CN106569337B - 一种虚拟现实系统及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟现实系统及其定位方法，该虚拟现实系统包括主机、与主机无线连接的头戴显示设备、两个无线控制器和多个环绕布置在头戴显示设备和两个无线控制器所在空间的周围的无线摄像设备；头戴显示设备和两个无线控制器上分别设置有红外光源；在虚拟现实系统启动时，主机通过无线摄像设备获取头戴显示设备和两个无线控制器的初始位置信息；在虚拟现实系统运行过程中，头戴显示设备上的红外光源一直点亮，两个无线控制器上的红外光源按照预设频率交替明灭；无线摄像设备按照预设频率采集红外图像，确定每一个红外光源的位置，并区分对应的设备，之后将相应的位置信息发送给主机，避免了根据可见光源对被定位设备进行区分定位容易产生干扰的问题。

Description

一种虚拟现实系统及其定位方法

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种虚拟现实系统及其定位方法。

背景技术

现有的虚拟现实系统，空间定位都是基于红外光源和可见光源来完成的，具体的工作原理是：头戴显示器和无线控制器上均设置有红外光源和可见光源，通过红外光源定位头戴显示器的位置以及无线控制器的位置，通过可见光源的不同颜色或不同形状判断定位到的物体是头戴显示设备还是无线控制器。

根据可见光源的颜色和形状对设备进行区分，环境中颜色和形状近似的物体会产生干扰，并且在不同设备上的可见光源相互遮挡或者接近时相互之间也会产生干扰。

发明内容

本发明提供了一种虚拟现实系统及其定位方法，以解决现有的虚拟现实定位方案根据可见光源的不同颜色或不同形状对被定位设备进行区分，容易产生干扰的问题。

依据本发明的一个方面，本发明提供了一种虚拟现实系统，包括主机、与所述主机无线连接的头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器和多个无线摄像设备；所述无线摄像设备环绕布置在所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器所在空间的周围；所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器上分别设置有红外光源；

在所述虚拟现实系统启动时，所述主机通过所述无线摄像设备分别获取所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器的初始位置信息；

在所述虚拟现实系统运行过程中，所述头戴显示设备上的红外光源一直点亮，所述第一无线控制器和第二无线控制器上的红外光源按照预设频率交替明灭；所述无线摄像设备按照所述预设频率采集所述空间的红外图像，根据采集的红外图像确定每一个红外光源的位置，并区分所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器，之后将相应的位置信息发送给所述主机。

依据本发明的另一方面，本发明提供了一种虚拟现实系统定位方法，包括：

将头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器和多个无线摄像设备分别无线连接到主机，将所述无线摄像设备环绕布置在所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器所在空间的周围；

在所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器上分别设置红外光源；

通过所述无线摄像设备分别获取所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器的初始位置信息；

控制所述头戴显示设备上的红外光源一直点亮，控制所述第一无线控制器和第二无线控制器上的红外光源按照预设频率交替明灭，利用所述无线摄像设备按照所述预设频率采集所述空间的红外图像，根据采集的红外图像确定每一个红外光源的位置，并区分所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器，之后将相应的位置信息发送给所述主机。

本发明的有益效果是：通过在头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器上设置红外光源，利用无线摄像设备采集红外图像可以确定红外光源的位置；并且控制各红外光源以不同的方式工作，可以实现对各个设备的区分，从而完成对头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器的跟踪定位。本实施例提供的虚拟现实系统不需要在头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器上设置可见光源，避免了根据可见光源的不同颜色或不同形状对被定位设备进行区分定位容易产生干扰的问题。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的一种虚拟现实系统的功能框图；

图2是本发明一个实施例中无线控制器的功能框图；

图3是本发明一个实施例中无线摄像设备的功能框图；

图4是本发明一个实施例中同步信号的时序图；

图5是本发明一个实施例提供的一种虚拟现实系统定位方法的流程图。

具体实施方式

本发明的设计构思是：现有的虚拟现实系统根据可见光源的颜色和形状对设备进行区分，环境中颜色和形状近似的物体容易产生干扰，并且在不同设备上的可见光源相互遮挡或者接近时相互之间也会产生干扰。针对这种情况，本发明在头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器上仅设置红外光源，不设置可见光源，通过控制各红外光源以不同的方式工作，可以实现对各个设备的定位和区分。由于本发明没有使用可见光源，因而也就避免了根据可见光源对被定位设备进行区分定位容易产生干扰的问题。

图1是本发明一个实施例提供的一种虚拟现实系统的功能框图，如图1所示，本实施例提供的虚拟现实系统包括主机110、与主机110无线连接的头戴显示设备120、第一无线控制器130、第二无线控制器140和多个无线摄像设备150。

多个无线摄像设备150环绕布置在头戴显示设备120、第一无线控制器130、第二无线控制器140所在空间的周围，头戴显示设备120、第一无线控制器130、第二无线控制器140上分别设置有红外光源，无线摄像设备150通过采集该空间的红外图像可以获取每一个红外光源的位置信息。事实上，仅利用从不同角度同时采集的两幅红外图像即可对一个红外光源进行定位，图1示出了环绕头戴显示设备120、第一无线控制器130、第二无线控制器140所在空间布置了4个无线摄像设备，可以有效防止用户运动过程中对红外光源的遮挡，例如身体的遮挡或某些障碍物的遮挡。

在该虚拟现实系统启动时，主机110通过无线摄像设备150可以分别获取头戴显示设备120、第一无线控制器130、第二无线控制器140的初始位置信息，进行初始化设置。例如可以控制头戴显示设备120、第一无线控制器130、第二无线控制器140按照一定顺序依次点亮，或者按照一定的频率闪烁，无线摄像设备150采集红外图像后可分别获取每一个设备的初始位置。无线摄像设备150的采样频率较高，而用户头部和双手的运动速度不会过快，通常一个设备的位置信息不会在连续两帧图像中出现跳跃性变化，其运动轨迹是连续的、平滑的曲线，在系统完成初始化获取每个设备的初始位置信息后，即可根据其运动轨迹实时获取每个设备的位置信息。

但是，在该虚拟现实系统运行过程中，头戴显示设备120、第一无线控制器130、第二无线控制器140之间可能会出现距离过近、相互遮挡、轨迹交叉等情形，在这种情况下就必须重新判断每一个红外光源对应的是哪一个设备。为了区分头戴显示设备120、第一无线控制器130、第二无线控制器140，本实施例提供的虚拟现实系统中，头戴显示设备上120的红外光源一直点亮，第一无线控制器130和第二无线控制器140上的红外光源按照预设频率交替明灭。由于每一个红外光源工作的时序不同，无线摄像设备150以这一预设频率采集红外图像后，就可以根据红外光源点亮的情况，判断一个红外光源对应的是头戴显示设备120、第一无线控制器130还是第二无线控制器140。在完成设备之间的区分之后，无线摄像设备将每一个设备对应的位置信息发送给主机110，由主机110根据位置信息对图像进行处理，再由头戴显示设备120将处理后的图像显示给用户。

本实施例提供的虚拟现实系统，通过在头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器上设置红外光源，利用无线摄像设备采集红外图像可以确定红外光源的位置；并且控制各红外光源以不同的方式工作，可以实现对各个设备的区分，从而完成对头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器的跟踪定位。本实施例提供的虚拟现实系统不需要在通过在头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器上设置可见光源，避免了根据可见光源的不同颜色或不同形状对被定位设备进行区分容易产生干扰的问题。

本发明提供的虚拟现实系统，各无线摄像设备150需要在同一时间采集同一帧图像，如果采集图像的时间差过大，则会影响定位的精度；并且无线摄像设备150的采样频率需要与第一无线控制器130和第二无线控制器140上的红外光源交替明灭的频率保持一致，因此需要保持所有红外光源和无线摄像设备的时钟同步，在本发明的一个优选实施例中，主机110在虚拟现实系统运行过程中定时向所有红外光源和无线摄像设备150发送同步信号，保持所有红外光源和无线摄像设备的时钟同步。

图2是本发明一个实施例中无线控制器的功能框图，如图2所示，当无线通信模块220接收到主机发送的同步信号后，微控制器210会向红外光源230发送控制脉冲信号，使红外光源230按照一定的频率闪烁。无线控制器还包括用于接收用户控制指令的按键240，以及测量无线控制器自身姿态数据的惯性测量单元250。

图3是本发明一个实施例中无线摄像设备的功能框图，如图3所示，每一个无线摄像设备包括第一感光芯片331、第二感光芯片332和微控制器320。当无线摄像设备通过无线通信模块310接收到主机发送的同步信号时，微控制器320向第一感光芯片331发送第一同步脉冲信号，第一感光芯片331接收到第一同步脉冲信号后开始按照预设频率采集红外图像。第一感光芯片331每次开始采集一帧红外图像时起，延时一个预设时间间隔后，向第二感光芯片332发送第二同步脉冲信号，第二感光芯片332接收到第二同步脉冲信号后开始采集同一帧红外图像。由于一个无线显示设备中包括了两个感光芯片，相当于两个相机，当负责控制和处理的芯片只有一套，若使两个感光芯片在同一时间拍摄，两个感光芯片会在同一时间向外发送采集的图像数据，有可能会相互冲突，因此本实施例中两个感光芯片开始采集图像的时间有一个延时，例如可以是100微秒，不会给定位结果带来过多的误差，又可以避免数据传输的冲突。无线摄像设备还包括用于图像处理的ARM处理器340、用于供电管理的充电芯片350、用于指示工作状态的LED指示灯360、以及用于控制无线摄像设备的按键370。

图4是本发明一个实施例中同步信号的时序图，如图4所示，红外光源接收到高电平的控制信号时会点亮，本实施中当无线摄像设备采集奇数帧图像时，第一无线控制器上的红外光源点亮，当无线摄像设备采集偶数帧图像时，第二无线控制器上的红外光源点亮。无线摄像设备采集的奇数帧图像上会有头戴显示设备和第一无线控制器两个红外光源，采集的偶数帧图像上会有头戴显示设备和第二无线控制器两个红外光源。无线摄像设备的第一感光芯片和第二感光芯片分别通过相机串行接口连接到ARM处理器，将采集到的红外图像发送给ARM处理器，ARM处理器取上一帧红外图像与当前帧红外图像进行对比：若某一红外光源在两帧图像中均处于点亮状态，则ARM处理器判断该红外光源为设置在头戴显示设备上的红外光源；若某一红外光源仅在奇数帧图像中处于点亮状态，则ARM处理器判断该红外光源为设置在第一无线控制器上的红外光源；若某一红外光源仅在偶数帧图像中处于点亮状态，则ARM处理器判断该红外光源为设置在第二无线控制器上的红外光源。从而实现了对头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器之间的区分。

图5是本发明一个实施例提供的一种虚拟现实系统定位方法的流程图，如图5所示，本实施例提供的虚拟现实系统定位方法包括：

步骤S510：将头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器和多个无线摄像设备分别无线连接到主机，并将无线摄像设备环绕布置在头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器所在空间的周围。

步骤S520：在头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器上分别设置红外光源。

步骤S530：通过无线摄像设备分别获取头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器的初始位置信息。

步骤S540：控制头戴显示设备上的红外光源一直点亮，控制第一无线控制器和第二无线控制器上的红外光源按照预设频率交替明灭，利用无线摄像设备按照预设频率采集红外图像，根据采集的红外图像确定每一个红外光源的位置，并区分头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器，之后将相应的位置信息发送给主机。

为了使各设备协同工作，本发明一优选实施例提供的虚拟现实系统定位方法还包括：利用主机定时向所有红外光源和无线摄像设备发送同步信号，保持所有红外光源和无线摄像设备的时钟同步。

优选地，每一个无线摄像设备包括第一感光芯片、第二感光芯片和微控制器；当无线摄像设备接收到主机发送的同步信号时，利用微控制器向第一感光芯片发送第一同步脉冲信号，当第一感光芯片接收到第一同步脉冲信号时，控制第一感光芯片开始按照预设频率采集红外图像。控制第一感光芯片从每次开始采集一帧红外图像时起，延时一个预设时间间隔后，向第二感光芯片发送第二同步脉冲信号，当第二感光芯片接收到第二同步脉冲信号时，控制第二感光芯片开始采集同一帧红外图像。

优选地，步骤S540中“控制第一无线控制器和第二无线控制器上的红外光源按照预设频率交替明灭”具体包括：

利用主机向第一无线控制器和第二无线控制器上的红外光源发送周期性控制信号，使得当无线摄像设备采集奇数帧图像时，第一无线控制器上的红外光源点亮，当无线摄像设备采集偶数帧图像时，第二无线控制器上的红外光源点亮。

优选地，步骤S540中“区分头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器”具体包括：

取第一感光芯片和第二感光芯片采集上一帧红外图像与当前帧红外图像进行对比：

若某一红外光源在两帧图像中均处于点亮状态，则判断该红外光源为设置在头戴显示设备上的红外光源；

若某一红外光源仅在奇数帧图像中处于点亮状态，则判断该红外光源为设置在第一无线控制器上的红外光源；

若某一红外光源仅在偶数帧图像中处于点亮状态，则判断该红外光源为设置在第二无线控制器上的红外光源。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是：

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

本发明的虚拟现实系统传统上包括处理器和以存储器形式的计算机程序产品或者计算机可读介质。存储器可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器具有用于执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。例如，用于程序代码的存储空间可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(CD)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为便携式或者固定存储单元。该存储单元可以类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储单元包括用于执行根据本发明的方法步骤的计算机可读代码，即可以由例如处理器读取的代码，这些代码被运行时，导致该虚拟现实系统执行上面所描述的方法中的各个步骤。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。

Claims (2)

1.一种虚拟现实系统，包括主机、与所述主机无线连接的头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器和多个无线摄像设备；所述无线摄像设备环绕布置在所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器所在空间的周围；其特征在于，所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器上分别设置有红外光源；

在所述虚拟现实系统启动时，所述主机通过所述无线摄像设备分别获取所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器的初始位置信息；

在所述虚拟现实系统运行过程中，所述头戴显示设备上的红外光源一直点亮，所述第一无线控制器和第二无线控制器上的红外光源按照预设频率交替明灭；所述无线摄像设备按照所述预设频率采集所述空间的红外图像，根据采集的红外图像确定每一个红外光源的位置，并区分所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器，之后将相应的位置信息发送给所述主机；

在所述虚拟现实系统运行过程中，所述主机定时向所有红外光源和无线摄像设备发送同步信号，保持所有红外光源和无线摄像设备的时钟同步；

每一个所述无线摄像设备包括第一感光芯片、第二感光芯片和微控制器；当所述无线摄像设备接收到所述主机发送的同步信号时，所述微控制器向所述第一感光芯片发送第一同步脉冲信号，当所述第一感光芯片接收到所述第一同步脉冲信号时，开始按照所述预设频率采集红外图像；所述第一感光芯片每采集一帧红外图像，延时一个预设时间间隔后，向所述第二感光芯片发送第二同步脉冲信号；当所述第二感光芯片接收到所述第二同步脉冲信号时，开始采集同一帧红外图像；

在所述虚拟现实系统运行过程中，所述主机向所述第一无线控制器和第二无线控制器上的红外光源发送周期性控制信号，当所述无线摄像设备采集奇数帧图像时，控制所述第一无线控制器上的红外光源点亮，当所述无线摄像设备采集偶数帧图像时，控制所述第二无线控制器上的红外光源点亮；

所述无线摄像设备还包括ARM处理器，所述ARM处理器通过SPI总线连接到所述微控制器；所述第一感光芯片和第二感光芯片分别通过相机串行接口连接到所述ARM处理器，将采集到的红外图像发送给所述ARM处理器，所述ARM处理器取上一帧红外图像与当前帧红外图像进行对比：若某一红外光源在两帧图像中均处于点亮状态，则所述ARM处理器判断所述红外光源为设置在所述头戴显示设备上的红外光源；若某一红外光源仅在奇数帧图像中处于点亮状态，则所述ARM处理器判断所述红外光源为设置在所述第一无线控制器上的红外光源；若某一红外光源仅在偶数帧图像中处于点亮状态，则所述ARM处理器判断所述红外光源为设置在所述第二无线控制器上的红外光源。

2.一种虚拟现实系统定位方法，其特征在于，所述方法包括：

将头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器和多个无线摄像设备分别无线连接到主机，将所述无线摄像设备环绕布置在所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器所在空间的周围；

在所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器上分别设置红外光源；

通过所述无线摄像设备分别获取所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器的初始位置信息；

控制所述头戴显示设备上的红外光源一直点亮，控制所述第一无线控制器和第二无线控制器上的红外光源按照预设频率交替明灭，利用所述无线摄像设备按照所述预设频率采集所述空间的红外图像，根据采集的红外图像确定每一个红外光源的位置，并区分所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器，之后将相应的位置信息发送给所述主机；

所述方法还包括：利用所述主机定时向所有红外光源和无线摄像设备发送同步信号，保持所有红外光源和无线摄像设备的时钟同步；

每一个所述无线摄像设备包括第一感光芯片、第二感光芯片和微控制器；所述方法还包括：当所述无线摄像设备接收到所述主机发送的同步信号时，利用所述微控制器向所述第一感光芯片发送第一同步脉冲信号，当所述第一感光芯片接收到所述第一同步脉冲信号时，控制所述第一感光芯片开始按照所述预设频率采集红外图像；控制所述第一感光芯片每采集一帧红外图像，延时一个预设时间间隔后，向所述第二感光芯片发送第二同步脉冲信号，当所述第二感光芯片接收到所述第二同步脉冲信号时，控制所述第二感光芯片开始采集同一帧红外图像；

所述控制所述第一无线控制器和第二无线控制器上的红外光源按照预设频率交替明灭，具体包括：

利用所述主机向所述第一无线控制器和第二无线控制器上的红外光源发送周期性控制信号，当所述无线摄像设备采集奇数帧图像时，控制所述第一无线控制器上的红外光源点亮，当所述无线摄像设备采集偶数帧图像时，控制所述第二无线控制器上的红外光源点亮；

所述区分所述头戴显示设备、第一无线控制器、第二无线控制器，具体包括：取所述第一感光芯片和第二感光芯片采集上一帧红外图像与当前帧红外图像进行对比：若某一红外光源在两帧图像中均处于点亮状态，则判断所述红外光源为设置在所述头戴显示设备上的红外光源；若某一红外光源仅在奇数帧图像中处于点亮状态，则判断所述红外光源为设置在所述第一无线控制器上的红外光源；若某一红外光源仅在偶数帧图像中处于点亮状态，则判断所述红外光源为设置在所述第二无线控制器上的红外光源。