WO2003107072A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen der lage eines objekts im raum - Google Patents

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WO2003107072A1
WO2003107072A1 PCT/EP2003/005571 EP0305571W WO03107072A1 WO 2003107072 A1 WO2003107072 A1 WO 2003107072A1 EP 0305571 W EP0305571 W EP 0305571W WO 03107072 A1 WO03107072 A1 WO 03107072A1
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light
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PCT/EP2003/005571
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Bernd Spruck
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Carl Zeiss
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S5/163—Determination of attitude

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting the position of an object in space.
  • HMD devices Head Mounted Display Devices
  • a viewer carries a display device on his head which produces images which are perceptible to him.
  • the HMD device can be designed so that the viewer only sees the generated image or that he perceives an overlay of the generated image with the surroundings (so-called augmented reality).
  • augmented reality in particular, it is necessary to continuously record the movement or the head position of the viewer and to take this into account when generating the image in order to achieve the superimposition as well as possible.
  • Magnetic methods are often used for this, which require the exact measurement of a magnetic field (static or dynamic).
  • the magnetic methods have the disadvantage that all (ferro) metallic objects that are in the observation area influence the magnetic field and thus contribute to a reduction in accuracy. In particular, if the metallic objects are not statically in one place, a new calibration is also necessary.
  • the object is achieved by a method for detecting the position of an object in space, which comprises an attachment step in which three light sources are attached to the object in such a way that they span a triangle, an activation step in which the light sources are switched on, a recording step, in which the object with switched-on light sources is recorded simultaneously from a first and a second position, and has an evaluation step in which the positions of the light sources in the recordings are determined and the position of the object is calculated on the basis of the determined positions of the light sources.
  • a stereo image pair of the triangle spanned by the light sources is generated, from which, in a known manner, the position (location and orientation) of the triangle in the space and from it as well the position of the object in the room can be determined.
  • the object can be, for example, a helmet or another holder for a display device of an HMD device, which a viewer can place on his head, wherein he can perceive images generated by the display device in the attached state.
  • the holder can, for example, also be designed like glasses with two brackets for both ears, in which case three light sources spanning a triangle can be provided on each bracket or only on one bracket.
  • the images of the light sources can be separated from the rest of the image background. This means that a stereo image pair with three isolated points (images of the light sources) is available that can be evaluated particularly easily.
  • the images of the light sources can be separated electronically from the rest of the image background, for example. This enables electronic image processing in which the separation is based on the brightness or color of the recorded (switched on) light sources.
  • the light sources are switched off before the evaluation step and the object with the light sources switched off is switched off simultaneously by the first and is recorded from the second position, wherein in the evaluation step, when determining the light source positions for each recording position, the recording with switched-off light sources is subtracted from the recording with switched-on light sources.
  • the entire background of the image is thus separated from the images of the light sources, so that there is a stereo image pair with only three isolated points (images of the light sources). This subtraction of the images from one another can easily be carried out with conventional image processing programs.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is that more than three light sources are attached to the object in the fastening step, of which only three light sources are ever switched on in the activation step. This ensures that even with larger movements of the object, three light sources can always be picked up from both positions at the same time.
  • the three light sources that form the largest triangle that can be picked up from both positions can always be switched on in the activation step.
  • the largest triangle can be the triangle that has the largest area or the longest circumference. This increases the accuracy that can be achieved when determining the position.
  • a particularly preferred development of the method according to the invention is that the light sources are operated in a pulsed manner.
  • it is particularly easy to always generate an image pair with light sources switched on and an image pair with light sources switched off, which can then be used to separate the image background from the images of the light sources.
  • the recordings can be made so synchronously with the pulsed light sources that an image pair with switched-on light sources and an image pair with switched-off light sources are taken alternately.
  • Two successive image pairs i.e. an image pair with light sources switched on and an image pair with light sources switched off
  • can then be used to separate the background of the image described above e.g. by correspondingly subtracting the images.
  • the light sources for identifying the light sources can be switched on and recorded individually in succession. This makes it particularly easy to identify the individual light sources in the recordings with three light sources switched on, so that a correct position determination of the object can be ensured.
  • the light sources can be controlled wirelessly. This is particularly advantageous when using the method according to the invention in HMD devices, since undesired cable connections can be omitted.
  • a further embodiment of the method according to the invention is that the light sources emit light (or electromagnetic radiation) in the invisible wavelength range (for example in the infrared range) when switched on. This leads to the advantage that when the method is carried out, the light sources do not flash or light up, which is disruptive to the viewer (for example in the case of an HMD device).
  • the object is also achieved by a device for detecting the position of an object in space, the device comprising three light sources which can be fastened to the object, two spaced-apart image recording devices whose image recording areas overlap, a control device which switches the light sources on and simultaneously records the object with the light sources switched on by both image recording devices, and has an evaluation unit which determines the position of the light sources in the recordings and calculates the position of the object on the basis of the determined positions of the light sources.
  • the positions of the light sources and thus also the position of the object in space can be determined in a simple manner by determining the light source positions in the recordings.
  • control device and the evaluation unit can be implemented using a conventional computer with suitable software.
  • the evaluation unit for determining the light source positions separates the images of the light sources from the rest of the image background. This separation can in particular be carried out electronically.
  • control device can switch off the light sources and simultaneously record the object with the light sources switched off by both image recording devices, and the evaluation unit can, when determining the light source positions for each image recording device, take pictures with switched-off light sources from the picture with switched-on light sources subtract.
  • the evaluation unit can, when determining the light source positions for each image recording device, take pictures with switched-off light sources from the picture with switched-on light sources subtract. This is easy to do with common image editing programs and leads to a stereo image pair with three isolated points (images of the light sources). The position of the object can be determined particularly easily from this stereo light pair.
  • a preferred embodiment uses infrared diodes (IR diodes) on the object (e.g. on the helmet) as light sources and infrared-sensitive image recorders or image recording devices.
  • An infrared filter is placed in front of the image recorders, which only transmits light with a wavelength of more than 830 nm.
  • the typical ambient light and thus the recorded scene is displayed much darker.
  • the wavelength of the IR diodes is 880 nm, the light from the IR diodes arrives unimpeded as a strong useful signal at the image sensor. This measure significantly increases the useful signal to interference signal ratio when the images are pulled off, which is shown in a much better contrast of the points isolated in the image.
  • a further special embodiment of the invention makes use of the evaluation of the isolated points by means of a further image-analytical measure, in that the resulting light spot (image of the light source in the photograph) is analyzed in relation to a center of gravity.
  • the accuracy of the device according to the invention can be significantly increased when determining the position.
  • the light sources e.g. light emitting diodes
  • the light sources are embedded in a cylindrical bore of a material that is not transparent in the wavelength range of light or the radiation of the light sources (e.g. in the infrared range with IR diodes as light sources) (e.g. aluminum with IR diodes).
  • the remaining circular open surface of the bore is covered with a thin diffuser plate, which for example has a wide scattering angle of e.g. 60 °.
  • This arrangement means that the light spot always appears as a circle or as an oval, and the center of gravity is correspondingly more precise.
  • the light sources eg light-emitting diodes or IR diodes
  • the light sources can be operated with a correspondingly higher current, so that optimum contrasts always result even at different distances.
  • the brightness of the light sources is thus regulated by a control circuit, which can be part of the control circuit, in such a way that when the distance to the image sensor or the image recording device increases, a higher current is impressed. This can also be done step by step with a certain hysteresis in relation to the distance.
  • a control unit connected to the light sources can be provided, which controls the light sources on the basis of signals transmitted wirelessly by the control device, wherein in particular a current or voltage source is also provided for the light sources.
  • a portable configuration of the light source arrangement together with the control unit is thus easily possible, which is particularly advantageous in the case of HMD devices.
  • a particularly preferred embodiment of the method according to the invention consists in that light-emitting diodes, in particular infrared light-emitting diodes, are used as light sources.
  • Light-emitting diodes are small and inexpensive light sources, which also have a very high stability, so that the reliability of the device according to the invention can be guaranteed.
  • the use of infrared light-emitting diodes also has the advantage that the infrared radiation emitted is not perceptible to a viewer and is therefore also not disturbing.
  • the object can comprise a display unit that can be placed on a head of a viewer and that can produce an image that can be perceived by the viewer in the attached state.
  • the display unit can be designed such that only the generated image or an overlay of the generated image with the surroundings can be perceived by the viewer. In this way, an HMD device can be realized in which the viewer's head position can be determined easily and reliably.
  • the light sources can be connected to the object in a stationary manner and span a triangle. This ensures that the position of the object can always be deduced from the position of the light sources (or the light source triangle).
  • the light sources it is possible for the light sources to have a predetermined radiation spectrum and for the recording devices to record only light with the predetermined radiation spectrum.
  • the image of the light sources is already separated from the image background during the recording.
  • this is possible through the use of appropriate filters, which are provided for each of the recording devices and only allow light with the predetermined radiation spectrum to pass through.
  • FIG. 1 schematically shows an embodiment of the device according to the invention in an HMD
  • Fig. 2 schematically shows a simplified functional circuit diagram of the device of Fig. 1, and
  • Fig. 3 schematically shows a further embodiment of the device according to the invention in an HMD.
  • the device according to the invention for detecting the position of an object in space comprises a helmet 1, to which three infrared light-emitting diodes 2, 3 and 4 are attached, of which a first light-emitting diode 2 is arranged on the top of the helmet and the remaining two light-emitting diodes 3 and 4 am lower edge 7 of the helmet 1 are offset by approximately 90 ° in the circumferential direction.
  • control unit 8 for the light-emitting diodes 2 to 4 is provided on the helmet 1, which will be described in more detail later.
  • a display unit 9 is attached to the helmet 1 such that a viewer (not shown) wearing the helmet 1 can perceive the images generated by the display unit 9.
  • the helmet 1 with the display unit 9 is thus a so-called HMD.
  • the device according to the invention further comprises two cameras 10, 11, which can record the helmet 1 or the light emitting diodes 2 to 4 from different positions.
  • the cameras 10, 11 are arranged and designed such that their image recording areas 12, 13 overlap at least partially and the overlap area of the two image recording areas 12 and 13 covers the movement area of the helmet 1 during its intended use.
  • the cameras 10 and 11, like the light-emitting diodes 2 to 4, are controlled by means of a control device 14.
  • the control device 14 contains a digitizing unit 15, 16 for each of the cameras 10, 11, which are controlled by a control module 17 of the control device 14.
  • control device 14 comprises a transmitter unit 18, via which the control module 17 wirelessly transmits control signals for the light-emitting diodes 2 to 4 to the control unit 8 (as indicated by the arrow A) and which are received by a reception unit 19 of the control unit 8.
  • control unit 8 includes a switching unit which, depending on the signals received, connects the light-emitting diodes 2 to 4 to a voltage supply 21 of the control unit 8.
  • the digitizing units 15 and 16 are connected to an evaluation unit 22 which uses the (digitized) recordings to calculate the positions of the light-emitting diodes 2 to 4 and then the position of the helmet 1 and thus the head position of the viewer.
  • the data relating to the position of the helmet 1 are fed from the evaluation unit 22 to the control module 17 and a display control 23 of the display unit 9, so that, for example, the image generated by the control unit 9 can be correctly positioned in the environment which can also be perceived by the display unit 9.
  • control device 14, the evaluation unit 22 and the display control 23 can be implemented by means of one or more computers with corresponding software.
  • the LEDs 2 to 4 are operated in pulsed mode, whereby they are always switched on and off at the same time.
  • the light-emitting diodes 2 to 4 span the triangle 24 shown.
  • the helmet 1 with the light-emitting diodes 2 to 4 switched on is recorded simultaneously with the two cameras 10 and 11.
  • the captured images are digitized by means of the digitizing units 15 and 16 and stored in the evaluation unit 22.
  • the LEDs 2 to 4 are switched off (by the pulsed operation) and the cameras 10 and 11 record the helmet 1 with the LEDs 2 to 4 switched off at the same time.
  • These images are in turn digitized by means of the digitizing units 15 and 16 and fed to the evaluation unit 22.
  • the evaluation unit 22 now subtracts the image of the camera 10 of the helmet with the LEDs 2 to 4 switched off from the image of the camera 10 of the helmet with the LEDs 2 to 4 switched on.
  • the two images of the camera 11 are subtracted from one another, so that a stereo image pair ideally only has three isolated points (the images of the light-emitting diodes 2 to 4) from which, taking into account the positions of the two cameras 10 and 11, are known
  • the position of the triangle 24 spanned by the light-emitting diodes 2 to 4 in the room can be calculated. Since the LEDs 2 to 4 are attached to the helmet 1 and their exact positions on the helmet are known (for example by a calibration that has to be carried out once), the position (location and orientation) of the helmet 1 can be determined precisely.
  • the display unit 9 is controlled in the desired manner by means of the display controller 23.
  • the (stereo) image generated by the display unit 9 can be generated in such a way that it always appears in the same place in the room regardless of the movement of the viewer.
  • the LEDs 2 to 4 are switched on again and recorded simultaneously by means of the cameras 10 and 11 and in a subsequent switched-off state of the LEDs, the helmet 1 is in turn recorded by both cameras 10 and 11.
  • a stereo pair with three isolated points is generated from these recordings in the same way as above.
  • the position of the helmet 1 and thus the orientation of the viewer's head in space can thus be determined continuously.
  • FIG. 3 A further embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 3, this embodiment differing from that of FIG. 1 essentially only in that two further light-emitting diodes 5 and 6 are arranged on the lower edge 7 of the helmet 1 so that they also lie in the overlap area of the two image recording areas 12 and 13 of the cameras 10 and 11. Same elements of the in 1 and 3 are shown with the same reference numerals and their description is not repeated.
  • this can be used to light up the diode triangle, with which the greatest accuracy can be achieved in the evaluation.
  • This can be, for example, the diode triangle, the area of which is the largest or the circumference of which is the longest.
  • diodes 2 to 6 can also be activated so that the impression of a diode triangle revolving around helmet 1 is created.
  • diodes 2, 4 and 5 are activated first, then diodes 2, 5 and 3, and then diodes 2, 3 and 6. Then start again with the diode triangle 2, 4 and 5. A partial revolution of the diode triangle on the helmet 1 is thus generated.
  • Such a circulation method of activating the diode triangles is particularly suitable if a prediction of the movement of the helmet 1 is to be calculated using the evaluation unit 22.
  • each light-emitting diode triangle that contains the light-emitting diode 2 can be recorded by at least two different cameras at the same time.
  • a circumferential diode triangle can be generated around the circumference of the helmet 1, which can always be evaluated with regard to the position of the helmet 1 in space, since it is always recorded by two cameras at the same time.
  • the evaluation unit 21 can be synchronized with the individual diodes 2 to 6 in such a way that the diodes 2 to 6 are switched on and off individually in succession. Such synchronization can be carried out at the start of the process, at regular intervals or as required.

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erfassen der Lage eines Objekts im Raum mit einem Befestigungsschritt, in dem drei Lichtquellen (2, 3, 4, ) derart am Objekt befestigt werden, daß sie ein Dreieck aufspannen, einem Aktivierungsschritt, in dem die Lichtquellen (2, 3, 4, ) eingeschaltet werden, einem Aufnahmeschritt, in dem das Objekt mit eingeschalteten Lichtquellen (2, 3, 4) gleichzeitig von einer ersten und einer zweiten Position aus aufgenommen wird, sowie einem Auswerteschritt bereit gestellt, in dem die Positionen der Lichtquellen (2, 3, 4) in den Aufnahmen bestimmt werden und die Lage des Objekts anhand der bestimmten Positionen der Lichtquellen (2, 3, 4) berechnet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines Objekts im Raum
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines Objekts im Raum.
Ein solches Verfahren wird insbesondere bei sogenannten HMD-Vorrichtungen (Head Mounted Display-Vorrichtungen) benötigt, bei denen ein Betrachter eine Anzeigevorrichtung auf seinem Kopf trägt, die für ihn wahrnehmbare Bilder erzeugt. Dabei kann die HMD-Vorrichtung so ausgebildet sein, daß der Betrachter nur noch das erzeugte Bild sieht oder daß er eine Überlagerung des erzeugten Bilds mit der Umgebung wahrnimmt (sogenannte Augmented Reality). Insbesondere bei der Augmented Reality ist es nötig, die Bewegung bzw. die Kopfstellung des Betrachters laufend zu erfassen und bei Erzeugung des Bildes zu berücksichtigen, um die Überlagerung möglichst gut zu verwirklichen.
Dazu werden häufig magnetische Verfahren angewendet, welche die exakte Vermessung eines Magnetfelds (statisch oder auch dynamisch) erfordert. Die magnetischen Verfahren haben den Nachteil, daß alle (ferro)metallischen Gegenstände, die sich im Beobachtungsbereich befinden, das Magnetfeld beeinflussen und somit zu einer Verminderung der Genauigkeit beitragen. Insbesondere wenn sich die metallischen Gegenstände nicht statisch an einem Ort befinden, ist auch noch eine neue Kalibrierung erforderlich.
Weiterhin gibt es ultraschallbasierte Systeme, welche jedoch wegen der verwendeten Wellenlänge nur über eine begrenzte Auflösung verfügen. Weiterhin sind sie auch sehr störanfällig.
Ferner gibt es Systeme mit Gyroskopen, die jedoch besonders aufwendig sind. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines Objekts im Raum vorzuschlagen, die einen geringen Aufwand erfordern und eine hohe Genauigkeit aufweisen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erfassen der Lage eines Objekts im Raum gelöst, das einen Befestigungsschritt, in dem drei Lichtquellen derart am Objekt befestigt werden, daß sie ein Dreieck aufspannen, einen Aktivierungsschritt, in dem die Lichtquellen eingeschaltet werden, einen Aufnahmeschritt, in dem das Objekt mit eingeschalteten Lichtquellen gleichzeitig von einer ersten und einer zweiten Position aus aufgenommen wird, sowie einen Auswerteschritt aufweist, in dem die Positionen der Lichtquellen in den Aufnahmen bestimmt werden und die Lage des Objekts anhand der bestimmten Positionen der Lichtquellen berechnet wird.
Durch das gleichzeitige Aufnehmen des Objekts mit eingeschalteten Lichtquellen, die bei der Aufnahme alle drei gleichzeitig eingeschaltet sind, wird ein Stereobildpaar des durch die Lichtquellen aufgespannten Dreiecks erzeugt, aus dem in bekannter Weise die Lage (Ort und Ausrichtung) des Dreiecks im Raum und daraus auch die Lage des Objekts im Raum ermittelt werden kann.
Bei dem Objekt kann es sich beispielsweise um einen Helm oder eine sonstige Halterung einer Anzeigevorrichtung einer HMD-Vorrichtung handeln, die ein Betrachter auf seinen Kopf aufsetzen kann, wobei er im aufgesetzten Zustand mittels der Anzeigevorrichtung erzeugte Bilder wahrnehmen kann. Die Halterung kann beispielsweise auch brillenartig mit zwei Bügel für beide Ohren ausgebildet sein, wobei in diesem Fall an jedem oder nur an einem Bügel drei ein Dreieck aufspannende Lichtquellen vorgesehen sein können.
Insbesondere können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Lichtquellenpositionen die Bilder der Lichtquellen vom restlichen Bildhintergrund getrennt werden. Dadurch steht ein Stereobild paar mit drei isolierten Punkten (Bilder der Lichtquellen) zur Verfügung, das besonders einfach ausgewertet werden kann.
Die Trennung der Bilder der Lichtquellen vom restlichen Bildhintergrund kann beispielsweise elektronisch durchgeführt werden. So ist eine elektronische Bildverarbeitung möglich, bei der die Trennung über die Helligkeit oder Farbe der aufgenommenen (eingeschalteten) Lichtquellen erfolgt.
Besonders bevorzugt ist es, daß vor dem Auswerteschritt die Lichtquellen ausgeschaltet werden und das Objekt mit ausgeschalteten Lichtquellen gleichzeitig von der ersten und von der zweiten Position aus aufgenommen wird, wobei im Auswerteschritt beim Bestimmen der Lichtquellenpositionen für jede Aufnahmeposition jeweils die Aufnahme mit ausgeschalteten Lichtquellen von der Aufnahme mit eingeschalteten Lichtquellen subtrahiert wird. Damit wird der gesamte Bildhintergrund von den Bildern der Lichtquellen getrennt, so daß ein Stereobildpaar mit nur noch drei isolierten Punkten (Bilder der Lichtquellen) vorliegt. Dieses Subtrahieren der Bilder voneinander ist mit herkömmlichen Bildbearbeitungsprogrammen leicht durchführbar.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß im Befestigungsschritt mehr als drei Lichtquellen am Objekt befestigt werden, von denen im Aktivierungsschritt immer nur drei Lichtquellen eingeschaltet werden. Dadurch kann sichergestellt werden, daß auch bei größeren Bewegungen des Objekts immer drei Lichtquellen von beiden Positionen aus gleichzeitig aufnehmbar sind.
Insbesondere können, wenn mehr als drei Lichtquellen am Objekt befestigt sind, im Aktivierungsschritt immer die drei Lichtquellen eingeschaltet werden, die das größte Dreieck bilden, das von beiden Positionen aus aufnehmbar ist. Das größte Dreieck kann dabei das Dreieck sein, das die größte Fläche aufweist oder dessen Umfang am längsten ist. Damit wird die erreichbare Genauigkeit bei der Lagebestimmung erhöht.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Lichtquellen gepulst betrieben werden. In diesem Fall ist es besonders einfach möglich, immer ein Bildpaar mit eingeschalteten Lichtquellen und ein Bildpaar mit ausgeschalteten Lichtquellen zu erzeugen, die dann zur Trennung des Bildhintergrunds von den Bildern der Lichtquellen genutzt werden können.
So können die Aufnahmen derart synchron mit den gepulst betriebenen Lichtquellen gemacht werden, daß abwechselnd ein Bildpaar mit eingeschalteten Lichtquellen und ein Bildpaar mit ausgeschalteten Lichtquellen aufgenommen wird. Zwei aufeinander folgende Bildpaare (also ein Bildpaar mit eingeschalteten Lichtquellen und ein Bildpaar mit ausgeschalteten Lichtquellen) können dann zur oben beschriebenen Abtrennung des Bildhintergrunds (z.B. durch entsprechende Subtraktion der Bilder) verwendet werden.
Ferner können die Lichtquellen zum Identifizieren der Lichtquellen nacheinander einzeln eingeschaltet und aufgenommen werden. Damit ist es besonders leicht möglich, die einzelnen Lichtquellen in den Aufnahmen mit drei eingeschalteten Lichtquellen zu identifizieren, so daß eine korrekte Lagebestimmung des Objekts sichergestellt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Lichtquellen drahtlos angesteuert werden. Dies ist besonders beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bei HMD- Einrichtungen von Vorteil, da, unerwünschte Kabelverbindungen entfallen können.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Lichtquellen im eingeschalteten Zustand Licht (bzw. elektromagnetische Strahlung) im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich (beispielsweise im Infrarotbereich) aussenden. Dies führt zu dem Vorteil, daß bei Durchführung des Verfahrens kein für den Betrachter (beispielsweise bei einer HMD-Vorrichtung) störendes Blinken bzw. Aufleuchten der Lichtquellen auftritt.
Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines Objekts im Raum gelöst, wobei die Vorrichtung drei am Objekt befestigbare Lichtquellen, zwei voneinander beabstandete Bildaufnahmeeinrichtungen, deren Bildaufnahmebereiche sich überlappen, eine Steuereinrichtung, die ein Einschalten der Lichtquellen und ein gleichzeitiges Aufnehmen des Objekts mit eingeschalteten Lichtquellen durch beide Bildaufnahmeeinrichtungen bewirkt, sowie eine Auswerteeinheit aufweist, die die Position der Lichtquellen in den Aufnahmen bestimmt und die Lage des Objekts anhand der bestimmten Positionen der Lichtquellen berechnet.
Mit dieser Vorrichtung können in einfacher Art und Weise über die Bestimmung der Lichtqueilenpositionen in den Aufnahmen die Lagen der Lichtquellen und somit auch die Lage des Objekts im Raum ermittelt werden.
Die Steuereinrichtung und die Auswerteeinheit können mittels einem herkömmlichen Computer mit geeigneter Software realisiert werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Auswerteeinheit zur Bestimmung der Lichtquellenpositionen die Bilder der Lichtquellen vom restlichen Bildhintergrund trennt. Diese Trennung kann insbesondere elektronisch durchgeführt werden.
So kann beispielsweise die Steuereinrichtung ein Ausschalten der Lichtquellen und ein gleichzeitiges Aufnehmen des Objekts mit ausgeschalteten Lichtquellen durch beide Bildaufnahmeeinrichtungen bewirken und die Auswerteeinheit kann bei der Bestimmung der Lichtquellenpositionen für jede Bildaufnahmeeinrichtung jeweils die Aufnahme mit ausgeschalteten Lichtquellen von der Aufnahme mit eingeschalteten Lichtquellen subtrahieren. Dies ist mit gängigen Bildbearbeitungsprogrammen leicht durchführbar und führt zu einem Stereobildpaar mit drei isolierten Punkten (Bilder der Lichtquellen). Aus diesem Stereolichtpaar läßt sich besonders einfach die Lage des Objekts ermitteln.
Eine bevorzugte Ausführungsform benützt am Objekt (z.B. am Helm) Infrarot-Dioden (IR- Dioden) als Lichtquellen und infrarotempfindliche Bildaufnehmer bzw. Bildaufnahmeeinrichtungen. Den Bildaufnehmern ist jeweils ein Infrarot-Filter vorgesetzt, welches nur Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 830 nm durchläßt. Dadurch wird das typische Umgebungslicht und damit die aufgenommene Szene deutlich dunkler dargestellt. Da die Wellenlänge der IR-Dioden jedoch bei 880 nm liegt, kommt das Licht der IR-Dioden ungehindert als starkes Nutzsignal am Bildaufnehmer an. Durch diese Maßnahme erhöht sich beim Abziehen der Bilder deutlich das Nutzsignal zu Störsignal Verhältnis, was sich in einem wesentlich besseren Kontrast der im Bild isolierten Punkte zeigt.
Eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung macht von der Auswertung der isolierten Punkte durch eine weitere bildanalytische Maßnahme Gebrauch, indem der entstehende Leuchtfleck (Bild der Lichtquelle in der Aufnahme) in Bezug auf einen Schwerpunkt analysiert wird. Dadurch kann die Genauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Lagebestimmung noch wesentlich gesteigert werden.
Da die Geometrie der Lichtquellen (z.B. Leuchtdioden) einen direkten Einfluß auf die Berechnung des Schwerpunktes des Leuchtflecks hat, gibt es eine weitere erfindungsgemäße Verbesserung. Dazu werden die Lichtquellen (z.B. Leuchtdioden) in eine zylinderförmige Bohrung eines im Wellenlängenbereich des Lichts bzw. der Strahlung der Lichtquellen (z.B. im Infrarotbereich bei IR-Dioden als Lichtquellen) nicht transparenten Materials eingelassen (z.B. Aluminium bei IR-Dioden). Die verbleibende kreisförmige offene Oberfläche der Bohrung wird mit einer dünnen Diffusorplatte abgedeckt, welche beispielsweise einen breiten Streuwinkel von z.B. 60° aufweist. Durch diese Anordnung erscheint der Leuchtfleck stets als Kreis oder als Oval, und die Schwerpunktbildung gestaltet sich entsprechend genauer.
Bei großen Entfernungen der Lichtquellen (z.B. Leuchtdioden oder IR-Dioden) zum Bildaufnehmer können diese mit einem entsprechend höheren Strom betrieben werden, so daß sich auch bei unterschiedlichen Distanzen stets optimale Kontraste ergeben. Es wird also die Helligkeit der Lichtquellen (z.B. der IR-Dioden) durch eine Ansteuerschaltung, die Teil der Steuerschaltung sein kann, derart geregelt, daß bei größer werdender Entfernung zum Bildaufnehmer bzw. der Bildaufnahmeeinrichtung ein höherer Strom eingeprägt wird. Dies kann z.B. in Bezug auf den Abstand auch stufenweise mit einer gewissen Hysterese erfolgen.
Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine mit den Lichtquellen verbundene Ansteuereinheit vorgesehen sein, die auf der Basis von von der Steuereinrichtung drahtlos übermittelten Signalen die Lichtquellen ansteuert, wobei insbesondere noch eine Strom- bzw. Spannungsquelle für die Lichtquellen vorgesehen ist. Damit ist eine tragbare Ausgestaltung der Lichtquellenanordnung zusammen mit der Ansteuereinheit leicht möglich, was insbesondere bei HMD-Vorrichtungen von Vorteil ist.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß als Lichtquellen Leuchtdioden, insbesondere Infrarot-Leuchtdioden eingesetzt werden. Leuchtdioden sind kleine und günstige Lichtquellen, die zudem eine sehr hohe Standfestigkeit aufweisen, so daß die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet werden kann. Der Einsatz von Infrarot-Leuchtdioden bringt noch den Vorteil mit sich, daß die ausgesendete Infrarot-Strahlung für einen Betrachter nicht wahrnehmbar und somit auch nicht störend ist.
Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Objekt eine auf einem Kopf eines Betrachters aufsetzbare Anzeigeeinheit umfassen, die im aufgesetzten Zustand ein vom Betrachter wahrnehmbares Bild erzeugen kann. Die Anzeigeeinheit kann dabei so ausgebildet sein, daß nur noch das erzeugte Bild oder eine Überlagerung des erzeugten Bildes mit der Umgebung für den Betrachter wahrnehmbar ist. Damit kann eine HMD- Vorrichtung verwirklicht werden, bei der die Kopflage des Betrachters leicht und zuverlässig ermittelt werden kann.
Die Lichtquellen können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ortsfest mit dem Objekt verbunden sein und ein Dreieck aufspannen. Damit wird gewährleistet, daß von der Lage der Lichtquellen (bzw. des Lichtquellendreiecks) immer auf die Lage des Objekts rückgeschlossen werden kann.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, daß die Lichtquellen ein vorbestimmtes Abstrahlspektrum aufweisen und die Aufnahmeeinrichtungen nur Licht mit dem vorbestimmten Abstrahlspektrum aufnehmen. Dadurch wird eine Trennung des Bildes der Lichtquellen vom Bildhintergrund schon während der Aufnahme realisiert. Insbesondere ist dies durch den Einsatz von entsprechenden Filtern möglich, die für jede der Aufnahmeeinrichtungen vorgesehen sind und nur Licht mit dem vorbestimmten Abstrahlspektrum hindurchlassen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem HMD;
Fig. 2 schematisch ein vereinfachtes Funktionsschaltbild der Vorrichtung von Fig. 1 , und
Fig. 3 schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem HMD.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines Objektes im Raum umfaßt einen Helm 1, an dem drei Infrarot-Leuchtdioden 2, 3 und 4 befestigt sind, von denen eine erste Leuchtdiode 2 oben am Helm angeordnet ist und die restlichen beiden Leuchtdioden 3 und 4 am unteren Rand 7 des Helms 1 um etwa 90° in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind.
Weiterhin ist am Helm 1 eine Ansteuereinheit 8 für die Leuchtdioden 2 bis 4 vorgesehen, die später noch detaillierter beschrieben wird.
Eine Anzeigeeinheit 9 ist so am Helm 1 befestigt, daß ein Betrachter (nicht gezeigt), der den Helm 1 trägt, die mittels der Anzeigeeinheit 9 erzeugten Bilder wahrnehmen kann. Der Helm 1 mit der Anzeigeinheit 9 ist somit ein sogenanntes HMD.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt weiterhin zwei Kameras 10, 11, die von verschiedenen Positionen aus den Helm 1 bzw. die Leuchtdioden 2 bis 4 aufnehmen können. Die Kameras 10, 11 sind dabei so angeordnet und ausgelegt, daß ihre Bildaufnahmebereiche 12, 13 sich zumindest teilweise überlappen und der Überlappungsbereich der beiden Bildaufnahmebereiche 12 und 13 den Bewegungsbereich des Helms 1 während seiner bestimmungsgemäßen Verwendung abdeckt.
Die Kameras 10 und 11 werden wie auch die Leuchtdioden 2 bis 4 mittels einer Steuereinrichtung 14 gesteuert. Wie insbesondere aus Fig. 2 zu entnehmen ist, enthält die Steuereinrichtung 14 für jede der Kameras 10, 11 eine Digitalisierungseinheit 15, 16, die von einem Steuermodul 17 der Steuereinrichtung 14 gesteuert werden.
Ferner umfaßt die Steuereinrichtung 14 eine Sendereinheit 18, über die das Steuermodul 17 Steuersignale für die Leuchtdioden 2 bis 4 drahtlos zur Ansteuereinheit 8 überträgt (wie durch den Pfeil A angedeutet ist) und die von einer Empfangseinheit 19 der Ansteuereinheit 8 empfangen werden.
Die Ansteuereinheit 8 umfaßt neben der Empfangseinheit 20 eine Schalteinheit, die in Abhängigkeit der empfangenen Signale die Leuchtdioden 2 bis 4 mit einer Spannungsversorgung 21 der Ansteuereinheit 8 verbindet.
Die Digitalisierungseinheiten 15 und 16 sind mit einer Auswerteeinheit 22 verbunden, die anhand der (digitalisierten) Aufnahmen die Positionen der Leuchtdioden 2 bis 4 und daraus dann die Lage des Helms 1 und somit die Kopfstellung des Betrachters berechnet. Die Daten hinsichtlich der Lage des Helms 1 werden von der Auswerteeinheit 22 dem Steuermodul 17 sowie einer Anzeigensteuerung 23 der Anzeigeeinheit 9 zugeführt, so daß beispielsweise das mittels der Ansteuereinheit 9 erzeugte Bild korrekt in die durch die Anzeigeeinheit 9 auch noch wahrnehmbare Umgebung positioniert werden kann.
Die Steuereinrichtung 14, die Auswerteeinheit 22 sowie die Anzeigensteuerung 23 können mittels einem oder mehreren Computern mit entsprechender Software realisiert sein.
Im Betrieb werden die Leuchtdioden 2 bis 4 gepulst betrieben, wobei sie immer gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform spannen die Leuchtdioden 2 bis 4 das eingezeichnete Dreieck 24 auf.
Wenn die drei Leuchtdioden 2, 3 und 4 eingeschaltet sind, wird gleichzeitig mit den beiden Kameras 10 und 11 der Helm 1 mit den eingeschalteten Leuchtdioden 2 bis 4 aufgenommen. Die aufgenommenen Bilder werden mittels der Digitalisierungseinheiten 15 und 16 digitalisiert und in der Auswerteeinheit 22 abgespeichert.
Danach werden die Leuchtdioden 2 bis 4 ausgeschaltet (durch den gepulsten Betrieb) und die Kameras 10 und 11 nehmen den Helm 1 mit ausgeschalteten Leuchtdioden 2 bis 4 gleichzeitig auf. Auch diese Bilder werden wiederum mittels den Digitalisierungseinheiten 15 und 16 digitalisiert und der Auswerteeinheit 22 zugeführt. Die Auswerteeinheit 22 zieht nun von dem Bild der Kamera 10 des Helms mit eingeschalteten Leuchtdioden 2 bis 4 das Bild der Kamera 10 des Helms mit ausgeschalteten Leuchtdioden 2 bis 4 ab. In gleicher Weise werden die beiden Bilder der Kamera 11 voneinander subtrahiert, so daß ein Stereobildpaar mit idealer Weise nur noch drei isolierten Punkten (den Bildern der Leuchtdioden 2 bis 4) vorliegt, aus dem unter Berücksichtigung der Positionen der beiden Kameras 10 und 11 mit bekannten Verfahren die Lage des durch die Leuchtdioden 2 bis 4 aufgespannten Dreiecks 24 im Raum berechnet werden kann. Da die Leuchtdioden 2 bis 4 am Helm 1 befestigt sind und ihre genauen Positionen am Helm bekannt sind (beispielsweise durch eine einmalig durchzuführende Eichung), kann die Lage (Ort und Ausrichtung) des Helms 1 genau ermittelt werden.
In Abhängigkeit der Lage des Helms 1 und somit auch der Lage der Anzeigeeinheit 9 im Raum wird die Anzeigeeinheit 9 mittels der Anzeigensteuerung 23 in gewünschter Weise angesteuert. So kann beispielsweise das mittels der Anzeigeeinheit 9 erzeugte (Stereo)Bild so generiert werden, daß es unabhängig von der Bewegung des Betrachters immer am gleichen Ort im Raum erscheint.
Danach werden die Leuchtdioden 2 bis 4 wieder eingeschaltet und gleichzeitig mittels der Kameras 10 und 11 aufgenommen und in einem darauffolgenden ausgeschalteten Zustand der Leuchtdioden wird der Helm 1 wiederum von beiden Kameras 10 und 11 aufgenommen. Aus diesen Aufnahmen wird in gleicher Weise wie oben wiederum ein Stereobildpaar mit drei isolierten Punkten erzeugt.
Somit kann laufend die Lage des Helms 1 und somit die Ausrichtung des Kopfes des Betrachters im Raum ermittelt werden.
Natürlich ist es auch möglich, zuerst den Helm 1 mit ausgeschalteten Leuchtdioden 2 bis 4 und danach den Helm 1 mit eingeschalteten Leuchtdioden 2 bis 4 aufzunehmen und daraus wiederum das Stereobildpaar mit den isolierten Punkten zu erzeugen.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 3 gezeigt, wobei sich diese Ausführungsform von der von Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß noch zwei weitere Leuchtdioden 5 und 6 am unteren Rand 7 des Helms 1 so angeordnet sind, daß sie auch in dem Überlappungsbereich der beiden Bildaufnahmebereiche 12 und 13 der Kameras 10 und 11 liegen. Gleiche Elemente der in Fig. 1 und 3 gezeigten Ausführungsformen sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Da am unteren Rand 7 des Helms 1 bei der Ausführungsform von Fig. 3 vier Leuchtdioden 3 bis 6 vorgesehen sind, können mehrere verschiedene Dreiecke dadurch erzeugt werden, daß die erste Leuchtdiode 2 immer zusammen mit zwei der am unteren Rand 7 des Helms 1 angeordneten Leuchtdioden 3 bis 6 gleichzeitig eingeschaltet wird.
Dies kann einerseits dazu genutzt werden, um das Diodendreieck aufleuchten zu lassen, mit dem die größte Genauigkeit bei der Auswertung erzielt werden kann. Das kann beispielsweise das Diodendreieck sein, dessen Fläche am größten ist oder dessen Umfang am längsten ist.
Alternativ können auch die Dioden 2 bis 6 so aktiviert werden, daß der Eindruck eines am Helm 1 umlaufenden Diodendreiecks entsteht. Es werden beispielsweise zuerst die Dioden 2, 4 und 5, dann die Dioden 2, 5 und 3, und danach die Dioden 2, 3 und 6 aktiviert. Dann wird wieder mit dem Diodendreieck 2, 4 und 5 begonnen. Somit wird ein Teilumlauf des Diodendreiecks am Helm 1 erzeugt. Ein solches Umlauf-Verfahren der Aktivierung der Dioden-Dreiecke eignet sich besonders, wenn mittels der Auswerteeinheit 22 noch eine Vorhersage der Bewegung des Helms 1 berechnet werden soll.
Es können weitere Leuchtdioden (nicht gezeigt) am unteren Rand 7 des Helms 1 sowie weitere Kameras (nicht gezeigt) so vorgesehen werden, daß jedes Leuchtdiodendreieck, das die Leuchtdiode 2 enthält, von zumindest zwei unterschiedlichen Kameras gleichzeitig aufgenommen werden kann. In diesem Fall kann ein umlaufendes Diodendreieck um den Umfang des Helms 1 erzeugt werden, das stets hinsichtlich der Lage des Helms 1 im Raum ausgewertet werden kann, da es immer von zwei Kameras gleichzeitig aufgenommen wird.
Weiterhin kann eine Synchronisierung der Auswerteeinheit 21 mit den einzelnen Dioden 2 bis 6 derart durchgeführt werden, daß die Dioden 2 bis 6 einzeln nacheinander ein- und ausgeschaltet werden. Eine solche Synchronisierung kann zu Beginn des Verfahrens, in regelmäßigen Zeitabständen oder auch nach Bedarf durchgeführt werden.
Statt der gezeigten Kameras 10 und 11 und den zugeordneten Digitalisierungseinheiten 15 und 16 können natürlich auch Digital-Kameras eingesetzt werden, so daß die Digitalisierungseinheiten 14, 15 und 16 nicht mehr separat vorgesehen werden müssen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Erfassen der Lage eines Objekts im Raum, mit einem Befestigungsschritt, in dem drei Lichtquellen (2, 3, 4, 5, 6) derart am Objekt befestigt werden, daß sie ein Dreieck aufspannen, einem Aktivierungsschritt, in dem die Lichtquellen (2, 3, 4, 5, 6) eingeschaltet werden, einem Aufnahmeschritt, in dem das Objekt mit eingeschalteten Lichtquellen (2, 3, 4) gleichzeitig von einer ersten und einer zweiten Position aus aufgenommen wird, sowie einem Auswerteschritt, in dem die Positionen der Lichtquellen (2, 3, 4) in den Aufnahmen bestimmt werden und die Lage des Objekts anhand der bestimmten Positionen der Lichtquellen (2, 3, 4) berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem zur Bestimmung der Lichtquellenpositionen die Bilder der eingeschalteten Lichtquellen (2, 3, 4) vom restlichen Bildhintergrund getrennt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem vor dem Auswerteschritt die Lichtquellen (2, 3, 4) ausgeschaltet werden und das Objekt mit ausgeschalteten Lichtquellen (2, 3, 4) gleichzeitig von der ersten und von der zweiten Position aus aufgenommen wird, wobei im Auswerteschritt beim Bestimmen der Lichtquellenpositionen für jede Aufnahmeposition jeweils die Aufnahme mit ausgeschalteten Lichtquellen (2, 3, 4) von der Aufnahme mit eingeschalteten Lichtquellen (2, 3, 4) subtrahiert wird.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem im Befestigungsschritt mehr als drei Lichtquellen am Objekt befestigt werden, von denen im Aktivierungsschritt immer nur drei Lichtquellen eingeschaltet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem im Aktivierungsschritt die drei Lichtquellen (2, 3, 4) eingeschaltet werden, die das größte Dreieck bilden, das von beiden Positionen aus aufnehmbar ist.
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Lichtquellen (2, 3, 4) gepulst betrieben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die gleichzeitigen Aufnahmen von den beiden Positionen aus derart synchron mit den gepulsten Lichtquellen gemacht werden, daß abwechselnd ein Aufnahmepaar mit eingeschalteten Lichtquellen und ein Aufnahmepaar mit ausgeschalteten Lichtquellen erhalten wird, wobei im Auswerteschritt anhand von zwei aufeinander folgenden Aufnahmepaaren die Lichtquellenpositionen bestimmt werden.
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zum Identifizieren der Lichtquellen (2, 3, 4) die Lichtquellen (2, 3, 4) nacheinander einzeln eingeschaltet und aufgenommen werden.
9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Lichtquellen (2, 3, 4) drahtlos angesteuert werden.
10. Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines Objekts im Raum, mit drei am Objekt befestigbaren Lichtquellen (2, 3, 4), die im befestigten Zustand ein Dreieck aufspannen, zwei voneinander beabstandeten Bildaufnahmeeinrichtungen (10, 11), deren Bildaufnahmebereiche (12, 13) sich überlappen, einer Steuereinrichtung (14), die ein Einschalten der Lichtquellen (2, 3, 4) und ein gleichzeitiges Aufnehmen des Objekts mit eingeschalteten Lichtquellen (2, 3, 4) durch beide Bildaufnahmeeinrichtungen (10, 11) bewirkt, sowie mit einer Auswerteeinheit (22), die die Positionen der Lichtquellen (2, 3, 4) in den Aufnahmen bestimmt und die Lage des Objekts anhand der bestimmten Positionen der Lichtquellen (2, 3, 4) berechnet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Auswerteeinheit (22) zur Bestimmung der Lichtquellenpositionen die Bilder der Lichtquellen (2, 3, 4) vom restlichen Bildhintergrund trennt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Steuereinrichtung (14) ein Ausschalten der Lichtquellen (2, 3, 4) und ein gleichzeitiges Aufnehmen des Objekts mit ausgeschalteten Lichtquellen (2, 3, 4) durch beide Bildaufnahmeeinrichtungen (10, 11) bewirkt, wobei die Auswerteeinheit (22) bei der Bestimmung der Lichtquellenpositionen für jede Bildaufnahmeeinrichtung (10, 11) jeweils die Aufnahme mit ausgeschalteten Lichtquellen (2, 3, 4) von der Aufnahme mit eingeschalteten Lichtquellen (2, 3, 4) subtrahiert.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der eine mit den Lichtquellen (2, 3, 4) verbundene Ansteuereinheit (8) vorgesehen ist, die auf der Basis von von der Steuereinrichtung (14) drahtlos übermittelten Signalen die Lichtquellen (2, 3, 4) ansteuert, wobei insbesondere noch eine Strom- bzw. Spannungsquelle (20) für die Lichtquellen (2, 3, 4) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der als Lichtquellen (2, 3, 4) Leuchtdioden, insbesondere Infrarot-Leuchtdioden, eingesetzt sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der das Objekt eine auf einem Kopf eines Betrachters aufsetzbare Anzeigeeinheit (9) enthält, die im aufgesetzten Zustand ein vom Betrachter wahrnehmbares Bild erzeugen kann.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei der die Lichtquellen (2, 3, 4) ortsfest mit dem Objekt verbunden sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei der die Lichtquellen (2, 3, 4) ein vorbestimmtes Abstrahlspektrum aufweisen und die Aufnahmeeinrichtungen (10, 11) nur Licht mit dem vorbestimmten Abstrahlspektrum aufnehmen, wobei insbesondere für jede der Aufnahmeeinrichtungen (10, 11) ein Filter vorgesehen ist, der nur Licht mit dem vorbestimmten Abstrahlspektrum hindurchläßt.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5232505B2 (ja) * 2008-03-06 2013-07-10 株式会社アライヘルメット ネックパッドの取付け構造
PT104224B (pt) * 2008-10-21 2010-12-27 Univ Do Porto Sistema de captura de movimento e localização de objectos recorrendo a emissores de luz coloridos e pulsados com sistema de visão estereoscópico
DE202010018585U1 (de) * 2009-05-27 2017-11-28 Koh Young Technology Inc. Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form
WO2011005080A1 (en) * 2009-07-06 2011-01-13 Vereniging Voor Christelijk Hoger Onderwijs, Wetenschappelijk Onderzoek En Patientenzorg Three dimensional tracking system and method
DE102013002399B4 (de) * 2013-02-13 2016-12-22 Chromasens Gmbh Vorrichtung zur Generierung von Lichtmustern mit einer eindimensional fokussierten Beleuchtungseinrichtung
US9919694B1 (en) * 2014-04-28 2018-03-20 Ball Aerospace & Technologies Corp. Control system for a complex mechanical system
US9851091B2 (en) 2015-02-18 2017-12-26 Lg Electronics Inc. Head mounted display
CN106525021A (zh) * 2015-09-14 2017-03-22 中兴通讯股份有限公司 位置确定方法、装置、系统及处理中心
JP6517358B2 (ja) * 2015-10-08 2019-05-22 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント 制御装置、ヘッドマウントディスプレイ、制御システム、制御方法及びプログラム
US10156912B2 (en) 2015-11-25 2018-12-18 Honeywell International Inc. High speed, high precision six degree-of-freedom optical tracker system and method
CN108700743A (zh) 2016-01-22 2018-10-23 康宁股份有限公司 宽视场个人显示器
KR101813373B1 (ko) * 2016-05-12 2017-12-28 국방과학연구소 헬멧자세 추적장치 및 이를 이용한 헬멧자세 추적방법
US10976551B2 (en) 2017-08-30 2021-04-13 Corning Incorporated Wide field personal display device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3230376A (en) * 1961-10-16 1966-01-18 Litton Systems Inc Electro-optical radiant energy detecting apparatus for determining its line of sight
US3348048A (en) * 1964-10-23 1967-10-17 John M Mclauchlan Horizon sensor with a plurality of fixedly-positioned radiationcompensated radiation sensitive detectors
FR2433760A1 (fr) * 1978-08-17 1980-03-14 Thomson Csf Dispositif optoelectrique de detection et de localisation d'objet et systeme de reperage spatial de direction comportant un tel dispositif
US5196689A (en) * 1990-10-16 1993-03-23 Pioneer Electronic Corporation Device for detecting an object including a light-sensitive detecting array
GB2352289A (en) * 1999-07-14 2001-01-24 Dennis Majoe Position and orientation detection system

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3917412A (en) * 1972-04-11 1975-11-04 Us Navy Advanced helmet tracker using lateral photodetection and light-emitting diodes
GB1520154A (en) * 1976-02-24 1978-08-02 Elliott Brothers London Ltd Apparatus for measuring the angular displacement of a bod
FR2399033A1 (fr) * 1977-07-29 1979-02-23 Thomson Csf Dispositif de localisation d'une source rayonnante et systeme de reperage de direction comportant un tel dispositif
FR2416480A1 (fr) * 1978-02-03 1979-08-31 Thomson Csf Dispositif de localisation de source rayonnante et systeme de reperage de direction comportant un tel dispositif
FR2723207B1 (fr) * 1986-06-17 1996-12-13 Thomson Csf Systeme determinant l'orientation et la localisation d'un corps mobile par rapport a une structure, utilisable notamment pour un viseur de casque
IL82731A (en) * 1987-06-01 1991-04-15 El Op Electro Optic Ind Limite System for measuring the angular displacement of an object
GB2239366A (en) * 1988-11-03 1991-06-26 Hughes Microelectronics Ltd Helmet pointing apparatus
US5187540A (en) * 1990-10-31 1993-02-16 Gec Ferranti Defence Systems Limited Optical system for the remote determination of position and orientation
US5424556A (en) * 1993-11-30 1995-06-13 Honeywell Inc. Gradient reflector location sensing system
US5729475A (en) * 1995-12-27 1998-03-17 Romanik, Jr.; Carl J. Optical system for accurate monitoring of the position and orientation of an object
US6061644A (en) * 1997-12-05 2000-05-09 Northern Digital Incorporated System for determining the spatial position and orientation of a body
GB9917591D0 (en) * 1999-07-28 1999-09-29 Marconi Electronic Syst Ltd Head tracker system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3230376A (en) * 1961-10-16 1966-01-18 Litton Systems Inc Electro-optical radiant energy detecting apparatus for determining its line of sight
US3348048A (en) * 1964-10-23 1967-10-17 John M Mclauchlan Horizon sensor with a plurality of fixedly-positioned radiationcompensated radiation sensitive detectors
FR2433760A1 (fr) * 1978-08-17 1980-03-14 Thomson Csf Dispositif optoelectrique de detection et de localisation d'objet et systeme de reperage spatial de direction comportant un tel dispositif
US5196689A (en) * 1990-10-16 1993-03-23 Pioneer Electronic Corporation Device for detecting an object including a light-sensitive detecting array
GB2352289A (en) * 1999-07-14 2001-01-24 Dennis Majoe Position and orientation detection system

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