[发明专利]视觉和惯性运动跟踪

说明书

一种跟踪受试体在环境中的运动的运动跟踪系统，该系统包括：被适配为由所述受试体穿戴的成像设备；被适配为由所述受试体穿戴的加速度计；以及处理器，其被配置为接收由所述成像设备捕获的所述环境的一系列图像，并根据所述图像形成所述受试体在所述环境中的位置的估计，以及从所述加速度计接收加速度数据，并根据所述加速度数据和所估计的位置，形成携带所述加速度计的所述受试体的身体的部位的运动的估计。

本发明涉及跟踪人或动物的运动，例如用于通知动画或虚拟现实仿真或用于向控制系统提供输入。

已知用于测量受试人或动物的身体和四肢的运动的系统。这些系统的一种用途是收集关于受试体的典型移动的信息。该信息可用于帮助定义动画图形中角色的运动，例如在计算机游戏中。信息的另一用途是允许受试体的特定运动影响系统的操作。例如，受试体可以参加其中动画角色实时移动以模拟受试体的运动的游戏。受试体可以具有虚拟现实头戴式设备(headset)，并且在头戴式设备上示出的图像可以响应于受试体的运动而改变。系统检测到的受试体的运动也可以用于控制诸如工业机器人之类的物理移动设备物品。

一种检测受试体运动的方法是将加速度计附接到受试体身体的各种部位。例如，可以将加速度计附接在脚、膝盖、臀部、肩膀、肘部、手和头部处。加速度计检测它们所安装到的身体部位的加速度。所得到的数据给出各个身体部位的运动的指示，并且例如还通过对所有加速度计检测到的运动求平均来给出整个受试体身体的运动的指示。可以将加速度计附接到受试体穿戴的服装，例如弹性连体衣。另选地，可以使用包括陀螺仪、加速度计、磁力计和气压计中的一个、全部或其组合的惯性测量单元(IMU)。

检测受试体运动的另一种方法是通过使用声发射器，该声发射器具有放置在受试体将要处于的环境周围的固定位置处的一组声接收器。该系统测量在多个接收器处接收到从对象发射的信号所花费的时间。然后，通过将从发射器到那些接收器中的每一个的飞行时间与接收器的位置相关联，可以在三个维度上估计受试体的位置。此类系统的一个示例是Sarissa局部定位系统。以类似的方式，其他系统采用由待测的受试体携带的无线电发射器，该无线电发射器与位于环境周围或由其他受试体携带的多个无线电接收器协作。无线电接收器可以检测由发射器发送的无线电信号的一系列参数中的任一个(例如，到达时间、到达时间差、到达角度或信号强度)。使用这些参数，可以再次估计发射器相对于接收器的位置。

已知用于检测身体运动的其他系统。例如，Microsoft Kinect系统从受试体的图像中检测运动。

EP 2 962 284公开了一种用于检测诸如电影摄影机之类的设备的运动的系统。例如，这可用于将模拟图形叠加在视频摄影机的输出上。

需要一种用于感测人和动物受试体的运动的改进的系统。

根据一个方面，提供了一种用于跟踪受试体在环境中的运动的运动跟踪系统，该系统包括：被适配为由所述受试体穿戴的成像设备；被适配为由所述受试体穿戴的加速度计；以及处理器，其被配置为接收由所述成像设备捕获的所述环境的一系列图像，并根据所述图像形成所述受试体在所述环境中的位置的估计，并且从所述加速度计接收加速度数据，并根据所述加速度数据和所估计的位置，形成携带所述加速度计的所述受试体的身体的部位的运动的估计。

所述处理器可以被配置为在所述图像中检测位于所述环境中的多个标记物中的每个标记物的表示，并且通过比较所述标记物的表示在不同时间捕获的图像中的位置来形成所述位置估计。

所述处理器可以被配置为将所述图像中的每个标记物的表示检测为所述图像的相对高亮度区域。

所述运动跟踪系统可以包括在所述环境中以不规则图案设置的多个标记物。所述标记物可以是逆向反光的。所述标记物可以基本相同。所述标记物可以位于所述环境的朝向下方的表面上。