CN212301848U - 一种位置测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种位置测定装置。该位置测定装置包括参照部和至少三个测位机构，各所述测位机构分别用于获取所述参照部和待测定物体二者相对测位机构自身的空间位置，以得到所述待测定物体与所述参照部之间的相对位置关系。采用这种位置测定装置对待测定物体的空间位置进行测定的过程中，即便测定机构的位置发生变化，也基本不会影响测定结果的准确性。

Description

一种位置测定装置

技术领域

本实用新型涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种位置测定装置。

背景技术

随着虚拟现实技术的不断发展，许多场景下都可以借助虚拟现实技术辅助工作。例如，可以借助相机或红外线摄像设备对移动的物体的位置进行测定，具体来说，目前的三目位置标定系统中，通常在空间内的不同位置固定三个相机等具备获取图像的设备，然后通过借助三个相机分别对待测定物体的实际位置进行测定，并统一传输至计算机等数据处理设备内，通过对三个相机所获取的实时图像进行分析，可以得到待测定物体相对其自身的初始位置或上一时间点的位置所发生的相对改变。

但是，在位置测定过程中，可能会因为固定相机的安装架发生晃动等原因，而造成相机的固定位置发生改变，这就会造成对物体所测定的物体位置的值出现偏差，进而对后续工作的进行产生较大的不利影响。

实用新型内容

(一)本实用新型要解决的技术问题是：目前的三目位置标定系统在工作过程中，一旦相机位置的位置发生变化，就会造成整个三目位置标定系统对物体位置的测定出现偏差，影响后续工作进程的进行。

(二)技术方案

为了实现上述技术问题，本实用新型提供了一种位置测定装置，其包括参照部和至少三个测位机构，各所述测位机构分别用于获取所述参照部和待测定物体二者相对所述测位机构自身的空间位置，以得到所述待测定物体与所述参照部之间的相对位置关系。

可选地，本实用新型所提供的位置测定装置还包括中控部，所述中控部与各所述测位机构均连接，所述中控部用于对至少两个空间位置进行运算。

可选地，所述测位机构设置有三个。

可选地，沿围绕所述参照部的方向，任意相邻的两个所述测位机构之间间隔的角度大于或等于60°。

可选地，沿竖直方向，各所述测位机构均位于所述参照部的上方。

可选地，各所述测位机构位于同一水平高度。

可选地，所述测位机构为红外摄像机。

可选地，各所述测位机构转动连接在安装架上。

(三)有益效果

本实用新型提供一种位置测定装置，在该位置测定装置的使用过程中，可以先得到参照部和待测定物体二者相对测定机构的空间位置，进而可以得到参照部和待测定物体之间的相对位置；然后，经过设定时长之后，采用同样的方式和过程，再次得到参照部和待测定物体二者的相对空间位置。

通过对比所测定得到的参照部的初始空间位置A_初和测定空间位置A_测，可以确定在不同时间点多个测位机构的位置是否产生变化。如果不同时间点所测得的参照部的位置值未发生变化，则说明测位机构的位置均为发生变化，相应地，设定时长后待测定物体的实际空间位置即为测定机构所直接测定所得到的位置值。

如果不同时间点所测得的参照部的位置值不同，则说明至少一个测位机构的所在位置产生了变化，在这种情况下，可以借助参照部的初始空间位置A_测与A_初的差值A_差，校正直接测定得到的待测定物体的测定空间位置B_测，得到待测定物体的实际空间位置B_实。因此，借助本实用新型所提供的这种位置测定装置对待测定物体相对参照部的实际空间位置进行测定时，即便在测定过程中测定机构的位置发生变化，也不造成所测得的待测定物体相对参照部的实时空间位置出现偏差。

附图说明

本实用新型上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例所提供的位置测定方法的流程图；

图2是本实用新型实施例所提供的位置测定装置的结构示意图。

附图标记

1-测位机构；2-参照部；3-待测定物体；4-中控部。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在日常的工作和生活中，待测定物体可能是一种操作工具，进而工作人员可能通过操控待测定物体进行设定操作，为了保证工作人员可以获取待测定物体的位置信息，需要对一个或多个该测定物体的实时位置(或相对其自身初始空间位置的变化量)进行测定。例如，目前在医生进行手术的过程中，通常根据自身经验和患者身体结构判断手术刀的位置，但是，由于患者身体结构存在个体差异，且上述判断过程主观性相对较大，从而造成工作人员得到的判断结果精度较低的风险相对较大；再比如，在骨骼拼接修复手术过程中，待拼接的两块骨骼之间通常需要用钢钉进行暂时固定，在打钢针的过程中，由于钢针的插入状态不便于进行肉眼观察，且在打钢针的过程中，还可能因震动等因素出现钢针偏斜的情况，因而在上述两种具体的例子中，对手术刀或者钢针的实时空间位置(或相对自身的初始空间位置的变化量)进行监控和测定很有必要。但是，因为凭借肉眼观察的方式判断待测定物体空间位置的精确度相对较差，这可能会对后续操作过程产生较大的不良影响。

基于上述原因，如图1所示，本实用新型提供一种位置测定方法及位置测定装置，其中，位置测定方法包括：

S1、获取参照部的初始空间位置A_初；

具体来说，可以通过多种方式得到参照部的初始空间位置。例如，可以通过长度测量仪结合三坐标测量仪等测量仪器，实现获取参照部初始空间位置的目的。其中，需要说明的是，参照部的空间位置相对地球静止。

更具体地，参照部的初始空间位A_初可以用空间坐标的方式表达，例如，参照部的初始空间位置可以为A_初(0，0，0)，这便于对待测定物体经设定时长后实际空间位置测定工作的进行；并且，在测定参照部的初始空间位置后直至工作结束，可以保持测量仪器相对参照部静止，这可以保证所测定得到的参照部的空间位置唯一，具备作为基准点的功能。

S2、经过设定时长，获取所述参照部和待测定物体二者各自的测定空间位置A_测和B_测；

具体地，还可以上述方式，借助测量仪器对经过设定时长后参照部和待测定物体二者的空间位置进行测定。相应地，在测定过程中，分别对测定部和待测定物体二者的空间位置进行测量，得到在测定时间点时，参照部和待测定物体二者的测定空间位置A_测和B_测。相应地，在确定待测定物体的测定空间位置时，也可以采用空间坐标的方式表达待测定物体的测量空间位置B_测(x，y，z)。经过上述过程后，存在两种情况，即在不同时间点借助同样的测量仪器所测得的参照部的空间位置相同或不同。

在第一种情况下，由于在不同时间点借助同样的测量仪器所得到的参照部的空间位置相同，进而可以得出：在不同时间点，测量仪器的所在位置相对自身的初始位置未发生改变。相应地，通过各测位机构所测得的待测定物体的测定空间位置B_测即为待测定物体相对参照部的实际空间位置。

在第二种情况下，由于在不同时间点借助同样的测量仪器所测量得到的参照部的空间位置不同，且参照部的实际空间位置并未发生改变，因而可以得出：测量仪器的所在位置在不同时间点产生了改变。因而经过设定时长后，借助测量仪器所直接测量得到的待测定物体相对参照部的测定空间位置B_测不是准确值。此时需要对所测定的空间位置进行修正。

具体地，S3、计算所述A_测与所述A_初的差A_差；

通过比对不同时间点参照部的空间位置A_初和A_测，得到二者的差值A_差，A_差即为测位机构相对参照部的位置在不同时间点所产生的变化量A_差，前述差值包括方向和距离。

最后，S4、求和所述B_测和所述A_差，得到待测定物体相对所述参照部的实际空间位置B_实。

通过将该变化量A_差与实际测量得到的待测定物体的测定空间位置B_测进行求和，即可得到待测定物体在该时间点的实际空间位置B_实。

基于上述实施例所提供位置测定方法，如图2所示，本实用新型还提供一种位置测定装置，其可以采用上述位置测定方法对待测定物体3提供位置测定功能，该位置测定装置包括参照部2和至少三个测位机构1，其中，各测位机构1分别用于获取参照部2和待测定物体3相对测位机构1自身的空间位置，也就是说，不同测位机构1的工作内容相同，在位置测定的过程中，各测位机构1具均可以同时测定得到参照部2和测位机构1自身的空间相对位置关系，以及待测定物体3和测位机构1自身之间的空间相对位置，通过综合处理所有测位机构1所测得的相对位置关系的数据，可以得到参照部2和待测定物体3之间的空间相对位置关系。

具体地，参照部2为相对地球静止的，提供参照作用的物体，其可以固定在待测定物体3的周围，且在测位机构1的测量范围内。测位机构1可以为上述实施例所提到的测量仪器；为了提升整个位置测定装置的自动化程度和精确度，优选地，测位机构1可以为相机或红外摄像机，从而借助红外摄像机更精确地获取参照部2与自身之间的相对位置关系；相应地，红外摄像机也可以同时获取待测定物体3与自身之间的相对位置关系，进而通过综合对比分析，即可得到待测定物体3与参照部2之间的空间相对位置。由于设定参照部2的空间位置保持不变，进而可以得到待测定物体3相对参照部2的空间位置数据，可选地，可以通过空间坐标(0，0，0)表示参照部2的空间位置，相应地，也可以对应表示出待测定物体3的空间位置。

在设定时长内，工作人员可能控制待测定物体3产生相应操作，进而使待测定物体3相对参照部2的位置发生改变，为了获取待测定物体3相对参照部2所产生的位置变化量的精确值，经过设定时长，可以再次借助至少三个测位机构1对参照部2和待测定物体3二者分别与各测位机构1之间的相对位置关系进行测定，通过进行综合比对分析，可以得到另一组参照部2和待测定物体3之间的空间相对位置关系，最后，再通过比对二者前述空间相对位置关系和初始空间相对位置，即可得到待测定物体3经过设定时长相对参照部2所产生的位置变化量，也即在参照部2的空间位置不变的情况下，得到待测定物体3的空间位置。

与此同时，为了保证所测定的位置结果具有较高的精准程度，还需对测位机构1的位置是否产生变化进行判断。具体地，可以通过比对各测位机构1在不同时间点所测定得到的参照部2的空间位置信息，如果多个空间位置信息均未发生变化，则证明所有的测位机构1的位置均未发生变化；如果所测得的参照部2的至少一个空间位置信息发生改变，则说明至少一个测位机构1的位置在经过设定时长后产生一定的改变，因而，经过设定时长所测得的待测定物体3的值不准确，需要对该空间位置信息进行修正。详细来说，可以通过获取参照部2的初始位置信息和经过设定时长后测定得到的测定位置信息二者的差值，来修正经测位机构1所测量得到的待测定物体3的测定位置信息，并最终得到经过设定时长后，待测定物体3相对参照部2所产生的准确的位置变化量，也即待测定物体3的实际空间位置信息。

可选地，上述判断、修正操作均可以由工作人员经过人工计算得到，为了进一步提升整个位置测定装置的自动化和精准程度，优选地，本实用新型实施例所提供的位置测定装置还包括中控部4，中控部4与各测位机构1均连接，从而各测位机构1所测得的参照部2和待测定物体3的空间位置信息均可以输送至中控部4，进而借助中控部4对至少两个空间位置信息进行运算。需要说明的是，参照部2和待测定物体3二者分别与测位机构1之间的相对位置关系的信息至少包括距离和方位两部分信息，进而所计算的空间位置信息中，既包括距离值也包括方向值，还可能包括因方向不同而产生的距离不同的情况。

具体地，中控部4可以为工控机或计算机等至少具备数据接收和数据处理等能力的设备；并且，中控部4还可以设置有显示屏，从而使中控部4具备数据输出的能力，从而便于工作人员直接查看经过设定时长，待测定物体3相对参照部2所产生的位置变化量。测位机构1与中控部4之间的连接关系可以通过线缆或无线传输等方式形成，从而保证中控部4能够接收到各测位机构1所测得的参照部2和待测定物体3的空间位置的信息。

可选地，测位机构1可以仅设置有三个，借助三个分别设置在参照部2不同方位处的测位机构1，即可通过对比分析等方式，确定参照部2的唯一空间位置信息，相应地，借助三个测位机构1也可以得到待测定物体3的唯一空间位置的信息，从而可以得到经过设定时长，待测定物体3相对参照部2所产生的位置变化量。并且，通过设置数量较少的测位机构1，一方面可以节省设备成本，且可以相应降低安装、维护及更换测位机构1所产生的成本，另一方面，通过减少测位机构1的数量，还可以降低整个测位过程中所产生的数据处理量，进而提升数据处理效率，甚至可以使位置测定装置具备实时输出待测定物体3相对参照部2的位置变化量的能力，从而使工作人员根据中控部4所输出的待测定物体的实时位置信息，灵活改变后续操作过程的进程。

为了进一步提升三个测位机构1所测定得到的参照部2和待测定物体3的空间位置关系的值的精确性，优选地，沿围绕参照部2的方向，可以使任意相邻的两个测位机构1之间所间隔的角度均大于或等于60°，在这种情况下，三个测位机构1无论采用何种方式布置，也可以在参照部2的周向上形成大于或等于180°的覆盖范围，在三个测位机构1采用这种布置方式的情况下，所测定得到的参照部2和待测定物体3的空间位置信息更加精确，进而经过设定时长，所得出的待测定物体3的空间位置关系变化量的精度相对更高。

更具体地，具体地，可以将三个测位机构1安装在同一水平面上，且使任意相邻的两个测位机构1之间间隔的夹角均为120°，从而全方位覆盖参照部2和待测量物体，以借助三个测位机构1更加精确地测得待测定物体3的空间位置变化量。

另外，在竖直方向上，可以使各测位机构1均设置在参照部2的上方，这可以在一定程度上防止存在其他部件遮挡参照部2和待测定物体3，进而影响对待测定物体3的位置测定工作的进行，且可以防止测位机构上蒙覆尘土或杂质等，保证测定结果具有较高的精度。

在安装测位机构1的过程中，可以使测位机构1安装在安装架(图中未示出)上，且可以使测位机构1具备相对安装架转动的能力，从而在位置测定过程中，可以使测位机构1的朝向随待测定物体的位置变化而改变，一方面保证待测定物体位于各测位机构1的视野范围内，另一方面，还可以保证各测位机构1对待测定物体所测定得到的空间位置信息更加准确，提升位置测量结果的精确度。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种位置测定装置，其特征在于，包括参照部和至少三个测位机构，各所述测位机构分别用于获取所述参照部和待测定物体二者相对所述测位机构自身的空间位置，以得到所述待测定物体与所述参照部之间的相对位置关系。

2.根据权利要求1所述的位置测定装置，其特征在于，还包括中控部，所述中控部与各所述测位机构均连接，所述中控部用于对至少两个空间位置进行运算。

3.根据权利要求2所述的位置测定装置，其特征在于，所述测位机构设置有三个。

4.根据权利要求3所述的位置测定装置，其特征在于，沿围绕所述参照部的方向，任意相邻的两个所述测位机构之间间隔的角度大于或等于60°。

5.根据权利要求2所述的位置测定装置，其特征在于，沿竖直方向，各所述测位机构均位于所述参照部的上方。

6.根据权利要求5所述的位置测定装置，其特征在于，各所述测位机构位于同一水平高度。

7.根据权利要求2所述的位置测定装置，其特征在于，所述测位机构为红外摄像机。

8.根据权利要求7所述的位置测定装置，其特征在于，各所述测位机构转动连接在安装架上。

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