[发明专利]用于对移动对象进行反向光学跟踪的系统和方法

说明书

本发明涉及用于对移动对象进行跟踪的方法和系统。它可以用于虚拟现实系统或增强现实系统、现场物流系统(在制造、仓库或商店中)、机器人系统、无人移动对象的控制系统以及其它种类的工业、科学、训练系统等。跟踪方法包括通过检测和配准基本光学图案的独特组合来自动调节跟踪区域的步骤，以及通过检测基本光学图案的独特组合及将该独特组合与在跟踪区域调节期间配准的基本光学图案的独特组合的比较来跟踪移动对象的位置和/或取向的变化的步骤。用于跟踪移动对象的系统包括处于移动对象上的至少一个跟踪器，该跟踪器包括光学传感器、至少一个标记条和中央处理单元，该至少一个标记条包括在从光学传感器获得的图像中形成基本光学图案的有源标记。

技术领域

本发明涉及用于对移动对象进行跟踪的方法和系统。它可以用于虚拟现实系统或增强现实系统、现场物流系统、机器人系统、无人移动对象的控制系统以及其它种类的工业、科学、训练系统等。

背景技术

跟踪移动对象在许多应用中使用，例如在VR(虚拟现实)系统、AR(增强现实)系统、现场物流系统(例如，与制造、仓库或商店物流相关)、机器人系统、无人移动对象的控制系统(例如，与运载工具相关)等中。在以下描述中，主要考虑VR/AR系统的跟踪手段；然而，要求保护的跟踪概念对于所有上述系统基本上是相同的。

基于跟踪系统的配置，跟踪概念可以被分类为由外而内跟踪和由内而外跟踪，在由外而内跟踪中，一个传感器或多个传感器处于被跟踪对象外部的空间中，而一个参考点或多个参考点(例如，标记)处于被跟踪对象上，其中，在由内而外跟踪中，一个传感器或多个传感器处于被跟踪对象上，而一个参考点或多个参考点处于被跟踪对象外部的空间中。

基于传感器类型，跟踪概念可以被分类为光学跟踪和惯性跟踪，在光学跟踪中使用光学传感器(例如，可以在可见光或红外范围中操作的摄像头)，其中，在惯性跟踪中，使用惯性传感器(例如，陀螺仪和加速度计)。此外，磁场传感器(即磁力计)、高度传感器(即高度计)和一些其它类型的传感器也可以用于跟踪系统中。

另外，存在使用集中式定位系统的跟踪系统，包括全球或本地、基于卫星或陆地的系统。此外，存在无标记跟踪系统，包括基于同时定位和地图绘制(SLAM)方法的那些系统。

在游戏、娱乐和训练VR/AR系统中使用的大多数跟踪系统是组合跟踪系统。尤其，光学惯性跟踪系统被广泛使用；光学惯性跟踪系统基于光学传感器和惯性传感器的组合应用，这允许彼此互补并且平衡它们的缺点。

对于由内而外的光学跟踪系统和光学惯性跟踪系统，跟踪区域的快速和精确确定是重要的，其中摄像机处于移动对象上，并且光学发光标记或反光标记(其是用于光学跟踪的参考点)以预定方式固定地安装在跟踪区域(地点或房间)中。

当跟踪区域是固定的(即，预定的)时，跟踪系统必须提供对机架区域的配置可选方案及其加载参数的快速选择。当跟踪区域可变时(即，当跟踪区域的形状和尺寸事先未知时)，跟踪系统必须提供机架区域的快速和精确的调节。非常优选的是，避免在开始其操作之前对跟踪系统进行校准的需要，或者提供尽可能多的自动校准。

公布的专利申请US2008285854A1、US2013106833A1、US2017086941A1、WO2014199196A1、WO2017050761A1示出跟踪系统领域中现有技术的一般视图。

公布的专利申请DE102015013551A1、EP1645241A1(US2006082789A1)、EP2339537A1、US2017168592A1和专利US6787750B1公开了在跟踪系统中使用有源IR标记。专利US6787750B1也公开了机架区域的自动确定。

公布的专利申请US2011079703A1、US2017358139A1公开了使用安装在移动对象上的光学传感器(摄像头)和惯性传感器(陀螺仪或加速度计)的跟踪系统。