本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種定位物體的定位方法、系統(tǒng)和頭戴顯示設(shè)備。

背景技術(shù)：

定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、動(dòng)作捕捉等領(lǐng)域，是人機(jī)交互的重要組成部分。其中，光學(xué)定位以其高精度、低成本、高刷新率等優(yōu)點(diǎn)成為室內(nèi)定位領(lǐng)域中被最廣泛應(yīng)用的技術(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)定位一般是通過(guò)外置于物體的定位設(shè)備進(jìn)行物體的定位。但是，這種方案的定位范圍依賴定位設(shè)備的視角和可識(shí)別距離，定位范圍有限，特別是在頭戴顯示設(shè)備和手柄的定位應(yīng)用中，一旦頭戴顯示設(shè)備或手柄不在定位范圍內(nèi)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)頭戴顯示設(shè)備或手柄的準(zhǔn)確定位；且需要預(yù)先設(shè)置外置定位設(shè)備，應(yīng)用不便利，影響用戶體驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)定位方案的定位范圍有限，應(yīng)用不便利，影響用戶體驗(yàn)的問(wèn)題，提出了本發(fā)明的一種定位物體的定位方法和系統(tǒng)，以便解決或至少部分地解決上述問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種定位物體的定位方法，所述方法包括：

通過(guò)頭戴顯示設(shè)備上設(shè)置的攝像頭獲取所述頭戴顯示設(shè)備所處空間的空間圖像；

通過(guò)所述頭戴顯示設(shè)備的第一慣性測(cè)量單元(inertialmeasurementunit，簡(jiǎn)稱imu)采集所述頭戴顯示設(shè)備的第一姿態(tài)信息，依據(jù)所述空間圖像和所述第一姿態(tài)信息，獲取所述頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度信息；

所述頭戴顯示設(shè)備獲取發(fā)光體的歷史軌跡和第二imu的歷史軌跡；其中，所述發(fā)光體和所述第二imu均設(shè)置在與所述頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄上；

所述頭戴顯示設(shè)備接收所述第二imu采集的所述手柄的姿態(tài)信息；

依據(jù)所述歷史軌跡和所述空間圖像中發(fā)光點(diǎn)的位置信息，確定所述發(fā)光體的三維坐標(biāo)，其中，所述發(fā)光點(diǎn)與所述發(fā)光體相對(duì)應(yīng)；

根據(jù)所述三維坐標(biāo)和所述手柄的姿態(tài)信息，確定所述手柄的六個(gè)自由度信息。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種頭戴顯示設(shè)備，所述頭戴顯示設(shè)備包括攝像頭、第一慣性測(cè)量單元imu；所述頭戴顯示設(shè)備還包括：

圖像采集單元，用于通過(guò)所述攝像頭獲取所述頭戴顯示設(shè)備所處空間的空間圖像；

定位單元，通過(guò)所述第一慣性測(cè)量單元imu采集所述頭戴顯示設(shè)備的第一姿態(tài)信息，依據(jù)所述空間圖像和所述第一姿態(tài)信息，獲取所述頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度信息；

獲取單元，用于獲取發(fā)光體的歷史軌跡和第二imu的歷史軌跡；其中，所述發(fā)光體和所述第二imu均設(shè)置在與所述頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄上；

接收單元，用于接收所述第二imu采集的所述手柄的姿態(tài)信息；

三維坐標(biāo)確定單元，用于依據(jù)所述歷史軌跡和所述空間圖像中發(fā)光點(diǎn)的位置信息，確定所述發(fā)光體的三維坐標(biāo)，其中，所述發(fā)光點(diǎn)與所述發(fā)光體相對(duì)應(yīng)；

所述定位單元，還用于根據(jù)所述三維坐標(biāo)和所述手柄的姿態(tài)信息，確定所述手柄的六個(gè)自由度信息。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種定位物體的定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：如前所述的頭戴顯示設(shè)備和與所述頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄；

所述手柄有線或無(wú)線連接所述頭戴顯示設(shè)備。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)頭戴顯示設(shè)備上設(shè)置的攝像頭獲取頭戴顯示設(shè)備所處空間的空間圖像；通過(guò)頭戴顯示設(shè)備的第一慣性測(cè)量單元imu采集頭戴顯示設(shè)備的第一姿態(tài)信息，依據(jù)空間圖像和第一姿態(tài)信息，獲取頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度信息，實(shí)現(xiàn)頭戴顯示設(shè)備的定位；并且，頭戴顯示設(shè)備獲取發(fā)光體的歷史軌跡和第二imu的歷史軌跡；其中，發(fā)光體和第二imu均設(shè)置在與頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄上；接收第二imu采集的手柄的姿態(tài)信息；依據(jù)歷史軌跡和空間圖像中發(fā)光點(diǎn)的位置信息，確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)，其中，發(fā)光點(diǎn)與發(fā)光體相對(duì)應(yīng)；根據(jù)三維坐標(biāo)和手柄的姿態(tài)信息，確定手柄的六個(gè)自由度信息，實(shí)現(xiàn)手柄的定位?？梢?jiàn)，本發(fā)明的技術(shù)方案區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中外置的攝像頭，是通過(guò)頭戴顯示設(shè)備上的攝像頭實(shí)現(xiàn)頭戴顯示設(shè)備和與頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄的定位，攝像頭隨著頭戴顯示設(shè)備的移動(dòng)而移動(dòng)，定位范圍廣。也就是說(shuō)，本發(fā)明的技術(shù)方案中的定位設(shè)備是設(shè)置在定位物體上，不需要預(yù)先設(shè)置外置的定位設(shè)備，應(yīng)用便利，定位范圍廣，可提高用戶體驗(yàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種定位物體的定位方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種頭戴顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種定位物體的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是：通過(guò)設(shè)置在頭戴顯示設(shè)備上的攝像頭采集的空間圖像，結(jié)合設(shè)置在頭戴顯示設(shè)備上的第一imu采集的頭戴顯示設(shè)備的第一姿態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)頭戴顯示設(shè)備的定位；以及，通過(guò)確定設(shè)置在與頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄上的發(fā)光體的歷史軌跡，以及第二imu采集的手柄的姿態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)手柄的定位。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種定位物體的定位方法的流程示意圖。如圖1所示，該方法包括：

步驟s110，通過(guò)頭戴顯示設(shè)備上設(shè)置的攝像頭獲取頭戴顯示設(shè)備所處空間的空間圖像。

本實(shí)施例中，設(shè)置在頭戴顯示設(shè)備上的攝像頭可以是廣角攝像頭，使得本實(shí)施例中適用的定位范圍更廣。并且，為了在手柄定位中可以通過(guò)空間圖像獲得與圖像中的發(fā)光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)光體的三維坐標(biāo)，頭戴顯示設(shè)備上的攝像頭的個(gè)數(shù)至少是2個(gè)，當(dāng)采集頭戴顯示設(shè)備所處的空間圖像時(shí)，該至少2個(gè)攝像頭同時(shí)采集空間圖像，每個(gè)攝像頭均獲取一個(gè)空間圖像。因?yàn)楸緦?shí)施例中是至少2個(gè)廣角攝像頭，所以，空間圖像也是至少2個(gè)。

步驟s120，通過(guò)頭戴顯示設(shè)備的第一慣性測(cè)量單元imu采集頭戴顯示設(shè)備的第一姿態(tài)信息，依據(jù)空間圖像和第一姿態(tài)信息，獲取頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度信息。

這里的慣性測(cè)量單元為inertialmeasurementunit，以下簡(jiǎn)稱imu。

本實(shí)施例中，依據(jù)空間圖像中的空間結(jié)構(gòu)信息，采用即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(simultaneouslocalizationandmapping，簡(jiǎn)稱slam)方法進(jìn)行計(jì)算，可以獲得頭戴顯示設(shè)備的移動(dòng)自由度(即三維坐標(biāo))；依據(jù)第一慣性測(cè)量單元imu采集的頭戴顯示設(shè)備的第一姿態(tài)信息(例如，四元數(shù)信息)，可以獲得頭戴顯示設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度(即偏航角、俯仰角和翻滾角)；利用上述的移動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度就可以確定頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度信息，實(shí)現(xiàn)頭戴顯示設(shè)備的定位。

步驟s130，頭戴顯示設(shè)備獲取發(fā)光體的歷史軌跡和第二imu的歷史軌跡；其中，發(fā)光體和第二imu均設(shè)置在與頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄上。

在本實(shí)施例中，頭戴顯示設(shè)備不僅要實(shí)現(xiàn)自身的定位，還要實(shí)現(xiàn)與頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄的定位。為實(shí)現(xiàn)手柄的定位，需要獲取手柄上的發(fā)光體的歷史軌跡和第二imu的歷史軌跡。

本實(shí)施例中，在手柄上設(shè)置一個(gè)發(fā)光體，也可以設(shè)置多個(gè)發(fā)光體。設(shè)置多個(gè)發(fā)光體的目的是，在進(jìn)行手柄的定位時(shí)，防止空間圖像中出現(xiàn)其他干擾發(fā)光點(diǎn)，或者，在沒(méi)有手柄的歷史軌跡的情況下，可以利用空間圖像中的與多個(gè)發(fā)光體對(duì)應(yīng)的發(fā)光點(diǎn)的分布規(guī)律進(jìn)行手柄的定位。

步驟s140，頭戴顯示設(shè)備接收第二imu采集的手柄的姿態(tài)信息。

例如，第二imu采集的手柄的四元數(shù)信息。

步驟s150，依據(jù)歷史軌跡和空間圖像中發(fā)光點(diǎn)的位置信息，確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)，其中，發(fā)光點(diǎn)與發(fā)光體相對(duì)應(yīng)，所以，根據(jù)圖像中發(fā)光點(diǎn)的位置信息，可以確定與發(fā)光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)光體的三維坐標(biāo)。

例如，在上述說(shuō)明中，指出本實(shí)施例中的攝像頭的個(gè)數(shù)是至少2個(gè)，那么獲得的對(duì)應(yīng)同一個(gè)發(fā)光體的圖像就有至少2個(gè)，就可以利用雙目成像原理，依據(jù)至少2個(gè)圖像中對(duì)應(yīng)同一個(gè)發(fā)光體的發(fā)光點(diǎn)的位置信息，獲得該發(fā)光體的三維坐標(biāo)。這里的雙目成像原理，是基于視差原理并利用雙目攝像頭從不同的位置獲取物體的兩幅圖像，通過(guò)計(jì)算圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的位置偏差，來(lái)獲取物體三維集合信息的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是效率高、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

步驟s160，根據(jù)三維坐標(biāo)和手柄的姿態(tài)信息，確定手柄的六個(gè)自由度信息。

這里的三維坐標(biāo)可以確定手柄的移動(dòng)自由度信息；姿態(tài)信息(四元數(shù))可以確定手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度信息，依據(jù)移動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度即可確定手柄的六個(gè)自由度信息。

可見(jiàn)，本發(fā)明的技術(shù)方案區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中外置的攝像頭，是通過(guò)頭戴顯示設(shè)備上的攝像頭實(shí)現(xiàn)頭戴顯示設(shè)備和與頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄的定位，攝像頭隨著頭戴顯示設(shè)備的移動(dòng)而移動(dòng)，定位范圍廣。也就是說(shuō)，本發(fā)明的技術(shù)方案中的定位設(shè)備是設(shè)置在定位物體上，不需要預(yù)先設(shè)置外置的定位設(shè)備，應(yīng)用便利，定位范圍廣，可提高用戶體驗(yàn)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述的頭戴顯示設(shè)備為虛擬現(xiàn)實(shí)(virtualreality，簡(jiǎn)稱vr)設(shè)備，上述的手柄為與vr設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄。

在本方的技術(shù)方案中，確定手柄上的發(fā)光體的三維坐標(biāo)時(shí)，可能會(huì)有不同的情況，如，手柄上的發(fā)光體沒(méi)有被遮擋，且有發(fā)光體的歷史軌跡；手柄上的發(fā)光體沒(méi)有被遮擋，但是沒(méi)有發(fā)光體的歷史軌跡；手柄上的發(fā)光體被遮擋，且有發(fā)光體的歷史軌跡。那么，在確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)時(shí)，采用的方法應(yīng)該是不同的。下面針對(duì)上述情況具體說(shuō)明。

(1)手柄上的發(fā)光體沒(méi)有被遮擋，且有發(fā)光體的歷史軌跡。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟s150的依據(jù)歷史軌跡和空間圖像中發(fā)光點(diǎn)的位置信息，確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)包括：

①根據(jù)發(fā)光體的歷史軌跡獲取發(fā)光體的線速度和線加速度；②依據(jù)線速度和線加速度確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)，這里的發(fā)光體的三維坐標(biāo)時(shí)根據(jù)歷史軌跡估算的，是一個(gè)估算值；③將發(fā)光體的三維坐標(biāo)反投影到空間圖像上，獲得空間圖像中發(fā)光體的二維坐標(biāo)，因?yàn)榘l(fā)光體的三維坐標(biāo)是一個(gè)估算值，這里獲得的發(fā)光體的二維坐標(biāo)也是估算值；④計(jì)算空間圖像中的發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)；其中，空間圖像中的發(fā)光點(diǎn)與發(fā)光體相對(duì)應(yīng)，也就是說(shuō)，發(fā)光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是發(fā)光體的真實(shí)位置，所以本步驟中計(jì)算的發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)應(yīng)該是發(fā)光體的真實(shí)二維坐標(biāo)，但是，此時(shí)發(fā)光點(diǎn)與發(fā)光體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系還未確定，即圖像中的發(fā)光點(diǎn)具體對(duì)應(yīng)哪一個(gè)發(fā)光體還未確定；⑤將發(fā)光體的二維坐標(biāo)值和發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)值進(jìn)行比較，也就是將計(jì)算的發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)和計(jì)算的發(fā)光體的二維坐標(biāo)估算值進(jìn)行比較；將發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)值和發(fā)光體的二維坐標(biāo)值的差異值在預(yù)設(shè)閾值范圍的發(fā)光點(diǎn)，確定為與發(fā)光體具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的發(fā)光點(diǎn)；⑥依據(jù)與發(fā)光體具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)，確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)。

例如，在上述說(shuō)明中，指出本實(shí)施例中的攝像頭的個(gè)數(shù)是至少2個(gè)，那么依據(jù)與同一個(gè)發(fā)光體具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)，就可以利用雙目成像原理，確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)，確定的三維坐標(biāo)就是發(fā)光體的三維坐標(biāo)的真實(shí)值。

上述說(shuō)明中，在手柄上可以設(shè)置一個(gè)發(fā)光體，也可以設(shè)置多個(gè)發(fā)光體。上述方法尤其適用于多個(gè)發(fā)光體的情況。當(dāng)存在多個(gè)發(fā)光體，并且頭戴顯示設(shè)備包括有至少2個(gè)攝像頭時(shí)，對(duì)于手柄上的一個(gè)發(fā)光體，根據(jù)該發(fā)光體的歷史軌跡獲取該發(fā)光體的線速度和線加速度；依據(jù)線速度和線加速度確定該發(fā)光體的三維坐標(biāo)；將該發(fā)光體的三維坐標(biāo)分別反投影到每個(gè)空間圖像上，分別獲得每個(gè)空間圖像中該發(fā)光體的二維坐標(biāo)；分別計(jì)算每個(gè)空間圖像中的每個(gè)發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)；對(duì)于一個(gè)空間圖像，將空間圖像中該發(fā)光體的二維坐標(biāo)和每個(gè)發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)比較，將發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)和該發(fā)光體的二維坐標(biāo)差異值在預(yù)設(shè)閾值范圍的發(fā)光點(diǎn)，確定為與該發(fā)光體具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的發(fā)光點(diǎn)，以此類推，確定每個(gè)空間圖像中的與該發(fā)光體具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的發(fā)光點(diǎn)；使用對(duì)應(yīng)該發(fā)光體的至少2個(gè)發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)，確定與該發(fā)光體的三維坐標(biāo)。通過(guò)該方法就可以確定手柄上的每個(gè)發(fā)光體的三維坐標(biāo)。

在將發(fā)光體的三維坐標(biāo)分別反投影到每個(gè)空間圖像上之前，需要保證空間圖像中的發(fā)光點(diǎn)在至少2個(gè)空間圖像中均出現(xiàn)，排除沒(méi)有同時(shí)出現(xiàn)在至少2個(gè)空間圖像中的發(fā)光點(diǎn)。例如，有3個(gè)攝像頭，采集了3個(gè)空間圖像，分別是空間圖像1、空間圖像2、空間圖像3，對(duì)于空間圖像1中的發(fā)光點(diǎn)1，在空間圖像2和空間圖像3中均未出現(xiàn)，那么就排除該發(fā)光點(diǎn)1。

當(dāng)確定每個(gè)發(fā)光體的三維坐標(biāo)后，采用rpnp算法或其他現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)算法，結(jié)合第二imu采集的手柄的姿態(tài)信息，確定手柄的六個(gè)自由度信息，實(shí)現(xiàn)手柄的定位。

(2)手柄上的發(fā)光體沒(méi)有被遮擋，但是無(wú)發(fā)光體的歷史軌跡或歷史軌跡不完整。本實(shí)施例適用于手柄上設(shè)置有多個(gè)發(fā)光體的情況。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟s150的依據(jù)歷史軌跡和空間圖像中發(fā)光點(diǎn)的位置信息，確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)包括：

①計(jì)算空間圖像中的每個(gè)發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)；②根據(jù)空間圖像中的發(fā)光點(diǎn)的分布規(guī)律，確定空間圖像中的發(fā)光點(diǎn)和手柄上的發(fā)光體的對(duì)應(yīng)關(guān)系；③使用對(duì)應(yīng)手柄上的發(fā)光體的發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)，確定與其對(duì)應(yīng)的手柄上的發(fā)光體的三維坐標(biāo)。因?yàn)楸痉椒ㄔ诂F(xiàn)有技術(shù)中有相關(guān)方案，在此不再詳細(xì)說(shuō)明。

例如，手柄上設(shè)置有四個(gè)發(fā)光體，排列為四面體形，在空間圖像中的分布規(guī)律為四邊形，那么，在空間圖像中，有排列成相似四邊形的四個(gè)發(fā)光點(diǎn)就對(duì)應(yīng)為手柄，且可根據(jù)四邊形中的發(fā)光點(diǎn)之間的相對(duì)位置信息，確定發(fā)光點(diǎn)與手柄上的發(fā)光體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

本實(shí)施例，適用于手柄上設(shè)置有多個(gè)發(fā)光體的情況，且為了保證定位的準(zhǔn)確性，本實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光體不能處于同一平面。

(3)在手柄上的發(fā)光體被遮擋，且有發(fā)光體的歷史軌跡。

當(dāng)手柄因噪聲干擾，或者遮擋等原因無(wú)法被定位時(shí)，會(huì)造成定位的暫時(shí)中斷，為了防止上述情況的出現(xiàn)影響到用戶的使用體驗(yàn)，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟s150的依據(jù)歷史軌跡和空間圖像中發(fā)光點(diǎn)的位置信息，確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)包括：

①根據(jù)發(fā)光體的歷史軌跡確定發(fā)光體的第一時(shí)刻的三維位置、第二imu的第一時(shí)刻的速度、以及第二imu第一時(shí)刻的單位方向向量，這里的第一時(shí)刻可以認(rèn)為是在發(fā)光體被遮擋前最后的時(shí)刻；②根據(jù)第二imu采集的姿態(tài)信息獲取第二imu第二時(shí)刻的單位方向向量；③根據(jù)第二時(shí)刻的單位方向向量和第一時(shí)刻的單位方向向量，計(jì)算第二imu的方向變化單位向量；④根據(jù)三維坐標(biāo)公式計(jì)算發(fā)光體第二時(shí)刻的三維坐標(biāo)。

具體地，本實(shí)施例中的第一時(shí)刻可以認(rèn)為是第二時(shí)刻的前一時(shí)刻。上述的三維坐標(biāo)公式為：pt＝pt-1+vt×l；其中，pt為發(fā)光體第二時(shí)刻的三維坐標(biāo)；pt-1為發(fā)光體的第一時(shí)刻的三維坐標(biāo)；vt為第二imu的方向變化單位向量；l為第二imu的第一時(shí)刻的速度。

本實(shí)施例中，在手柄無(wú)法被定位時(shí)，可以利用手柄中每個(gè)發(fā)光體的歷史三維軌跡以及第二imu相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)手柄的定位。

因?yàn)槊總€(gè)發(fā)光體的第二時(shí)刻的三維坐標(biāo)是三維的，則上述公式中的l具體應(yīng)為第二imu的第一時(shí)刻的在三維方向上的分速度。

為了使頭戴顯示設(shè)備和手柄的定位更加精確，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟s120中的獲取頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度信息之后，圖1所示的方法進(jìn)一步包括：結(jié)合第一imu采集的第一姿態(tài)信息，將頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度進(jìn)行平滑插值濾波，將濾波后的頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度作為頭戴顯示設(shè)備最終的六個(gè)自由度。

在步驟s160的確定手柄的六個(gè)自由度信息之后，圖1所示的方法進(jìn)一步包括：結(jié)合第二imu采集的手柄的姿態(tài)信息，將手柄的六個(gè)自由度進(jìn)行平滑插值濾波，將濾波后的手柄的六個(gè)自由度作為手柄最終的六個(gè)自由度。

本實(shí)施例中，將頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度信息以及手柄的六個(gè)自由度信息進(jìn)行平滑插值濾波可以采用卡爾曼濾波方法。其中，卡爾曼濾波是一種利用線性系統(tǒng)狀態(tài)方程，通過(guò)系統(tǒng)輸入輸出觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)的算法，由于觀測(cè)數(shù)據(jù)中包括系統(tǒng)中的噪聲和干擾的影響，所以最優(yōu)估計(jì)也可看作是濾波過(guò)程。在本實(shí)施例中，卡爾曼濾波可以將過(guò)去測(cè)量估計(jì)去查合并得到新的測(cè)量誤差，將定位物體的六個(gè)自由度濾波后，可以獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，有效提高刷新頻率。

另外，在本實(shí)施例中，結(jié)合imu采集的姿態(tài)信息進(jìn)行平滑插值濾波，也是為了進(jìn)一步獲得更加準(zhǔn)確的定位物體的六個(gè)自由度。

還需要說(shuō)明的是，在進(jìn)行平滑插值濾波時(shí)，利用的不僅是imu采集的姿態(tài)信息，還需要利用imu采集的加速度信息。因?yàn)閕mu采集的數(shù)據(jù)不僅包括上述的姿態(tài)信息，同時(shí)還會(huì)輸出加速度信息，所以當(dāng)進(jìn)行平滑插值濾波時(shí)，只要從imu采集的數(shù)據(jù)中提取加速度信息即可。

本發(fā)明中，在確定手柄上的發(fā)光體的三維坐標(biāo)需要利用發(fā)光體和第二imu的歷史軌跡。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟s160中的確定手柄的六個(gè)自由度信息之后，圖1所示的方法還包括：保存手柄的六個(gè)自由度信息，六個(gè)自由度信息用以記錄發(fā)光體和第二imu的歷史軌跡。

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種頭戴顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該頭戴顯示設(shè)備200包括攝像頭210、第一慣性測(cè)量單元imu220；頭戴顯示設(shè)備200還包括：

圖像采集單元230，用于通過(guò)攝像頭獲取頭戴顯示設(shè)備所處空間的空間圖像；

定位單元240，通過(guò)第一慣性測(cè)量單元imu采集頭戴顯示設(shè)備的第一姿態(tài)信息，依據(jù)空間圖像和第一姿態(tài)信息，獲取頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度信息；

獲取單元250，用于獲取發(fā)光體的歷史軌跡和第二imu的歷史軌跡；其中，發(fā)光體和第二imu均設(shè)置在與頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄上；

接收單元260，用于接收第二imu采集的手柄的姿態(tài)信息；

三維坐標(biāo)確定單元270，用于依據(jù)歷史軌跡和空間圖像中發(fā)光點(diǎn)的位置信息，確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)，其中，發(fā)光點(diǎn)與發(fā)光體相對(duì)應(yīng)；

定位單元240，還用于根據(jù)三維坐標(biāo)和手柄的姿態(tài)信息，確定手柄的六個(gè)自由度信息。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，三維坐標(biāo)確定單元270，具體用于根據(jù)發(fā)光體的歷史軌跡獲取發(fā)光體的線速度和線加速度；依據(jù)線速度和線加速度確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)；將發(fā)光體的三維坐標(biāo)反投影到空間圖像上，獲得空間圖像中發(fā)光體的二維坐標(biāo)，其中，空間圖像中的發(fā)光點(diǎn)與發(fā)光體相對(duì)應(yīng)；計(jì)算空間圖像中的發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)；其中，空間圖像中的發(fā)光點(diǎn)與發(fā)光體相對(duì)應(yīng)；將發(fā)光體的二維坐標(biāo)值和發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)值進(jìn)行比較，將發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)值和發(fā)光體的二維坐標(biāo)值的差異值在預(yù)設(shè)閾值范圍的發(fā)光點(diǎn)，確定為與發(fā)光體具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的發(fā)光點(diǎn)；依據(jù)與發(fā)光體具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的發(fā)光點(diǎn)的二維坐標(biāo)，確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，三維坐標(biāo)確定單元270，具體用于根據(jù)歷史軌跡確定發(fā)光體的第一時(shí)刻的三維位置、第二imu的第一時(shí)刻的速度、以及第二imu第一時(shí)刻的單位方向向量；根據(jù)第二imu采集的姿態(tài)信息獲取第二imu第二時(shí)刻的單位方向向量；根據(jù)第二時(shí)刻的單位方向向量和第一時(shí)刻的單位方向向量，計(jì)算第二imu的方向變化單位向量；根據(jù)三維坐標(biāo)公式計(jì)算發(fā)光體第二時(shí)刻的三維坐標(biāo)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，頭戴顯示設(shè)備200進(jìn)一步包括：濾波單元，用于結(jié)合第一imu采集的第一姿態(tài)信息，將頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度進(jìn)行平滑插值濾波，將濾波后的頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度作為頭戴顯示設(shè)備最終的六個(gè)自由度；以及，結(jié)合第二imu采集的手柄的姿態(tài)信息，將手柄的六個(gè)自由度進(jìn)行平滑插值濾波，將濾波后的手柄的六個(gè)自由度作為手柄最終的六個(gè)自由度。

歷史軌跡記錄單元，用于保存手柄的六個(gè)自由度信息，六個(gè)自由度信息記錄發(fā)光體和第二imu的歷史軌跡。

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種定位物體的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該定位物體的定位系統(tǒng)300包括：如圖2所示的頭戴顯示設(shè)備200和與頭戴顯示設(shè)備200對(duì)應(yīng)的手柄320。

手柄320有線或無(wú)線連接頭戴顯示設(shè)備200，以保證頭戴顯示設(shè)備200可以獲取到相應(yīng)數(shù)據(jù)。

需要說(shuō)明的是，圖2所示的頭戴顯示設(shè)備和圖3所示的系統(tǒng)的各實(shí)施例與圖1所示的方法的各實(shí)施例對(duì)應(yīng)相同，上文已有詳細(xì)說(shuō)明，在此不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)頭戴顯示設(shè)備上設(shè)置的攝像頭獲取頭戴顯示設(shè)備所處空間的空間圖像；通過(guò)頭戴顯示設(shè)備的第一imu采集頭戴顯示設(shè)備的第一姿態(tài)信息，依據(jù)空間圖像和第一姿態(tài)信息，獲取頭戴顯示設(shè)備的六個(gè)自由度信息，實(shí)現(xiàn)頭戴顯示設(shè)備的定位；并且，頭戴顯示設(shè)備獲取發(fā)光體的歷史軌跡和第二imu的歷史軌跡；其中，發(fā)光體和第二imu均設(shè)置在與頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄上；接收第二imu采集的手柄的姿態(tài)信息；依據(jù)歷史軌跡和空間圖像中發(fā)光點(diǎn)的位置信息，確定發(fā)光體的三維坐標(biāo)，其中，發(fā)光點(diǎn)與發(fā)光體相對(duì)應(yīng)；根據(jù)三維坐標(biāo)和手柄的姿態(tài)信息，確定手柄的六個(gè)自由度信息，實(shí)現(xiàn)手柄的定位。可見(jiàn)，本發(fā)明的技術(shù)方案區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中外置的攝像頭，是通過(guò)頭戴顯示設(shè)備上的攝像頭實(shí)現(xiàn)頭戴顯示設(shè)備和與頭戴顯示設(shè)備對(duì)應(yīng)的手柄的定位，攝像頭隨著頭戴顯示設(shè)備的移動(dòng)而移動(dòng)，定位范圍廣。也就是說(shuō)，本發(fā)明的技術(shù)方案中的定位設(shè)備是設(shè)置在定位物體上，不需要預(yù)先設(shè)置外置的定位設(shè)備，應(yīng)用便利，定位范圍廣，可提高用戶體驗(yàn)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。