頭部跟蹤系統(tǒng)技術方案

本發(fā)明專利技術涉及一種確定用戶頭部（3）的絕對頭部位置的頭部跟蹤系統(tǒng)（2）。頭部跟蹤系統(tǒng)包括第一定位系統(tǒng)（10）和第二定位系統(tǒng)（20）。第一定位系統(tǒng)包括被固定安裝成遠離頭部（3）且定義第一坐標系（5）的參照單元（11），還包括被附接至頭部且被配置來與參照單元（11）通信以建立位置數(shù)據(jù)的定位單元（20），位置數(shù)據(jù)包括當定位單元位于參照單元（11）的視場（8）內時指示第一坐標系（5）中的頭部位置的指示符。第二定位系統(tǒng)（20）包括被附接至頭部（3）且被配置來建立第二位置數(shù)據(jù)的數(shù)字羅盤（21），第二位置數(shù)據(jù)包括指示第二坐標系（6）中的頭部位置的指示符。頭部跟蹤系統(tǒng)還包括被配置來基于第一位置數(shù)據(jù)和第二位置數(shù)據(jù)的至少一個來確定絕對頭部位置的頭部位置確定模塊。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本申請涉及一種確定用戶的絕對頭部位置的頭部跟蹤系統(tǒng)和一種確定絕對頭部位置的方法。
技術介紹
頭部跟蹤系統(tǒng)是已知的，其(例如)通過檢測頭部的不同類型的移動來確定頭部的位置。舉例而言，使用陀螺儀來檢測頭部圍繞頭部的縱軸(即在頭部的水平面中)的轉動。使用此種陀螺儀檢測角加速度。EP2012170A1公開一種頭部跟蹤系統(tǒng)，其中使用位敏器件(PSD)和光源(如發(fā)光二極管(LED))來校準陀螺儀中出現(xiàn)的漂移。利用該專利申請中使用的幾何形狀布置，僅能夠檢測約+/-20°的小頭部旋轉。限制因素是LED相對于PSD的視場。僅在約+/-20°的側向角度內，LED產生的光點落在PSD上。根據(jù)如EP2012170A1中描述的實施方案，確定在足夠覆蓋用戶的常見頭部移動(例如在車輛中)的范圍中的頭部位置是不可能的。因此，存在提供一種允許在擴大范圍中確定頭部位置的頭部跟蹤系統(tǒng)的需要。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術獨立權利要求滿足了此需求。從屬權利要求定義實施方案。根據(jù)一個方面，提供一種確定用戶頭部的絕對頭部位置的頭部跟蹤系統(tǒng)。該頭部跟蹤系統(tǒng)包括第一定位系統(tǒng)和第二定位系統(tǒng)。第一定位系統(tǒng)包括被固定地安裝成遠離頭部并定義第一坐標系的參照單元和被附接至頭部并被配置來與參照單元通信以建立第一位置數(shù)據(jù)的定位單元。第一位置數(shù)據(jù)包括當位置單元位于參照單元的視場內時指示第一坐標系中的頭部位置的指示符。第二定位系 統(tǒng)包括被附接至頭部并被配置來建立第二位置數(shù)據(jù)的數(shù)字羅盤，第二位置數(shù)據(jù)包括指示第二坐標系中的頭部位置的指示符。此外，該頭部跟蹤系統(tǒng)包括被配置來基于第一位置數(shù)據(jù)和第二位置數(shù)據(jù)的至少一個來確定絕對頭部位置的頭部位置確定模塊。例如，絕對頭部位置可以在第一坐標系中被定義或可以直接從第一坐標系中的位置推導出。因為第二位置數(shù)據(jù)包括指示第二坐標系中的頭部位置的指示符，所以基于第一位置數(shù)據(jù)和第二位置數(shù)據(jù)二者來確定第一坐標系中的絕對頭部位置是有必要的。通過這樣，可以在第二坐標系與第一坐標系之間執(zhí)行坐標轉換，使得第二位置數(shù)據(jù)包括指示第一坐標系中的頭部位置的指示符。絕對頭部位置可以指定指示頭部在例如第一坐標系中的絕對定位的值，如轉動角度、傾斜角度、高度、側向位置等。然而，并非所有此類信息都需要被頭部跟蹤系統(tǒng)確定為絕對頭部位置，確定例如轉動角度和傾斜角度的某些參數(shù)可能就足夠。例如，頭部位置可能對應于頭部的定向。絕對頭部位置可以對應于獨立于某個坐標系(如在某個參照坐標系等內)定義定向。例如，頭部的定向可能由轉動角度和傾斜角度來定義。一般來說，頭部位置可能不一定是指指示三維空間中的某個點的標量值，而是可以附加地或替代地指定義頭部定向(例如對應于頭部的指向或視線方向)的矢量。但是，下文中，術語頭部位置用于描述頭部在空間中對準的所有此類指示。有時，這也稱為姿態(tài)，即給定物體相對于參照點的定向和距離。數(shù)字羅盤可以確定相對于地球磁場的頭部位置。因此，數(shù)字羅盤可以被配置來基于選自由下列項組成的組的部件來確定頭部相對于地球磁場定向的定向:磁力計、全局定位系統(tǒng)、磁阻。不同類型的數(shù)字羅盤對本領域技術人員來說是已知的，因此在上下文中無需進行論述。因為第二定位系統(tǒng)包括被配置來建立第二位置數(shù)據(jù)的數(shù)字羅盤，所以與常規(guī)系統(tǒng)依賴于例如慣性測量單元相比，減少調整系統(tǒng)所需的工作是可能的。通常，此類慣性測量單元操作復雜且相對昂貴。數(shù)字羅盤可以足夠地減少系統(tǒng)的復雜性并進一步可以相對較低的成本來提供。慣性測量單元包括多個傳感器，例如3D陀螺儀、3D加速計和用于提供絕對參照的光學或聲學傳感器。相比之下，單個數(shù)字羅盤可以相對不復雜的方式操作，并且如果與此類慣性測量單元比較，單個數(shù)字羅盤可以是自動故障防護的。參照單元可以包括光源以及位置單元可以包括位敏器件。通信可以是光通信。當頭部被定位于視場中時，光源發(fā)出的光可以在位敏器件上產生光點，并且定位單元可以被配置來基于光點在位敏器件上建立第一位置數(shù)據(jù)。例如，光源可以采用發(fā)光二極管(LED)的形式。然而，第一定位系統(tǒng)的不同實施方案是可能的。例如，通信可以是聲通信。在此種情況下，參照單元可以是聲源以及定位單元可以是多個麥克風。在任何情況下，因為參照單元遠離頭部處于固定位置中，例如車輛中，所以其能夠定義第一坐標系。然后，頭部位置確定模塊可以被配置來當定位單元位于視場內時，基于第一位置數(shù)據(jù)，以第一模式進行操作來確定絕對頭部位置。其還可以被配置來當定位單元位于視場外時，基于第一位置數(shù)據(jù)和第二位置數(shù)據(jù)，以第二模式進行操作來確定絕對頭部位置。因此，當由于定位單元位于參照單元 的視場內而使第一位置數(shù)據(jù)可用時，直接由已經包括指示第一坐標系中的頭部位置的第一位置數(shù)據(jù)確定絕對頭部位置是可能的。具體而言，在此情況下可能無需涉及第二定位系統(tǒng)。然而，當以第二模式進行操作時，使用第一位置數(shù)據(jù)和第二位置數(shù)據(jù)二者可以允許執(zhí)行從第二坐標系到第一坐標系的坐標轉換。這可以允許確定第一坐標系中的絕對頭部位置。具體而言，當以第二模式進行操作時，頭部位置確定模塊可以被配置來基于定位單元位于視場內時的第一位置處建立的參照第一位置數(shù)據(jù)以及基于第一頭部位置處建立的參照第二位置數(shù)據(jù)和基于定位單元位于視場外時的第二位置處建立的當前第二位置數(shù)據(jù)來確定絕對頭部位置。在此種情況中，當以第二模式進行操作時，頭部位置確定模塊可以被配置來將第一頭部位置處的參照第一位置數(shù)據(jù)與參照第二位置數(shù)據(jù)進行匹配以獲得限定第一頭部位置處的所述參照第一和第二位置數(shù)據(jù)中包括的指示符之差的坐標偏移量。此外，頭部位置確定模塊可以被配置來通過從所述當前第二位置數(shù)據(jù)中的指示符減去坐標偏移量對第二頭部位置處的當前第二位置數(shù)據(jù)進行坐標轉換，使得指示符指示位于第二頭部位置時的第一坐標系中的位置。通過確定轉換函數(shù)，即坐標偏移量來執(zhí)行這種坐標轉換，將第二位置數(shù)據(jù)中包括的指示符轉換成指示第一坐標系中的頭部位置的指示符，可使即使在當前沒有第一位置數(shù)據(jù)時仍確定第一坐標系中的絕對頭部位置成為可能。例如，可以在第一頭部位置處獲得坐標偏移量，即轉換函數(shù)，該第一位置關于定位單元位于視場內的情況下的最新近的頭部位置，以及第二頭部位置可以關于當前頭部位置。即，第一頭部位置可以關于剛好在頭部轉動使得定位單元位于視場外之前的位置。以此方式，可以確保坐標轉換可以使用可用的最新坐標偏移量，即轉換函數(shù)。在轉換函數(shù)可能隨時間改變的情況中，例如由于頭部跟蹤系統(tǒng)可能是車輛的一部分，該車輛本身可能相對于第二坐標系，即磁場改變其定向，減少第二與第一坐標系之間的相對定向的不確定性所導致的誤差是可能的。通過每次有第一和第二位置數(shù)據(jù)二者均可用時初始化坐標偏移量或轉換函數(shù)，可以確保坐標轉換由于第一和第二坐標系之間的相對定向變化而具有減少的誤差。具體而言，當以第二模式進行操作時，頭部位置確定模塊可以被配置來當頭部在第一頭部位置與第二頭部位置之間移動時持續(xù)地跟蹤第二位置數(shù)據(jù)的演化。然后，從第一頭部位置開始，其中第一和第二位置數(shù)據(jù)二者均可用，可以將第二位置數(shù)據(jù)的增量變化與上次且最新近可用的第一位置數(shù)據(jù)相關，以便執(zhí)行第二位置數(shù)據(jù)中包括的指示符的坐標轉換。這樣可以有在例如第二位置數(shù)據(jù)中包括的指示符的增量變化在第一和第二坐標系中均具有相同值時絕對頭部位置的計算簡單的效果。第二定位系統(tǒng)還可以包括被配置來測量重力的定向的三維加速計本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種確定用戶頭部（3）的絕對頭部位置的頭部跟蹤系統(tǒng)（2），其包括：?第一定位系統(tǒng)（10），其包括：?參照單元（11），其被固定地安裝成遠離所述頭部（3）且定義第一坐標系（5），以及?定位單元（12），其被附接至所述頭部（3）并被配置來與所述參照單元（11）通信以建立第一位置數(shù)據(jù)（31），該第一位置數(shù)據(jù)（31）包括當所述定位單元（12）位于所述參照單元（11）的視場（8）內時指示所述第一坐標系（5）中的頭部位置的指示符，?第二定位系統(tǒng)（20），其包括：?數(shù)字羅盤（21），其被附接至所述頭部（3）且被配置來建立包括指示第二坐標系（6）中的頭部位置的指示符的第二位置數(shù)據(jù)，以及?頭部位置確定模塊（30），其被配置來基于所述第一位置數(shù)據(jù)（31）和所述第二位置數(shù)據(jù)（32）的至少一個來確定所述絕對頭部位置。

【技術特征摘要】
2012.01.25 EP 12152469.81.一種確定用戶頭部(3)的絕對頭部位置的頭部跟蹤系統(tǒng)(2)，其包括: -第一定位系統(tǒng)(10)，其包括:-參照單元(11)，其被固定地安裝成遠離所述頭部(3)且定義第一坐標系(5)，以及-定位單元(12)，其被附接至所述頭部(3)并被配置來與所述參照單元(11)通信以建立第一位置數(shù)據(jù)(31)，該第一位置數(shù)據(jù)(31)包括當所述定位單元(12)位于所述參照單元(11)的視場(8)內時指示所述第一坐標系(5)中的頭部位置的指示符， -第二定位系統(tǒng)(20)，其包括: -數(shù)字羅盤(21 )，其被附接至所述頭部(3)且被配置來建立包括指示第二坐標系(6)中的頭部位置的指示符的第二位置數(shù)據(jù)，以及 -頭部位置確定模塊(30)，其被配置來基于所述第一位置數(shù)據(jù)(31)和所述第二位置數(shù)據(jù)(32)的至少一個來確定所述絕對頭部位置。2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述參照單元(11)包括光源，所述定位單元(12)包括位敏器件，所述通信是光通信(13)，以及 其中當所述頭部(3)被定位于所述視場(8)內時，所述光源發(fā)出的光在所述位敏器件上產生光點，以及 其中所述定位單元(12)被配置來基于所述位敏器件上的所述光點的位置來建立所述第一位置數(shù)據(jù)(31)。3.如權利要求1或2中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述頭部位置確定模塊(30)被配置 來: -當所述定位單元(12)位于所述視場(8)內時，基于所述第一位置數(shù)據(jù)(31 )，以第一模式進行操作來確定所述絕對頭部位置，以及 -當所述定位單元(12)位于所述視場(8)外時，基于所述第一位置數(shù)據(jù)(31)和所述第二位置數(shù)據(jù)(32)，以第二模式進行操作來確定所述絕對頭部位置。4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中當以所述第二模式進行操作時，所述頭部位置確定模塊(30)被配置來基于如下數(shù)據(jù)來確定所述絕對頭部位置 -所述定位單元(12)位于所述視場(8)內時在第一頭部位置處建立的參照第一位置數(shù)據(jù)(31)，以及基于 -在所述第一頭部位置處建立的參照第二位置數(shù)據(jù)(32)，以及基于-所述定位單元(12)位于所述視場(8)外時在第二頭部位置處建立的當前第二位置數(shù)據(jù)(32)。5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中當以所述第二模式進行操作時，所述頭部位置確定模塊(30)被配置來: -將所述第一頭部位置處的所述參照第一位置數(shù)據(jù)(31)與所述參照第二位置數(shù)據(jù)(32)進行匹配以獲得限定所述第一頭部位置處的所述參照第一和第二位置數(shù)據(jù)(32)中包括的指不符之差的坐標偏移量(35a, 35b), -通過從所述當前第二位置數(shù)據(jù)(32)中的指示符減去所述坐標偏移量(35a，35b)，對所述第二頭部位置處的所述當前第二位置數(shù)據(jù)(32)進行坐標轉換，使得所述指示符指示位于所述第二頭部位置的所述第一坐標系(5)中的位置。6.如權利要求4或5中任一項所述的系統(tǒng)，其中當以所述第二模式進行操作時，所述頭部位置確定模塊(30)被配置來當所述頭部(3)在所述第一頭部位置與所述第二頭部位置之間移動時持續(xù)地追蹤所述第二位置數(shù)據(jù)(32)的演化。7.如權利要求4-6中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述第一頭部位置關于所述定位單元(12)位于所述視場(8)內的情況下的最新近的頭部位置，且其中所述第二頭部...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：W赫斯，T邁耶，P康澤曼，
申請(專利權)人：哈曼貝克自動系統(tǒng)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：