CN211554891U - 定位装置、定位系统及虚拟现实系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定位装置、定位系统及虚拟现实系统，该定位装置包括：同步定位和建图模组，用于确定定位装置的第一空间信息；第一超声模组，用于接收超声波，超声波用于追踪待追踪装置；第一处理器，第一处理器的第一信号输入端与同步定位和建图模组的输出端电连接，用于获取定位装置的第一空间信息；第一处理器的第二信号输入端与第一超声模组的输出端电连接，用于根据超声波解算待追踪装置的空间信息。本实用新型提供的技术方案通过同步定位和建图模组配合超声定位确定定位装置和待追踪装置的的空间信息，可单独作为一个定位模组适配于头戴显示器。

Description

定位装置、定位系统及虚拟现实系统

技术领域

本实用新型实施例涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种定位装置、定位系统及虚拟现实系统。

背景技术

目前虚拟现实领域进行定位的方法通常是在头戴显示器的处理器中集成有同步定位和建图的功能，头戴显示器内置的摄像头进行定位追踪，头戴显示器内置的处理器对追踪信息计算得到头戴显示器和手柄的空间信息，并及将头戴显示器和手柄的空间信息融合到虚拟现实显示画面中。

现有技术存在的技术缺陷是，头戴显示器用于定位的处理器的计算量太大，必须使用高性能高价位的处理器，例如高通骁龙845处理器；另外对于有些头戴显示器，不具有空间追踪功能，限制了其运动，例如不能玩6dof的VR游戏。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种定位装置、定位系统及虚拟现实系统，减小了头戴显示器的用于定位的处理器的计算量，而且可以和不具有空间追踪功能的头戴显示器配合使用，赋予其空间定位功能。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种定位装置，包括：

同步定位和建图模组，用于确定所述定位装置的第一空间信息；

第一超声模组，用于接收超声波，所述超声波用于追踪待追踪装置；

第一处理器，所述第一处理器的第一信号输入端与所述同步定位和建图模组的输出端电连接，用于获取所述定位装置的第一空间信息；所述第一处理器的第二信号输入端与所述第一超声模组的输出端电连接，用于根据所述超声波解算所述待追踪装置的空间信息。

可选地，还包括第一位姿检测单元，用于检测所述定位装置的位姿信息；

所述第一位姿检测单元的输出端与所述第一处理器的第三信号输入端电连接，所述第一处理器基于所述定位装置的第一空间信息以及所述定位装置的位姿信息确定所述定位装置的第二空间信息。

可选地，所述同步定位和建图模组包括第二处理器和图像传感器；

所述图像传感器用于获取所述定位装置所处环境信息；

所述第二处理器的信号输入端与所述图像传感器的输出端电连接，所述第二处理器基于所述定位装置所处环境信息，确定所述定位装置的第一空间信息；

所述第一处理器的第一信号输入端与所述第二处理器的信号输出端电连接。

可选地，所述第一处理器为微控制单元。

第二方面，本实用新新实施例提供了一种定位系统，包括：

定位装置和待追踪装置，所述定位装置包括第一方面任意所述的定位装置；

所述待追踪装置包括第二超声模组，所述第二超声模组用于发射超声波；

所述定位装置的第一超声模组用于接收所述超声波；

所述定位装置的第一处理器根据所述超声波解算所述待追踪装置的第一空间信息。

可选地，所述待追踪装置还包括第二位姿检测单元；

所述第二位姿检测单元用于检测所述待追踪装置的位姿信息。

可选地，所述待追踪装置还包括第一通信模块，所述第一通信模块用于将所述待追踪装置的姿态信息发送给所述定位装置；

所述定位装置还包括第二通信模块，所述第二通信模块用于接收所述待追踪装置的位姿信息；

所述第一处理器的第五信号输入端与所述第二通信模块电连接，根据所述待追踪装置的第一空间信息和所述待追踪装置的位姿信息，确定所述待追踪装置的第二空间信息。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种虚拟现实系统，包括：

头戴显示器和定位系统，所述定位系统包括第二方面任意所述的定位系统。

可选地，所述头戴显示器包括第四处理器，所述第四处理器与第一处理器电连接，用于获取定位装置的空间信息和待追踪装置的空间信息，并根据所述定位装置的空间信息和所述待追踪装置的空间信息进行虚拟现实画面的渲染。

可选地，所述第四处理器设置在头戴显示器内，或者设置在头戴显示器以外的终端中。

本实施例提供的技术方案，通过同步定位和建图模组确定定位装置的第一空间信息，而不用将定位装置的第一空间信息和虚拟现实显示画面进行融合，因此减少了同步定位和建图模组的计算量。且本技术方案中，通过第一超声模组接收超声波来追踪待追踪装置，相比现有技术中采用摄像头进行对待追踪装置进行定位追踪，避免了采用遮挡问题以及视场角受限的问题。本实用新型提供的技术方案通过同步定位和建图模组配合超声定位确定定位装置和待追踪装置的的空间信息，可单独作为一个定位模组适配于头戴显示器。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种定位装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种定位装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的又一种定位装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种定位系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种定位系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

正如背景技术中所述，目前虚拟现实领域进行定位的方法通常是在头戴显示器的处理器中集成有同步定位和建图的功能，头戴显示器内置的处理器对追踪信息计算得到头戴显示器和手柄的空间信息，并及将头戴显示器和手柄的空间信息融合到虚拟现实显示画面中。导致头戴显示器用于定位的处理器的计算量太大，必须使用高性能高价位的处理器，例如高通骁龙845处理器；另外对于有些头戴显示器，不具有空间追踪功能，限制了其运动，例如不能玩6dof的VR游戏。

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了如下技术方案：

图1为本实用新型实施例提供的一种定位装置的结构示意图。参见图1，该定位装置包括：同步定位和建图模组100，用于构建定位装置所处环境地图且确定定位装置在环境中的第一空间信息；第一超声模组200，用于接收超声波，超声波用于追踪待追踪装置；第一处理器300，第一处理器300的第一信号输入端A1与同步定位和建图模组100的输出端B1电连接，用于获取定位装置的第一空间信息。第一处理器300的第二信号输入端A2与第一超声模组的输出端C1电连接用于根据超声波解算待追踪装置的空间信息。

具体的，第一超声模组200，用于接收超声波，超声波用于追踪待追踪装置，第一超声模组200包括超声接收器，超声接收器可以是单个超声接收器也可以是一个超声接收阵列，第一超声模组200的输出端C1电连接于第一处理器300，由第一处理器300根据超声接收器的得到的超声波从待追踪装置发射到到达定位装置的时间，确定待追踪装置相对定位装置的方向信息和位置信息，获得待追踪装置的空间信息。相比现有技术中采用摄像头进行对待追踪装置进行定位追踪，避免了采用遮挡问题以及视场角受限的问题。

示例性的，第一处理器300可以为微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)。

本实施例提供的技术方案，通过同步定位和建图模组100确定定位装置的第一空间信息，而不用将定位装置的第一空间信息和虚拟现实显示画面进行融合，因此减少了同步定位和建图模组100中处理器的计算量。且本技术方案中，通过第一超声模组200接收超声波来追踪待追踪装置，相比现有技术中采用摄像头进行对待追踪装置进行定位追踪，避免了采用遮挡问题以及视场角受限的问题。

在上述技术方案中，由于同步定位和建图模组100在逐步构建环境地图的同时确定自身在环境中的相对位姿过程中，可能会与实际环境有偏差，因此第一空间信息也可能会存在偏差，为了得到更为精确的定位装置的空间信息，本实用新型实施例提供了如下技术方案：

可选地，参见图2，该定位装置还包括第一位姿检测单元400，用于检测定位装置的位姿信息；第一位姿检测单元400的输出端D1与第一处理器300的第三信号输入端A3电连接，第一处理器300基于定位装置的第一空间信息以及定位装置的位姿信息确定定位装置的第二空间信息。

示例性的，第一位姿检测单元400可以是惯性测量单元(Inertial measurementunit，IMU)，惯性测量单元是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个惯性测量单元可以为六轴传感器，包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。一个惯性测量单元还可以为九轴传感器，包含三轴的加速度计，三轴的陀螺仪和三轴的地磁计，可以更精确地获得定位装置的第二位姿信息。

具体的，第一处理器300基于定位装置的第一空间信息以及定位装置的位姿信息，进行数据融合处理，对定位装置的第一空间信息进行修正，得到准确度更高的定位装置的第二空间信息。

可选地，参见图3，同步定位和建图模组100包括第二处理器101和图像传感器102；图像传感器102用于获取所述定位装置所处环境信息；第二处理器101的信号输入端E1与图像传感器102的输出端F1电连接，第二处理器101基于定位装置所处环境信息，确定定位装置的第一空间信息；第一处理器300的第一信号输入端A1与第二处理器101的信号输出端E2电连接。

可知的，同步定位和建图(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)模组100，通过图像传感器102，例如单目或者双目摄像头获取环境的图像，用于定位装置处于一个未知环境中，逐步构建环境地图，第二处理器101的信号输入端与图像传感器102的输出端F1电连接，第二处理器101基于图像传感器102获取的环境地图，确定定位装置的第一空间信息。

在本实施例中，第二处理器101基于图像传感器102获取的环境地图得到定位装置所处环境地图和第一空间信息，省去了将定位装置的第一空间信息和虚拟现实显示画面进行融合的计算量，因此第二处理器101的计算量较小，并可选用一些专门的处理器，例如英特尔movidius处理器进行图像数据处理。第二处理器101完成数据关联，通过图像传感器102获取的图像，研究帧与帧之间变换关系，完成实时的位姿跟踪，对输入的图像进行处理，计算姿态变化，同时也检测并处理闭环，当有IMU信息时，也可以参与融合计算；第二处理器101还可以主要对输出结果进行优化，利用滤波理论(EKF、PF等)或者优化理论进行树或图的优化，得到最优的位姿估计和地图。

本实施例提供的技术方案，第一处理器300的第一信号输入端A1与同步定位和建图模组100的输出端B1电连接，具体的和同步定位和建图模组100的第二处理器101电连接，用于获取第二处理器101得到的定位装置的第一空间信息，第一处理器300的第二信号输入端A2与第一超声模组的输出端C1电连接，用于根据接收第一超声模组接收到的超声波从待追踪装置发射到达定位装置的时间超声解算待追踪装置的空间信息。

第一处理器300为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，可以是nordic系列单片机、GD系列单片机、ST系列单片机。

基于同一构思，本实用新型实施例还提供了一种定位系统。

图4为本实用新型实施例提供的一种定位系统的结构示意图。参见图4，定位系统包括上述的定位装置1和待追踪装置2，该待追踪装置2包括：第二超声模组600，用于发射超声波，定位装置1的第一超声模组200用于接收超声波；定位装置1的第一处理器300根据超声波解算待追踪装置2的第一空间信息。

具体的，定位装置1的第一超声模组200接收到超声波，得到超声波从带追踪装置到达定位装置的时间，第一处理器300基于超声波从带追踪装置到达定位装置的时间，确定待追踪装置2相对定位装置1的第一空间信息。

为了得到更为全面的待追踪装置2的空间信息，本实用新型实施例提出了如下技术方案：

可选地，参见图5，该待追踪装置还包括第二位姿检测单元900，用于检测待追踪装置的位姿信息。第二位姿检测单元900可以是六轴的IMU或者九轴的IMU。

可选地，参见图5，该待追踪装置2还包括第一通信模块800，第二位姿检测单元900获取的待追踪装置的位姿信息通过第一通信模块800发送给定位装置1。如图5所示，定位装置1还包括第二通信模块500，第二通信模块500与第一处理器300的第四信号输入端A4电连接，用于接收待追踪装置2发送的待追踪装置的位姿信息，第一处理器300将通过超声追踪得到的待追踪装置2的第一空间信息与第二位姿检测单元900获取的位姿信进行融合处理，得到准确度更高的待追踪装置2的第二空间信息。

第二通信模块500和第一通信模块800可以是4G通信模块、5G通信模块、蓝牙模块以及射频器件等。

本实用新型提供的定位系统，通过同步定位和建图模组100的第二处理器101基于图像传感器102获取的定位装置所处环境地图，确定定位装置的第一空间信息，而不用将定位装置的第一空间信息和虚拟现实显示画面进行融合的计算量，因此减少了第二处理器101的计算量。且本技术方案中，通过定位装置的第一超声模组200接收待追踪装置2发射的超声波来追踪待追踪装置2，相比现有技术中采用摄像头进行对待追踪装置2进行定位追踪，避免了采用遮挡问题以及视场角受限的问题。

基于同一构思，本实用新型实施例还提供了虚拟现实系统，该虚拟现实系统包括：头戴显示器和定位系统。

本实用新型实施例提供的虚拟现实系统，定位系统包括同步定位和建图模组100，用于构建定位装置所处环境地图且确定定位装置在环境中的第一空间信息；第一超声模组200，用于接收超声波，超声波用于追踪待追踪装置；第一处理器300，第一处理器300的第一信号输入端A1与同步定位和建图模组100的输出端B1电连接，用于获取定位装置的第一空间信息，第一处理器300的第二信号输入端A2与第一超声模组的输出端C1电连接用于解算待追踪装置的空间信息。第一处理器300获取到定位装置的第一空间信息和待追踪装置的第一空间信息后，传送给头戴显示器，头戴显示器根据定位装置的空间信息和待追踪装置的空间信息进行图像的渲染和显示。

更优地，定位装置还可以包括第一位姿检测单元400，第一位姿检测单元400可以是九轴IMU或者六轴IMU，用于检测定位装置的位姿信息；第一位姿检测单元400的输出端D1与第一处理器300的第三信号输入端A3电连接，第一处理器300基于定位装置的第一空间信息以及定位装置的位姿信息确定定位装置的第二空间信息，其中第二空间信息的准确度大于第一空间信息的准确度。头戴显示器根据定位装置的第二空间信息和待追踪装置的空间信息进行图像的渲染和显示。

更优地，待追踪装置还可以包括第二位姿检测单元900，用于检测待追踪装置的位姿信息；第二位姿检测单元900可以是六轴的IMU或者九轴的IMU。待追踪装置将第二姿态信息通过通信模块发送给定位装置，定位装置的第一处理器300将通过超声追踪得到的待追踪装置的第一空间信息与第二位姿检测单元获取的姿态信息进行融合处理，得到准确度更高的待追踪装置的第二空间信息。头戴显示器根据定位装置的第二空间信息和待追踪装置的第二空间信息进行图像的渲染和显示。

具体地，待追踪装置为手持式装置，包括但不限于手套、手柄、控制器。待追踪装置还可以是可佩带装置，可安装在人体任何部位，包括但不限于胳膊、大腿、小腿、关节、足部等。

本实施例提供的技术方案，将头戴显示器提供虚拟现实画面的处理过程和定位装置的自定位为以及对待追踪装置的定位追踪的处理过程通过不同的处理器来处理，减少了定位装置中第二处理器101的计算量。且本技术方案中，通过第一超声模组200接收超声波，来追踪待追踪装置，相比现有技术中采用摄像头进行对待追踪装置进行定位追踪，避免了采用遮挡问题以及视场角受限的问题。本实用新型提供的技术方案通过同步定位和建图模组配合超声定位确定定位装置和待追踪装置的的空间信息，可单独作为一个定位模组适配于头戴显示器。

可选地，虚拟现实系统的头戴显示器还包括第四处理器，第四处理器与第一处理器电连接，将定位装置的空间信息和待追踪装置的空间信息融合到虚拟现实画面中。

具体的，将头戴显示器提供虚拟现实画面的处理过程通过第四处理器完成，定位装置的自定位以及对待追踪装置的定位追踪的处理过程分别通过第二处理器和第一处理器完成，第四处理器还用于根据定位装置的空间信息和待追踪装置的空间信息进行虚拟现实画面的渲染，减少了定位装置中第二处理器的计算量，同时也减少了第四处理器的计算量，对于第二处理器和第四处理器的性能要求降低，提高了虚拟现实画面的画面质量。

需要说明的是，第四处理器可以设置在头戴显示器内，也可以设置在头戴显示器以外的终端中。第四处理器设置在头戴显示器内，称之为一体式头戴显示器，第四处理器设置在头戴显示器以外的终端中，称之为分体式头戴显示器。示例性的，第四处理器设置在头戴显示器手机终端时，可以通过TYPE-C接口与手机终端相连。

示例性的，第四处理器可以是全志VR9处理器、高通825/845处理器等等。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种定位装置，其特征在于，包括：

同步定位和建图模组，用于确定所述定位装置的第一空间信息；

第一超声模组，用于接收超声波，所述超声波用于追踪待追踪装置；

第一处理器，所述第一处理器的第一信号输入端与所述同步定位和建图模组的输出端电连接，用于获取所述定位装置的第一空间信息；所述第一处理器的第二信号输入端与所述第一超声模组的输出端电连接，用于根据所述超声波解算所述待追踪装置的空间信息。

2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，还包括第一位姿检测单元，用于检测所述定位装置的位姿信息；

所述第一位姿检测单元的输出端与所述第一处理器的第三信号输入端电连接，所述第一处理器基于所述定位装置的第一空间信息以及所述定位装置的位姿信息确定所述定位装置的第二空间信息。

3.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述同步定位和建图模组包括第二处理器和图像传感器；

所述图像传感器用于获取所述定位装置所处环境信息；

所述第二处理器的信号输入端与所述图像传感器的输出端电连接，所述第二处理器基于所述定位装置所处环境信息，确定所述定位装置的第一空间信息；

所述第一处理器的第一信号输入端与所述第二处理器的信号输出端电连接。

4.根据权利要求3所述的定位装置，其特征在于，所述第一处理器为微控制单元。

5.一种定位系统，其特征在于，包括：

定位装置和待追踪装置，所述定位装置包括权利要求1-4任一所述的定位装置；

所述待追踪装置包括第二超声模组，所述第二超声模组用于发射超声波；

所述定位装置的第一超声模组用于接收所述超声波；

所述定位装置的第一处理器根据所述超声波解算所述待追踪装置的第一空间信息。

6.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述待追踪装置还包括第二位姿检测单元；

所述第二位姿检测单元用于检测所述待追踪装置的位姿信息。

7.根据权利要求6所述的定位系统，其特征在于，所述待追踪装置还包括第一通信模块，所述第一通信模块用于将所述待追踪装置的姿态信息发送给所述定位装置；

所述定位装置还包括第二通信模块，所述第二通信模块用于接收所述待追踪装置的位姿信息；

所述第一处理器的第五信号输入端与所述第二通信模块电连接，根据所述待追踪装置的第一空间信息和所述待追踪装置的位姿信息，确定所述待追踪装置的第二空间信息。

8.一种虚拟现实系统，其特征在于，包括：

头戴显示器和定位系统，所述定位系统包括权利5-7任一所述的定位系统。

9.根据权利要求8所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述头戴显示器包括第四处理器，所述第四处理器与第一处理器电连接，用于获取定位装置的空间信息和待追踪装置的空间信息，并根据所述定位装置的空间信息和所述待追踪装置的空间信息进行虚拟现实画面的渲染。

10.根据权利要求9所述的虚拟现实系统，其特征在于，所述第四处理器设置在头戴显示器内，或者设置在头戴显示器以外的终端中。

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