CN111201720B - 电磁位置跟踪系统中的半球模糊校正 - Google Patents

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Abstract

一种方法，接收指示移动单元[112]相对于基本单元[102]的第一姿态的EM场幅值；从与所述移动单元相关联的第二传感器[120]接收传感器数据，其中，所述传感器数据指示所述移动单元的移动方向；基于所述EM场幅值来计算候选姿态解的集合；基于来自所述第二传感器的所述传感器数据来从候选姿态解的集合中选择姿态；以及将所述姿态发送到处理器。

Description

电磁位置跟踪系统中的半球模糊校正
技术领域
本公开一般涉及位置跟踪系统，并且更具体地涉及电磁(EM)位置跟踪系统。
背景技术
使用近场EM场的位置跟踪系统，也称为EM位置跟踪系统，通常包括发射器，该发射器使用三轴线圈生成EM场以在位于远程接收器处的第二三轴线圈上感生电流。接收器生成对应于EM场幅度的值，然后处理这些值以计算接收器相对于发射器的位置和/或定向(或“姿态”)。然而，将EM场幅值(EM幅值)转换成位置数据的计算可以具有多个有效解(即多个候选姿态可以满足决定转换的方程)。在正确位置上所产生的模糊(ambiguity)被称为"半球模糊"，因为两个候选位置可以被表示为沿着球体彼此相对，其中每个可能的位置解都在球体的单独半球中。
附图说明
通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且其许多特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项。
图1是根据一些实施例的包括生成用于由移动单元使用的EM场的基本单元的EM位置跟踪系统的框图。
图2是图示根据一些实施例的包括具有惯性测量单元(IMU)以执行半球去模糊(disambiguation)的基于头戴式显示器(HMD)的系统的图1的EM位置跟踪系统的框图。
图3是根据一些实施例的包括生成EM场的移动单元和基本单元的EM位置跟踪系统的框图。
图4是根据一些实施例的包括生成EM场的移动单元和具有用于半球去模糊的第二传感器的基本单元的EM位置跟踪系统的框图。
图5是根据一些实施例的示出了与在EM场内相对于基本单元移动的移动单元相关联的半球模糊的图1的EM位置跟踪系统的图。
图6是根据一些实施例的在其中移动的基本单元更接近移动单元移动并显现出半球模糊的图4的EM位置跟踪系统的图。
图7是根据一些实施例的在其中移动的基本单元远离移动单元移动并显现出半球模糊的图4的EM位置跟踪系统的图。
图8是根据一些实施例的在其中基本单元相对于静止的移动单元横向移动并且表现出半球模糊的图4的EM位置跟踪系统的框图。
图9是根据一些实施例的在其中控制器相对于基本单元处于运动的在图1的EM位置跟踪系统中的半球去模糊的方法的流程图。
图10是根据一些实施例的在其中基本单元相对于移动单元处于运动的在图4的EM位置跟踪系统中的半球去模糊的方法的流程图。
具体实施方式
图1-10说明用于在EM位置跟踪系统中半球去模糊的方法和系统，其中该方法和系统采用第二传感器来支持对在EM场中的对象的EM位置跟踪。例如，HMD可以采用EM位置跟踪系统，该EM位置跟踪系统使用诸如HMD本身的基本单元和诸如无线手持控制器的移动单元来识别移动单元(例如，手持控制器)的姿态。EM位置跟踪系统为EM场中的移动单元生成EM姿态值。当与EM位置跟踪系统相关联的处理器基于EM方程组计算在EM场内移动的被跟踪对象(例如，手持控制器)的姿态值并创建两个候选姿态值时，半球模糊就出现了。由于两个候选姿态都是EM方程的有效解，处理器不能仅基于EM方程来确定哪个姿态值准确地反映对象的实际姿态。因此，为了达成正确的姿态，EM位置跟踪系统还采用诸如IMU的第二传感器以生成对应于EM场中被跟踪的对象的移动的“移动方向”值。所述处理器通过比较所述两个候选姿态值来计算最终姿态，基于先前姿态值得出所估计的移动方向值，且将所得出的所估计的移动方向值与来自所述第二传感器的移动方向值进行比较。处理器然后选择最接近从第二传感器估计的方向的候选姿态值。因此，HMD执行半球去模糊而无需用户输入(例如，用户在键盘上手动输入数据或预先选择优选的半球)，从而改善用户体验。
图1是根据一些实施例的包括生成用于由移动单元112使用的EM场110的基本单元102的EM位置跟踪系统100的框图。其它实施例是可能的，并且不受本公开的限制。基本单元102包括具有线圈104和功率放大器106的EM发射器模块(EM发射器)105，并且还包括第一处理器108。移动单元112包括具有线圈114和模数转换器(ADC)116的EM接收器模块(EM接收器)115、第二处理器118和第二传感器120。基本单元102通过通信链路122与移动单元112建立通信。通信链路122可以是但不限于无线网络链路、RF无线电链路、IR光链路、USB连接、以太网链路或适于通信的其它方法。通信链路122允许基本单元102向移动单元112发送数据和从其接收数据。所述数据包括但不限于来自基本单元102或移动单元112的姿态数据和传感器数据。
在本实施例中，基本单元102生成EM场110，以由移动单元112接收。移动单元112位于EM场110内，其中EM场110的幅度由EM线圈114感测。当移动单元112在EM场110中四处移动时，EM线圈114生成EM场幅值的集合。当移动单元112改变在EM场110内的姿态时，这些值可以在三维中在幅度和方向上都不断改变。ADC 116从EM线圈114接收EM场幅值，并将它们转换成数字形式以供第二处理器118使用。在至少一个实施例中，基本单元102是静止的，而在其它实施例中，基本单元102是移动的。在其它实施例中，基本单元102包括用于安装在用户头部的外壳(未示出)。移动单元112第二处理器118对EM场幅值执行计算以生成EM姿态数据。替换地，移动单元112可将EM场幅值发送到基本单元102第一处理器108作为用于计算姿态的一个输入。在又一实施例中，基本单元102和移动单元112可以根据需要分担计算任务，或者基于在进行计算时请求的处理器任务、分时(time-shared)过程等等来分配计算任务。在又一个实施例中，所述计算由与第一处理器108或第二处理器118通信的第三处理器(未示出)完成。
在本实施例中，功率放大器106从第一处理器108接收发射信号，并将电功率发送到EM线圈104，以用于生成EM场110。发射信号使得功率放大器106能够开始生成EM场110。在一些实施例中，功率放大器106位于基本单元102内。EM发射器104可以使用三轴线圈或其它装置来生成EM场110，该EM场穿进包含移动单元112的世界坐标系(world frame)环境。移动单元112被放置在EM场110内，并使用EM接收器114感测远离基本单元102一段距离的EM场110的场幅度。在移动单元112内，EM线圈114感测EM场110并识别被发送到ADC 116的EM幅值。ADC 116调节EM幅值以供第二处理器118使用。在至少一些实施例中，ADC 116还可以用作用于传入EM幅值的电滤波器，以进一步处理和电平移动EM幅值以供第二处理器118使用。而且，在至少一些实施例中，ADC 116可以被用作用于传入EM幅值的噪声隔离滤波器。第二处理器118接收EM幅值，并基于由移动单元112感测的EM场110幅值将它们转换成移动单元112相对于基本单元102的EM姿态数据。
移动单元112还采用第二传感器120作为第二感测装置来确定移动单元112的移动方向数据。第二传感器120被放置成以已知的固定对准与移动单元112机械接触，以收集移动方向数据。第二传感器120可以包括但不限于IMU、加速度计、陀螺仪、磁力计、其它惯性类型传感器、其它运动传感器、其它姿态传感器或GPS传感器。在本实施例中，第二传感器120包括加速度计和陀螺仪。一旦被初始化，第二传感器120就生成移动方向数据并将其发送到第二处理器118。在至少一些应用中，第二传感器120生成直接兼容由第二处理器118使用的移动方向数据。在其它实施例中，移动方向数据可经历额外的滤波和转换以便由第二处理器118使用。连接基本单元102和移动单元112的通信链路122用于向以及从基本单元102第一处理器108和移动单元112第二处理器118发送信号，以交换姿态数据、移动方向数据、用于EM位置跟踪系统100、HMD、VR或AR系统的操作的数据等等。
EM位置跟踪系统100根据某些实施例执行半球去模糊。第一处理器108或第二处理器118基于由移动单元112生成的EM场幅值来计算候选姿态值的集合。移动单元112还采用第二传感器120，其生成供第一处理器108或第二处理器118如本文所述用于计算最终姿态值的移动方向数据。
在一些实施例中，EM发射器105和EM接收器115被交换，使得EM发射器105与移动单元112机械接触，EM接收器115与基本单元102机械接触。
图2是图示了根据一些实施例的包括具有惯性测量单元(IMU)214以执行半球去模糊的基于头戴式显示器(HMD)的系统200的图1的EM位置跟踪系统的框图。根据一些实施例，EM位置跟踪系统100由基于HMD的系统200用来确定移动单元112相对于基本单元102的姿态。基于HMD的系统200仅是如图1中所描述的EM位置跟踪系统100的一个实施例。在所示实施例中，基于HMD的系统200包括对应于图1的基本单元102的HMD 202，而手持控制器232对应于图1的移动单元112。在至少一些实施例中，HMD装置202也被称为基本单元202，并且手持控制器232也被称为移动单元232。在至少一个实施例中，HMD装置202是静止的，而在其它实施例中，HMD装置202是移动的。在其它实施例中，HMD装置202包括用于安装在用户头部上的外壳(未示出)。基于HMD的系统200包含各种电子和光学组件，其用于向用户显示视觉内容、向用户输出音频内容以及跟踪移动单元112的姿态，如本文进一步描述的。基于HMD的系统200包含各种电子和光学组件，其用于向用户显示视觉内容、向用户输出音频内容以及跟踪手持控制器232的姿态，如本文进一步描述的。
作为基于HMD的系统200的操作的一般概述，HMD装置202包括处理器204，其执行指令以向用户提供虚拟现实(VR)体验。例如，处理器204可以执行指令以经由一个或多个近眼显示器显示视觉内容并且经由一个或多个扬声器(未示出)输出音频内容。为了支持VR体验的提供，HMD装置202保持跟踪其自己在基于HMD的系统200的环境内的姿态。如本文所使用的，术语“姿态”是指对象的位置、对象的定向或其组合。因此，HMD装置202可以保持跟踪其在环境内的位置，可以保持跟踪其在环境内的定向或者可以保持跟踪其位置和其定向两者。
为了保持跟踪其在环境内的姿态，在一个实施例中，HMD装置202采用同时定位和地图构建(SLAM)模块205，其被配置为基于SLAM技术来生成HMD装置202的姿态信息。例如，在一些实施例中，SLAM模块205被配置为从一个或多个图像采集装置(未示出)接收环境的影像，从这些图像中识别特征并且基于所识别的特征来识别HMD装置202的姿态。在至少一个实施例中，SLAM模块205可以采用附加的姿态检测传感器，诸如惯性传感器、全球定位系统传感器等，以帮助识别HMD装置202的姿态。SLAM模块205将姿态信息提供给处理器204，其进而采用所述姿态信息来将HMD装置202置于虚拟环境中。
为了进一步增强VR体验，HMD装置202还持续更新手持控制器232的姿态。特别地，为了识别姿态，基于HMD的系统200利用包括EM场发射器240的EM场检测系统来生成EM场110，并且利用位于手持控制器232中的EM场接收器241来检测EM场110的幅度。在所描绘的示例中，EM场发射器240位于HMD装置202的外壳处或外壳内，并且EM场接收器241位于手持控制器232的外壳处或外壳内。然而，因为EM场检测系统通常被配置成生成在EM发射器240和EM接收器241之间的相对姿态，所以其他配置是可能的。例如，在至少一个实施例中，EM发射器240位于手持控制器232的外壳处或外壳内，EM接收器241位于HMD装置202的外壳处或外壳内。在另一实施例中，HMD装置202和手持控制器232都包含EM场接收器240，而EM发射器241位于第三基本单元(未示出)中。在又一实施例中，HMD装置202和手持控制器232包含EM发射器240，而EM接收器位于第三基本单元中。
在所示的示例中，手持控制器232包括IMU 214，以帮助手持控制器232的姿态检测。具体地，IMU 214基于IMU 214的一个或多个运动传感器——诸如一个或多个加速度计、陀螺仪或其组合——周期性地或连续地生成手持控制器232的姿态信息。手持控制器232的处理器207将由IMU 214生成的姿态数据(在下文中，称为“IMU姿态数据”)和基于EM场110生成的姿态数据(在下文中，称为“EM姿态数据”)组合以生成组合姿态，并且经由通信链路122将组合姿态提供给HMD装置202。HMD装置202可以采用组合姿态来识别手持控制器232相对于HMD装置202的姿态，并且基于组合姿态来对虚拟环境做出改变。这允许用户使用手持控制器232与虚拟环境交互。
当EM幅度数据被用于计算EM姿态值时，在基于HMD的系统200中出现半球模糊。所述模糊是通过使用诸如EM接收器241的线圈传感器生成3维(3-D)空间中的姿态值而引起的。使用EM幅度数据来求解位置的结果是，计算将产生被称为候选姿态值的两个有效姿态解的集合。为了校正这种模糊，图2的基于HMD的系统200通过将EM姿态数据所指示的估计的移动方向与IMU 214提供的移动方向数据进行比较来校正半球模糊。特别地，处理器207将当前EM姿态数据与先前EM姿态数据进行比较，以得出对象的估计的基于EM的移动方向数据。处理器207接着比较基于EM的移动方向数据且选择与对象的估计的移动方向最接近地对准的候选姿态值。基于HMD的系统200使用所选择的候选姿态值按照HMD的系统200中的系统操作和图像生成所需的来计算手持控制器232的距离、范围、运动等等。
图3是根据一些实施例的包括生成EM场110的移动单元312和基本单元302的EM位置跟踪系统300的框图。图3示出了与图1中所公开的系统类似的系统，但是尽管图1示出了生成EM场110并被移动单元112接收的基本单元102，但是图3示出了移动单元312生成在基本单元302处被感测的EM场110的替代环境。在图3的实施例中，基本单元302采用具有线圈304和ADC 306的EM接收器305，并且还包括第一处理器308。移动单元312使用具有线圈314和功率放大器316的EM发射器315，并且还包括第二处理器318和第二传感器320。
在一个或多个实施例中，基本单元302通过采用传感器(未示出)来感测其自身位置并将该位置建立为基线位置来建立相对于世界坐标系的相对姿态。传感器可以在基本单元302的内部，或者在替代实施例中，可以是外部对准过程或工具的一部分，以在系统启动时将基本单元302对准和校准到已知姿态。在本实施例中，功率放大器316从第二处理器318接收发射信号，并向线圈314发送电功率，以用于生成EM场110。发射信号使得功率放大器316能够开始生成EM场110，以便由基本单元302使用。同时，在至少一些实施例中，第一处理器308或第二处理器318可存储数据，包括但不限于如本文所述随时间记录的姿态数据、查找表数据、校准数据等。以与图1中公开的类似方式，EM位置跟踪系统300生成EM姿态数据和移动方向数据，以供第一处理器308、第二处理器318或第三处理器(未示出)用于计算移动单元312的最终姿态。
EM位置跟踪系统300根据某些实施例执行半球去模糊。在至少一个实施例中，基本单元302是静止的，而在其它实施例中，基本单元302是移动的。在其它实施例中，基本单元302包括用于安装在用户头部的外壳(未示出)。EM位置跟踪系统300包含如本文进一步描述的用于向用户显示视觉内容、向用户输出音频内容以及跟踪移动单元312的姿态的各种电子和光学组件。在本实施例中，移动单元312生成EM场110，其由基本单元302感测。第一处理器108、第二处理器118或第三处理器(未示出)基于由基本单元302生成的EM场幅值来计算姿态值的集合。移动单元112还采用第二传感器320来生成移动方向值，以供第一处理器308或第二处理器318或第三处理器(未图示)用于计算最终姿态值，如本文所描述。
图4示出了根据一些实施例的可以执行半球去模糊的EM位置跟踪系统400。EM位置跟踪系统400类似于图3的示例，但在图4的示例中，第二传感器420位于基本单元402。EM位置跟踪系统400的其它模块与图3的相应模块类似地操作，该EM位置跟踪系统400包括基本单元404的RX模块405(包括线圈404和ADC 406)和处理器408，以及移动单元412的TX模块415(包括线圈414和放大器416)和处理器418。然而，因为第二传感器420位于基本单元402处，EM位置跟踪系统400可以基于基本单元402而不是移动单元412的运动来使半球模糊去模糊。具体地，并且如这里进一步描述的，EM位置跟踪系统可以基于由第二传感器420指示的移动方向来执行半球去模糊，或者可以通过采用第二传感器420来识别基本单元402相对于世界坐标系的移动而执行半球去模糊。
图5是根据一些实施例的示出了与在EM场110内相对于基本单元102移动的移动单元112相关联的半球模糊的EM位置跟踪系统500的图。图5示出了在图1的EM场110内移动之前和之后的移动单元112的候选姿态。基本单元102的第一处理器108(未示出)计算如图1所公开的两个可能候选姿态解的集合。所述两个候选姿态解在图5中由在位置506A(“起始位置‘A’)和508A(起始位置‘C’)开始的移动单元112图形地示出。两个候选姿态都是数学上有效的解，EM位置跟踪系统500在没有附加信息的情况下不能确定哪个是正确的姿态。对于诸如VR“内-外”系统之类的系统，手持控制器(移动单元112)相对于HMD装置(基本单元102)的起始姿态可以是任意的，并且由于控制器操作不限于特定的空间区域，所以查明实际的候选姿态不是微不足道的。
如下面进一步描述的，在图5的示例中，当移动单元112移动时，至少两个传感器提供对运动方向的指示：EM传感器和第二非EM传感器，诸如IMU。为了在候选姿态之间去模糊，EM位置跟踪系统100选择与第二非EM传感器指示的移动方向更接近地对准的候选姿态。关于图5的示例，示出了在EM场110内在移动之前和之后的移动单元112。在候选起始位置‘A’506A处示出了一个候选起始姿态。图5的示例还示出了“r向量”502A，其表示候选姿态相对于基本单元的空间中的位移。当移动单元112移动时，其沿着候选姿态移动506A通过到候选结束位置‘B’506B。同时，EM跟踪位置系统100计算候选姿态和复制姿态两者。在该示例中，与刚刚描述的候选姿态一起，产生第二候选姿态。这些包括移动单元112处于起始位置‘C’508A、移动单元112沿着候选姿态移动504B的方向移动以及移动单元112在候选结束位置‘D’508B处停止。因此，确定在EM位置跟踪系统100中使用的姿态解产生了两个可能的候选姿态解。
在至少一些实施例中，第二传感器120是位于移动单元112中的并且刚性地固定到离EM接收器114一定距离处的IMU，使得移动单元112和EM接收器114之间的距离被考虑在内。在这样的实施例中，EM接收器114的加速度由以下表示：
Figure BDA0002442505500000101
其中：
Figure BDA0002442505500000102
是加速度计相对于世界坐标系的加速度；
Figure BDA0002442505500000103
是从第二传感器120位置到EM接收器114的向量；
Figure BDA0002442505500000104
是陀螺仪相对于世界坐标系的角速度；
Figure BDA0002442505500000105
是第二传感器120相对于世界坐标系的角加速度；
Figure BDA0002442505500000111
表示离心力；和
Figure BDA0002442505500000112
表示欧拉力，其中欧拉力是反应于角加速度而感测到的切向力。
应当理解，上述公式应用于IMU，并且将根据用作第二传感器的非EM传感器的类型而变化。
图6是根据一些实施例的利用移动基本402并且具体地利用更接近移动单元412移动并且显现出半球模糊的基本单元402来执行半球去模糊的EM位置跟踪系统400(图4)的图。在所图示的示例中，基本单元402识别两个候选姿态：在位置‘A’602A开始并在位置‘B’602B结束(由EM跟踪系统400产生)的其表观移动(apparent movement)的姿态，以及在位置‘C’504A开始其表观移动并在位置‘D’504B结束其表观移动的候选姿态。在上述示例中，基本单元102相对于移动单元112的表观移动是从图4的EM位置跟踪系统400确定的。在至少一些实施例中，基本单元402移动更接近候选姿态之一，由此基本单元402的移动可以用于半球去模糊。半球模糊的一个特性是当在正确的候选姿态和基本单元402之间的范围减小时，到两个候选姿态的范围减小。因此，如果候选姿态是静止的并且基本单元402朝向正确的候选姿态移动，则到两个候选姿态的范围减小。在类似的方法中，如果基本单元102远离正确的候选姿态移动，则到两个候选姿态的范围都增加。
使用EM位置跟踪技术来测量候选姿态相对于基本单元402的位置。基本单元402包括图4的第二传感器420，以确定基本单元402的移动方向值。第二传感器可以是可用于得出运动方向的任何传感器。例子包括但不限于IMU、磁力计、惯性传感器、姿态传感器、SLAM系统或另一定位系统。当第二传感器420计算出基本单元402已朝向第一候选姿态移动时，使用EM姿态数据重新计算在基本单元102与候选姿态之间的范围。如果到两个候选姿态移动单元112的所计算的范围已减小，则第一候选姿态是正确姿态。如果所计算的范围显示范围已经增加，则另一候选姿态是正确姿态。
在一些实施例中，具有移动的基本的EM位置跟踪系统400位于世界坐标系内，基本单元402和移动单元412位于世界坐标系的球面内的任何位置。在至少一些实施例中，基本单元402和移动单元412都相对于世界坐标系是运动的。通过使用所述基本单元相对于移动单元的净移动，以上描述的过程将产生最终姿态，而不管基本单元402和移动单元412中的一个或两个是否在世界坐标系中移动。在另一示例中，假设基本单元402正朝向候选姿态移动单元412移动，同时候选姿态移动单元412正朝向基本单元402移动。在一些实施例中，基本单元402的移动方向是从基本单元402的加速度、或速度、或距离变化得出的。
图7是根据一些实施例的基本单元402远离移动单元412移动并显现出半球模糊的图4的EM位置跟踪系统400的图。具有移动的基本单元的EM位置跟踪系统400类似于图6中公开的系统，除了基本单元402正在移动远离正确的候选姿态以外。在所示的示例中，基本单元402正在移动，导致在位置‘A’702A处开始并在位置‘B’702B处结束其表观移动的候选姿态，以及在位置‘C’704A处开始其表观移动并在位置‘D’704B处结束其表观移动的候选姿态。在图7的示例中，基本单元402正在移动，导致候选姿态的表观移动远离基本单元402。在至少一些实施例中，基本单元402的移动可用于如上文关于图6所描述的半球去模糊。
图8是根据一些实施例的在其中基本单元402相对于移动单元412横向移动并且表现出半球模糊的EM位置跟踪系统400的框图。在所示的例子中，基本单元402开始于位置‘A’702A，并相对于移动单元412横向移动到位置‘B’702B。在至少一些实施例中，基本单元102使用第二传感器420来跟踪基本单元402相对于世界坐标系环境的姿态。第二传感器420是指示基本单元102在世界坐标系中的位置的非EM传感器。因此，在图8的实施例中，第二传感器可以是SLAM模块、GPS模块、姿态传感器或能够识别世界坐标系中的基本单元402的位置的其他传感器。通过使用第二传感器，从图1的EM位置跟踪系统400计算的姿态被变换到世界坐标系。当基本单元402相对于移动单元412移动时，与移动单元412相关联的一个候选姿态将保持在世界坐标系中的正确位置，而与移动单元412相关联的另一候选姿态将从位置‘A’804A到位置‘B’804B移动到在世界坐标系中的错误位置。保持在世界坐标系中的正确位置的姿态是正确姿态。在至少一些实施例中当移动单元412静止时，以及在其它实施例中当移动单元处于运动中时，可以应用图8中描述的用于半球去模糊的相同过程。
图9是根据一些实施例的由图1的EM位置跟踪系统100进行的半球去模糊的方法900的流程图，其中图1的移动单元112相对于基本单元102处于运动中。第一处理器108或第二处理器118或第三处理器(未示出)可以执行用于校正如本文所述的半球模糊的指令。对于以下描述，假设所有计算都由基本单元102第一处理器108完成。然而，移动单元112第二处理器118可以执行所述指令，或者在一些实施例中，工作负荷可以在第一处理器108和第二处理器118之间分担而没有限制。同样在一些实施例中，过程的一些部分可以由第三处理器执行。在块902，位于图1的EM位置跟踪系统100的基本单元102中的Tx模块105生成EM场110，该EM场110的信号被位于移动单元112中的Rx模块115接收。Rx模块115生成被发送到第一处理器108的EM数据。在块904，第一处理器108从移动单元112接收EM数据。在块906，第一处理器108使用EM数据并计算对应于移动单元112相对于基本单元102的姿态的候选姿态解值的集合。由于使用来自EM线圈的数据计算候选姿态解值的集合，因此从计算中得到至少两个单独并且有效的候选姿态解，其中每个候选姿态解在球体的相对的点上，其中，仅一个候选姿态是正确的。在块908，第一处理器108基于先前计算的候选姿态来计算候选姿态的估计的移动方向值。同时，在块909，移动单元112相对于基本单元102移动到新姿态。在块910处，移动单元112第二传感器120提供用于生成移动方向数据的数据，并将该数据发送到第一处理器108。在块912处，第一处理器108从移动单元112接收移动方向数据。在块914处，第一处理器108将候选姿态的所估计的移动方向与移动方向数据进行比较，并且选择正确的候选姿态。半球去模糊过程800因此使用移动方向数据从两个候选姿态的集合中选择以确定最终姿态值。第一处理器108然后将最终姿态数据输出到图1的EM位置跟踪系统100。
图10是根据一些实施例的由图4的EM位置跟踪系统400进行的半球去模糊方法1000的流程图。图10描述了半球去模糊过程，其中，基本单元402相对于移动单元412移动。图4的第一处理器408或第二处理器418或第三处理器可执行用于校正半球模糊的指令，如以下描述中所公开的。对于以下描述，假设所有计算都由基本单元402第一处理器408完成。然而，在其他实施例中，所述计算可以由移动单元412的第二处理器418执行，或者在一些实施例中，工作负荷可以在第一处理器408和第二处理器418或第三处理器之间分担而没有限制。
在块1002，移动单元412生成EM场410，并且基本单元402的Rx模块405基于EM场410的相对幅度生成EM传感器数据。在块1004，第一处理器408从Rx模块405接收EM传感器数据。在块1006处，第一处理器408使用EM传感器数据来计算对应于移动单元412相对于基本单元402的姿态的候选姿态解值的集合。至少两个单独且有效的候选姿态解由所述计算产生，其中每个解在球体的相对点上，其中仅一个姿态是正确的。在块1008，第一处理器408使用先前的候选姿态计算来计算基本单元402的估计的移动方向。同时，在块1010处，基本单元402相对于移动单元412移动到新姿态。在块1012处，第二传感器数据420生成移动方向数据，并将该数据发送到第一处理器408。在块1014，第一处理器408从第二传感器420接收移动方向数据。在块1016，处理器408将EM姿态数据与移动方向数据进行比较，以选择正确的半球。然后，处理器408将最终姿态数据输出到EM位置跟踪系统400。
在一些实施例中，上述技术的某些方面可以由执行软件的一个或多个处理器来实现。所述软件包括存储或以其他方式有形地体现在非暂时性计算机可读存储介质上的一个或多个可执行指令集合。所述软件可以包括指令和某些数据，所述指令和某些数据当由一个或多个处理器执行时，操纵一个或多个处理器以执行上述技术的一个或多个方面。例如，所述非暂时性计算机可读存储介质可以包括磁盘或光盘存储装置、诸如闪存的固态存储装置、高速缓存、随机存取存储器(RAM)或其他非易失性存储器装置等。存储在非暂时性计算机可读存储介质上的可执行指令可以是源代码、汇编语言代码、目标代码或由一个或多个处理器解释或以其他方式可执行的其他指令格式。
计算机可读存储介质可以包括在使用期间可由计算机系统访问以向计算机系统提供指令和/或数据的任何存储介质或存储介质的组合。这种存储介质可以包括但不限于光学介质(例如，紧凑盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、蓝光盘)、磁介质(例如，软盘、磁带或磁硬盘驱动器)、易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)或高速缓存)、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)或闪存)或基于微机电系统(MEMS)的存储介质。计算机可读存储介质可以嵌入在计算系统(例如，系统RAM或ROM)中，固定地附接到计算系统(例如，磁硬盘驱动器)，可移除地附接到计算系统(例如，光盘或基于通用串行总线(USB)的闪存)，或者经由有线或无线网络(例如，网络可访问存储装置(NAS))耦接到计算机系统。
注意，并非以上在一般描述中描述的所有活动或元件都是必需的，特定活动或装置的一部分可能不是必需的，并且除了所描述的那些之外，可以执行一个或多个进一步的活动，或者包括一个或多个进一步的元件。更进一步地，所列出活动的顺序不一定是执行它们的顺序。此外，已经参考具体实施例描述了所述概念。然而，本领域普通技术人员可以理解，在不偏离如所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。
上面已经关于具体实施例描述了益处、其他优点和解决问题的方案。然而，对问题的所述益处、优点、解决问题的方案以及可以使任何益处、优点或解决方案出现或变得更加显著的任何特征不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或实质的特征。此外，上文所揭示的具体实施例仅为说明性的，因为所公开的主题可以受益于本文中的教导的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式来修改和实践。除了以下权利要求书中所描述的之外，不旨在对本文所示的构造或设计的细节进行限制。因此，显然可以改变或修改上文所公开的具体实施例，且所有此类变化均视为在所公开的主题的范围内。因此，在此要求的保护由在下面的权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种用于校正半球模糊的方法，包括：
接收指示移动单元相对于基本单元的第一姿态的电磁EM场幅值；
由一个或多个处理器基于所述EM场幅值来计算候选姿态解的集合；
检测所述基本单元和所述移动单元中的至少一个的移动；
从与所述移动单元和所述基本单元中的一个相关联的第二传感器接收传感器数据，其中，所述传感器数据指示所述移动单元和所述基本单元中的所述至少一个的所述移动的方向；
基于来自所述第二传感器的所述传感器数据从所述候选姿态解的集合中选择最终姿态，其中，选择所述最终姿态包括：
基于所述基本单元和所述移动单元中的所述至少一个的移动来计算所述候选姿态解的集合的对应的预期位置；以及
选择位置与所述对应的预期位置最接近地匹配的所述候选姿态解。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，计算所述对应的预期位置包括：
由所述一个或多个处理器计算所述候选姿态解的集合中的每个候选姿态解的第一移动向量；以及
由所述一个或多个处理器基于来自所述第二传感器的所述传感器数据来计算所述移动单元的第二移动向量；并且
其中，选择所述候选姿态解包括：
将所述第一移动向量中的每一个与所述第二移动向量进行比较；以及
选择所述候选姿态解的集合中的与在值上最接近所述第二移动向量的第一移动向量相关联的一个候选姿态解。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二移动向量还包括距离向量、速度向量和加速度向量中的一个。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基本单元包括EM发射器和EM接收器中的一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动单元包括EM接收器和EM发射器中的一个。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基本单元包括头戴式显示装置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动单元包括虚拟现实手持控制器装置。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，
其中，检测所述基本单元和所述移动单元中的所述至少一个的所述移动包括检测所述基本单元已经移动到更接近所述候选姿态解的集合中的一个候选姿态解；
其中，计算所述候选姿态解的集合的所述对应的预期位置包括：
使用来自所述第二传感器的所述传感器数据来计算所述基本单元的移动向量，其中，所述移动向量包括距离向量、速度向量和加速度向量中的一个；以及
由所述一个或多个处理器使用所述EM场幅值来计算所述基本单元和所述候选姿态解的集合之间的相应的距离；以及
其中，选择所述候选姿态解包括选择相应的距离已对应地减小的候选姿态值。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中：
其中，检测所述基本单元和所述移动单元中的所述至少一个的所述移动包括检测所述基本单元已经移动为远离所述候选姿态解的集合中的一个候选姿态解；
其中，计算所述候选姿态解的集合的所述对应的预期位置包括：
使用来自所述第二传感器的所述传感器数据来计算所述基本单元的移动向量，其中，所述移动向量包括距离向量、速度向量和加速度向量中的一个；
使用所述EM场幅值来计算所述基本单元和所述候选姿态解的集合之间的相应的距离；以及
其中，选择所述候选姿态解包括选择相应的距离已对应地增加的所述候选姿态解。
10.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中，所述传感器数据指示所述基本单元和所述移动单元中的所述一个相对于世界坐标系的位置。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中，计算所述候选姿态解的集合的所述对应的预期位置包括：
使用来自所述第二传感器的所述传感器数据来计算所述基本单元和所述移动单元中的所述一个的移动向量，其中，所述移动向量包括距离向量、速度向量和加速度向量中的一个；
使用来自所述第二传感器的所述传感器数据将所述候选姿态解的集合转换到所述世界坐标系；以及
基于所述移动向量来计算所述候选姿态解的集合在所述世界坐标系中的所述对应的预期位置；以及
其中，选择所述候选姿态包括选择在所述世界坐标系中的位置与在所述世界坐标系中的所述对应的预期位置最接近地匹配的候选姿态解。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述候选姿态解的集合是球体的相对点。
13.一种用于校正半球模糊的系统，包括：
在电磁EM场内的基本单元；
位于所述EM场内的移动单元；
EM发射器，所述EM发射器生成所述EM场并且与所述基本单元和所述移动单元中的一个相关联；
EM接收器，所述EM接收器感测EM场幅值并且与所述移动单元和所述基本单元中的另一个相关联；
第二传感器，所述第二传感器与所述移动单元和所述基本单元中的所述一个相关联，其中，所述第二传感器生成指示所述移动单元和所述基本单元中的所述一个的移动方向值的传感器数据；以及
至少一个处理器，所述至少一个处理器基于所述EM场幅值来计算所述移动单元相对于所述基本单元的候选姿态解的集合，响应于检测所述移动单元和所述基本单元中的至少一个的移动而计算所述候选姿态解的集合的对应的预期位置，并且基于来自所述第二传感器的所述传感器数据并且基于所述对应的预期位置与所述候选姿态解的集合中的位置之间的差来从所述候选姿态值的集合中选择最终姿态。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括：
由所述至少一个处理器基于所述EM场幅值来计算的第一移动向量的集合；
由所述至少一个处理器基于来自所述第二传感器的所述传感器数据来计算的第二移动向量；以及
由所述至少一个处理器基于所述第一移动向量的集合及所述第二移动向量来选择的所述最终姿态。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，头戴式显示装置包括所述EM发射器。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，虚拟现实手持控制器装置包括所述EM接收器。
17.根据权利要求13至16中的任一项所述的系统，其中，所述至少一个处理器选择所述最终姿态包括：
由所述至少一个处理器基于指示所述基本单元已经朝向所述候选姿态解的集合中的一个候选姿态解移动的所述基本单元的所述EM场幅值来计算第一移动向量的集合；
由所述至少一个处理器基于来自所述第二传感器的所述传感器数据并且基于检测到所述基本单元已经朝向所述候选姿态解的集合中的一个候选姿态解移动来计算第二移动向量；以及
由所述至少一个处理器基于所述第一移动向量的集合以及所述第二移动向量、并且基于具有减小的距离的所述候选姿态解，选择所述最终姿态。
18.根据权利要求13至16中的任一项所述的系统，其中，所述至少一个处理器选择所述最终姿态包括：
由所述至少一个处理器基于指示所述基本单元已经移动为远离所述候选姿态解的集合中的一个候选姿态解的所述基本单元的所述EM场幅值来计算第一移动向量的集合；
由所述至少一个处理器基于来自所述第二传感器的所述传感器数据并且基于检测到所述基本单元已经移动为远离所述候选姿态解的集合中的一个候选姿态解来计算第二移动向量；
由所述至少一个处理器基于所述第一移动向量的集合以及所述第二移动向量、并且基于具有增加的距离的所述候选姿态解，来选择所述最终姿态。
19.根据权利要求13至16中的任一项所述的系统，其中，所述第二传感器生成用于计算所述基本单元相对于世界坐标系的位置的数据。
20.根据权利要求19所述的系统，
其中，所述至少一个处理器通过以下操作来计算所述候选姿态解的集合的对应的预期位置：
使用来自所述第二传感器的所述传感器数据来计算所述基本单元和所述移动单元中的所述一个的移动向量，其中，所述移动向量包括距离向量、速度向量和加速度向量中的一个；
使用来自所述第二传感器的所述传感器数据将所述候选姿态解的集合转换到所述世界坐标系；以及
基于所述移动向量来计算所述候选姿态解的集合在所述世界坐标系中的对应的预期位置；以及
其中，所述至少一个处理器通过选择在所述世界坐标系中的位置与所述世界坐标系中的所述对应的预期位置最接近地匹配的候选姿态解来计算所述候选姿态解的集合的对应的预期位置。
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