是否在所述多个磁传感器的已知位置和取向的一个或更多个阈值极限内，并且如果所计算出的所述多个磁传感器的位置和取向超出所述一个或更多个阈值极限，则基于校准算法来确定针对所述第一磁变送器的一个或更多个校准校正因子；
使参考控制器的第二磁变送器生成第二多个磁场；
从所述多个磁传感器接收基于在所述多个磁传感器处接收到的所述第二多个磁场的特性的第二信号；
基于从所述多个磁传感器接收到的所述第二信号来计算相对于所述第二磁变送器的位置和取向的所述多个磁传感器的位置和取向；
将所计算出的所述多个磁传感器的位置和取向与所述多个磁传感器的所述已知位置和取向进行比较；
基于所述比较，针对所述多个磁传感器中的一个或更多个磁传感器确定一个或更多个校准校正因子。
2.根据权利要求1所述的校准设备，其中，基于所述多个磁传感器的被测得的位置和取向与所述多个磁传感器的所述已知位置和取向之间的差异并基于所述校准算法来确定针对所述第一磁变送器的所述一个或更多个校准校正因子。
3.根据权利要求2所述的校准设备，其中，所述一个或更多个处理器还被配置成：
创建包括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第一磁变送器。
4.根据权利要求2所述的校准设备，其中，所述一个或更多个阈值极限是零，使得在不考虑所述多个磁传感器的被测得的位置和取向与所述多个磁传感器的所述已知位置和取向之间的差异的情况下针对所述第一磁变送器确定校准校正因子。
5.根据权利要求1所述的校准设备，包括被配置成将所述控制器和所述第一磁变送器保持在相对于所述多个磁传感器的固定位置和取向的安装件。
6.根据权利要求1所述的校准设备，其中，所述控制器被配置成与所述校准设备通信。
7.根据权利要求1所述的校准设备，其中，所述控制器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。
8.根据权利要求1所述的校准设备，其中，所述多个磁传感器中的至少一些磁传感器可移除地固定到所述校准设备。
9.根据权利要求1所述的校准设备，其中，所述多个磁传感器中的至少一些磁传感器可移动地附接到所述校准设备，使得所述多个磁传感器中的所述至少一些磁传感器的位置或取向中的一者或两者是可调整的。
10.根据权利要求1所述的校准设备，其中，所述一个或更多个处理器与复用开关通信，所述复用开关允许所述一个或更多个处理器从串联的所述多个磁传感器中的每个磁传感器接收所述信号。
11.根据权利要求1所述的校准设备，其中，所述一个或更多个处理器还被配置成：
创建包括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多个磁传感器中的所述一个或更多个磁传感器。
12.一种校准系统，包括：
包括第一磁变送器的控制器；
校准设备，所述校准设备包括：
壳体；
被定位在所述壳体处的多个磁传感器；以及
被定位在所述壳体之内的安装件，所述安装件被配置成接纳所述控制器；以及
与所述校准设备通信的计算机系统，所述计算机系统被配置成：
使所述第一磁变送器生成多个磁场；
从所述多个磁传感器接收基于在所述多个磁传感器处接收到的所述多个磁场的特性的信号；
基于从所述多个磁传感器接收到的所述信号来计算相对于所述控制器和所述第一磁变送器的位置和取向的所述多个磁传感器的位置和取向；
确定所计算出的所述多个磁传感器的位置和取向是否在所述多个磁传感器的已知位置和取向的一个或更多个阈值极限内，并且如果所计算出的所述多个磁传感器的位置和取向超出所述一个或更多个阈值极限，则基于校准算法来确定针对所述第一磁变送器的一个或更多个校准校正因子；
使参考控制器的第二磁变送器生成第二多个磁场；
从所述多个磁传感器接收基于在所述多个磁传感器处接收到的所述第二多个磁场的特性的第二信号；
基于从所述多个磁传感器接收到的所述第二信号来计算相对于所述第二磁变送器的位置和取向的所述多个磁传感器的位置和取向；
将所计算出的所述多个磁传感器的位置和取向与所述多个磁传感器的所述已知位置和取向进行比较；以及
基于所述比较，针对所述多个磁传感器中的一个或更多个磁传感器确定一个或更多个校准校正因子。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，基于所述多个磁传感器的被测得的位置和取向与所述多个磁传感器的所述已知位置和取向之间的差异并基于所述校准算法来确定针对所述第一磁变送器的所述一个或更多个校准校正因子。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述计算机系统还被配置成：
创建包括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第一磁变送器。
15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述安装件被配置成将所述控制器和所述第一磁变送器保持在相对于所述多个磁传感器的固定位置和取向。
16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述控制器被配置成与所述计算机系统或所述校准设备中的一者或两者通信。
17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述控制器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。
18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个磁传感器中的至少一些磁传感器可移除地固定到所述校准设备。
19.根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个磁传感器中的至少一些磁传感器可移动地附接到所述校准设备，使得所述多个磁传感器中的所述至少一些磁传感器的位置或取向中的一者或两者是可调整的。
20.根据权利要求12所述的系统，还包括与所述计算机系统通信的复用开关，所述复用开关允许所述计算机系统从串联的所述多个磁传感器中的每个磁传感器接收所述信号。
21.根据权利要求12所述的系统，其中，所述计算机系统还被配置成：
创建包括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多个磁传感器中的所述一个或更多个磁传感器。
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