CN111796665A - 修正畸变 - Google Patents

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Abstract

一种系统，包括：磁发射器，其被配置为生成磁场；磁传感器，其被配置为基于所述磁场的特性来生成信号；以及一个或多个计算机系统，其被配置为：使所述磁发射器在第一频率处生成第一多个磁场；从所述磁传感器接收第一多个信号；确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据；确定与所述磁传感器的第一位置相对应的畸变项；使所述磁发射器在所述第一频率处生成第三多个磁场；从所述磁传感器接收第三多个信号；以及确定所述磁传感器相对于所述磁发射器的第二位置和取向，其中，所述第一频率大于所述第二频率。

Description

修正畸变
技术领域
本公开涉及修正畸变，例如，修正电磁跟踪(EMT)系统中的畸变。
背景技术
增强现实(AR)系统和虚拟现实(VR)系统能够使用电磁跟踪(EMT)系统来辅助在各种背景(例如，游戏、医疗等)下对设备的定位。这样的系统利用靠近的磁发射器和磁传感器，使得传感器和发射器能够在空间上相对于彼此定位。发射器相对于传感器的不恰当的校准(或者反之亦然)能够导致EMT系统报告传感器或发射器的不正确的位置。
发明内容
电磁跟踪(EMT)系统(包括被采用作为增强现实(AR)系统和/或虚拟现实(VR)系统的一部分的那些)能够采用一种或多种技术用于改善对磁传感器相对于磁发射器的位置和取向的确定。例如，一种或多种技术可以被用于减少/消除由跟踪环境中的畸变(例如，由于在跟踪环境处或附近的金属和/或磁性物体的存在)引起的位置误差。
为了确保发射器和传感器能够向用户提供准确的位置和取向测量，能够在系统中对这样的畸变进行补偿。例如，指示跟踪环境中的畸变的一个或多个项(例如，畸变项)能够被确定，并且由传感器提供的未来测量能够使用所述一个或多个畸变项来进行修正。
一般而言，在一方面中，一种系统，包括：磁发射器，其被配置为生成磁场；磁传感器，其被配置为基于在所述磁传感器处接收到的所述磁场的特性来生成信号；以及一个或多个计算机系统，其被配置为：使所述磁发射器在第一频率处生成第一多个磁场；从所述磁传感器接收第一多个信号；确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据；基于所述第一多个信号以及指示所述磁传感器在所述第一位置处的位置和取向的所述数据来确定与所述磁传感器的第一位置相对应的畸变项；使所述磁发射器在所述第一频率处生成第三多个磁场；从所述磁传感器接收第三多个信号；并且基于从所述磁传感器接收到的所述第三多个信号和所述畸变项来确定所述磁传感器相对于所述磁发射器的第二位置和取向，其中，所述第一频率大于所述第二频率。
实施方式能够以任意组合方式包括以下特征中的一项或多项。
在一些实施方式中，确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据包括：使所述磁发射器在第二频率处生成第二多个磁场；并且从所述磁传感器接收第二多个信号。
在一些实施方式中，确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据包括：使用光学系统获得与所述磁传感器在第一位置处的所述位置和取向相关的光学数据；并且基于所述光学数据来确定指示所述磁传感器在所述第一位置处的位置和取向的所述数据。
在一些实施方式中，当所述磁发射器保持在第一位置和第一取向处时，生成所述第一多个磁场和所述第二多个磁场，并且当所述磁传感器保持在所述第一位置和第一取向处时，所述第一多个信号和所述第二多个信号由所述磁传感器生成。
在一些实施方式中，所述第一多个信号被表示为第一3×3数据矩阵，所述第二多个信号被表示为第二3×3数据矩阵，并且所述畸变项被表示为3×3数据矩阵。
在一些实施方式中，与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵至少部分地通过从所述第一3×3数据矩阵中减去所述第二3×3数据矩阵来计算。
在一些实施方式中，所述磁发射器和所述磁传感器均与被配置为提供惯性数据的惯性测量单元(IMU)相关联。
在一些实施方式中，与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵至少部分地通过将所述第一3×3数据矩阵与所述第二3×3数据矩阵之间的差乘以当所述磁发射器保持在第一位置和第一取向处并且所述磁传感器保持在所述第一位置和第一取向处时获得的所述磁发射器的惯性数据和所述磁传感器的惯性数据来计算。
在一些实施方式中，将所述第一3×3数据矩阵与所述第二3×3数据矩阵之间的所述差乘以当所述磁发射器和所述磁传感器保持在其各自的第一位置和取向处时的所述惯性数据导致与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵被旋转到与所述磁发射器的所述第一取向和所述磁传感器的所述第一取向相对应的初始参考系(reference frame)中。
在一些实施方式中，所述初始参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵乘以当所述磁发射器在所述第二位置和所述第二取向处并且所述磁传感器在所述第二位置和所述第二取向处时获得的所述磁发射器的惯性数据和所述磁传感器的惯性数据以获得第二参考系处的畸变项，其中，所述第二参考系处的所述畸变项被表示为3×3数据矩阵。
在一些实施方式中，将所述初始参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵乘以当所述磁发射器和所述磁传感器在其各自的第二位置和取向处时获得的所述惯性数据导致所述初始参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵被旋转到所述第二参考系中，其中，所述第二参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵对应于所述磁发射器的所述第二取向和所述磁传感器的所述第二取向。
在一些实施方式中，所述第三多个信号被表示为第三3×3数据矩阵，并且所述第三3×3数据矩阵对应于所述第二参考系。
在一些实施方式中，所述第三多个信号包括由于在所述系统的跟踪环境处或附近的一个或多个导电或磁性物体的存在造成的畸变，并且与所述第三多个信号相对应的所述磁传感器相对于所述磁发射器的第三位置和取向包括一个或多个维度中的不准确性。
在一些实施方式中，所述一个或多个计算机系统还被配置为：基于与所述第二参考系相对应的所述第三3×3数据矩阵以及所述第二参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵来确定与所述磁传感器的所述第二位置和取向相对应的未畸变项；并且基于所述未畸变项来确定所述磁传感器相对于所述磁发射器的所述第二位置和取向。
在一些实施方式中，所述未畸变项是通过从与所述第二参考系相对应的所述第三3×3数据矩阵中减去所述第二参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵来确定的。
在一些实施方式中，所述未畸变项对应于所述磁传感器的正确位置和取向，并且所述磁传感器的所述第二位置和取向表示所述磁传感器的所述正确位置和取向。
在一些实施方式中，所述磁传感器的所述第二位置和取向不包括如果所述未畸变项未被考虑则要不然将由由于在所述系统的跟踪环境处或附近的一个或多个导电或磁性物体的存在造成的所述第三多个信号中的畸变引起的不准确性。
在一些实施方式中，所述第一频率是30KHz或更大。
在一些实施方式中，所述第二频率是1.1KHz或更小。
在一些实施方式中，所述第二频率是100Hz。
一般而言，在另一方面中，一种方法，包括：使磁发射器在第一频率处生成第一多个磁场；从磁传感器接收第一多个信号；确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据；基于所述第一多个信号以及指示所述磁传感器在所述第一位置处的位置和取向的所述数据来确定与所述磁传感器的第一位置相对应的畸变项；使所述磁发射器在所述第一频率处生成第三多个磁场；从所述磁传感器接收第三多个信号；并且基于从所述磁传感器接收到的所述第三多个信号以及所述畸变项来确定所述磁传感器相对于所述磁发射器的第二位置和取向，其中，所述第一频率大于所述第二频率。
一般而言，在另一方面中，一种或多种非瞬态计算机可读介质存储指令，所述指令可操作用于使计算设备执行包括以下项的操作：使磁发射器在第一频率处生成第一多个磁场；从磁传感器接收第一多个信号；确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据；基于所述第一多个信号以及指示所述磁传感器在所述第一位置处的位置和取向的所述数据来确定与所述磁传感器的第一位置相对应的畸变项；使所述磁发射器在所述第一频率处生成第三多个磁场；从所述磁传感器接收第三多个信号；并且基于从所述磁传感器接收到的所述第三多个信号和所述畸变项来确定所述磁传感器相对于所述磁发射器的第二位置和取向，其中，所述第一频率大于所述第二频率。
在本文中所描述的系统和技术的优点包括采用采用多种操作模式用于所述系统。例如，在第一操作模式(例如，正常或典型操作模式)中，所述系统可以被配置为在相对高的频率(例如，30KHz)处操作。这样的频率可以包括一个或多个优点，诸如改善的速度、对于客户/应用的更好的适合性等。然而，所述第一操作模式可能易受误差影响。因此，所述系统还可以被配置为在第二操作模式(例如，指定操作模式)中操作。当情况容许时(例如，当磁传感器和磁发射器暂时停止移动时)，第二操作模式可以被偶尔地应用。在所述第二操作模式中，所述系统可以被配置为在相比更低的频率(例如，100Hz)处操作，这可能不易受前面提到的误差影响，但是可能包括不适合于正常/典型操作模式的一个或多个缺点(例如，太慢)。在第二频率处的第二模式中的操作期间(在此期间跟踪环境中的潜在畸变的影响被降低或最小化)获得的信息能够被用于修正当所述系统正在第一频率处的第一模式中操作时所获得的测量。例如，一个或多个畸变项能够被确定，并且被用于补偿跟踪环境中的畸变，由此导致当所述系统正在第一操作模式中操作时提供磁传感器相对于磁发射器的准确位置和取向。
在一些实施方式中，并非在第二操作模式中操作，而是所述系统可以被配置为采用一种或多种其他技术用于获得未受环境畸变影响的测量，例如，光学系统(以及其他)能够被用于基于光学数据来确定传感器和/或发射器的干净(clean)姿态。以这种方式，如基于所述光学数据而确定的传感器的姿态可以被视为指示传感器的实际姿态的真实数据。
在一些实施方式中，所述跟踪环境能够在传感器的姿态被确定之前进行绘制。例如，与所述跟踪环境内的各种方位相对应的畸变项能够被提前确定。当传感器的真实姿态要被确定时，与传感器的方位相对应的之前获得的畸变项能够被用于计算传感器的干净姿态。以这种方式，畸变项不需要被实时地确定。
在一些实施方式中，一旦畸变项被识别，发射器或传感器(例如，接收器)就能够被“旋转”到不同姿态。换言之，由发射器生成的场的特性或者由传感器提供的数据能够被修改，使得其对应于除了发射器和/或传感器的当前姿态之外的姿态。以这种方式，发射器和/或传感器以模拟的方式被旋转。
在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。根据描述和附图并且根据权利要求，其他特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1示出了范例电磁跟踪(EMT)系统。
图2示出了图1的EMT系统的另一范例，其中，传感器和发射器处在初始位置和取向中。
图3示出了图2的EMT系统的另一范例，其中，传感器和发射器处在第二位置和取向中。
图4示出了确定畸变项并且确定传感器相对于发射器的第二位置的示范性过程。
图5示出了能够被用于实施在本文中所描述的技术的计算设备和移动计算设备的范例。
在各附图中，相似的附图标记指示相似的元件。
具体实施方式
电磁跟踪(EMT)系统能够被用在游戏和/或手术环境中以跟踪设备(例如，游戏控制器、头戴式显示器、医疗器械、机器人臂等)，由此允许其各自的三维位置和取向对系统的用户所知。AR和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。这样的系统使用靠近的磁发射器和磁传感器来确定传感器相对于发射器的位置和取向(P&O)。
这样的系统能够采用一种或多种技术以用于改善对传感器相对于发射器的P&O的确定。例如，一种或多种技术可以被用于减少/消除由跟踪环境中的畸变引起的位置误差。例如，EMT系统对金属物体会是敏感的，这能够表现为跟踪环境中的畸变(例如，由发射器生成和/或由传感器感测的磁场畸变)。畸变能够包括导电畸变和铁磁畸变。导电畸变一般是由交变磁场(例如，诸如由发射器产生的那些磁场)在导电物体内构建的涡电流引起的。涡电流生成额外的磁场，所述额外的磁场与发射器产生的那些磁场会是不能区分的。这些额外的场能够引起EMT系统100报告错误的P&O结果。铁磁畸变能够由跟踪环境106处或附近的材料的磁阻引起。这样的磁阻从其正常几何形状“弯曲”磁场。这样的畸变使磁场偏离P&O算法所基于的磁场模式，由此引起错误的P&O结果被报告。
为了确保发射器和传感器能够向用户提供准确的P&O测量，能够在系统中对这样的畸变进行补偿；例如，畸变能够通过确定指示跟踪环境中的畸变的一个或多个项(例如，畸变项)并且使用所述一个或多个畸变项修正由传感器提供的未来测量来进行补偿。
在一些实施方式中，畸变项能够针对初始采样方位(例如，传感器的初始P&O)来确定，并且被用于修正靠近初始采样方位的随后采样方位处的P&O测量(例如，传感器的随后P&O)。初始方位与随后方位之间的距离可以取决于采样方位处的畸变梯度。传感器在初始采样方位处的未畸变(例如，“干净”)姿态输出可以使用一个或多个低畸变跟踪器(例如，极少受畸变影响的跟踪器或不易受畸变影响的跟踪器)来采集。在一些实施方式中，低畸变跟踪器可以被配置为在相对低的频率处操作所述系统，由此最小化或消除跟踪体积中的畸变的影响。以这种方式，传感器的“可信向量”(例如，真实P&O)被确定。
备选地或另外地，传感器在初始采样方位处的未畸变姿态输出可以使用极少或不易受畸变影响的一种或多种其他技术(例如，一个或多个其他“低畸变跟踪器”)来采集。例如，在一些实施方式中，包括被安装在传感器、发射器、和/或跟踪体积处或附近的一个或多个方位处的一个或多个相机的光学系统能够被用于基于视觉数据来确定指示传感器的真实P&O的可信向量。在一些实施方式中，其他类型的低畸变跟踪器能够被用于补偿传感器的输出，例如，红外跟踪、声学跟踪、或者(例如，相比于如在本文中所描述的采用高频EM跟踪的正常操作模式)不易受或较不易受环境中的金属的畸变影响的另一P&O跟踪。
在一些实施方式中，畸变项能够在“绘制”或“初始化”例程期间针对跟踪体积内的多个方位来确定。例如，指示遍及跟踪体积的环境畸变的畸变项能够通过遍及跟踪体积来移动传感器并且记录传感器的P&O输出(例如，畸变P&O测量)来获得。指示传感器的真实P&O的对应的干净P&O测量能够针对各种畸变P&O测量来确定，并且对应的畸变项能够针对跟踪体积内的特定方位来确定。干净P&O测量(例如，对应于可信向量)能够使用低畸变跟踪器(例如，光学系统、低频模式等)来确定，如在上文简短地并且在下文更详细地描述的。以这种方式，畸变项能够被关联到跟踪体积内的各种干净姿态，并且在一些实施方式中，额外的畸变项能够使用一种或多种外推技术针对跟踪体积内的其他方位(例如，未被具体采样的方位)来确定。遍及跟踪体积而绘制的畸变项能够被用于确定当传感器例如被定位在与畸变项相对应的方位处或附近时的传感器的未畸变P&O，如在下文更详细地描述的。
图1示出了能够用作AR/VR系统的一部分的EMT系统100的范例。EMT系统100至少包括磁传感器112、取向测量设备(OMD)122、磁发射器114和另一OMD 124。OMD 122、124对环境中的金属是相对不敏感的(或者，例如，不敏感的)。因此，OMD 122、124能够被用于确定传感器112和/或发射器114的干净取向。在一些实施方式中，OMD 122、124可以包括一个或多个惯性测量单元(IMU)和/或能够测量传感器112相对于发射器114或反之亦然的取向的光学系统。在一些实施方式中，传感器112和OMD 122被包含在头戴式显示器(HMD)102处，并且磁发射器114和OMD 124被包含在控制器104处。EMT系统100还包括传感器处理142和发射器处理144。传感器处理142和发射器处理144可以单独地或一起位于HMD 102和/或控制器104处，或者可以备选地位于单独的电子设备(例如，计算机系统)处。EMT系统100还可以包括低畸变跟踪器132。低畸变跟踪器132对环境中的金属是相对不敏感的(或者，例如，不敏感的)。因此，如同上文所描述的OMD 122、124，低畸变跟踪器132能够被用于确定传感器112和/或发射器114的干净P&O。在一些实施方式中，低畸变跟踪器132可以包括具有位于HMD102和/或控制器104处的一个或多个相机的光学系统。替代或除了不易受环境畸变影响的低频操作模式，这样的光学系统能够被使用。
一般而言，EMT系统100被配置为补偿在跟踪环境处或周围的畸变。例如，传感器112在初始姿态处的“畸变”P&O输出可以包括由于环境畸变造成的误差。传感器112的“干净”P&O能够在初始姿态处使用不易受环境畸变影响的技术来确定。例如，光学系统或低频操作模式能够被用于确定传感器112的干净/真实P&O(例如，有时被称为可信向量)，其范例在下文被更详细地描述。使用传感器112在初始姿态处的畸变P&O和干净P&O两者，与初始姿态相对应的畸变项能够被确定。当传感器112随后被定位在新姿态处时，与初始姿态相对应的畸变项然后能够被用于修正传感器112在新姿态处的畸变P&O输出。
尽管在本文中描述了两个特定低畸变跟踪器，但是应当理解，其他低畸变跟踪器能够被使用。低畸变跟踪器的功能中的一项功能是基于一个或多个测量来发展与传感器112的干净/真实P&O相对应的可信向量。可信向量表示传感器112的真实位置和取向。因此，出于在本文中所描述的目的，用于确定传感器112的真实位置和取向的任何技术可以被包括在EMT系统100中。
在一些实施方式中，除了如上文所描述的那样基本上实时地确定畸变项之外，跟踪环境可以被提前绘制。以这种方式，指示与跟踪环境内的各种姿态相对应的环境畸变的畸变项能够作为初始化例程的一部分被确定，并且这样的畸变项随后能够被应用于传感器112的畸变P&O输出以提供传感器112的干净P&O。这样的实施方式在下文被更详细地描述。
图2示出了图1的EMT系统100的范例。EMT系统100至少包括头戴式显示器(HMD)102和控制器104，头戴式显示器(HMD)102包括磁传感器112和OMD 122，控制器104包括磁发射器114和OMD 124。
在一些范例中，VR系统使用计算机技术来模拟用户在虚拟或虚构环境中的物理存在。VR系统可以通过HMD 102来创建三维图像和/或声音，并且可以通过控制器104或可穿戴设备中的触觉设备来产生触觉，以提供交互式和沉浸式的计算机生成的感官体验。相比之下，AR系统可以将计算机生成的感官输入叠加在用户的现场体验上，以增强用户对现实的感知。例如，AR系统可以提供声音、图形和/或相关信息(例如，诸如在导航过程期间向用户提供GPS数据)。混合现实(MR)系统——有时被称为混杂现实系统的——可以合并现实世界和虚拟世界以产生其中物理对象和数字对象共存并实时交互的新的环境和可视化。
HMD 102和控制器104被配置为跟踪相对于彼此在三维空间中的位置(例如，以x、y和z)和取向(例如，以方位角、仰角和侧倾角)。例如，发射器114被配置为跟踪传感器112(例如，相对于由发射器114的位置和取向定义的参考系)，和/或传感器112被配置为跟踪发射器114(例如，相对于由传感器112的位置和取向定义的参考系)。在一些实施方式中，系统100被配置为跟踪传感器112和/或发射器114在EMT系统的跟踪环境106中的位置和取向(例如，P&O)。以这种方式，HMD 102和/或控制器104的P&O能够相对于彼此和相对于由EMT系统100定义的坐标系被跟踪。例如，HMD 102和控制器104能够被用于执行头部、手部和/或身体跟踪，例如以使用户的运动与AR/VR内容同步。尽管跟踪环境106被示出为定义的空间，但是应当理解，跟踪环境106可以是任何三维空间，包括没有边界的三维空间(例如，大的室内和/或室外区域等)。由EMT系统100所采用的特定传感器112和发射器114可以由过程类型、测量性能要求等来确定。
在一些实施方式中，发射器114包括三个正交缠绕的磁线圈，所述磁线圈在本文中被称为X、Y和Z线圈。行进通过三个线圈的电流使线圈产生特定频率(例如，相同或不同的频率)处的三个正交的正弦磁场。例如，在一些实施方式中，还可以使用时分复用(TDM)。例如，在一些实施方式中，线圈可以产生相同频率(例如，30KHz)处的但在非交叠时间处的磁场。传感器112也包括三个正交缠绕的磁线圈，所述磁线圈在本文中被称为x、y和z线圈。响应于借助磁感应的感测到的磁场，在传感器112的线圈中感应出电压。传感器112的每个线圈针对由发射器114的线圈生成的磁场中的每个磁场生成电信号；例如，传感器112的x线圈响应于从发射器114的X线圈接收到的磁场生成第一电信号、响应于从发射器114的Y线圈接收到的磁场生成第二电信号、并且响应于从发射器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线圈类似地针对由发射器114的X、Y和Z线圈生成并且在传感器112的y和z线圈处接收/被传感器112的y和z线圈接收的磁场中的每个磁场生成电信号。
如在下文更详细地描述的，在一些实施方式中，发射器114可以被配置为依据发射器114当前正在操作的模式来使用特定频率。例如，在第一模式中(例如，在如被实施在EMT系统100中或被实施在AR或VR系统中的发射器114的正常操作期间)，发射器114可以被配置为在30KHz或更大(例如，30KHz、34KHz等)的频率处生成磁场。在一些实施方式中，在第二模式中(例如，为了最小化环境中的潜在畸变体的影响)，发射器114可以被配置为在1.1KHz或更小(例如，1.1KHz、1KHz、100Hz等)的频率处生成磁场。
来自传感器112的数据能够被表示为数据矩阵(例如，3×3矩阵)，有时被称为测量矩阵，其能够被求解成传感器112相对于发射器114或反之亦然的P&O(例如，有时被称为姿态)。以这种方式，传感器112和发射器114的P&O被测量。下文示出了3×3信号测量矩阵(例如，有时被称为S-矩阵)的范例，其中，每个矩阵元素表示由于激励发射器114的单个线圈(X，Y，Z)的传感器112的指示线圈(x，y，z)中的传感器信号，并且其中，列表示由发射器114的线圈(X，Y，Z)产生的信号，并且行表示由传感器112的线圈(x，y，z)测量的信号：
Figure BDA0002436413380000111
应当理解，在本文中所描述的特定数学过程是仅仅一种用于确定传感器相对于发射器的姿态的范例技术的结果。所执行的特定数学过程可以不同，如本领域技术人员将理解的。示范性数学不应当被解读为限制如在本文中所描述的使用低畸变跟踪器修正传感器和/或发射器在随后采样方位处的姿态的一般发明构思。
可以被包含在HMD 102和/或控制器104中或者与HMD 102和控制器104分开定位的传感器处理(图1的142)和发射器处理(图1的144)被配置为基于由发射器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HMD 102相对于控制器104和反之亦然的P&O。
在一些实施方式中，传感器处理142和发射器处理144可以被实施为一个或多个计算机系统。例如，一个或多个计算机系统可以被配置为将来自传感器112的数据求解成传感器112的P&O。在一些实施方式中，所述一个或多个计算机系统能够包括EM传感器处理功能和/或EM发射器处理功能。在一些实施方式中，被包含到HMD 102和/或控制器104(或者，例如，传感器112和/或发射器114)中的一个或多个计算机系统可以被配置为确定传感器112的P&O。在一些实施方式中，EM传感器处理功能和EM发射器处理功能可以被包含到单个计算机系统中(例如，在HMD 102/传感器112处、在控制器104/发射器114处、或者在单独的计算机系统处)。传感器112、发射器114和/或单独的计算机系统可以被配置为将信息传送给彼此(例如，经由无线连接、有线连接等)。如下文所描述的，单独的计算机系统还可以被配置为确定传感器112和发射器114的P&O，并且这样的信息可以被提供给HMD 102和/或控制器104。
AR/VR系统和/或EMT系统100能够采用一种或多种技术用于改善对传感器112相对于发射器114的P&O的确定。例如，一种或多种技术可以被用于减少/消除由跟踪环境106中的畸变引起的位置误差。例如，EMT系统对金属物体会是敏感的，这会表现为跟踪环境106中的畸变(例如，由发射器114生成和/或由传感器112感测的磁场畸变)。畸变能够包括导电畸变和铁磁畸变。导电畸变一般是由交变磁场(例如，诸如由发射器114产生的磁场)在导电物体内构建的涡电流引起的。如上文提到的，涡电流能够生成额外的磁场，所述额外的磁场与由发射器114产生的磁场可能是不能区分的。这些额外的场能够使EMT系统100报告错误的P&O结果。例如，用于基于传感器信号来确定传感器112的P&O的算法可以采用由发射器114在没有由于涡电流的额外的场的情况下生成的磁场的场模型，并且因此，当畸变存在时，所报告的结果不提供发射器114和/或传感器112的P&O的准确表示。
铁磁畸变能够由跟踪环境106处或附近的材料的磁阻引起。这样的磁阻从其正常几何形状“弯曲”磁场，再次使磁场偏离P&O算法所基于的磁场模式，由此引起错误的结果被报告。
为了确保发射器114和传感器112能够向用户提供准确的P&O测量，能够在EMT系统100中对这样的畸变进行补偿，例如，能够通过确定指示跟踪环境106中的畸变的一个或多个项(例如，畸变项)并且使用一个或多个畸变项来修正由传感器112提供的未来测量。特定畸变项可以对应于跟踪环境106内的特定位置。在一些实施方式中，特定畸变项可以对应于相对于发射器114的特定P&O的传感器112的特定P&O。在一些实施方式中，特定畸变项可以对应于相对于发射器114的特定位置的传感器112的特定位置，并且特定畸变项能够被数学地调节以对应于传感器112和/或发射器114在特定位置处的各种取向，如在下文更详细地描述的。
在一些实施方式中，当传感器112和发射器114处在初始P&O(例如，初始参考系)处时，EMT系统100可以确定初始畸变项。此后，传感器112和/或发射器114可以移动到第二P&O(例如，第二参考系)。在初始参考系处获得的畸变项能够被用于数学地调节当传感器112处在第二P&O处时由传感器112提供的传感器测量，以提供传感器112相对于发射器114的准确(例如，正确或“真实”)的位置。换言之，当传感器112在第二P&O处时由传感器112提供的传感器测量要不然会包括由于跟踪环境106中的畸变造成的不准确性。畸变项能够表示这样的畸变。因此，畸变项可以被用于从当传感器112处在第二P&O处时的传感器信号中去除这样的畸变的影响。
尽管EMT系统100被配置为通过采用电磁跟踪技术来确定传感器112和发射器114相对于彼此的取向，但是传感器112和发射器114均与被配置为提供与传感器112和发射器114的取向相关的信息的取向测量设备(OMD)122、124相关联。在一些实施方式中，OMD 122、124是被配置为提供与传感器112和发射器114相对应的惯性数据的惯性测量单元(IMU)。在采用IMU的一些实施方式中，OMD 122、124中的每个可以被配置为收集与传感器112和发射器114相对应(例如，与传感器112和发射器114相关联)的惯性数据。在一些实施方式中，IMU包括被配置为收集惯性数据的一个或多个加速度计和/或一个或多个陀螺仪。除此之外，惯性数据能够被用于确定传感器112和发射器114的取向。例如，IMU可以被配置为测量特定力和/或角速率，其能够被用于确定IMU(以及，例如，HMD 102和控制器104)的取向、航向、速度和/或加速度。在一些实施方式中，所确定的速度和/或加速度能够被用于辅助确定传感器112和发射器114的位置。例如，所确定的速度和/或加速度能够被用于确定传感器112和/或发射器114的位置随着时间的变化。所述惯性数据能够在上文所描述的一个或多个计算机系统之间进行通信。例如，在一些实施方式中，与传感器112相关的惯性数据可以被无线地提供给发射器114，并且反之亦然。在一些实施方式中，单独的计算机系统可以促进惯性数据和其他数据在传感器112与发射器114之间的交换。
在一些实施方式中，并非采用IMU，而是OMD 122、124可以包括用于确定传感器112相对于发射器114和反之亦然的取向的光学系统。以这种方式，传感器112和/或发射器114的真实取向能够基于光学数据而非惯性数据来确定。
在一些实施方式中，传感器112会由于EM畸变环境中的操作而产生退化(例如，不正确)的数据，由此导致不准确的姿态输出。在本文中所描述的是用于确定表示传感器112的姿态的“干净”(例如，未畸变)S-矩阵的EM畸变补偿系统和技术。表示传感器112在任意参考系(i)(例如，任意P&O)处的准确P&O的干净/未畸变S-矩阵可以被表示为Scleani，其能够根据方程(1)来计算：
Figure BDA0002436413380000141
其中，Sreci是当传感器112在任意参考系i处时的退化的S-矩阵(例如，由于由跟踪环境106处或附近的畸变体时引起的不准确性)，并且Sdisti是与任意参考系i相对应的畸变项。在Sreci被测量时，在本文中所描述的系统和技术涉及找到任意参考系处的畸变矩阵Sdisti。
来自传感器112的信号矩阵的量值随着行和列的任意旋转(例如，经由Frobenius范数)而保持恒定。在本文中所描述的系统和技术中，S-矩阵的行和列对应于传感器112和发射器114的物理取向。在一些实施方式中，当传感器112和发射器114处在初始参考系(例如，初始参考系0)处时获得的S-矩阵可以被用于计算初始参考系0处的畸变项，在初始参考系0处的畸变项能够被用于确定在另一参考系(例如，任意参考系i)处的畸变项，并且在任意参考系i处的畸变项能够被用于确定传感器112在任意参考系i处(例如，在相对于获得初始参考系0处的畸变项的时刻的随后时刻处)的P&O。
在图2中所图示的范例中，HMD 102/传感器112和控制器104/发射器114在初始参考系0处。特别地，HMD 102/传感器112在初始参考系(S P&O0)处，并且控制器104/发射器114在初始参考系(T P&O0)处。在初始参考系S P&O0和T P&O0中，传感器112和发射器114均在第一(例如，初始)位置和取向处。在一些实施方式中，初始参考系对应于传感器112和发射器114已经停止或基本上已经停止移动一段时间(例如，如通过OMD 122、124确定)的时刻。
在传感器112和发射器114在初始参考系处的情况下，第一测量通过传感器112来获得。特别地，发射器114的线圈被配置为在第一频率处生成第一多个磁场。第一频率可以是EMT系统100、AR和/或VR系统被配置为在正常操作状况下(例如，在EMT系统100的典型使用期间)操作的频率。在一些实施方式中，当EMT系统100正在第一/正常操作模式中操作时，可以使用第一频率。第一频率可以是30KHz或更大(例如，30KHz、34KHz等)的频率。在一些实施方式中，第一频率是会易受由于跟踪环境106中的潜在畸变体的不准确性影响的频率。
从传感器112接收第一多个信号。例如，传感器112被配置为基于在传感器112处接收到的磁场的特性来生成信号。在传感器112处接收到的磁场可以在很大程度上基于由发射器114在第一频率处生成的磁场。然而，除此之外，跟踪环境106中的一个或多个潜在畸变体可以使所生成的磁场从其正常几何形状“弯曲”。这样的畸变可以使从传感器112接收到的第一多个信号提供传感器112相对于发射器114的不正确P&O。第一多个信号能够被表示为第一3×3数据S-矩阵，在本文中被称为Srec0。例如，当传感器112和发射器114在初始参考系S P&O0和T P&O0处并且发射器114在第一频率处生成磁场时，接收Srec0。
在传感器112和发射器114仍然在初始参考系0处或靠近初始参考系0的情况下，传感器112的真实姿态被确定(例如，传感器112在没有由于畸变的不准确性的情况下的真实姿态)。例如，在一些实施方式中，第二测量通过传感器112来获得。特别地，发射器114的线圈被配置为在第二频率处生成第二多个磁场。所述第二频率可以是EMT系统100、AR和/或VR系统被配置为在指定操作状况下(例如，当传感器112和发射器114静止或几乎静止时，例如，当EMT系统100的用户暂时停止移动时)操作的频率。在一些实施方式中，当EMT系统100正在第二/未畸变操作模式中操作时，可以使用第二频率。所述第二频率可以是1.1KHz或更小(例如，1.1KHz、1KHz、100Hz等)的频率。在一些实施方式中，所述第二频率是不易受由于跟踪环境106中的潜在畸变体的不准确性影响(或者，例如，比第一频率显著更不易受影响)的频率。
从传感器112接收第二多个信号。例如，传感器112被配置为基于在传感器112处接收到的磁场的特性来生成信号。在传感器112处接收到的磁场可以在很大程度上基于由发射器114在第二频率处生成的磁场。跟踪环境106中的任何潜在畸变体会对使用第二频率生成的磁场具有有限的影响。这样，潜在畸变体不会引起(或者，例如，会在显著更小的程度上引起)在第二频率处生成的磁场相对于在第一频率处生成的磁场从其正常几何形状“弯曲”。因此，从传感器112接收到的第二多个信号提供传感器112相对于发射器114的准确P&O。第二多个信号能够被表示为第二3×3数据S-矩阵，在本文中被称为Sclean0。例如，当传感器112和发射器114在初始参考系S P&O0和T P&O0处并且发射器114在第二频率处生成磁场时，接收Sclean0。Sclean0被称为“干净”S-矩阵，因为其被假设为准确地对应于在传感器112处接收到的“干净”(例如，未畸变)磁场。换言之，Sclean0理论地表示将由传感器112在不包括任何畸变的环境中提供的信号。这样，预期到当传感器112在初始参考系处时，Sclean0能够被求解成传感器112的准确(例如，真实、准确、实际等)P&O。
在一些实施方式中，Sclean0能够使用低畸变跟踪器132来确定。亦即，并非在低频操作模式中操作传感器112和发射器114来确定传感器112的干净姿态，而是包括一个或多个相机的光学系统能够被用于确定传感器112在初始参考系处的干净的未畸变姿态。低畸变跟踪器132以及传感器处理142和发射器处理144能够被用于将传感器112在初始参考系处的干净姿态表示为3×3数据矩阵，表示为Sclean0。
在一些实施方式中，在传感器112和发射器114在初始参考系0处时，当被实施为IMU时对应于传感器112和发射器114的OMD 122、124可以提供惯性数据。这样的惯性数据能够被用于确定传感器112和发射器114的取向。在一些实施方式中，如基于惯性数据确定的取向可以被视为准确取向数据(例如，传感器112和发射器114的真实取向)。在一些实施方式中，IMU均可以是9轴IMU，并且取向数据可以被提供给传感器处理142和/或发射器处理144。
如上文所描述的，在一些实施方式中，OMD 122、124可以至少部分地通过包括一个或多个相机的光学系统来实施。光学系统能够使用光学数据来确定传感器112和/或发射器114的取向。以这种方式，使用(一个或多个)IMU和/或光学系统，指示传感器112和发射器114的取向的数据能够被确定。
对应于初始参考系0的畸变项Sdist0可以根据方程(2)来计算：
Figure BDA0002436413380000171
其中，Srec0是当传感器112和发射器114在初始参考系处时并且当发射器114在第一频率处生成磁场时接收到的传感器112的S-矩阵，Sclean0是当传感器112和发射器114在初始参考系处时并且当发射器114在第二频率处生成磁场时接收到的传感器112的S-矩阵，Rs0是指示传感器112在初始参考系处的取向的数据，并且Rt0是指示发射器114在初始参考系处的取向的数据。特别地，Srec0与Sclean0之间的差通过将该差乘以Rs0和Rt0而被旋转到初始参考系0中。
对应于初始参考系0的畸变项Sdist0可以被存储(例如，通过一个或多个计算机系统)，并且例如，一旦传感器112和/或发射器114恢复移动，就用于计算在任意参考系i处的畸变项(例如，Sdisti)。例如，在传感器112和/或发射器114移动到对应于第二参考系S P&Oi和T P&Oi的第二位置和取向之后，如在图3中所图示的，初始畸变项Sdist0能够根据方程(3)被旋转到第二参考系i中：
Figure BDA0002436413380000172
其中，Rsi是指示传感器112在第二参考系i处的取向的数据，并且Rti是指示发射器114在第二参考系i处的取向的数据。换言之，对应于初始参考系0的畸变项Sdist0乘以指示传感器112和发射器114在第二参考系处的位置和取向的数据以便将初始畸变项Sdist0旋转到第二参考系i中，其乘积被表示为Sdisti。
在传感器112和发射器114在第二参考系i处的情况下，第三测量通过传感器112来获得。特别地，发射器114的线圈被配置为在第一频率处(例如，在使用EMT系统100、AR和/或VR系统被配置为在正常操作状况下操作的频率的第一模式中)生成第三多个磁场。如上文所描述的，在一些实施方式中，第一频率是会易受由于跟踪环境106中的潜在畸变体的不准确性影响的频率。
从传感器112接收第三多个信号。例如，传感器112被配置为基于在传感器112处接收到的磁场的特性来生成信号。在传感器112处接收到的磁场可以在很大程度上基于由发射器114在第三频率处生成的磁场。然而，除此之外，在跟踪环境106中的一个或多个潜在畸变体可以使所生成的磁场从其正常几何形状“弯曲”。这样的畸变可以引起从传感器112接收到的第三多个信号提供传感器112相对于发射器114在第二参考系i处的不正确P&O。第三多个信号能够被表示为第三3×3数据S-矩阵，在本文中被称为Sreci。例如，当传感器112和发射器114在第二参考系S P&Oi和T P&Oi处并且发射器114在第三频率处生成磁场时，接收Sreci。
基于第三3×3数据S-矩阵(例如，Sreci)，并且基于在第二参考系i处的畸变项(例如，Sdisti)，未畸变项Scleani被确定。特别地，Scleani根据方程(4)来确定：
Figure BDA0002436413380000181
其中，未畸变项Scleani是表示当传感器112处在第二参考系i处(例如，在对应于传感器112的第二位置和取向以及发射器114的第二位置和取向的S P&Oi和T P&Oi处)时的传感器112的准确(例如，真实、正确、实际等)P&O的S-矩阵。换言之，第三3×3数据S-矩阵Sreci可以包括由于在EMT系统100的跟踪环境106处或附近的一个或多个导电或磁性物体的存在造成的畸变，并且如果传感器112的P&O基于Sreci来计算，P&O可以包括一个或多个维度中的不准确性。这样，在第二参考系处的畸变项Sdisti从Sreci减去，以产生能够被求解成针对传感器112在第二参考系中(例如，在第二P&O处)的准确P&O的计算的S-矩阵。以这种方式，传感器112的计算的第二P&O不包括如果未畸变项Scleani不被考虑则要不然将由由于在造成跟踪环境106处或附近的一个或多个导电或磁性物体的存在的Sreci的畸变引起的不准确性。
在一些实施方式中，当传感器112和/或发射器114在跟踪环境106内(例如，相对于初始参考系0和第二参考系i)移动时，初始畸变项Sdist0可以在随后位置处极少使用。例如，跟踪环境106在随后位置处的特性可以显著不同于在初始参考系处的那些特性(例如，由于相对高的畸变梯度)，并且因此，在初始参考系处获得的初始畸变项Sdist0可能不表示存在于随后位置处的畸变。这样，对应于传感器112和/或发射器114在跟踪环境106内的各种位置的另外的畸变项能够被获得。这样的畸变项能够针对对应于传感器112的位置和/或取向和/或发射器114的位置和/或取向的各种参考系来获得。在一些实施方式中，当传感器112和发射器114在使用期间暂时停止移动时，畸变项能够针对特定传感器112/发射器114P&O来获得。
上文所描述的实施方式涉及用于基于利用低频操作模式的辅助和/或不易受环境畸变影响的光学系统获得的未畸变测量来确定传感器112的干净姿态的技术。在初始方位处的畸变和未畸变测量被用于确定初始方位处的畸变项，并且畸变项被用于修正当传感器112在随后方位处时的畸变测量。畸变项大致在传感器112的姿态正被确定的同时被确定。然而，在一些实施方式中，与跟踪环境106内的各种方位相对应的畸变项能够被提前确定。例如，能够创建遍及跟踪环境106的环境畸变的图。所述图能够作为初始化例程的一部分被采集，或者可以在随后的时间在软件命令之后由用户初始。当传感器112的真实姿态要被确定时，与传感器112的方位相对应的之前获得的畸变项能够被用于计算传感器112的干净姿态。以这种方式，畸变项不需要被实时地确定。
为了绘制跟踪环境106，发射器114可以被安置在跟踪环境106处或附近的固定方位处。然后，遍及跟踪环境106(例如，缓慢地)移动传感器112。传感器112可以被手动地(例如，由用户)或机械地(例如，根据跟踪环境106内的预定路径，例如，由机器人臂)。以非限制性范例的方式，能够围绕发射器114在大约圆形路径中水平地(例如，共平面)移动传感器112。能够围绕发射器114在空间中的不同平行平面上的不同半径处移动传感器112。当遍及跟踪环境106移动传感器112时，畸变姿态传感器输出(Srec0)针对各种位置被确定和保存。同时，干净姿态输出(Sclean0)被确定(例如，使用光学系统和/或低频操作模式)。以这种方式，传感器112的干净姿态针对获得畸变姿态传感器输出的各种方位来确定，并且对应的畸变项(Sdist0)被关联到各种干净姿态。以这种方式，考虑到足够的样本间距，可以获取针对整个跟踪体积的畸变数据。
系统100然后能够产生具有相对低的畸变梯度的一个或多个低带宽表面畸变图。例如，系统100使用低阶曲线拟合函数(例如，表面最小二乘拟合(或其他表面曲线拟合))来产生畸变项Sdist0(例如，畸变矩阵)的表面曲线拟合。针对各种畸变矩阵表面来重复该过程。以这种方式，整个跟踪体积(或者，例如，基本上整个跟踪体积)能够被绘制到干净姿态方位。换言之，表面曲线拟合能够被用于绘制基本上所有跟踪体积，即使跟踪体积内的每个方位可能不一定已经被采样以确定畸变项。绘制数据能够由系统100存储用于以后的使用，如在下文更详细地描述的。
在绘制之后，表面图能够被用于环境畸变修正。特别地，当传感器112的干净姿态要被确定时，系统100能够识别与传感器112的姿态相对应的畸变项，并且使用该畸变项来修正畸变姿态传感器输出。例如，系统100首先产生跟踪环境106中的初始采样方位处的干净姿态输出(Sclean0)的样本。干净姿态输出Sclean0能够如上文描述的那样使用光学系统和/或低频操作模式来确定。系统100然后将初始干净姿态输出Sclean0关联到环境畸变图中的特定方位(例如，最近方位)(例如，在公差之内)以选择匹配的初始畸变项Sdist0。当传感器112随后被定位在新姿态处时，进行畸变姿态传感器输出Sreci测量。例如使用方程3来计算在当前姿态处的标称畸变。然后，例如使用方程4来计算传感器112在当前姿态处的干净姿态输出(Scleani)。干净姿态输出(Scleani)然后能够被关联到环境畸变图中的特定方位(例如，在公差之内)以在全局参考系中选择下一匹配的畸变项，并且该过程重复以确定传感器112在随后位置处的姿态。
在一些实施方式中(例如，如果跟踪体积被充分地绘制)，传感器112在当前姿态处的干净姿态输出能够使用与当前姿态相对应的畸变项来计算。换言之，可以不必使用初始畸变项Sdist0来使用方程3计算与当前姿态相对应的畸变项Sdisti，而是，能够直接使用如从绘制获得的当前姿态处的畸变项Sdisti来计算干净姿态输出(Scleani)。
在一些实施方式中，各种畸变项(例如，当发射器112和传感器114已经停止移动时获得的“初始”畸变项、以及基于“初始”畸变项计算的其他畸变项)和/或上文所描述的畸变图能够由一个或多个计算机系统和/或由与一个或多个计算机系统通信的数据库(例如，远程数据库)存储。在一些实施方式中，各种畸变项能够一起被用于建立特定跟踪环境(例如，图1-3的跟踪环境106)的畸变图。针对传感器112的特定P&O和发射器114的特定P&O获得的畸变项能够提供用于建立该图的数据点。
如果在以后的时间处传感器112和发射器114随后返回到之前确定的P&O，则与传感器112和发射器114的特定P&O相对应的存储的畸变项会是有用的。例如，当传感器112和发射器114返回到相同或相似的P&O时，针对传感器112和发射器114的特定P&O的存储的畸变项能够再次被使用。当跟踪环境106的特性尚未随着时间改变时，这样的畸变项能够被重复使用。在一些实施方式中(例如，当EMT传感器100被移动到新方位时，和/或当导电物体被添加/从跟踪环境106或从跟踪环境106附近的区域移除时)，跟踪环境106可以被重新绘制成与可能存在于新跟踪环境106处或附近的新畸变体相对应。
在一些实施方式中，所述畸变项可以被用于创建跟踪环境106中的畸变的数值模型，以便推测与传感器112和发射器114的未采样的P&O相对应的畸变项。例如，初始畸变图可以基于针对跟踪环境106而获得的畸变项的初始集来创建。基于采样的畸变项，其他畸变项可以针对跟踪环境106内的未被具体采样的位置和取向(例如，采样的位置和取向附近的位置和取向)来推测。额外的畸变项能够被添加到畸变图以改善其可靠性。当另外的畸变项被添加时，跟踪环境106中的畸变的数值模型能够被更新以反映可用的额外的数据点。随着时间的推移，数值模型能够被改善，使得EMT系统100能够为传感器112提供具有改善的准确性的P&O信息。在一些实施方式中，可以在不必获得新初始畸变项的情况下(例如，当传感器112和发射器114暂时停止移动时)提供传感器112的准确P&O。例如，存储的畸变项可以被用于基于跟踪环境106的数值模型即时(on-the-fly)修正传感器112的P&O。
图4是用于确定畸变项并且确定磁传感器相对于磁发射器(例如，图1-3的EMT系统100的磁传感器112和磁发射器114)的第二(例如，正确)位置的示范性过程400的流程图。该方法的一个或多个步骤可以由在本文中所描述的一个或多个计算机系统来执行。
在步骤402处，磁发射器114在第一频率处生成第一多个磁场。所述第一频率可以是EMT系统100被配置为在正常操作状况下(例如，在EMT系统100和/或AR和/或VR系统的典型使用期间)操作的频率。在一些实施方式中，当EMT系统100正在第一/正常操作模式中操作时，可以使用所述第一频率。在一些实施方式中，所述第一频率是可能易受由于跟踪环境106中的潜在畸变体造成的不准确性影响的频率。例如，所述第一频率是30KHz或更大(例如，30KHz)。
在步骤404处，从磁传感器112接收第一多个信号。所述信号是基于在磁传感器112处接收到的磁场的特性。尽管在磁传感器112处接收到的磁场可以在很大程度上基于由磁发射器114在第一频率处生成的磁场，但是跟踪环境106中的潜在畸变体可以引起第一多个信号以提供磁传感器112相对于磁发射器114的不正确P&O。第一多个信号能够被表示为第一3×3数据S-矩阵Srec0。例如，当磁传感器112和磁发射器114在初始参考系0(例如，S P&O0和T P&O0)处时并且当磁发射器114在第一频率处生成第一多个磁场时，接收Srec0。
在步骤406处，例如，由于磁传感器112和磁发射器114仍然在初始参考系0处或者靠近初始参考系0，磁发射器114在第二频率处生成第二多个磁场。所述第二频率可以是EMT系统100、AR和/或VR系统被配置为在指定操作状况下(例如，当磁传感器112和磁发射器114静止或几乎静止时，例如，当EMT系统100的用户暂时停止移动时)操作的频率。在一些实施方式中，当EMT系统100正在第二/未畸变操作模式中操作时，可以使用第二频率。在一些实施方式中，所述第二频率是不易受由于跟踪环境106中的潜在畸变体造成的不准确性影响(或者，例如，比第一频率显著更不易受影响)的频率。例如，所述第二频率可以是频率1.1KHz或更小(例如，100Hz)的频率。所述第二频率通常小于所述第一频率(例如，显著更小)。例如，所述第一频率可以大于第二频率两个数量级(或更大)。
在步骤408处，从磁传感器112接收第二多个信号。所述信号基于在磁传感器112处接收到的磁场的特性。在磁传感器112处接收到的磁场可以在很大程度上基于由磁发射器114在第二频率处生成的第二多个磁场。跟踪环境106中的任何潜在畸变体会对使用第二频率生成的第二多个磁场具有有限的影响。这样，潜在畸变体可能不引起(或者，例如，可能在显著更小的程度上引起)在第二频率处生成的第二多个磁场从其正常几何形状“弯曲”(例如，相比于在第一频率处生成的第一多个磁场)。因此，从磁传感器112接收到的第二多个信号可以提供磁传感器112相对于磁发射器114的准确P&O。第二多个信号能够被表示为第二3×3数据S-矩阵Sclean0。例如，当磁传感器112和磁发射器114仍在初始参考系0(例如，S P&O0和T P&O0)处时并且当磁发射器114在第二频率处生成第二多个磁场时，接收Sclean0。Sclean0被称为“干净”S-矩阵，因为其被假设为准确地对应于在磁传感器112处接收到的“干净”(例如，未畸变)磁场。换言之，Sclean0理论地表示将由磁传感器112在不包括任何畸变的环境中提供的信号。因此，预期到当磁传感器112在初始参考系处0时，Sclean0能够被求解成磁传感器112的准确(例如，真实、准确、实际等)P&O。
在一些实施方式中，Sclean0可以基于由光学系统提供的光学数据来确定，如上文所描述的。例如，Sclean0能够使用低畸变跟踪器132来确定，低畸变跟踪器132可以被实施为具有一个或多个相机的光学系统。并非在低频操作模式中操作传感器112和发射器114来确定传感器112的干净姿态，而是光学系统能够被用于确定传感器112在初始参考系处的干净的未畸变姿态。低畸变跟踪器132以及传感器处理142和发射器处理144能够被用于将传感器112在初始参考系处的干净姿态表示为3×3数据矩阵，表示为Sclean0。
在步骤410处，畸变项基于从磁传感器112接收到的第一多个信号和第二多个信号来确定。所述畸变项对应于磁传感器112的第一位置。例如，所述畸变项对应于初始参考系0(例如，当磁传感器112和磁发射器114在对应于初始参考系S P&O0、T P&O0的第一位置和取向处时)。在一些实施方式中，与初始参考系0相对应的畸变项至少部分地通过从Srec0减去Sclean0来确定。
在一些实施方式中，当OMD 122、124包括IMU时，对应于磁传感器112和磁发射器114的IMU可以在磁传感器112和磁发射器114在初始参考系0处时提供惯性数据。这样的惯性数据能够被用于确定磁传感器112和磁发射器114在初始参考系0处的取向。在一些实施方式中，如基于惯性数据而确定的取向可以被视为准确取向数据(例如，磁传感器112和磁发射器114的真实取向)。所述取向数据可以被提供给一个或多个计算机系统(例如，EM发射器处理和/或EM传感器处理和/或单独的计算机系统)。在一些实施方式中，OMD 122、124可以包括被用于确定传感器112和/或发射器114的取向的光学系统。
在一些实施方式中，指示磁传感器112在初始参考系处的取向的数据Rs0以及指示磁发射器114在初始参考系处的取向的数据Rt0用于将Srec0与Sclean0之间的差旋转到初始参考系0内。特别地，Srec0与Sclean0之间的差通过将该差乘以Rs0和Rt0被旋转到初始参考系0中。
一旦该差被旋转到初始参考系0内(或者，例如，一旦确认该差在初始参考系0中)，对应于初始参考系0的畸变项就被给出为Sdist0。
在一些实施方式中，对应于初始参考系的畸变项Sdist0能够被用于计算新参考系(例如，第二参考系i)处的畸变项。例如，磁传感器112和/或磁发射器114可以恢复移动，并且移动到对应于第二参考系的第二位置和第二取向S P&Oi和T P&Oi之后，如在图3中所图示的。初始畸变项Sdist0能够根据上面的方程(3)被旋转到第二参考系i中。特别地，指示磁传感器112在第二参考系处的取向的惯性数据Rsi和指示磁发射器114在第二参考系处的取向的惯性数据Rti能够乘以初始畸变项Sdist0，以便将初始畸变项Sdist0旋转到第二参考系i中。这种相乘的乘积是对应于第二参考系i的畸变项Sdisti。
在步骤412处，磁发射器114在第一频率处(例如，在第一操作模式中)生成第三多个磁场。第三多个磁场可以由磁发射器114在磁传感器112和/或磁发射器114已经被移动到第二参考系i之后生成。例如，在磁传感器112和/或磁发射器114移动到与第二参考系相对应的第二位置和第二取向S P&Oi和T P&Oi之后，生成第三多个磁场。如上文所描述的，在一些实施方式中，所述第一频率是会易受由于跟踪环境106中的潜在畸变体造成的不准确性影响的频率。
在步骤414处，从磁传感器112接收第三多个信号。所述信号基于在磁传感器112处接收到的磁场的特性。尽管在磁传感器112处接收到的磁场可以在很大程度上基于由磁发射器114在第一频率处生成的第三多个磁场，但是跟踪环境106中的潜在畸变体可以引起第三多个信号提供磁传感器112相对于磁发射器114的不正确P&O。所述第三多个信号能够被表示为第三3×3数据S-矩阵Sreci。例如，当磁传感器112和磁发射器114在第二参考系i(例如，S P&Oi和T P&Oi)处时并且当磁发射器114在第一频率处生成第三多个磁场时，接收Sreci。
在步骤416处，磁传感器112相对于磁发射器114(例如，在第二参考系i处)的第二位置和取向基于从磁传感器112接收到的第三多个信号和畸变项来确定。例如，磁传感器112相对于磁发射器114的第二位置和取向基于第三3×3数据S-矩阵(例如，Sreci)并且基于第二参考系i处的畸变项(例如，Sdisti)来确定。
在一些实施方式中，确定磁传感器112相对于磁发射器114在第二参考系i处的第二位置和取向包括确定未畸变项Scleani，其能够根据上文的方程(4)来确定。未畸变项Scleani是表示当磁传感器112处在第二参考系i处(例如，在与磁传感器112的第二位置和取向和磁发射器114的第二位置和取向相对应的S P&Oi和T P&Oi处)时的磁传感器112的准确(例如，真实、正确、实际等)P&O的S-矩阵。换言之，第三3×3数据S-矩阵Sreci可以包括由于在EMT系统100的跟踪环境106处或附近的一个或多个导电或磁性物体的存在造成的畸变，并且如果磁传感器112的P&O基于Sreci来计算，P&O可以包括一个或多个维度中的不准确性。这样，第二参考系处的畸变项Sdisti能够从Sreci减去，以产生能够被求解成针对磁传感器112在第二参考系中(例如，在第二P&O处)的准确P&O的计算的S-矩阵。以这种方式，磁传感器112的计算的第二P&O不包括如果未畸变项Scleani不被考虑则要不然将由由于在跟踪环境106处或附近的一个或多个导电或磁性物体的存在造成的Sreci中的畸变引起的不准确性。
在一些实施方式中，针对跟踪环境106内的各种姿态的畸变项能够作为绘制流程的一部分而被提前确定，如在上文更详细地描述的。当传感器112随后被定位时，所述畸变项能够被用于计算针对传感器输出的未畸变项。
如上文所描述的，EMT系统100能够使用由计算设备执行的软件来操作，诸如在HMD102/传感器112和/或控制器104/发射器114进行操作的一个或多个计算机系统、和/或与传感器112和发射器114通信的一个或多个单独计算机系统。在一些实施方式中，软件被包括在计算机可读介质上以用于在一个或多个计算机系统上执行。图5示出了范例计算设备500和范例移动计算设备550，其能够被用于实施在本文中所描述的技术。例如，确定和/或调节畸变项和确定传感器112的P&O可以由计算设备500和/或移动计算设备550来执行和控制。计算设备500旨在表示各种形式的数字计算机，包括例如膝上型计算机、桌上型计算机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型机以及其他适当的计算机。计算设备550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、智能电话以及其他类似的计算设备。这里示出的部件，其连接和关系以及其功能仅意在为范例，而并不意在限制本文档中所描述和/或要求保护的技术的实施。
计算设备500包括处理器502、存储器504、存储设备506、连接到存储器504和高速扩展端口510的高速接口508以及连接到低速总线514和存储设备506的低速接口512。部件502、504、506、508、510和512中的每个部件使用各种总线互连，并且能够适当地安装在公共主板上或以其他方式安装。处理器502能够处理包括存储在存储器504中或存储设备506上的指令的在计算设备500内执行的指令，以将针对GUI的图形数据显示在包括例如被耦合到高速接口508的显示器616的外部输入/输出设备上。在一些实施方式中，能够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。另外，能够连接多个计算设备500，其中，每个设备提供必要操作中的部分操作(例如，作为服务器库、刀片服务器组、多处理器系统等)。
存储器504将数据存储在计算设备500内。在一些实施方式中，存储器504是一个或多个易失性存储器单元。在一些实施方式中，存储器504是一个或多个非易失性存储器单元。存储器504还能够是包括例如磁盘或光盘的另一形式的计算机可读介质。
存储设备506能够针对计算设备500提供大容量存储。在一些实施方式中，存储设备506能够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、闪存或者其他类似的固态存储设备或者包括存储区域网络或其他配置中的设备的设备阵列。计算机程序产品能够有形地嵌入在数据载体中。该计算机程序产品还能够包含指令，所述指令当被运行时执行一种或多种方法，包括例如上文关于确定和/或调节畸变项和确定传感器112的P&O所描述的那些。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504、存储设备506、处理器502上的存储器等。
高速控制器508管理针对计算设备500的带宽密集型操作，而低速控制器512管理较低带宽密集型操作。这样的功能分配仅是范例。在一些实施方式中，高速控制器508被耦合到存储器504、显示器516(例如，通过图形处理器或加速器)，并且被耦合到高速扩展端口510，高速扩展端口510能够接受各种扩展卡(未示出)。在一些实施方式中，低速控制器512被耦合到存储设备506和低速扩展端口514。能够包括各种通信端口(例如，USB、蓝牙
Figure BDA0002436413380000271
以太网、无线以太网)的低速扩展端口能够被耦合到一个或多个输入/输出设备，包括例如键盘、指示设备、扫描仪或者包括例如交换机或路由器(例如，通过网络适配器)的联网设备。
计算设备500能够以如在图5中所示的多种不同的形式来实施。例如，计算设备500能够被实施为标准服务器520，或者在一组这样的服务器中被实施多次。计算设备500还能够被实施为机架服务器系统524的一部分。另外或作为替代，计算设备500能够在个人计算机(例如，膝上型计算机522)中实施。在一些范例中，来自计算设备500的部件能够与移动设备(例如，移动计算设备550)中的其他部件组合。这样的设备中的每个设备能够包含计算设备500、550中的一个或多个计算设备，并且整个系统能够由彼此通信的多个计算设备500、550组成。
计算设备550包括处理器552、存储器564以及包括例如显示器554、通信接口566和收发器568的输入/输出设备以及其他部件。设备550还能够被提供有包括例如微驱动器或其他设备的存储设备，以提供额外的存储。部件550、552、564、554、566和568都可以使用各种总线来互连，并且若干部件能够被适当地安装在公共主板上或者以其他方式来安装。
处理器552能够执行计算设备550内的指令，包括被存储在存储器564中的指令。处理器552能够被实施为包括单独的和多个模拟和数字处理器的芯片的芯片组。处理器552能够提供例如对设备550的其他部件的协调，包括例如控制用户接口、设备550运行的应用以及设备550的无线通信。
处理器552能够通过控制接口558和被耦合到显示器554的显示器接口556与用户进行通信。显示器554能够是例如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556能够包括用于驱动显示器554以向用户呈现图形和其他数据的适当电路。控制接口558能够从用户接收命令并将其转换以用于提交给处理器552。另外，外部接口562能够与处理器542通信，以使得设备550能够与其他设备近区域通信。外部接口562例如在一些实施方式中可以用于有线通信，或者在一些实施方式中用于无线通信。也能够使用多个接口。
存储器564将数据存储在计算设备550内。存储器564能够被实施为以下中的一种或多种：一个或多个计算机可读介质、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。还可以提供扩展存储器574并且扩展存储器574可以通过能够包括例如SIMM(单列直插存储器模块)卡接口的扩展接口572连接到设备550。这样的扩展存储器574能够向设备550提供额外的存储空间，和/或可以存储用于设备550的应用或其他数据。具体地，扩展存储器574还能够包括执行或补充上文所描述的过程的指令，并且能够包括安全数据。因此，例如，扩展存储器574能够作为针对设备550的安全模块来提供，并且能够被编程有允许安全使用设备550的指令。另外，能够通过SIMM卡以及额外的数据一起提供安全应用，包括例如以不可被黑客攻击的方式将识别数据放置在SIMM卡上。
如下文所讨论的，存储器564能够包括例如闪存和/或NVRAM存储器。在一些实施方式中，计算机程序产品被有形地体现在数据载体中。该计算机程序产品包含指令，所述指令当被运行时执行一种或多种方法，包括例如上面关于确定和/或调节畸变项和确定传感器112的P&O所描述的那些。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564、扩展存储器574和/或处理器552上的存储器，其能够例如通过收发器568或外部接口562来接收。
设备550能够通过通信接口566无线通信，通信接口566能够在必要时包括数字信号处理电路。通信接口566能够提供在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、CDMA、TDMA、PDC、WCDMA、CDMA2000或GPRS等。这样的通信能够例如通过射频收发器568发生。另外，能够发生包括例如使用蓝牙
Figure BDA0002436413380000281
WiFi或其他这样的收发器(未示出)的短程通信。另外，GPS(全球定位系统)接收器模块570能够向设备550提供另外的导航和位置有关的无线数据，其能够由在设备550上运行的应用适当地使用。
设备550还能够使用音频编解码器560可听地通信，音频编解码器560能够从用户接收语音数据并将其转换为能够可使用的数字数据。音频编解码器560同样能够包括例如通过例如在设备550的手持机中的扬声器生成针对用户的可听声音。这样的声音能够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550上运行的应用生成的声音。
计算设备550能够以如在图5中所示的多种不同的形式来实施。例如，计算设备550能够被实施为蜂窝电话580。计算设备550还能够被实施为智能电话582、个人数字助理或其他类似移动设备的一部分。
这里所描述的系统和技术的各种实施方式能够在数字电子电路、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/或其组合中实施。这些各种实施方式能够包括在可编程系统上可执行和/或可解读的一个或多个计算机程序。这包括能够是专用或通用的至少一个可编程处理器，所述至少一个可编程处理器被耦合以从存储系统、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将数据和指令发送到存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备。
这些计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且能够以高级过程和/或面向对象的编程语言和/或以汇编语言/机器语言来实施。如在本文中所使用的，术语机器可读介质和计算机可读介质指代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。在一些实施方式中，存储器、存储设备、机器可读介质和/或计算机可读介质是非瞬态的。
为了提供与用户的交互，在本文中所描述的系统和技术能够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)以及用户能够通过其向计算机提供输入的键盘和指示设备(例如，鼠标或轨迹球)的计算机上实施。其他类型的设备也能够被用于提供与用户的交互。例如，被提供给用户的反馈能够是感官反馈的形式(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)。能够以包括声学、语音或触觉输入的形式接收来自用户的输入。
这里所描述的系统和技术可以在计算系统中实施，所述计算系统包括后端部件(例如，作为数据服务器)或包括中间件部件(例如，应用服务器)或包括前端部件(例如，具有用户接口或Web浏览器的客户端计算机，用户能够通过所述用户接口或Web浏览器与这里所描述的系统和技术的实施实施方式进行交互)或者这样的后端部件、中间件部件或前端部件的组合。系统的部件能够通过数字数据通信的形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的范例包括局域网(LAN)、广域网(WAN)和因特网。
计算系统能够包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系借助于在各个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而产生。
在一些实施方式中，在本文中所描述的部件能够被分离、组合或包含到单个或组合的部件中。附图中所描绘的部件并不旨在将在本文中所描述的系统限制为附图中所示的软件架构。
已经描述了许多实施方式。然而，应当理解，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。

Claims (23)

1.一种系统，包括：
磁发射器，其被配置为生成磁场；
磁传感器，其被配置为基于在所述磁传感器处接收到的所述磁场的特性来生成信号；以及
一个或多个计算机系统，其被配置为：
使所述磁发射器在第一频率处生成第一多个磁场；
从所述磁传感器接收第一多个信号；
确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据；
基于所述第一多个信号和指示所述磁传感器在所述第一位置处的所述位置和所述取向的所述数据来确定与所述磁传感器的第一位置相对应的畸变项；
使所述磁发射器在所述第一频率处生成第三多个磁场；
从所述磁传感器接收第三多个信号；以及
基于从所述磁传感器接收到的所述第三多个信号和所述畸变项来确定所述磁传感器相对于所述磁发射器的第二位置和取向，
其中，所述第一频率大于所述第二频率。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据包括：
使所述磁发射器在第二频率处生成第二多个磁场；以及
从所述磁传感器接收第二多个信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一频率大于所述第二频率。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据包括：
使用光学系统来获得与所述磁传感器在第一位置处的所述位置和所述取向相关的光学数据；以及
基于所述光学数据来确定指示所述磁传感器在所述第一位置处的所述位置和所述取向的所述数据。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一多个磁场和所述第二多个磁场是当所述磁发射器保持在第一位置和第一取向处时生成的，并且所述第一多个信号和所述第二多个信号是当所述磁传感器保持在所述第一位置和第一取向处时由所述磁传感器生成的。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一多个信号被表示为第一3×3数据矩阵，所述第二多个信号被表示为第二3×3数据矩阵，并且所述畸变项被表示为3×3数据矩阵。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵至少部分地通过从所述第一3×3数据矩阵中减去所述第二3×3数据矩阵来计算。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述磁发射器和所述磁传感器均与被配置为提供惯性数据的惯性测量单元(IMU)相关联。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵至少部分地通过将所述第一3×3数据矩阵与所述第二3×3数据矩阵之间的差乘以所述磁发射器的惯性数据和所述磁传感器的惯性数据来计算，所述磁发射器的惯性数据和所述磁传感器的惯性数据是在所述磁发射器保持在第一位置和第一取向处并且所述磁传感器保持在所述第一位置和第一取向处时获得的。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，将所述第一3×3数据矩阵与所述第二3×3数据矩阵之间的所述差乘以在所述磁发射器和所述磁传感器保持在其各自的第一位置和取向处时的所述惯性数据导致与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵被旋转到与所述磁发射器的所述第一取向和所述磁传感器的所述第一取向相对应的初始参考系中。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述初始参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵乘以当所述磁发射器在第二位置和第二取向处并且所述磁传感器在所述第二位置和所述第二取向处时获得的所述磁发射器的惯性数据和所述磁传感器的惯性数据以获得第二参考系处的畸变项，其中，所述第二参考系处的所述畸变项被表示为3×3数据矩阵。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，将所述初始参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵乘以当所述磁发射器和所述磁传感器在其各自的第二位置和取向处时获得的所述惯性数据导致所述初始参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵被旋转到所述第二参考系中，其中，所述第二参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵对应于所述磁发射器的所述第二取向和所述磁传感器的所述第二取向。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第三多个信号被表示为第三3×3数据矩阵，并且所述第三3×3数据矩阵对应于所述第二参考系。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述第三多个信号包括由于在所述系统的跟踪环境处或附近的一个或多个导电或磁性物体的存在造成的畸变，并且与所述第三多个信号相对应的所述磁传感器相对于所述磁发射器的第三位置和取向包括在一个或多个维度中的不准确性。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述一个或多个计算机系统还被配置为：
基于与所述第二参考系相对应的所述第三3×3数据矩阵和所述第二参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵来确定与所述磁传感器的所述第二位置和所述取向相对应的未畸变项；以及
基于所述未畸变项来确定所述磁传感器相对于所述磁发射器的所述第二位置和所述取向。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述未畸变项是通过从与所述第二参考系相对应的所述第三3×3数据矩阵中减去所述第二参考系处的与所述畸变项相对应的所述3×3数据矩阵来确定的。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述未畸变项与所述磁传感器的正确位置和取向相对应，并且所述磁传感器的所述第二位置和所述取向表示所述磁传感器的所述正确位置和取向。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述磁传感器的所述第二位置和所述取向不包括如果所述未畸变项未被考虑则要不然将由由于在所述系统的跟踪环境处或附近的一个或多个导电或磁性物体的存在造成的所述第三多个信号的畸变引起的不准确性。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一频率是30KHz或更大。
20.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第二频率是1.1KHz或更小。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述第二频率是100Hz。
22.一种方法，包括：
使磁发射器在第一频率处生成第一多个磁场；
从磁传感器接收第一多个信号；
确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据；
基于所述第一多个信号和指示所述磁传感器在所述第一位置处的所述位置和取向的所述数据来确定与所述磁传感器的第一位置相对应的畸变项；
使所述磁发射器在所述第一频率处生成第三多个磁场；
从所述磁传感器接收第三多个信号；以及
基于从所述磁传感器接收到的所述第三多个信号和所述畸变项来确定所述磁传感器相对于所述磁发射器的第二位置和取向。
23.一种或多种存储指令的非瞬态计算机可读介质，所述指令可操作用于使计算设备执行包括以下项的操作：
使磁发射器在第一频率处生成第一多个磁场；
从磁传感器接收第一多个信号；
确定指示所述磁传感器在所述磁传感器的第一位置处的位置和取向的数据；
基于所述第一多个信号和指示所述磁传感器在所述第一位置处的所述位置和取向的所述数据来确定与所述磁传感器的第一位置相对应的畸变项；
使所述磁发射器在所述第一频率处生成第三多个磁场；
从所述磁传感器接收第三多个信号；以及
基于从所述磁传感器接收到的所述第三多个信号和所述畸变项来确定所述磁传感器相对于所述磁发射器的第二位置和取向。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11187823B2 (en) * 2019-04-02 2021-11-30 Ascension Technology Corporation Correcting distortions
CN115037579A (zh) * 2021-03-04 2022-09-09 阿森松技术公司 减少干扰的磁性位置测量系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11719850B2 (en) * 2019-06-20 2023-08-08 Sony Interactive Entertainment Inc. Detecting and compensating for magnetic interference in electromagnetic (EM) positional tracking

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5615132A (en) * 1994-01-21 1997-03-25 Crossbow Technology, Inc. Method and apparatus for determining position and orientation of a moveable object using accelerometers
WO2001063312A1 (en) * 2000-02-25 2001-08-30 Pohlemus Inc. Electromagnetic position and orientation tracking system with distortion compensation employing wireless sensors
US20030156062A1 (en) * 2002-02-15 2003-08-21 Ripingill Allen E. Position location and tracking method and system employing low frequency radio signal processing
IL165314A0 (en) * 2004-11-21 2006-01-15 Electromagnetic tracker
CN1901835A (zh) * 2003-11-14 2007-01-24 通用电气公司 减少电磁跟踪器中失真的系统和方法
CN101125082A (zh) * 2006-08-15 2008-02-20 通用电气公司 多传感器畸变映射方法和系统
CN201234979Y (zh) * 2008-05-19 2009-05-13 中国人民解放军总后勤部军需装备研究所 一种电磁式人体姿态采集系统
US20100082280A1 (en) * 2007-06-05 2010-04-01 Ascension Technology Corporation Systems and Methods for Compensating for Large Moving Objects in Magnetic-Tracking Environments
CN104101853A (zh) * 2013-04-04 2014-10-15 西门子公司 用于确定共振频率偏差的方法和磁共振设备
US20160015292A1 (en) * 2014-07-15 2016-01-21 General Electric Company Magnetic tracker system and method for use for surgical navigation
US20170209072A1 (en) * 2016-01-26 2017-07-27 St. Jude Medical International Holding S.À R.L. Magnetic field distortion detection and correction in a magnetic localization system
US20170307891A1 (en) * 2016-04-26 2017-10-26 Magic Leap, Inc. Electromagnetic tracking with augmented reality systems
CN107533233A (zh) * 2015-03-05 2018-01-02 奇跃公司 用于增强现实的系统和方法
CN109381259A (zh) * 2017-08-10 2019-02-26 北方数字化技术公司 跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法

Family Cites Families (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6427079B1 (en) * 1999-08-09 2002-07-30 Cormedica Corporation Position and orientation measuring with magnetic fields
US6624626B2 (en) * 1999-11-01 2003-09-23 Polhemus Inc. Method and apparatus for electromagnetic position and orientation tracking with distortion compensation employing modulated signal
US6400139B1 (en) * 1999-11-01 2002-06-04 Polhemus Inc. Methods and apparatus for electromagnetic position and orientation tracking with distortion compensation
US7158754B2 (en) * 2003-07-01 2007-01-02 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc Electromagnetic tracking system and method using a single-coil transmitter
US7321228B2 (en) * 2003-07-31 2008-01-22 Biosense Webster, Inc. Detection of metal disturbance in a magnetic tracking system
US7283046B2 (en) * 2003-08-01 2007-10-16 Spectrum Tracking Systems, Inc. Method and system for providing tracking services to locate an asset
US20050107687A1 (en) * 2003-11-14 2005-05-19 Anderson Peter T. System and method for distortion reduction in an electromagnetic tracker
US7873491B2 (en) * 2004-06-08 2011-01-18 Alken, Inc. AC magnetic tracking system with non-coherency between sources and sensors
US9636188B2 (en) * 2006-03-24 2017-05-02 Stryker Corporation System and method for 3-D tracking of surgical instrument in relation to patient body
US9733336B2 (en) * 2006-03-31 2017-08-15 Koninklijke Philips N.V. System for local error compensation in electromagnetic tracking systems
US8082020B2 (en) * 2006-08-07 2011-12-20 Biosense Webster, Inc. Distortion-immune position tracking using redundant magnetic field measurements
US7782046B2 (en) * 2007-02-05 2010-08-24 General Electric Company Electromagnetic tracking method and system
US7902817B2 (en) * 2007-03-26 2011-03-08 General Electric Company Electromagnetic tracking method and system
US20090115406A1 (en) * 2007-11-01 2009-05-07 General Electric Company System and method for minimizing mutual inductance coupling between coils in an electromagnetic tracking system
US20110270083A1 (en) * 2008-12-30 2011-11-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. System and method for dynamic metal distortion compensation for electromagnetic tracking systems
US8138918B2 (en) * 2009-09-17 2012-03-20 Raytheon Company Intrusion detection and tracking system
WO2011110966A2 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and system for characterizing and visualizing electromagnetic tracking errors
WO2012044300A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 Empire Technology Development Llc Projecting patterns for high resolution texture extraction
EP2740050A4 (en) * 2011-08-01 2015-03-25 Soreq Nuclear Res Ct MAGNETIC TRACKING SYSTEM
US9354445B1 (en) * 2011-09-16 2016-05-31 Google Inc. Information processing on a head-mountable device
CN103987337B (zh) * 2011-12-13 2017-05-17 皇家飞利浦有限公司 用于em跟踪的补偿、检测和误差校正的畸变指纹分析
US9459124B2 (en) * 2012-03-12 2016-10-04 Sixense Entertainment, Inc. Electromagnetic tracker (AC) with extended range and distortion compensation capabilities employing multiple transmitters
US9002437B2 (en) * 2012-12-27 2015-04-07 General Electric Company Method and system for position orientation correction in navigation
US10231614B2 (en) * 2014-07-08 2019-03-19 Wesley W. O. Krueger Systems and methods for using virtual reality, augmented reality, and/or a synthetic 3-dimensional information for the measurement of human ocular performance
AU2015201655B2 (en) * 2014-04-07 2020-01-02 Xcalibur Mph Switzerland Sa Electromagnetic receiver tracking and real-time calibration system and method
US20150305823A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 General Electric Company System and method for processing navigational sensor data
US9495801B2 (en) * 2014-05-01 2016-11-15 Microsoft Technology Licensing, Llc Pose tracking an augmented reality device
US10378921B2 (en) * 2014-07-11 2019-08-13 Sixense Enterprises Inc. Method and apparatus for correcting magnetic tracking error with inertial measurement
KR101949963B1 (ko) * 2014-10-31 2019-02-19 테스로닉스 인코포레이티드 전자기파들의 정렬을 이용한 무선 에너지 전달
US9754419B2 (en) * 2014-11-16 2017-09-05 Eonite Perception Inc. Systems and methods for augmented reality preparation, processing, and application
US10043319B2 (en) * 2014-11-16 2018-08-07 Eonite Perception Inc. Optimizing head mounted displays for augmented reality
US10642560B2 (en) * 2015-02-13 2020-05-05 Position Imaging, Inc. Accurate geographic tracking of mobile devices
EP3289430B1 (en) 2015-04-27 2019-10-23 Snap-Aid Patents Ltd. Estimating and using relative head pose and camera field-of-view
CN108139803B (zh) * 2015-10-08 2021-04-20 Pcms控股公司 用于动态显示器配置的自动校准的方法及系统
KR102529137B1 (ko) * 2016-08-22 2023-05-03 매직 립, 인코포레이티드 딥 러닝 센서들을 갖는 증강 현실 디스플레이 디바이스
WO2018118520A1 (en) * 2016-12-19 2018-06-28 Boston Scientific Scimed Inc. Distortion suppression in electromagnetic tracking systems
US10746815B2 (en) * 2016-12-22 2020-08-18 Microsoft Technology Licensing, Llc Magnetic interference detection and correction
US10650552B2 (en) * 2016-12-29 2020-05-12 Magic Leap, Inc. Systems and methods for augmented reality
US20180224508A1 (en) * 2017-02-06 2018-08-09 Boston Scientific Scimed Inc. Electromagnetic navigation system having a demodulation unit
US11347054B2 (en) * 2017-02-16 2022-05-31 Magic Leap, Inc. Systems and methods for augmented reality
US10740502B2 (en) * 2017-02-22 2020-08-11 Middle Chart, LLC Method and apparatus for position based query with augmented reality headgear
GB201709199D0 (en) * 2017-06-09 2017-07-26 Delamont Dean Lindsay IR mixed reality and augmented reality gaming system
US10746819B2 (en) * 2017-09-18 2020-08-18 Google Llc Correcting field distortion in electromagnetic position tracking systems
US10996742B2 (en) * 2017-10-17 2021-05-04 Logitech Europe S.A. Input device for AR/VR applications
KR102509678B1 (ko) * 2017-12-29 2023-03-14 프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베. 대상물 모션 예측 방법, 모션 모델 보정 방법, 기정 양 도출 방법 및 가상 현실 뷰 생성 방법
US10534454B2 (en) * 2018-02-02 2020-01-14 Sony Interactive Entertainment Inc. Head-mounted display to controller clock synchronization over EM field
CA3031276A1 (en) * 2018-02-08 2019-08-08 Ascension Technology Corporation Compensating for distortion in an electromagnetic tracking system
US11428546B2 (en) * 2018-02-22 2022-08-30 Penumbra, Inc. Method and apparatus for synchronizing multiple magnetic tracking systems
US10914567B2 (en) * 2018-02-23 2021-02-09 Apple Inc. Magnetic sensor based proximity sensing
US11486958B2 (en) * 2018-05-17 2022-11-01 Penumbra, Inc. Method and apparatus for reducing magnetic tracking error
CN116300091A (zh) * 2018-07-23 2023-06-23 奇跃公司 用于使用位置向量解析半球模糊度的方法和系统
EP3871034A4 (en) * 2018-10-26 2022-08-10 Magic Leap, Inc. ELECTROMAGNETIC AMBIENT DISTORTION CORRECTION FOR ELECTROMAGNETIC TRACKING
DE102020109121A1 (de) * 2019-04-02 2020-10-08 Ascension Technology Corporation Korrektur von Verzerrungen
JP2022529245A (ja) * 2019-04-15 2022-06-20 マジック リープ， インコーポレイテッド 電磁追跡のためのセンサ融合
US11719850B2 (en) * 2019-06-20 2023-08-08 Sony Interactive Entertainment Inc. Detecting and compensating for magnetic interference in electromagnetic (EM) positional tracking
CA3102791C (en) * 2019-12-30 2024-02-27 Northern Digital Inc. Reducing interference between electromagnetic tracking systems
CA3077279C (en) * 2020-03-27 2023-01-24 Ascension Technology Corporation Correcting distortions

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5615132A (en) * 1994-01-21 1997-03-25 Crossbow Technology, Inc. Method and apparatus for determining position and orientation of a moveable object using accelerometers
WO2001063312A1 (en) * 2000-02-25 2001-08-30 Pohlemus Inc. Electromagnetic position and orientation tracking system with distortion compensation employing wireless sensors
US20030156062A1 (en) * 2002-02-15 2003-08-21 Ripingill Allen E. Position location and tracking method and system employing low frequency radio signal processing
CN1901835A (zh) * 2003-11-14 2007-01-24 通用电气公司 减少电磁跟踪器中失真的系统和方法
IL165314A0 (en) * 2004-11-21 2006-01-15 Electromagnetic tracker
CN101125082A (zh) * 2006-08-15 2008-02-20 通用电气公司 多传感器畸变映射方法和系统
US20100082280A1 (en) * 2007-06-05 2010-04-01 Ascension Technology Corporation Systems and Methods for Compensating for Large Moving Objects in Magnetic-Tracking Environments
CN201234979Y (zh) * 2008-05-19 2009-05-13 中国人民解放军总后勤部军需装备研究所 一种电磁式人体姿态采集系统
CN104101853A (zh) * 2013-04-04 2014-10-15 西门子公司 用于确定共振频率偏差的方法和磁共振设备
US20160015292A1 (en) * 2014-07-15 2016-01-21 General Electric Company Magnetic tracker system and method for use for surgical navigation
CN107533233A (zh) * 2015-03-05 2018-01-02 奇跃公司 用于增强现实的系统和方法
US20170209072A1 (en) * 2016-01-26 2017-07-27 St. Jude Medical International Holding S.À R.L. Magnetic field distortion detection and correction in a magnetic localization system
US20170307891A1 (en) * 2016-04-26 2017-10-26 Magic Leap, Inc. Electromagnetic tracking with augmented reality systems
CN109381259A (zh) * 2017-08-10 2019-02-26 北方数字化技术公司 跟踪包括铁磁流体的传感器的系统和方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
殷勤;陈彬;汪莹;熊润;杨小栓;: "电磁跟踪系统磁场畸变规律数值模拟及校正方法", 系统工程与电子技术, no. 04 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11187823B2 (en) * 2019-04-02 2021-11-30 Ascension Technology Corporation Correcting distortions
CN115037579A (zh) * 2021-03-04 2022-09-09 阿森松技术公司 减少干扰的磁性位置测量系统
CN115037579B (zh) * 2021-03-04 2023-09-08 阿森松技术公司 减少干扰的磁性位置测量系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20200319361A1 (en) 2020-10-08
DE102020109121A1 (de) 2020-10-08
US11187823B2 (en) 2021-11-30

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