光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)和方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供了光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)和方法，包括：慣性傳感器用于當(dāng)二維旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)位于不同位置，標(biāo)定本體固定在正六面體治具內(nèi)的不同面時，采集慣性數(shù)據(jù)；控制器用于向二維旋轉(zhuǎn)臺發(fā)送控制指令信息，以使二維旋轉(zhuǎn)臺根據(jù)控制指令信息進行旋轉(zhuǎn)，并記錄二維旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度；紅外動捕相機用于采集光學(xué)數(shù)據(jù)，光學(xué)數(shù)據(jù)包括多個紅外燈的光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)；上位機用于利用旋轉(zhuǎn)角度校準(zhǔn)慣性數(shù)據(jù)，得到誤差校正數(shù)值；以及根據(jù)慣性數(shù)據(jù)和光學(xué)數(shù)據(jù)，得到旋轉(zhuǎn)矩陣，可以采用二維旋轉(zhuǎn)臺進行內(nèi)參標(biāo)定和外參標(biāo)定，使用二維旋轉(zhuǎn)臺成本低，占用空間小，且可以實現(xiàn)剛體坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系的統(tǒng)一。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)和方法
本專利技術(shù)涉及數(shù)據(jù)處理
，尤其是涉及光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)和方法。
技術(shù)介紹
目前，在對光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備進行標(biāo)定時，采用三維旋轉(zhuǎn)臺進行標(biāo)定，三維旋轉(zhuǎn)臺可以對光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備進行內(nèi)參標(biāo)定，但是不能進行外參標(biāo)定，從而無法實現(xiàn)剛體坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系的統(tǒng)一。其中，內(nèi)參標(biāo)定是指對光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備內(nèi)的慣性傳感器進行校正；外參標(biāo)定是指對光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備內(nèi)的慣性數(shù)據(jù)和紅外動捕相機采集的光學(xué)數(shù)據(jù)進行坐標(biāo)統(tǒng)一的過程。三維旋轉(zhuǎn)臺雖然可以進行內(nèi)參標(biāo)定，但是三維旋轉(zhuǎn)臺相比于二維旋轉(zhuǎn)臺成本高，且占用空間大。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)和方法，可以采用二維旋轉(zhuǎn)臺進行內(nèi)參標(biāo)定和外參標(biāo)定，使用二維旋轉(zhuǎn)臺成本低，占用空間小，且可以實現(xiàn)剛體坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系的統(tǒng)一。第一方面，本專利技術(shù)實施例提供了光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括正六面體治具、紅外動捕相機、POE交換機、二維旋轉(zhuǎn)臺、控制器和上位機，將所述光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備作為標(biāo)定本體，所述標(biāo)定本體包括慣性傳感器和多個紅外燈；所述標(biāo)定本體固定在正六面體治具內(nèi)，所述正六面體治具固定在二維旋轉(zhuǎn)臺上，所述慣性傳感器與所述上位機相連接，所述控制器與所述二維旋轉(zhuǎn)臺相連接，所述紅外動捕相機通過所述POE交換機與所述上位機相連接；所述慣性傳感器，用于當(dāng)所述二維旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)位于不同位置，所述標(biāo)定本體固定在所述正六面體治具內(nèi)的不同面時，采集慣性數(shù)據(jù)；所述控制器，用于向所述二維旋轉(zhuǎn)臺發(fā)送控制指令信息，以使所述二維旋轉(zhuǎn)臺根據(jù)所述控制指令信息進行旋轉(zhuǎn)，并記錄所述二維旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度；所述紅外動捕相機，用于采集光學(xué)數(shù)據(jù)，所述光學(xué)數(shù)據(jù)包括所述多個紅外燈的光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)；所述上位機，用于利用所述旋轉(zhuǎn)角度校準(zhǔn)所述慣性數(shù)據(jù)，得到誤差校正數(shù)值；以及根據(jù)所述慣性數(shù)據(jù)和所述光學(xué)數(shù)據(jù)，得到旋轉(zhuǎn)矩陣。進一步的，所述旋轉(zhuǎn)角度包括第一旋轉(zhuǎn)角度，所述慣性傳感器包括加速計；所述加速計，用于當(dāng)所述二維旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)位于所述不同位置，所述標(biāo)定本體固定在所述正六面體治具內(nèi)的不同面時，采集加速度測量值；所述上位機，用于設(shè)定第一方向數(shù)值和第一零偏數(shù)值，其中，所述第一方向數(shù)值、所述第一零偏數(shù)值、所述加速度測量值和所述第一旋轉(zhuǎn)角度滿足第一預(yù)設(shè)條件；在所述第一預(yù)設(shè)條件下，根據(jù)所述加速度測量值和所述第一旋轉(zhuǎn)角度得到所述加速計的內(nèi)參值。進一步的，所述旋轉(zhuǎn)角度還包括第二旋轉(zhuǎn)角度，所述慣性傳感器還包括陀螺儀；所述陀螺儀，用于當(dāng)所述二維旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)位于所述不同位置，所述標(biāo)定本體固定在所述正六面體治具內(nèi)的不同面時，采集角速度測量值；所述上位機，用于設(shè)定第二方向數(shù)值和第二零偏數(shù)值，其中，所述第二方向數(shù)值、所述第二零偏數(shù)值、所述角速度測量值和所述第二旋轉(zhuǎn)角度滿足第二預(yù)設(shè)條件；在所述第二預(yù)設(shè)條件下，根據(jù)所述角速度測量值和所述第二旋轉(zhuǎn)角度得到所述陀螺儀的內(nèi)參值。進一步的，所述上位機，用于在第一狀態(tài)下，構(gòu)建光學(xué)剛體模板；在第二狀態(tài)下，將所述光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)和所述光學(xué)剛體模板的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過點集匹配算法，得到所述光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)和所述光學(xué)剛體模板的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的第一旋轉(zhuǎn)向量；在第三狀態(tài)下，獲取所述上位機輸出的第二旋轉(zhuǎn)向量，以及根據(jù)所述光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)和所述光學(xué)剛體模板的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，得到第三旋轉(zhuǎn)向量；根據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)向量、所述第二旋轉(zhuǎn)向量和所述第三旋轉(zhuǎn)向量，得到所述旋轉(zhuǎn)矩陣；其中，所述第一狀態(tài)為構(gòu)建所述光學(xué)剛體模板時的狀態(tài)，所述第二狀態(tài)為所述上位機輸出的所述第二旋轉(zhuǎn)向量為0的狀態(tài)，所述第三狀態(tài)為光學(xué)剛體處于任意運動狀態(tài)，所述多個紅外燈構(gòu)成所述光學(xué)剛體。進一步的，所述上位機，用于在所述第三狀態(tài)下，獲取多組所述第三旋轉(zhuǎn)向量，將多組所述第三旋轉(zhuǎn)向量和所述旋轉(zhuǎn)矩陣的初始值通過LM非線性優(yōu)化算法，得到優(yōu)化估計值；其中，所述旋轉(zhuǎn)矩陣的初始值是當(dāng)所述第一狀態(tài)時，通過所述慣性傳感器的坐標(biāo)系相對于所述紅外動捕相機中房間坐標(biāo)系的相對方向確定。進一步的，所述正六面體治具通過多個螺釘或具有旋鈕控制的夾子固定在所述二維旋轉(zhuǎn)臺上；所述正六面體治具為空心，所述正六面體治具包括第一側(cè)面和與所述第一側(cè)面相鄰并且垂直的第二側(cè)面，所述第一側(cè)面內(nèi)設(shè)置有第一固定夾，所述第二側(cè)面內(nèi)設(shè)置有第二固定夾，所述第一固定夾和所述第二固定夾均用于固定所述標(biāo)定本體，所述第一側(cè)面的外側(cè)或所述第二側(cè)面的外側(cè)固定所述二維旋轉(zhuǎn)臺的插頭。進一步的，當(dāng)所述正六面體治具的任意側(cè)面內(nèi)設(shè)置有第三固定夾時，至少存在任意兩個相鄰且垂直的側(cè)面外固定所述二維旋轉(zhuǎn)臺的插頭；當(dāng)所述第一側(cè)面內(nèi)設(shè)置所述第一固定夾，所述第二側(cè)面內(nèi)設(shè)置所述第二固定夾時，所述正六面體治具的任意側(cè)面的外側(cè)固定所述二維旋轉(zhuǎn)臺的插頭。第二方面，本專利技術(shù)實施例提供了光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定方法，應(yīng)用于如上所述的光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)，所述光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定包括正六面體治具、紅外動捕相機、POE交換機、二維旋轉(zhuǎn)臺、控制器和上位機，將所述光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備作為標(biāo)定本體，所述標(biāo)定本體包括慣性傳感器和多個紅外燈；當(dāng)所述二維旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)位于不同位置，所述標(biāo)定本體固定在所述正六面體治具內(nèi)的不同面時，通過所述慣性傳感器采集慣性數(shù)據(jù)；所述控制器向所述二維旋轉(zhuǎn)臺發(fā)送控制指令信息，以使所述二維旋轉(zhuǎn)臺根據(jù)所述控制指令信息進行旋轉(zhuǎn)，并記錄所述二維旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度；通過所述紅外動捕相機采集光學(xué)數(shù)據(jù)，所述光學(xué)數(shù)據(jù)包括所述多個紅外燈的光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)；通過所述上位機利用所述旋轉(zhuǎn)角度校準(zhǔn)所述慣性數(shù)據(jù)，得到誤差校正數(shù)值；通過所述上位機根據(jù)所述慣性數(shù)據(jù)和所述光學(xué)數(shù)據(jù)，得到旋轉(zhuǎn)矩陣。第三方面，本專利技術(shù)實施例提供了電子設(shè)備，包括存儲器、處理器，所述存儲器上存儲有可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如上所述的方法。第四方面，本專利技術(shù)實施例提供了具有處理器可執(zhí)行的非易失的程序代碼的計算機可讀介質(zhì)，所述程序代碼使所述處理器執(zhí)行如上所述的方法。本專利技術(shù)實施例提供了光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)和方法，包括正六面體治具、紅外動捕相機、POE交換機、二維旋轉(zhuǎn)臺、控制器和上位機，將所述光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備作為標(biāo)定本體，標(biāo)定本體包括慣性傳感器和多個紅外燈；標(biāo)定本體固定在正六面體治具內(nèi)，正六面體治具固定在二維旋轉(zhuǎn)臺上，慣性傳感器與上位機相連接，控制器與二維旋轉(zhuǎn)臺相連接，紅外動捕相機通過POE交換機與上位機相連接；慣性傳感器用于當(dāng)二維旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)位于不同位置，標(biāo)定本體固定在正六面體治具內(nèi)的不同面時，采集慣性數(shù)據(jù)；控制器用于向二維旋轉(zhuǎn)臺發(fā)送控制指令信息，以使二維旋轉(zhuǎn)臺根據(jù)控制指令信息進行旋轉(zhuǎn)，并記錄二維旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度；紅外動捕相機用于采集光學(xué)數(shù)據(jù)，光學(xué)數(shù)據(jù)包括多個紅外燈的光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)；上位機用于利用旋轉(zhuǎn)角度校準(zhǔn)慣性數(shù)據(jù)，得到誤差校正數(shù)值；以及本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括正六面體治具、紅外動捕相機、POE交換機、二維旋轉(zhuǎn)臺、控制器和上位機，將所述光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備作為標(biāo)定本體，所述標(biāo)定本體包括慣性傳感器和多個紅外燈；/n所述標(biāo)定本體固定在正六面體治具內(nèi)，所述正六面體治具固定在二維旋轉(zhuǎn)臺上，所述慣性傳感器與所述上位機相連接，所述控制器與所述二維旋轉(zhuǎn)臺相連接，所述紅外動捕相機通過所述POE交換機與所述上位機相連接；/n所述慣性傳感器，用于當(dāng)所述二維旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)位于不同位置，所述標(biāo)定本體固定在所述正六面體治具內(nèi)的不同面時，采集慣性數(shù)據(jù)；/n所述控制器，用于向所述二維旋轉(zhuǎn)臺發(fā)送控制指令信息，以使所述二維旋轉(zhuǎn)臺根據(jù)所述控制指令信息進行旋轉(zhuǎn)，并記錄所述二維旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度；/n所述紅外動捕相機，用于采集光學(xué)數(shù)據(jù)，所述光學(xué)數(shù)據(jù)包括所述多個紅外燈的光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)；/n所述上位機，用于利用所述旋轉(zhuǎn)角度校準(zhǔn)所述慣性數(shù)據(jù)，得到誤差校正數(shù)值；以及根據(jù)所述慣性數(shù)據(jù)和所述光學(xué)數(shù)據(jù)，得到旋轉(zhuǎn)矩陣。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括正六面體治具、紅外動捕相機、POE交換機、二維旋轉(zhuǎn)臺、控制器和上位機，將所述光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備作為標(biāo)定本體，所述標(biāo)定本體包括慣性傳感器和多個紅外燈；
所述標(biāo)定本體固定在正六面體治具內(nèi)，所述正六面體治具固定在二維旋轉(zhuǎn)臺上，所述慣性傳感器與所述上位機相連接，所述控制器與所述二維旋轉(zhuǎn)臺相連接，所述紅外動捕相機通過所述POE交換機與所述上位機相連接；
所述慣性傳感器，用于當(dāng)所述二維旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)位于不同位置，所述標(biāo)定本體固定在所述正六面體治具內(nèi)的不同面時，采集慣性數(shù)據(jù)；
所述控制器，用于向所述二維旋轉(zhuǎn)臺發(fā)送控制指令信息，以使所述二維旋轉(zhuǎn)臺根據(jù)所述控制指令信息進行旋轉(zhuǎn)，并記錄所述二維旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度；
所述紅外動捕相機，用于采集光學(xué)數(shù)據(jù)，所述光學(xué)數(shù)據(jù)包括所述多個紅外燈的光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
所述上位機，用于利用所述旋轉(zhuǎn)角度校準(zhǔn)所述慣性數(shù)據(jù)，得到誤差校正數(shù)值；以及根據(jù)所述慣性數(shù)據(jù)和所述光學(xué)數(shù)據(jù)，得到旋轉(zhuǎn)矩陣。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)角度包括第一旋轉(zhuǎn)角度，所述慣性傳感器包括加速計；
所述加速計，用于當(dāng)所述二維旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)位于所述不同位置，所述標(biāo)定本體固定在所述正六面體治具內(nèi)的不同面時，采集加速度測量值；
所述上位機，用于設(shè)定第一方向數(shù)值和第一零偏數(shù)值，其中，所述第一方向數(shù)值、所述第一零偏數(shù)值、所述加速度測量值和所述第一旋轉(zhuǎn)角度滿足第一預(yù)設(shè)條件；在所述第一預(yù)設(shè)條件下，根據(jù)所述加速度測量值和所述第一旋轉(zhuǎn)角度得到所述加速計的內(nèi)參值。


3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)角度還包括第二旋轉(zhuǎn)角度，所述慣性傳感器還包括陀螺儀；
所述陀螺儀，用于當(dāng)所述二維旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)位于所述不同位置，所述標(biāo)定本體固定在所述正六面體治具內(nèi)的不同面時，采集角速度測量值；
所述上位機，用于設(shè)定第二方向數(shù)值和第二零偏數(shù)值，其中，所述第二方向數(shù)值、所述第二零偏數(shù)值、所述角速度測量值和所述第二旋轉(zhuǎn)角度滿足第二預(yù)設(shè)條件；在所述第二預(yù)設(shè)條件下，根據(jù)所述角速度測量值和所述第二旋轉(zhuǎn)角度得到所述陀螺儀的內(nèi)參值。


4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)慣性混合動作捕捉設(shè)備的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機，用于在第一狀態(tài)下，構(gòu)建光學(xué)剛體模板；在第二狀態(tài)下，將所述光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)和所述光學(xué)剛體模板的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過點集匹配算法，得到所述光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)和所述光學(xué)剛體模板的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的第一旋轉(zhuǎn)向量；在第三狀態(tài)下，獲取所述上位機輸出的第二旋轉(zhuǎn)向量，以及根據(jù)所述光學(xué)三維點坐標(biāo)數(shù)據(jù)和所述光學(xué)剛體模板的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，得到第三旋轉(zhuǎn)向量；根據(jù)所述第一旋轉(zhuǎn)向量、所述第二旋轉(zhuǎn)向量和所述第三旋轉(zhuǎn)向量，得到所述旋轉(zhuǎn)矩陣；
其中，所述第一狀態(tài)為構(gòu)建所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭，黃永鑫，
申請(專利權(quán))人：北京輕威科技有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11