CN113992841A - 室外强光下的控制器光学追踪方法、系统 - Google Patents

室外强光下的控制器光学追踪方法、系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种室外强光下的控制器光学追踪方法，首先室外强光下的控制器光学追踪方法、系统，首先将强光下的追踪部件的表面划分为追踪区域和非追踪区域；其中，在追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；再通过追踪摄像头捕捉追踪部件的表面以形成关于追踪区域的显示图像；其中，通过滤光件使追踪区域在显示图像中正常曝光，并且使非追踪区域的亮度比追踪区域的亮度暗，而后根据显示图像获取所述追踪区域的位置信息，并根据所述位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定追踪部件的位置轨迹和姿态信息，从而解决了环境光对用于追踪的光斑或者固定图案的干扰问题，使得光学控制器在室外或者强光干扰环境下也能正常使用。

Description

室外强光下的控制器光学追踪方法、系统
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，更为具体地，涉及一种室外强光下的控制器光学追踪方法、系统。
背景技术
由于科技的进步，市场需求的多元化发展，虚拟现实系统正变得越来越普遍，应用在许多领域，如电脑游戏，健康和安全，工业和教育培训。举几个例子，混合虚拟现实系统正在被整合到移动通讯设备、游戏机、个人电脑、电影院，主题公园，大学实验室，学生教室，医院锻炼健身室等生活各个角落。
传统的光学追踪6DOF控制器通常采用可见光或者红外相机拍摄手柄上主动发光或者被动发光的光斑组合(光标组合)或者固定图案(追踪图案)，通过控制器上的光斑组合或者固定图案的相对位置关系与惯性传感器(IMU)判断出控制器在空间中的位置信息以及控制器的姿态信息。该种追踪方式依赖于摄像头捕捉到的光斑组合或者固定图案的形状及相对位置，因此，该种追踪方式仅能够在室内或者环境光稍暗一点的地方实现追踪。若将控制器转移到室外阳光下或者环境光较强的地方，环境光中的相近波段光源会对手柄上用于追踪的主动发光或者被动发光的光斑组合或者固定图案造成干扰，导致控制器表面由于过度曝光，使相机无法清晰获取设置光斑组合或者固定图案的区域与没有设置光斑组合或者固定图案的区域的界限，从而无法清晰拍到光斑组合或者固定图案，进而造成控制器追踪丢失或者异常情况。
因此，亟需一种即使在室外强光环境下也依旧能够清晰捕捉手柄上的光斑组合或固定图案以精准完成光学追踪的室外强光下的控制器光学追踪方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种室外强光下的控制器光学追踪方法，以解决目前若将控制器转移到室外阳光下或者环境光较强的地方，环境光中的相近波段光源会对手柄上用于追踪的主动发光或者被动发光的光斑组合或者固定图案造成干扰，导致控制器表面由于过度曝光，使相机无法清晰获取设置光斑组合或者固定图案的区域与没有设置光斑组合或者固定图案的区域的界限，从而无法清晰拍到光斑组合或者固定图案，进而造成控制器追踪丢失或者异常情况的问题。
本发明提供的一种室外强光下的控制器光学追踪方法，其中，包括：
将强光下控制器的追踪部件的表面划分为追踪区域和非追踪区域；其中，在所述追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；
通过追踪摄像头捕捉所述追踪部件的表面以形成关于所述追踪区域的显示图像；其中，通过滤光件使所述追踪区域在所述显示图像中正常曝光，并且使所述非追踪区域的亮度比所述追踪区域的亮度暗；
根据所述显示图像获取所述追踪区域的位置信息，并根据所述位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定所述追踪部件的位置轨迹和姿态信息。
优选地，所述滤光件为吸光材料。
优选地，通过滤光件使所述追踪区域在所述显示图像中正常曝光的过程，包括：
在所述非追踪区域设置吸光材料，以使所述吸光材料过滤所述非追踪区域内强光下的干扰波段；其中，
所述吸光材料为套设型吸光材料、覆盖型吸光材料或喷涂式遮光材料。
优选地，若所述吸光材料为套设型吸光材料，则在所述非追踪区域设置套设型吸光材料的过程，包括：
在所述追踪部件上套设所述套设型吸光材料；
在所述套设型吸光材料中设置孔洞，以使所述套设型吸光材料覆盖所述非追踪区域，并且使所述孔洞与所述追踪区域相对应。
优选地，所述套设型吸光材料为硅胶套。
优选地，所述滤光件为滤光片。
优选地，通过滤光件使所述追踪区域在所述显示图像中正常曝光的过程，包括：
在所述追踪摄像头的前端设置所述滤光片，以使所述滤光片过滤所述追踪摄像头在捕捉所述追踪部件时的环境光；其中，
若所述追踪摄像头为可见光摄像头，则所述滤光片为重色滤光片；
若所述追踪摄像头为红外光摄像头，则所述滤光片的透光滤波范围为750纳米至900纳米。
本发明还提供一种室外强光下的控制器光学追踪系统，实现如前所述的室外强光下的控制器光学追踪方法，包括处于强光下控制器的追踪部件、追踪摄像头、滤光件、处理器和用于获取所述追踪部件的惯性信息的惯性传感器；其中，
在所述追踪部件的表面划分有追踪区域和非追踪区域；并且，在所述追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；
所述追踪摄像头用于捕捉所述追踪部件的表面以形成关于所述追踪区域的显示图像；
所述滤光件用于使所述追踪区域在所述显示图像中正常曝光，并且使所述非追踪区域的亮度比所述追踪区域的亮度暗；
所述处理器用于根据所述显示图像获取所述追踪区域的位置信息，并根据所述位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定所述追踪部件的位置轨迹和姿态信息。
优选地，所述滤光件为吸光材料；
所述吸光材料为套设型吸光材料、覆盖型吸光材料或喷涂式遮光材料。
优选地，所述滤光件为滤光片；
所述滤光片设置在所述追踪摄像头的前端；并且所述滤光片的类型与所述追踪摄像头的类型相对应；其中，
若所述追踪摄像头为可见光摄像头，则所述滤光片为重色滤光片；
若所述追踪摄像头为红外光摄像头，则所述滤光片的透光滤波范围为750纳米至900纳米。
从上面的技术方案可知，本发明提供的室外强光下的控制器光学追踪方法、系统，首先将强光下的追踪部件的表面划分为追踪区域和非追踪区域；其中，在追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；再通过追踪摄像头捕捉追踪部件的表面以形成关于追踪区域的显示图像；其中，通过滤光件使追踪区域在显示图像中正常曝光，并且使非追踪区域的亮度比追踪区域的亮度暗，而后根据显示图像获取所述追踪区域的位置信息，并根据所述位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定追踪部件的位置轨迹和姿态信息，从而解决了环境光对用于追踪的光斑或者固定图案的干扰问题，使得光学控制器在室外或者强光干扰环境下也能正常使用。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明书内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的室外强光下的控制器光学追踪方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的室外强光下的控制器光学追踪方法中追踪部件的区域示意图；
图3为根据本发明实施例的室外强光下的控制器光学追踪系统的示意图。
具体实施方式
若将控制器转移到室外阳光下或者环境光较强的地方，环境光中的相近波段光源会对手柄上用于追踪的主动发光或者被动发光的光斑组合或者固定图案造成干扰，导致控制器表面由于过度曝光，使相机无法清晰获取设置光斑组合或者固定图案的区域与没有设置光斑组合或者固定图案的区域的界限，从而无法清晰拍到光斑组合或者固定图案，进而造成控制器追踪丢失或者异常情况。
针对上述问题，本发明提供一种室外强光下的控制器光学追踪方法、系统，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的室外强光下的控制器光学追踪方法、系统，图1对本发明实施例的室外强光下的控制器光学追踪方法进行了示例性标示；图3对本发明实施例的室外强光下的控制器光学追踪系统进行了示例性标示。
以下示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
如图1所示，本发明提供的本发明实施例的室外强光下的控制器光学追踪方法，包括：
S1：将强光下控制器的追踪部件的表面划分为追踪区域和非追踪区域；其中，在追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；
S2：通过追踪摄像头捕捉追踪部件的表面以形成关于追踪区域的显示图像；其中，通过滤光件使追踪区域在所述显示图像中正常曝光，并且使非追踪区域的亮度比追踪区域的亮度暗；
S3：根据显示图像获取追踪区域的位置信息，并根据位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定追踪部件的位置轨迹和姿态信息。
在本实施例中，该追踪部件可以为VR系统中控制器中任意具有被追踪功能的部件，在本实施例中该追踪部件为手柄，具体为手柄的前端部分。
图2示出了控制器中的追踪部件，在此，将控制器追踪部件表面中预设的光斑组合或者固定图案区域，定义为A区域；控制器追踪部件表面中除光斑组合或者固定图案以外区域定义为B区域；把环境光在追踪部件表面的形成反射区域定义为C区域，在传统技术中，若将控制器中的追踪部件置于强光环境中，则该C区域中区分不开A区域与B区域的界限，因而无法清晰地捕捉光斑组合或者固定图案的图像。具体的，在室内或者无环境光干扰的情况下，A区域光斑或者固定图案会被追踪相机准确拍摄到，从而根据惯性传感器(IMU)及相对位置关系计算出控制器在空间中的位置和姿态信息；而在室外或者强光环境干扰下，环境光反光造成整个C区域过度曝光，从而导致在追踪相机中的大范围曝光覆盖住A区域的光斑或者固定图案，进而导致相机获取不到准确的光斑组合和固定图案的信息，以至于无法计算出控制器在空间中的位置信息。
如图1、图2共同所示，步骤S1为将强光下控制器的追踪部件的表面划分为追踪区域和非追踪区域的过程；其中，在追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；
具体的，在本实施例中，该追踪部件为手柄，即将手柄中设置有光标组合或追踪图案的前端部分进行区域划分，将光标组合或追踪图案作为追踪区域，在图2中标示为A区域；将除了光标组合或追踪图案以外的区域作为非追踪区域，在图2中标示为B区域；从而对追踪区域和非追踪区域区别处理，如此减弱室外强光环境下的曝光情况。
如图1所示，步骤S2为通过追踪摄像头捕捉追踪部件的表面以形成关于追踪区域的显示图像的过程，在本实施例中为通过VR系统中的追踪摄像头捕捉手柄上设置的光标组合或追踪图案以形成显示图像，从而获得手柄的位置信息，从而根据该位置信息对该手柄进行追踪；其中，该追踪摄像头可以为可见光摄像头，也可以为红外摄像头，在此不作具体限制。
在步骤S2中，通过滤光件使追踪区域在追踪摄像头的显示图像中正常曝光，并且使非追踪区域的亮度比追踪区域的亮度暗的过程，当非追踪区域的亮度比追踪区域的亮度暗时，能够使追踪相机更清晰地捕捉光标组合或追踪图案，从而提高追踪手柄的精确度。
如图1、图2共同所示，在一个具体实施例中，该滤光件为吸光材料，在本实施例中，通过滤光件使追踪区域在显示图像中正常曝光的过程，包括：
SA21：在非追踪区域设置吸光材料，以使吸光材料过滤非追踪区域内强光下的干扰波段；需要说明的是该吸光材料可以为套设型吸光材料，即将套设型吸光材料套设在非追踪区域中；该吸光材料也可以为覆盖型吸光材料，即非追踪区域直接由能够吸光的覆盖型吸光材料制成，也就是说手柄上非追踪区域的制作材料为吸光材料；该吸光材料还可以是喷涂式吸光材料，即在非追踪区域上喷涂该喷涂式的吸光材料，在此不作具体限制。
为了详细说明设置吸光材料的过程，在本实施例中，以吸光材料为套设型吸光材料为例，若吸光材料为套设型吸光材料，则在非追踪区域设置套设型吸光材料的过程，包括：
SA211：在追踪部件上套设该套设型吸光材料；
SA212：在该套设型吸光材料中设置孔洞，以使该套设型吸光材料覆盖所述非追踪区域，并且使孔洞与所述追踪区域相对应；
具体的，如图1、图2共同所示，在本具体实施例中，通过在B区域(非追踪区域)增加吸光材料，吸光材料的具体型式及材质不做具体限制，在更为具体的一个实施例中，该吸光材料为套设型吸光材料，该套设型吸光材料可以为任意具有弹力、便于套设且吸光的材料，在本实施例中，该套设型吸光材料为硅胶套，以便于套设，即在手柄上套设硅胶套，硅胶套能够对光进行吸收过滤，该硅胶套仅覆盖非过滤区域，在与过滤区域相对应的地方设置有孔洞，从而硅胶套不覆盖追踪区域，只覆盖非追踪区域，也就是说只有追踪区域暴露在外；B区域上覆盖的硅胶套将环境光中的干扰波段过滤掉，以使该B区域不进行反射或者仅有少量漫反射；如此，只有A区域的光斑组合(光标组合)或者追踪图案表面对环境光全波段或者有效波段进行反射，这样避免了B区域反光影响拍清A区域反光的状况，进而防止了C区域曝光一片曝光的产生，从而使得A区域光标组合或者追踪图案能够被追踪相机清晰捕捉。
如图1所示，在另一个具体实施例中，该滤光件为滤光片，在本具体实施例中，通过滤光件使追踪区域在显示图像中正常曝光的过程，包括：
SB21：在追踪摄像头的前端设置滤光片，以使滤光片过滤追踪摄像头在捕捉追踪部件时的环境光；其中，
若追踪摄像头为可见光摄像头，则滤光片为重色滤光片；
若追踪摄像头为红外光摄像头，则滤光片的透光滤波范围为750纳米至900纳米；
具体的，如图1、图2共同所示，在本具体实施例中，通过在追踪相机的前端增加滤光片的方式减弱外部环境中的强光，该滤光片可允许追踪光源的波段通过，降低或者过滤掉其他波段的干扰，同时降低追踪相机的增益和曝光，进一步降低环境光在B区域对A区域的干扰，直至在追踪相机的显示图像中能够明显区分出A区域和B区域的区别，则可分割出A区域的图像，如此精确获取追踪区域的位置信息，从而更加精准的追踪手柄。
需要说明的是，上述两个具体实施例可以单独应用，当然也可以将上述两个实施例同时应用，在此不作限制。
如图1所示，步骤S3为根据位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定追踪部件位置轨迹和姿态信息的过程，当步骤S2能够通过滤光件使追踪区域在追踪摄像头的显示图像中正常曝光之后，即能够精准捕捉的追踪区域的位置信息，进而根据该精准捕捉的追踪区域的位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定追踪部件位置轨迹和姿态信息，提高整体位置轨迹机姿态信息的精准性。
如上所述，本发明提供的室外强光下的控制器光学追踪方法，首先将强光下的追踪部件的表面划分为追踪区域和非追踪区域；其中，在追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；再通过追踪摄像头捕捉追踪部件的表面以形成关于追踪区域的显示图像；其中，通过滤光件使追踪区域在显示图像中正常曝光，并且使非追踪区域的亮度比追踪区域的亮度暗，而后根据显示图像获取所述追踪区域的位置信息，并根据所述位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定所述追踪部件的位置轨迹和姿态信息，从而解决了环境光对用于追踪的光斑或者固定图案的干扰问题，使得光学控制器在室外或者强光干扰环境下也能正常使用。
如图3所示，本发明还提供一种室外强光下的控制器光学追踪系统100实现如上的室外强光下的控制器光学追踪方法，包括处于强光下控制器的追踪部件101、追踪摄像头102、滤光件103、处理器104和用于获取追踪部件的惯性信息的惯性传感器105；其中，
在追踪部件101的表面划分有追踪区域和非追踪区域；并且，在追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；
追踪摄像头102用于捕捉所述追踪部件的表面以形成关于所述追踪区域的显示图像；
滤光件103用于使追踪区域在显示图像中正常曝光，并且使非追踪区域的亮度比追踪区域的亮度暗；
处理器104用于根据所述显示图像获取所述追踪区域的位置信息，并根据所述位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定所述追踪部件的位置轨迹和姿态信息。
在图3所示的一个实施例中，滤光件103为吸光材料；
该吸光材料的具体型式在此不作具体限制，可以为套设型吸光材料，也可以为覆盖型吸光材料，还可以为喷涂式遮光材料；其中，若采用套设型吸光材料，则可以将该套设型吸光材料套设在非追踪区域中；该采用覆盖型吸光材料，则使非追踪区域直接由能够吸光的覆盖型吸光材料制成，也就是说手柄上非追踪区域的制作材料为吸光材料；若采用喷涂式吸光材料，则在非追踪区域上喷涂该喷涂式的吸光材料。
在图3所示的另一个具体实施例中，该滤光件为滤光片；
滤光片设置在追踪摄像头的前端(图中未示出)；并且滤光片的类型与追踪摄像头的类型相对应；其中，
若追踪摄像头为可见光摄像头，则滤光片为重色滤光片；
若追踪摄像头为红外光摄像头，则滤光片的透光滤波范围为750纳米至900纳米。
需要说明的是，上述两个具体实施例可以单独应用，也可以共同应用，在此不作限制。
通过上述实施方式可以看出，本发明提供的室外强光下的控制器光学追踪系统100，在强光下的追踪部件101的表面划分有追踪区域和非追踪区域；其中，在追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；再通过追踪摄像头102捕捉追踪部件的表面以形成关于追踪区域的显示图像；并且通过滤光件103使追踪区域在显示图像中正常曝光，并且使非追踪区域的亮度比追踪区域的亮度暗，而后通过处理器104根据显示图像获取所述追踪区域的位置信息，并根据位置信息与预设的惯性传感器105获取的惯性信息确定追踪部件位置轨迹和姿态信息，从而解决了环境光对用于追踪的光斑或者固定图案的干扰问题，使得光学控制器在室外或者强光干扰环境下也能正常使用。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的增强现实中的室外强光下的控制器光学追踪方法、系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的室外强光下的控制器光学追踪方法、系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种室外强光下的控制器光学追踪方法，其特征在于，包括：
将强光下控制器的追踪部件的表面划分为追踪区域和非追踪区域；其中，在所述追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；
通过追踪摄像头捕捉所述追踪部件的表面以形成关于所述追踪区域的显示图像；其中，通过滤光件使所述追踪区域在所述显示图像中正常曝光，并且使所述非追踪区域的亮度比所述追踪区域的亮度暗；
根据所述显示图像获取所述追踪区域的位置信息，并根据所述位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定所述追踪部件的位置轨迹和姿态信息。
2.如权利要求1所述的室外强光下的控制器光学追踪方法，其特征在于，
所述滤光件为吸光材料。
3.如权利要求2所述的室外强光下的控制器光学追踪方法，其特征在于，通过滤光件使所述追踪区域在所述显示图像中正常曝光的过程，包括：
在所述非追踪区域设置吸光材料，以使所述吸光材料过滤所述非追踪区域内强光下的干扰波段；其中，
所述吸光材料为套设型吸光材料、覆盖型吸光材料或喷涂式遮光材料。
4.如权利要求3所述的室外强光下的控制器光学追踪方法，其特征在于，若所述吸光材料为套设型吸光材料，则在所述非追踪区域设置套设型吸光材料的过程，包括：
在所述追踪部件上套设所述套设型吸光材料；
在所述套设型吸光材料中设置孔洞，以使所述套设型吸光材料覆盖所述非追踪区域，并且使所述孔洞与所述追踪区域相对应。
5.如权利要求4所述的室外强光下的控制器光学追踪方法，其特征在于，
所述套设型吸光材料为硅胶套。
6.如权利要求1所述的室外强光下的控制器光学追踪方法，其特征在于，
所述滤光件为滤光片。
7.如权利要求6所述的室外强光下的控制器光学追踪方法，其特征在于，通过滤光件使所述追踪区域在所述显示图像中正常曝光的过程，包括：
在所述追踪摄像头的前端设置所述滤光片，以使所述滤光片过滤所述追踪摄像头在捕捉所述追踪部件时的环境光；其中，
若所述追踪摄像头为可见光摄像头，则所述滤光片为重色滤光片；
若所述追踪摄像头为红外光摄像头，则所述滤光片的透光滤波范围为750纳米至900纳米。
8.一种室外强光下的控制器光学追踪系统，实现如权利要求1-7任一所述的室外强光下的控制器光学追踪方法，包括处于强光下控制器的追踪部件、追踪摄像头、滤光件、处理器和用于获取所述追踪部件的惯性信息的惯性传感器；其中，
在所述追踪部件的表面划分有追踪区域和非追踪区域；并且，在所述追踪区域中设置有光标组合或追踪图案；
所述追踪摄像头用于捕捉所述追踪部件的表面以形成关于所述追踪区域的显示图像；
所述滤光件用于使所述追踪区域在所述显示图像中正常曝光，并且使所述非追踪区域的亮度比所述追踪区域的亮度暗；
所述处理器用于根据所述显示图像获取所述追踪区域的位置信息，并根据所述位置信息与预设的惯性传感器获取的惯性信息确定所述追踪部件的位置轨迹和姿态信息。
9.如权利要求8所述的室外强光下的控制器光学追踪系统，其特征在于，所述滤光件为吸光材料；
所述吸光材料为套设型吸光材料、覆盖型吸光材料或喷涂式遮光材料。
10.如权利要求8所述的室外强光下的控制器光学追踪系统，其特征在于，所述滤光件为滤光片；
所述滤光片设置在所述追踪摄像头的前端；并且所述滤光片的类型与所述追踪摄像头的类型相对应；其中，
若所述追踪摄像头为可见光摄像头，则所述滤光片为重色滤光片；
若所述追踪摄像头为红外光摄像头，则所述滤光片的透光滤波范围为750纳米至900纳米。
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