基于圖像識別的姿態測量裝置自動校正的方法及系統與流程

本發明涉及姿態測量領域，更具體地說，涉及一種基于圖像識別的姿態測量裝置自動校正的方法及系統。

背景技術：

姿態測量一般采用姿態測量裝置來測量角度信息，姿態測量裝置的類型很多，利用三軸地磁解耦和三軸加速度計，受外力加速度影響很大，在運動/振動等環境中，輸出方向角誤差較大,此外地磁傳感器有缺點，它的絕對參照物是地磁場的磁力線,地磁的特點是使用范圍大，但強度較低，約零點幾高斯，非常容易受到其它磁體的干擾。陀螺儀輸出角速度，是瞬時量，角速度在姿態平衡上是不能直接使用，需要角速度與時間積分計算角度，得到的角度變化量與初始角度相加，就得到目標角度，其中積分時間Dt越小，輸出角度越精確,但陀螺儀的原理決定了它的測量基準是自身，并沒有系統外的絕對參照物，加上Dt是不可能無限小,所以積分的累積誤差會隨著時間流逝迅速增加，最終導致輸出角度與實際不符。

技術實現要素：

為了解決當前姿態測量裝置累計誤差影響角度測量的缺陷，本發明提供一種可以消除累計誤差的基于圖像識別的姿態測量裝置自動校正的方法及系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種基于圖像識別的姿態測量裝置自動校正的方法，包括發射模塊、接收模塊、處理模塊，所述發射模塊包括姿態測量裝置和發射裝置，所述發射裝置包括橫向面激光發射器和縱向面激光發射器，所述橫向面激光發射器和所述縱向面激光發射器可以發射平行激光面，所述接收模塊包括接收裝置和圖像處理器，所述姿態測量裝置通過以下步驟進行自動校正：

S1：所述發射裝置發射激光面，所述接收裝置接收激光影像；

S2：所述圖像處理器處理接收到的激光影像，并根據處理結果判斷是否傳遞校正信號到所述處理模塊以及傳遞何種校正信號到所述處理模塊；

S3：所述處理模塊根據接收到的校正信號對所述姿態測量裝置進行校正操作。

優選地，所述橫向面激光發射器和所述縱向面激光發射器發射的面激光在所述布幕上形成橫向激光影像和縱向激光影像。

優選地，所述圖像處理器檢測所述攝像裝置拍攝的所述布幕的圖片中所述橫向激光影像和所述縱向激光影像的長度，當所述橫向激光影像或所述縱向激光影像的長度不等于標準長度時，所述接收模塊不發送校正信息到所述處理模塊。

優選地，所述接收模塊包括圖像處理器，所述攝像裝置拍攝所述布幕的圖像并將拍攝的圖像信息傳遞到所述圖像處理器，所述圖像處理器檢測所述圖像信息中所述橫向激光影像和所述縱向激光影像的長度，并檢測所述縱向激光影像與豎直方向所成的角度，當所述橫向激光影像和所述縱向激光影像的長度等于標準長度，且所述縱向激光影像與豎直方向所成的角度為θ時，所述接收模塊發送x軸角度為θ、y軸角度為0、z軸角度為0的校正信息到所述處理模塊。

提供一種基于圖像識別的姿態測量裝置自動校正系統，所述發射模塊包括發射端無線傳輸模塊，所述處理模塊包括處理端無線傳輸模塊，所述發射端無線傳輸模塊和所述處理端無線傳輸模塊之間可以通過無線傳輸的方式傳遞信息。

優選地，所述接收模塊包括布幕攝像模組，所述布幕攝像模組包括布幕和攝像裝置，所述攝像裝置可以拍攝所述布幕的圖案。

優選地，所述發射模塊包括發射端嵌入式控制模塊，所述發射端嵌入式控制模塊可以接收所述姿態測量裝置傳輸的數據，并將接收到的數據傳遞到所述處理模塊。

優選地，所述攝像裝置設置在所述布幕的背面并可以拍攝所述布幕的圖案。

優選地，所述橫向面激光發射器和所述縱向面激光發射器發射的激光面相互垂直。

與現有技術相比，本發明利用發射裝置發射激光面而接收模塊接收不同特征光信號的方式，調整x軸、y軸、z軸角度零點的位置，降低了姿態測量裝置的誤差累積帶來的影響，減少了使用者的不適應感并增加了沉浸感，對于體感操作和虛擬現實有較大的意義。相對于手動重置姿態檢測裝置的零點，本發明姿態測量裝置自動校正的方法和系統調整更加自然和精確，一方面防止了使用者憑“感覺”調零帶來的誤差，另一方面使使用者在使用過程中自然和不自覺地調零，增加了沉浸感，也減少了刻意調整的生硬，增加了游戲性，提升了體驗效果。利用布幕和攝像裝置的設置，實現了通過激光影像來判斷發射模塊姿態的方法，也使本發明的姿態調零得以實現。通過設置x軸、y軸、z軸的零點位置來對應激光面的照射角度，從而對應發射模塊的姿態的方法，建立了較為簡便的姿態識別規則，更方便使用光感應校正姿態。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明基于圖像識別的姿態測量裝置自動校正的系統模塊示意圖；

圖2是以手柄為示例的發射模塊示意圖；

圖3是以布幕攝像模組為示例的接收裝置示意圖；

圖4是布幕攝像模組校正x軸、y軸、z軸示意圖之一；

圖5是布幕攝像模組校正x軸、y軸、z軸示意圖之二；

圖6是布幕攝像模組不發出校正指令示意圖之一；

圖7是布幕攝像模組不發出校正指令示意圖之二；

圖8是本發明基于圖像識別的姿態測量裝置自動校正的系統工作流程示意圖。

具體實施方式

為了解決當前姿態測量裝置累計誤差影響角度測量的缺陷，本發明提供一種可以消除累計誤差的基于圖像識別的姿態測量裝置自動校正的方法及系統。

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。

請參閱圖1，本發明基于圖像識別的姿態測量裝置自動校正系統包括接收模塊1、發射模塊2和處理模塊3。接收模塊1包括接收裝置11、接收端嵌入式控制模塊13、圖像處理器12，接收裝置11和接收端嵌入式控制模塊13電性連接。發射模塊2包括發射裝置21、發射端嵌入式控制模塊22、姿態測量裝置23、電源模塊24、操作裝置27和發射端無線傳輸模塊29，其中，發射端嵌入式控制模塊22與電源模塊24電性連接，發射端嵌入式控制模塊22與電源模塊24分別與發射裝置21、姿態測量裝置23、操作裝置27和發射端無線傳輸模塊29電性連接。處理模塊3包括處理端無線傳輸模塊31和運算處理器33，處理端無線傳輸模塊31和運算處理器33電性連接，運算處理器33與接收端嵌入式控制模塊13電性連接，處理端無線傳輸模塊31可以與發射端無線傳輸模塊29通過無線連接的方式傳遞信息。接收裝置11主要用于接收發射裝置21發射的光線，并將接收到的光線信息傳遞到接收端嵌入式控制模塊13進行處理，接收端嵌入式控制模塊13可以將其處理的結果發送到運算處理器33進行進一步處理。姿態測量裝置23可以測量發射模塊2在空間的姿態和角度信息，操作裝置27可以由使用者操作并發出命令信息，姿態測量裝置23測得的相關數據以及操作裝置27發出的命令信息可以通過電信號的方式傳遞到發射端嵌入式控制模塊22，發射端嵌入式控制模塊22可以將上述信息通過發射端無線傳輸模塊29傳遞到處理端無線傳輸模塊31，處理端無線傳輸模塊31可以將接收到的數據通過電信號的方式傳遞到運算處理器33進行處理。

請參閱圖2，圖2示例性地示出了以手柄201為第一實施例的發射模塊2，在該實施例中，手柄201的頂端為圓形平面2011，手柄201的幾何軸心L₁通過圓形平面2011的圓心并垂直于圓形平面2011，發射裝置21包括橫向面激光發射器211和縱向面激光發射器212，橫向面激光發射器211和縱向面激光發射器212呈“T”字形排列，橫向面激光發射器211和縱向面激光發射器212均可以發射寬度為d的平行激光面，橫向面激光發射器211和縱向面激光發射器212發射的平行激光面相互垂直。

請參閱圖3—圖7，圖3示例性地示出了以布幕攝像模組101為第一實施例的接收裝置11，在該實施例中，布幕攝像模組101包括布幕112和攝像裝置114，以布幕112面對待定位區域的一面為正面，另一面為背面，攝像裝置114可以設置在布幕112的背面，拍攝布幕112背面的圖像，防止遮擋激光光線，攝像裝置114也可以設置在布幕112的正面，拍攝布幕112的正面圖像，以便更清晰地拍攝激光圖像。布幕112具有一定的透光能力，當激光面打在布幕112上時，可以在布幕112的背面觀察到激光影像。攝像裝置114可以拍攝布幕112的背面或正面圖像并對激光影像進行識別和分析。當橫向面激光發射器211和縱向面激光發射器212發射的平行激光面打在布幕112上時，會形成橫向激光影像1121和縱向激光影像1123，在一定的條件下，橫向激光影像1121和縱向激光影像1123的長度等于d，我們稱這一長度為標準長度。

圖4示例性地示出了布幕攝像模組101調零姿態測量裝置23的一種情況。我們以布幕攝像模組101的布幕112為基準建立直角坐標系，z軸與地面垂直，正方向朝上；x軸與布幕112垂直，正方向沿從布幕112背面到正面的方向，y軸與布幕112平行，正方向滿足坐標系xyz成右手系。在手柄201中設置有姿態測量裝置23，姿態測量裝置23在測量的過程中會累計誤差，使測量結果與真實結果之間的誤差越來越大。姿態測量裝置23會根據手柄201的姿態變化，提供手柄201在x軸、y軸，和z軸的角度變化。我們可以事先設置手柄201的x軸、y軸、z軸角度零點的位置，作為其中的一種設置方式，當手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且手柄201的頂端朝上時，我們記手柄201的x軸、y軸角度為零；當手柄201發射的激光面垂直入射布幕112時，我們記手柄201的z軸角度為0。手柄201由使用者握持，在使用過程中，當手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且手柄201發射的激光面垂直入射布幕112時，圖像處理器12檢測到布幕112上形成縱向激光影像1123和橫向激光影像1121的長度都等于標準長度，且縱向激光影像1123與豎直方向的夾角為零，我們可以調整姿態測量裝置23的x軸、y軸、z軸角度為零。接收端嵌入式控制模塊13傳遞信號至處理模塊3，處理模塊3重置手柄201的x軸、y軸、z軸的角度數據為零。由于這種校準是在使用者使用過程中無意中發生的，這樣，在不刻意的操作過程中和使用者毫無察覺的情況下就可以完成對手柄x軸、y軸、z軸的校準，防止誤差持續積累導致測量誤差過大，同時大幅增強了使用者的沉浸感。由于人體手腕的特性，手柄201在使用過程中基本上不會出現手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且手柄201的頂端朝下的情況，所以我們對這種情況不予考慮。

圖5示例性地示出了布幕攝像模組101調零姿態測量裝置23的另一種情況。手柄201由使用者握持，在使用過程中，當手柄201的幾何軸心L₁不垂直于地面且手柄201發射的激光面垂直入射布幕112時，圖像處理器12檢測到攝像裝置114所拍攝的布幕112的圖片中縱向激光影像1123和橫向激光影像1121的長度都等于標準長度，且縱向激光影像1123與豎直方向的夾角為θ，我們可以調整姿態測量裝置23y軸、z軸角度為零，x軸角度為θ。接收端嵌入式控制模塊13傳遞信號至處理模塊3，處理模塊3調整手柄201的y軸、z軸的角度數據為零，x軸角度數據為θ。

圖6示例性地示出了布幕攝像模組101不發出校正指令的一種情況，當手柄201的幾何軸心與重力方向的夾角為零且手柄201發射的激光面不垂直入射幕布112時，圖像處理器12檢測到縱向激光影像1123長度等于標準長度而橫向激光影像1121的長度不等于標準長度，布幕攝像模組101不發出校正指令到處理模塊3。

圖7示例性地示出了布幕攝像模組101不發出校正指令的另一種情況，當手柄201的幾何軸心與重力方向的夾角不為零且手柄201發射的激光面不垂直入射幕布112時，圖像處理器12檢測到縱向激光影像1123長度不等于標準長度而橫向激光影像1121的長度不等于標準長度，布幕攝像模組101不發出校正指令到處理模塊3。

請參閱圖8，當本發明基于圖像識別的姿態測量裝置自動校正系統開始工作時，發射模塊2發射激光面，同時接收模塊1處于待機狀態。圖像處理器12檢測攝像裝置114拍攝到的布幕112上的激光影像的圖案。當圖像處理器12檢測到布幕112上形成縱向激光影像1123和橫向激光影像1121的長度都等于標準長度，且縱向激光影像1123與豎直方向的夾角為θ，接收端嵌入式控制模塊13傳遞信號至處理模塊3，處理模塊3調整手柄201的y軸、z軸的角度數據為零，x軸角度數據為θ。當圖像處理器12檢測到布幕112上形成縱向激光影像1123或橫向激光影像1121的長度有一個不等于標準長度時，接收端嵌入式控制模塊13不傳遞校正信號至處理模塊3。

與現有技術相比，本發明利用發射裝置21發射激光面而接收模塊1接收不同特征光信號的方式，調整x軸、y軸、z軸角度零點的位置，降低了姿態測量裝置23的誤差累積帶來的影響，減少了使用者的不適應感并增加了沉浸感，對于體感操作和虛擬現實有較大的意義。相對于手動重置姿態檢測裝置23的零點，本發明姿態測量裝置23自動校正的方法和系統調整更加自然和精確，一方面防止了使用者憑“感覺”調零帶來的誤差，另一方面使使用者在使用過程中自然和不自覺地調零，增加了沉浸感，也減少了刻意調整的生硬，增加了游戲性，提升了體驗效果。利用布幕112和攝像裝置114的設置，實現了通過激光影像來判斷發射模塊2姿態的方法，也使本發明的姿態調零得以實現。通過設置x軸、y軸、z軸的零點位置來對應激光面的照射角度，從而對應發射模塊2的姿態的方法，建立了較為簡便的姿態識別規則，更方便使用光感應校正姿態。

上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發明的保護之內。