[实用新型]一种基于电子罗盘和微机电系统的虚拟云台

说明书

本实用新型属于测量技术领域，公开了一种基于电子罗盘和微机电系统的虚拟云台，用于测量虚拟云台的相对方位角、姿态角和摄像机镜头Zoom/Focus信息的装置。实现本实用新型的技术解决方案为：至少包括：虚拟云台基座、虚拟云台电路板和Zoom/Focus采集模块三部分，使用MEMS传感器测量虚拟云台的姿态角；利用电子罗盘测量三维地磁场数据，并根据测量所在地的地磁偏角和姿态角补偿计算出虚拟云台的相对方位角；使用传统的旋转编码器测量摄像机镜头的Zoom/Focus数据；以场同步信号同步采集上面提到的三组测量数据给数字化视频合成计算机。

技术领域

本实用新型属于测量技术领域，涉及一种基于电子罗盘和微机电系统的虚拟云台，特别是涉及将基于测量地球磁场原理的电子罗盘技术和微机电系统(以下简称MEMS)技术引入传统的虚拟云台，用于测量虚拟云台的相对方位角、姿态角和摄像机镜头Zoom/Focus信息的装置。至少包括：虚拟云台基座、虚拟云台电路板和Zoom/Focus采集模块三部分。所述云台基座功能为连接固定三脚架或可移动平台，安放虚拟云台电路板并为摄像机提供安全可靠的支撑和固定，且能够通过摇杆等部件对云台进行方位角、姿态角 (含俯仰角和横滚角，下同)的转动。

背景技术

虚拟现实技术是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体技术、传感器、网络以及并行处理技术等多个信息技术分支的最新发展成果，为我们创建和体验虚拟世界提供了有力的支持，从而大大推进了计算机技术的发展。VR技术的特点在于由计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机构成的三维空间，或是把其他现实环境复制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在多种感官上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。

构建一个虚拟现实系统的基本手段和目标就是利用并集成高性能计算机软硬件及各类先进的传感器，去创建一个使参与者处于一个身临其境的沉浸感，具有完美交互能力和启发构思的信息。在硬件方面，跟踪系统作为必不可少的输入设备，用以确定参与者的头、手和身躯的位置。

在虚拟现实的基础上，又出现了增强现实和混合现实的概念。其中，增强现实技术(Augmented Reality，AR)是将计算机生成的虚拟信息合成到用户感知的真实世界中的一种技术，利用实时计算摄像机影像位置及角度，通过全息投影，在镜片的显示屏幕中将虚拟世界与现实世界叠加，实现对真实世界的增加和强化。混合现实技术(Mixed Reality，MR)是指结合真实和虚拟世界创造新的环境和可视化三维世界，物理实体和数字对象共存、并实时相互作用，是虚拟现实技术的进一步发展。从概念来看，AR和MR并没有明显的分界线，都是将虚拟的景物放入现实的场景中。在AR的视界中，出现的虚拟场景通常都是一些二维平面信息，这些信息甚至可能和我们目前看到的事物无关，功能只是在不影响我们正常视线的情况下起到提示的作用，所以这些信息会固定在那里，无论我们看哪个方向，该信息都会显示在视野中这个固定的位置上。而MR则是将虚拟场景和现实融合在一起，只有我们看向那个方向的时候，才会看到这些虚拟场景，看向其他方向时就会有其他的信息显示出来，而且这些信息和背景的融合性更强。简单来说，虚拟信息如果跟随视线移动就是AR，如果想对于真实物品固定的就是MR。

本实用新型中所提及的虚拟云台即是一种MR输入设备。云台是安装、固定摄像机的支撑设备，一般安装在固定三脚架或可移动平台上。本实用新型中的虚拟云台是模拟参与者的头部，通过测量虚拟云台的相对方位角、姿态角和摄像机镜头Zoom/Focus信息获得模拟参与者头部和眼部的相关运动信息。尤其是在虚拟演播室中，要想实现将计算机制作的虚拟三维场景与摄像机现场拍摄的现实图像进行数字化实时合成、使现实画面与虚拟场景能够同步变化、达到无缝融合的效果，实时、准确、可靠地获得虚拟云台的相关数据就成了整个系统的关键环节之一。

为了清楚地说明虚拟云台方位角和姿态角的工作原理，需要对几个概念作简单的说明和定义。