[发明专利]一种用于人机交互的运动追踪装置及其追踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用在人机交互、虚拟现实以及增强现实领域的运动追踪装置及其追踪方法。

背景技术：

运动追踪技术的主要目的是实时追踪和反馈目标的位置和运动变化，得到位置等相应的运动特征数据，即目标的三维空间定位及其运动参数获取。运动追踪的方法根据传感元件的不同分为：惯性追踪、光学追踪、力和机械式追踪、电磁式追踪、声学追踪等等。目前，在人机交互领域比较常用的运动追踪技术是惯性追踪技术和光学追踪技术。惯性追踪技术，通过在目标上设置惯性测量单元，测量得到加速度、角速度等数据，以此为基础使用数学工具解算，获得目标的运动情况。惯性追踪的特点是实现简单，抗干扰性强；缺点是不能全面地获取被追踪目标的运动特征，只能有限和局部地反映被追踪目标的运动特点。光学追踪技术，通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动追踪的任务。理论上，对于空间的任意一个点，只要它能同时被两台摄像机所见，则根据同一瞬间两摄像机所拍摄的图像和摄像机参数，即可以确定这一时刻该点的空间位置。当摄像机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。其中图像的处理采用的是三维图象重建技术，即通过摄像机记录图像，通过数字化处理形成虚拟物体，然后通过三维空间标定，确定物体的空间位置。光学追踪技术的特点是能全面地反映物体的运动情况，精度高；缺点是实现较为困难，且追踪的范围较小。

发明内容：

本发明提供了一种能实现在人机交互、虚拟现实以及增强现实系统中的应用，并且能够有效扩大运动追踪范围的装置及其追踪方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于人机交互的运动追踪装置，包括有运动追踪装置和目标信息处理装置，所述的运动追踪装置包括有微惯性测量单元、一特定波长光源及一组视频采集装置；所述目标信息处理装置包括有惯性参数提取单元、运动信息解算单元、图像特征提取单元、三维空间定位单元及多传感器数据融合单元；

所述的微惯性测量单元的信号输出端与所述惯性参数提取单元信号输入端连接；

所述视频采集装置的视频信号输出端与所述图像特征提取单元信号输入端连接；

所述特定波长光源的光信号输入所述视频采集装置；

所述惯性参数提取单元的信号输出端与运动信息解算单元信号输入端连接；

所述图像特征提取单元的信号输出端与三维空间定位单元信号输入端连接；

所述运动信息解算单元和三维空间定位单元的信号输出端均与多传感器数据融合单元信号输入端连接；

所述多传感器数据融合单元信号输出端与外接信号接口连接。

一种用于人机交互的运动追踪装置，所述的微惯性测量单元的信号输出端与所述惯性参数提取单元信号输入端通过无线收发装置无线连接。

一种用于人机交互的运动追踪装置，所述的视频采集装置为摄像机。

一种用于人机交互的运动追踪装置，所述的特定波长光源为发出单色光的光源。

一种用于人机交互的运动追踪装置，所述的微惯性测量单元用于测量绑定目标的惯性参数。

一种用于人机交互的运动追踪装置，所述的光源包括至少一特征构图。

一种用于人机交互的运动追踪装置追踪方法，包括以下步骤：

(1)将所述微惯性测量单元及特定波长光源与被测目标绑定；

(2)运动追踪装置将目标运动参数传送至目标信息处理系统；

(3)标信息处理系统对获得的目标运动信息进行处理；

(4)通过目标空间坐标、运动姿态信息输出接口将精确的目标运动信息输出至人机交互界面。

一种用于人机交互的运动追踪装置追踪方法，所述步骤(2)包括微惯性测量单元测得目标运动的惯性参数，使用无线发射装置将测得参数实时传送至所述目标信息处理系统的惯性参数提取单元；步骤(2)还包括同时视频采集设备采集与被测目标绑定的所述特定波长光源上的特征构图，并将采集的特征构图传送至图像特征提取单元。