專利名稱：具有最少用戶輸入的跟蹤系統(tǒng)校準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)，并且尤其是涉及基于對象的位置數(shù)據(jù)和接收到或已知的關(guān)于對象的附加數(shù)據(jù)來校準(zhǔn)用來跟蹤對象的位置的跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)游戲行業(yè)中的發(fā)展趨勢是開發(fā)增加用戶與游戲系統(tǒng)之間的交互的游戲。實(shí)現(xiàn)更豐富的交互體驗(yàn)的一種方式是游戲控制器，由游戲系統(tǒng)來跟蹤其移動(dòng)以便跟蹤玩家的移動(dòng)并使用這些移動(dòng)作為用于游戲的輸入。一般而言，手勢輸入指的是使諸如計(jì)算系統(tǒng)、視頻游戲控制臺(console)、智能器械等電子設(shè)備對由跟蹤對象的視頻照相機(jī)或其它位置傳感器捕捉的某些手勢作出反應(yīng)。為了產(chǎn)生用戶的位置和運(yùn)動(dòng)的可靠測量結(jié)果，需要校準(zhǔn)游戲系統(tǒng)。一般每當(dāng)使用游戲系統(tǒng)時(shí)需要此類校準(zhǔn)。在常規(guī)系統(tǒng)中，校準(zhǔn)游戲系統(tǒng)要求受控的精確過程，其中，用戶測量諸如視頻照相機(jī)的傾斜、從用戶至視頻照相機(jī)的距離等屬性。常規(guī)游戲系統(tǒng)不能在沒有此類受控且精確的過程的情況下執(zhí)行校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，包括
隨著對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑用視頻游戲控制臺從位置傳感器接收被跟蹤對象的位置數(shù)據(jù)；
隨著被跟蹤對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑用視頻游戲控制臺接收與被跟蹤對象相對應(yīng)的慣性數(shù)據(jù)；
將位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成位置傳感器的三維坐標(biāo)系；
在位置傳感器的三維坐標(biāo)系中計(jì)算被跟蹤對象的加速度；以及
使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致。


通過參考結(jié)合附圖進(jìn)行的以下說明，可以最好地理解本發(fā)明，在附圖中 圖1舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的跟蹤系統(tǒng)的透視圖。圖2A舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有球部的游戲控制器。
圖2B舉例說明依照本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有球部的另一游戲控制器； 圖2C舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)置在用戶身上的多個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉球；
圖3舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑(rich motion path) 的示例；
圖4舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的跟蹤系統(tǒng)的方框圖； 圖5示出依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的多玩家環(huán)境的示意圖； 圖6舉例說明用于校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖； 圖7舉例說明用于校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的方法的另一實(shí)施例的流程圖； 圖8舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的被投影到照相機(jī)的成像平面的不同點(diǎn)上的球體；
圖9舉例說明用于使用球體到照相機(jī)的成像平面上的橢圓形投影來確定照相機(jī)的視場的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖10舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的被作為橢圓投影到照相機(jī)的圖像平面上的球體；
圖11舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可以用來確定控制器位置的硬件和用戶接口 ；以及
圖12舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可以用來處理指令的附加硬件。
具體實(shí)施例方式本文描述的是用于校準(zhǔn)供在游戲系統(tǒng)中使用的跟蹤系統(tǒng)的方法和設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，為了校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)，隨著被跟蹤對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑，由位置傳感器來接收被跟蹤對象的位置數(shù)據(jù)(例如，圖像位置和圖像尺寸)。另外，隨著被跟蹤對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑，接收對應(yīng)于被跟蹤對象的慣性數(shù)據(jù)。將位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成位置傳感器的三維坐標(biāo)系。在一個(gè)實(shí)施例中，基于相應(yīng)的圖像尺寸和位置傳感器的視場將圖像位置轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)系。位置傳感器的視場可以是也可以不是已知的。在位置傳感器的三維坐標(biāo)系中計(jì)算被跟蹤對象的加速度。然后使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致，校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)。使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致可以包括計(jì)算位置傳感器的俯仰(pitch)并計(jì)算位置傳感器與被跟蹤對象之間的相對偏航(yaw)。使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致還可以包括計(jì)算位置傳感器的視場。在以下說明中，闡述了許多細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見的是可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。在某些實(shí)例中，以方框圖形式而不是詳細(xì)地示出眾所周知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以免使本發(fā)明含糊難懂。根據(jù)對計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)位的運(yùn)算的算法和符號表示提出了隨后的詳細(xì)說明的某些部分。這些算法說明和表示是被數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的那些技術(shù)人員用來最有效地向本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員傳達(dá)其工作的實(shí)質(zhì)的手段。算法在這里且一般地被設(shè)想為產(chǎn)生期望結(jié)果的步驟的自給的序列。所述步驟是要求物理量的物理操縱的那些。通常但不一定，這些量采取能夠被存儲(chǔ)、傳輸、組合、比較和以其它方式操縱的電或磁信號的形式。已經(jīng)證明將這些信號稱為位、值、元素、符號、字符、項(xiàng)、數(shù)字等有時(shí)是方便的(主要由于公共用途的原因)。然而，應(yīng)記住所有這些和類似術(shù)語將與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)且僅僅是應(yīng)用于這些量的方便標(biāo)簽。如從以下討論顯而易見的，除非另外具體說明，應(yīng)認(rèn)識到遍及本說明書，利用諸如“處理”、“計(jì)算”、“轉(zhuǎn)換”、“使一致”、“確定”等術(shù)語的討論指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類似電子計(jì)算設(shè)備的動(dòng)作和過程，其操縱被表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)的物理(例如電子)量的數(shù)據(jù)并將其變換成類似地被表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器或寄存器或其它此類信息存儲(chǔ)、傳輸或顯示設(shè)備內(nèi)的物理量的其它數(shù)據(jù)。本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行本文中的操作的設(shè)備。此設(shè)備可以專門被構(gòu)造為用于要求的目的，或者其可以包括被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的計(jì)算機(jī)程序選擇性地激活或重配置的通用計(jì)算機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，用于執(zhí)行本文中的操作的設(shè)備包括游戲控制臺(例如Sony Playstation 、Nintendo Wii 、Microsoft Xbox 等)?？梢詫⒂?jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，該介質(zhì)諸如但不限于任何類型的盤，包括軟盤、光盤(例如，壓縮盤只讀存儲(chǔ)器(⑶-ROM)、數(shù)字視頻盤(DVD)、Blu-Ray Discs "<等)和磁光盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、EPROM、EEPR0M、磁或光卡或適合于存儲(chǔ)電子指令的任何類型的介質(zhì)。機(jī)器可讀介質(zhì)包括用于存儲(chǔ)或傳送處于機(jī)器(例如計(jì)算機(jī))可讀的形式的信息的任何機(jī)制。例如，機(jī)器可讀介質(zhì)包括機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(例如只讀存儲(chǔ)器(“ROM”)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”)、磁盤存儲(chǔ)介質(zhì)、光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)、閃速存儲(chǔ)器件等)、機(jī)器可讀傳輸介質(zhì)(電學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)或其它形式的傳播信號(例如，載波、紅外信號、數(shù)字信號等))等。圖1舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的跟蹤系統(tǒng)100的透視圖。跟蹤系統(tǒng)100 包括位置傳感器105、被位置傳感器105跟蹤的對象110和處理由位置傳感器105和由對象 110接收到的數(shù)據(jù)的計(jì)算設(shè)備115。在一個(gè)實(shí)施例中，跟蹤系統(tǒng)100是游戲系統(tǒng)的組件?？商鎿Q地，跟蹤系統(tǒng)100可以是運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的組件。位置傳感器105是在二維或三維空間中測量對象110相對于位置傳感器105的位置的傳感器。由位置傳感器105獲取的位置數(shù)據(jù)(例如，圖像)處在能夠由圖像平面和垂直于圖像平面的矢量來定義的位置傳感器105的參考坐標(biāo)系(reference frame) 150中。參考坐標(biāo)系在本文中定義為將在其內(nèi)測量對象的位置、取向及其它屬性的坐標(biāo)系。術(shù)語參考坐標(biāo)系和坐標(biāo)系遍及本申請被可互換地使用。如所示，位置傳感器105位于電視機(jī)120的頂部上，具有相對于地板150的負(fù)的俯仰145。俯仰145是在位置傳感器105的圖像平面中的位置傳感器的參考坐標(biāo)系150的橫軸與垂直于重力135的平面之間的角。只要俯仰145是非零值，位置傳感器105就具有不同于世界參考坐標(biāo)系(world reference frame) 140 (被定義為具有與重力135對準(zhǔn)的軸 (例如y2)的參考坐標(biāo)系)的參考坐標(biāo)系150。在一個(gè)實(shí)施例中，位置傳感器105是標(biāo)準(zhǔn)視頻照相機(jī)。在此類實(shí)施例中，位置傳感器105可以基于識別對象110的尺寸的預(yù)定義信息和/或基于識別位置傳感器105的視場 (F0V)125的預(yù)定義信息來捕捉深度信息(位置傳感器105與對象110之間的距離130)。視場125是由位置傳感器105成像的給定場景的角范圍。視場定義由照相機(jī)透鏡引起的圖像的失真(例如變焦量)。隨著對象110被移動(dòng)得更加遠(yuǎn)離位置傳感器105 (也就是說，隨著距離130增加)，由位置傳感器105捕捉的對象110的圖像變小。因此，可以基于被跟蹤對象 110的圖像尺寸(例如，按像素測量)與被跟蹤對象110的已知實(shí)際尺寸的比來確定對象110 到位置傳感器105的距離130，條件是位置傳感器105的視場125是已知的。如果視場125 或?qū)ο?10的尺寸是未知的，則可以對未知值求解，例如，如下文參考圖9所述的。
在另一實(shí)施例中，位置傳感器105是Z照相機(jī)(能夠捕捉具有深度信息的視頻的單透鏡視頻照相機(jī))或立體照相機(jī)(具有2個(gè)或更多透鏡的視頻照相機(jī)，其能夠捕捉三維圖像)。在此類實(shí)施例中，位置傳感器105能夠在沒有用識別對象110的尺寸的信息進(jìn)行預(yù)配置的情況下捕捉深度信息。在另一實(shí)施例中，位置傳感器105是諸如超聲波傳感器陣列或光子檢測器的傳感器陣列。此類位置傳感器105使用(例如光或聲音的)飛行時(shí)間或相位相干性來檢測位置傳感器105與對象110之間的距離并使用三角測量來檢測對象110的垂直和水平位置。對象110是包括一個(gè)或多個(gè)慣性傳感器或與之相連的電子設(shè)備。慣性傳感器可以測量沿著單個(gè)軸或多個(gè)軸的加速度，并且可以測量線以及角加速度。在一個(gè)實(shí)施例中，對象 110是諸如游戲控制器的手持式電子設(shè)備或手持式電子設(shè)備的一部分，如圖2A和2B所示。 在另一實(shí)施例中，如圖2C所示，對象110是運(yùn)動(dòng)捕捉(mocap)球。對象110可以具有任意形狀，諸如正方形、球形、三角形或更復(fù)雜的形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，對象110具有球形形狀。圖2A舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有球部205的游戲控制器200。圖 2B舉例說明依照本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有球部215的另一游戲控制器210。在某些實(shí)施例中，球部205和215對應(yīng)于圖1的對象110。球部205、215能夠具有不同的色彩，并且在一個(gè)實(shí)施例中，球部205、215能夠點(diǎn)亮。雖然舉例說明了球形球部，但球部205、215可以出于視覺跟蹤目的具有其它形狀，諸如部分球形、不完美球形、細(xì)長球(類似于美國足球中或橄欖球中所使用的球)、立方體形狀等。在一個(gè)實(shí)施例中，球部205、215的直徑是4 cm。然而，還可以有其它更大或更小尺寸。 更大的尺寸幫助視覺識別。例如，具有5cm直徑的球能夠提供比km的球多了約55%的用于圖像識別的像素。圖2C舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)置在用戶225身上的多個(gè)mocap球 220。mocap球220是由用戶225在每個(gè)關(guān)節(jié)附近穿戴以使得位置傳感器能夠基于mocap球 220之間的位置或角度來捕捉并識別用戶的運(yùn)動(dòng)的標(biāo)記。在一個(gè)實(shí)施例中，mocap球220被附著于運(yùn)動(dòng)捕捉套裝。返回圖1，對象110和位置傳感器105通過有線和/或無線連接與計(jì)算設(shè)備115相連。有線連接的示例包括經(jīng)由IEEE 1394 (火線)電纜、以太網(wǎng)電纜和通用串行總線(USB) 電纜等實(shí)現(xiàn)的連接。無線連接的示例包括無線保真(WiFi)連接、Bluetooth 連接、Zigbee 連接等。在所示的實(shí)施例中，對象110被無線地與計(jì)算設(shè)備115相連且位置傳感器105經(jīng)由有線連接與計(jì)算設(shè)備115相連。計(jì)算設(shè)備115可以是視頻游戲控制臺、個(gè)人計(jì)算機(jī)、游戲亭或其它計(jì)算設(shè)備。計(jì)算設(shè)備115可以執(zhí)行能夠?qū)碜詫ο?10的用戶輸入進(jìn)行響應(yīng)的游戲或其它應(yīng)用程序。對象 110被跟蹤，并且對象110的運(yùn)動(dòng)提供用戶輸入。在跟蹤系統(tǒng)110能夠準(zhǔn)確地跟蹤對象110之前，需要校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)100。校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)100包括計(jì)算位置傳感器105的俯仰145并計(jì)算位置傳感器105與對象110之間的相對偏航。對象110與位置傳感器105之間的相對偏航表示對象110與位置傳感器105之間的航向(heading)的差。在一個(gè)實(shí)施例中，零偏航被定義為當(dāng)對象與位置傳感器105的成像平面垂直地指向時(shí)在位置傳感器105與對象110之間實(shí)現(xiàn)。可替換地，可以將零偏航定義為在對象110直接指向位置傳感器105時(shí)實(shí)現(xiàn)。如果位置傳感器105是具有未知視場125的照相機(jī)，則校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)100還包括計(jì)算位置傳感器105的視場125。如果對象110 具有未知尺寸，則校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)100還可以包括確定對象110的尺寸。為了設(shè)置在對象110中的慣性傳感器收集足夠的慣性數(shù)據(jù)以進(jìn)行校準(zhǔn)，應(yīng)由用戶來移動(dòng)對象110。應(yīng)在位置傳感器105的視圖框架125內(nèi)移動(dòng)對象110以保證每個(gè)慣性數(shù)據(jù)測量結(jié)果具有相應(yīng)的位置數(shù)據(jù)測量結(jié)果(例如，相應(yīng)的圖像尺寸和圖像位置測量結(jié)果)。 如果對象110穿過位置傳感器105的視場125內(nèi)的豐富運(yùn)動(dòng)路徑，則能夠增加校準(zhǔn)的有效性。豐富運(yùn)動(dòng)路徑在本文中被定義為超過最小加速度閾值并在至少兩個(gè)維度中(例如在平面中)發(fā)生的運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，豐富運(yùn)動(dòng)路徑包括朝向和/或遠(yuǎn)離位置傳感器105的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，包括三個(gè)維度中的加速度的豐富運(yùn)動(dòng)路徑相對于包括僅兩個(gè)維度中的加速度的豐富運(yùn)動(dòng)路徑而言是優(yōu)選的。接收到的慣性數(shù)據(jù)具有由伴隨慣性數(shù)據(jù)的信號噪聲的量定義的不確定性。隨著由對象110測量的加速度的幅值的減小，信噪比(信號功率與損害信號的噪聲功率的比)增加。 信噪比的減小促使慣性數(shù)據(jù)變得不那么準(zhǔn)確。在一個(gè)實(shí)施例中，將最小加速度閾值設(shè)置為防止慣性數(shù)據(jù)落到最小信噪比以下。在圖3中舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的對象正在穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑的示例。如所示，對象是被附著于游戲控制器310的末端的球305且豐富運(yùn)動(dòng)路徑315是繞用戶的頭的圓形路徑。圓形路徑的有利之處在于呈圓形的移動(dòng)提供恒定的加速度。因此，圓形軌跡提供增加的慣性數(shù)據(jù)。整個(gè)豐富運(yùn)動(dòng)路徑315在位置傳感器的視場320內(nèi)發(fā)生，并包括朝向和遠(yuǎn)離位置傳感器的運(yùn)動(dòng)。圖4舉例說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的跟蹤系統(tǒng)400的方框圖。跟蹤系統(tǒng)400 包括在物理上與位置傳感器405相連且與被位置傳感器405跟蹤的對象410無線地連接的計(jì)算設(shè)備415。應(yīng)注意的是可以將計(jì)算設(shè)備415與位置傳感器405無線地連接和/或在物理上與對象410連接。在一個(gè)實(shí)施例中，跟蹤系統(tǒng)400對應(yīng)于圖1的跟蹤系統(tǒng)100。對象410包括在對象410中具有固定位置的一個(gè)或多個(gè)慣性傳感器420。在一個(gè)實(shí)施例中，慣性傳感器420包括一個(gè)或多個(gè)陀螺儀和一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)。陀螺儀使用角動(dòng)量的原理來檢測取向的變化(例如，俯仰、滾轉(zhuǎn)(roll)和扭轉(zhuǎn)的變化)。加速度計(jì)測量沿著一個(gè)或多個(gè)軸的加速度。陀螺儀和加速度計(jì)可以是單獨(dú)的傳感器，或者可以被組合成單個(gè)傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，陀螺儀和加速度計(jì)是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備。隨著對象410 移動(dòng)(例如通過豐富運(yùn)動(dòng)路徑)，慣性傳感器420收集慣性數(shù)據(jù)并將其傳送到計(jì)算設(shè)備415。 由慣性傳感器420收集的慣性數(shù)據(jù)處在對象410的參考坐標(biāo)系中。位置傳感器405可以是視頻照相機(jī)、Z照相機(jī)、立體照相機(jī)、超聲波傳感器陣列、光子檢測器或能夠捕捉圖像的其它設(shè)備。隨著對象410移動(dòng)(例如通過豐富運(yùn)動(dòng)路徑)，位置傳感器405捕捉對象410的位置數(shù)據(jù)(例如圖像)，其可以包括圖像尺寸和圖像位置信息。位置傳感器405然后將位置數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算設(shè)備415。在一個(gè)實(shí)施例中，位置傳感器405隨著獲得位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地將位置數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)接?jì)算設(shè)備415。在一個(gè)實(shí)施例中，隨著對象410被位置傳感器405跟蹤，使用對象410的變化的位置作為到計(jì)算設(shè)備415的輸入以控制游戲、計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序等。例如，對象410的變化的位置能夠用來控制第一人或第三人角度游戲中的人物、在屏幕上移動(dòng)鼠標(biāo)光標(biāo)等。在另一實(shí)施例中，使用從對象410接收到的慣性數(shù)據(jù)作為到計(jì)算設(shè)備415的輸入?？商鎿Q地，可以與由位置傳感器405獲得的位置數(shù)據(jù)相組合地使用慣性數(shù)據(jù)以提供用于計(jì)算設(shè)備415的精確且準(zhǔn)確的輸入。計(jì)算設(shè)備415可以是視頻游戲控制臺、個(gè)人計(jì)算機(jī)、游戲亭等。在一個(gè)實(shí)施例中， 計(jì)算設(shè)備415包括基于從位置傳感器405獲得的位置數(shù)據(jù)和從對象410獲得的慣性數(shù)據(jù)來校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)400的校準(zhǔn)邏輯432。在另一實(shí)施例中，校準(zhǔn)邏輯432包括慣性數(shù)據(jù)邏輯組件 425、位置數(shù)據(jù)邏輯組件430和一致(reconciling)邏輯組件432，其中的每一個(gè)執(zhí)行關(guān)于校準(zhǔn)的不同操作。位置數(shù)據(jù)邏輯組件432分析從位置傳感器405接收到的位置數(shù)據(jù)(例如，圖像)(例如以在圖像中找到對象410)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過分析圖像中的表示對象410的像素組以找到對象的質(zhì)心(centroid)來確定對象410的圖像位置。在一個(gè)實(shí)施例中，可以計(jì)算每個(gè)像素的高斯分布并用來提供質(zhì)心位置的子像素準(zhǔn)確度。在一個(gè)實(shí)施例中，位置數(shù)據(jù)邏輯組件430將圖像位置信息轉(zhuǎn)換成位置傳感器405 的三維坐標(biāo)系?？梢允褂靡韵碌仁綄D像位置轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)系
其中，Xw是世界參考坐標(biāo)系中的水平位置，Yw是世界參考坐標(biāo)系中的垂直位置，^ci是圖像中的水平位置，Yi是圖像中的垂直位置，Zw是位置傳感器與對象之間的距離，f是位置傳感器的焦距(與視場成比例的值)，R是對象的尺寸(例如，以mm為單位的球體的半徑)，并且 r是對象的圖像尺寸(例如，以像素為單位的球體的投影的半徑)。一旦位置數(shù)據(jù)(例如圖像位置)被轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)系，則位置數(shù)據(jù)邏輯組件430取位置信息相對于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)以基于隨著時(shí)間的推移變化的質(zhì)心位置來計(jì)算位置傳感器405的三維坐標(biāo)系中的對象410的加速度。位置數(shù)據(jù)邏輯組件430然后將所計(jì)算的加速度提供給一致邏輯組件435。在一個(gè)實(shí)施例中，位置數(shù)據(jù)邏輯組件430在計(jì)算加速度之前對位置數(shù)據(jù)(例如圖像位置)進(jìn)行平滑化。慣性數(shù)據(jù)邏輯組件425處理慣性數(shù)據(jù)以將其置于將與所計(jì)算的加速度一致的條件下。在一個(gè)實(shí)施例中，慣性數(shù)據(jù)邏輯組件425從慣性數(shù)據(jù)去除由重力引起的加速度，并且然后將慣性數(shù)據(jù)傳遞至一致邏輯組件435。在一個(gè)實(shí)施例中，位置傳感器的參考坐標(biāo)系和用于慣性數(shù)據(jù)的參考坐標(biāo)系之間的相對差需要是不變的。然而，對象410的參考坐標(biāo)系隨著對象410在俯仰和滾轉(zhuǎn)方面變化而相對于位置傳感器405的參考坐標(biāo)系改變。然而，如果對象410未保持近似固定的俯仰和滾轉(zhuǎn)，則慣性數(shù)據(jù)包括由俯仰的變化和/或滾轉(zhuǎn)的變化引起的加速度的測量結(jié)果。此類加速度不反映對象410的位置變化，并且因此可能不提供用于校準(zhǔn)的有用信息。此類加速度還可能是不可基于位置數(shù)據(jù)計(jì)算的，并且因此可能沒有反映在由位置數(shù)據(jù)邏輯組件430 確定的計(jì)算加速度中。這可能導(dǎo)致校準(zhǔn)誤差。
(等式1)
在一個(gè)實(shí)施例中，慣性數(shù)據(jù)邏輯組件425將慣性數(shù)據(jù)留在對象410的參考坐標(biāo)系中。例如，如果對象在整個(gè)豐富運(yùn)動(dòng)路徑中保持近似固定的俯仰和滾轉(zhuǎn)，則慣性數(shù)據(jù)邏輯組件425可以將慣性數(shù)據(jù)留在對象410的參考坐標(biāo)系中。另外，如果俯仰和滾轉(zhuǎn)的變化在豐富運(yùn)動(dòng)路徑上抵消，慣性數(shù)據(jù)的變化的參考坐標(biāo)系可以不引起顯著的校準(zhǔn)誤差。如果俯仰和滾轉(zhuǎn)的變化平均為零，則由參考坐標(biāo)系之間的變化和由因俯仰和滾轉(zhuǎn)變化而引起的加速度引起的誤差能夠近似抵消。例如，如果豐富運(yùn)動(dòng)路徑是用戶前面的小圓形路徑，其中，用戶繞著其肘旋轉(zhuǎn)對象410，而不移動(dòng)其腕或肩膀，則可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在此類條件下，慣性數(shù)據(jù)邏輯組件425可以將慣性數(shù)據(jù)留在對象410的參考坐標(biāo)系中。在一個(gè)實(shí)施例中，慣性數(shù)據(jù)邏輯組件425處理慣性數(shù)據(jù)以將慣性數(shù)據(jù)從對象410 的參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成世界參考坐標(biāo)系(具有與重力對準(zhǔn)的軸的參考坐標(biāo)系)。重力斷言了能夠由慣性傳感器420來測量的恒定向下的力?；谟蓱T性傳感器420檢測的重力的向下的力，能夠通過計(jì)算對象410相對于世界參考坐標(biāo)系的俯仰和滾轉(zhuǎn)來將慣性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成世界參考坐標(biāo)系。隨著對象410移動(dòng)，可以使用陀螺儀來確定角加速度，并因此確定對象410的俯仰和滾轉(zhuǎn)相對于在對象410靜止時(shí)測量的初始俯仰和滾轉(zhuǎn)的變化。因此，隨著對象410 移動(dòng)，可以將慣性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成世界參考坐標(biāo)系。這校正了否則將由參考坐標(biāo)系之間的變化的關(guān)系引入的誤差。在一個(gè)實(shí)施例中，慣性傳感器420不位于410的中心處。因此，由于由位置傳感器 405測量的加速度是基于對象410的質(zhì)心，所以慣性傳感器420不測量與位置數(shù)據(jù)邏輯組件430基于位置數(shù)據(jù)計(jì)算的相同的加速度。例如，如果以弧形來回抽打(whip around)對象410，則位置傳感器405可以觀察到比由慣性傳感器420記錄的更大的加速度。此偏差是由于慣性傳感器420比對象410的中心更接近于弧的中心而引起的。如果位移是已知的，則能夠消除由慣性傳感器420與對象410的中心之間的位移引起的偏差?？梢杂赏勇輧x來測量轉(zhuǎn)動(dòng)率(測量為向心力)，并與位移相結(jié)合地使用以計(jì)算將由位于對象410的中心處的慣性傳感器420觀察到什么加速度。在一個(gè)實(shí)施例中，被傳遞到一致邏輯組件435上的是此加速度。—致邏輯組件435使來自位置數(shù)據(jù)邏輯組件430的所計(jì)算的加速度與來自慣性數(shù)據(jù)邏輯組件425的慣性數(shù)據(jù)一致以校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)400。使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致包括計(jì)算位置傳感器405的俯仰和位置傳感器405與被跟蹤對象410之間的相對偏航。求解位置傳感器405的俯仰提供會(huì)促使位置傳感器與重力垂直地對準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)角。關(guān)于偏航，對象410最初具有未知航向。因此，對象410 的初始航向被任意地選作零的航向。計(jì)算對象410的初始零航向與位置傳感器405的航向之間的角(偏航)。然后可以修改對象410的零航向，使得其與位置傳感器405的航向?qū)?zhǔn)。 然后跟蹤系統(tǒng)400能夠通過使用例如設(shè)置在對象410內(nèi)的陀螺儀來監(jiān)視對象410從零航向的位移而檢測對象410指向的方向。能夠?qū)T性數(shù)據(jù)表示為第一組矢量，并且能夠?qū)⑺?jì)算的加速度表示為第二組矢量。所計(jì)算的加速度和慣性數(shù)據(jù)表示相同對象運(yùn)動(dòng)的不同測量結(jié)果。因此，所計(jì)算的加速度和慣性數(shù)據(jù)包括匹配的一組矢量，其中，第一組矢量中的每個(gè)矢量對應(yīng)于第二組矢量中的矢量。相應(yīng)的矢量具有相同的原點(diǎn)(origin)和相同的幅值。兩組矢量之間的唯一差別是在其中對其進(jìn)行測量的參考坐標(biāo)系。因此，可以通過找到對準(zhǔn)參考坐標(biāo)系所需的空間中的旋轉(zhuǎn)來使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致。在一個(gè)實(shí)施例中，其中，位置傳感器405的視場是未知的，還執(zhí)行比例變換以使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致。在一個(gè)實(shí)施例中，通過將矢量組之一的矢量旋轉(zhuǎn)多個(gè)潛在第一角度(表示俯仰)和多個(gè)潛在第二角度(表示偏航)來求解俯仰和偏航。可以嘗試潛在第一角度和潛在第二角度的許多不同組合。提供第一組矢量的旋轉(zhuǎn)矢量與第二組矢量的相應(yīng)矢量之間的最小差的潛在第一角度和潛在第二角度的組合是正確的第一和第二角度?？梢允褂锰荻认陆导夹g(shù)、部分最小二乘法(partial least squares)技術(shù)、最小二乘法擬合技術(shù)或其它誤差最小化技術(shù)來使被測試以找到正確的第一角度和第二角度的潛在第一角度和潛在第二角度的組合的數(shù)目最小化。包括對象運(yùn)動(dòng)的每個(gè)矢量Vi在第一組矢量中被表示為Vil且在第二組矢量中表示為vi2。對于第一組矢量中的所有矢量Vil而言，由基于第一和第二潛在角度的三維旋轉(zhuǎn)來變換矢量Vil，結(jié)束于已變換矢量Vil ’。然后找到用于每個(gè)矢量Vi的Vil ’和Vi2之間的差D0。 然后可以使用誤差最小化技術(shù)將該差組合。例如，可以對用于每個(gè)矢量對的差求平均值。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算第一組矢量的旋轉(zhuǎn)矢量Vil’與第二組矢量的匹配矢量Vi2之間的差的平均和。在另一實(shí)施例中，可以使用例如以下算法來計(jì)算平方差的和
D1S = Mi 1) 經(jīng)嘛Jlf' 1 - t,V2) · (!'Vlfr “聰(等式 4)
還可以使用其它誤差最小化技術(shù)來將矢量差組合。提供最小1)0的角θ是正確的三維角。因此，構(gòu)成三維角θ的潛在第一角度和潛在第二角度表示位置傳感器405的俯仰和位置傳感器405與對象410之間的相對偏航。哪組矢量被旋轉(zhuǎn)沒有關(guān)系，因?yàn)閮山M矢量之間的角度是相同的，無論哪組被旋轉(zhuǎn)。在另一實(shí)施例中，通過計(jì)算對準(zhǔn)坐標(biāo)系的三維旋轉(zhuǎn)來使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致?？梢杂奢S和角度來定義三維旋轉(zhuǎn)?？梢酝ㄟ^如下取第一組矢量Vil的矢量與第二
組矢量Vi2的矢量的叉積來求解用于三維旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸# κ .,X (等式 5)
'k .k Jk
還可以如下取Vil和Vi2的點(diǎn)積以找到表示Vil到Vi2上的投影的定標(biāo)器(scaler) s s = Mi -R2 (等式 6)
然后可以如下使用旋轉(zhuǎn)軸和標(biāo)量來求解三維旋轉(zhuǎn)角θ
# = arctaii- = arctaa(等式 7) rIil · t、+2
然后可以將三維旋轉(zhuǎn)分解成參考坐標(biāo)系中的任何一個(gè)以確定繞該參考坐標(biāo)系的每個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)角。例如，可以將三維旋轉(zhuǎn)投影到y(tǒng)z平面(χ軸與之垂直的平面)上以確定繞χ軸發(fā)生的旋轉(zhuǎn)量，然后可以將其投影到χζ平面(y軸與之垂直的平面)以確定繞y軸發(fā)生的旋轉(zhuǎn)量。如果三維角被投影到世界參考坐標(biāo)系中，則繞著與重力對準(zhǔn)的軸的旋轉(zhuǎn)是偏航，并且繞著與重力垂直的軸且在位置傳感器的成像平面中的旋轉(zhuǎn)是俯仰。可以使用例如三個(gè)正交矩陣、旋轉(zhuǎn)矩陣或四元數(shù)(quaternion)將三維旋轉(zhuǎn)分解成繞參考坐標(biāo)系的軸的旋轉(zhuǎn)。四元數(shù)形成相對于實(shí)數(shù)的四維賦范可除代數(shù)。四元數(shù)提供坐標(biāo)變換的有用表示，因?yàn)槠淠軌虮染仃囎儞Q更快地計(jì)算，并且從不丟失其正交性。旋轉(zhuǎn)的四元數(shù)表示被寫為四
維矢量
權(quán)利要求
1.一種校準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，包括隨著對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑用視頻游戲控制臺從位置傳感器接收被跟蹤對象的位置數(shù)據(jù)；隨著被跟蹤對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑用視頻游戲控制臺接收與被跟蹤對象相對應(yīng)的慣性數(shù)據(jù)；將位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成位置傳感器的三維坐標(biāo)系；在位置傳感器的三維坐標(biāo)系中計(jì)算被跟蹤對象的加速度；以及使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，所述位置傳感器是視頻照相機(jī)，其中，所述位置數(shù)據(jù)包括多個(gè)圖像位置和圖像尺寸，并且其中，轉(zhuǎn)換位置數(shù)據(jù)包括基于相應(yīng)的圖像尺寸和視頻照相機(jī)的視場將所述多個(gè)圖像位置中的每一個(gè)轉(zhuǎn)換成位置傳感器的三維坐標(biāo)系。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，所述豐富運(yùn)動(dòng)路徑包括朝向位置傳感器的運(yùn)動(dòng)或遠(yuǎn)離位置傳感器的運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，所述豐富運(yùn)動(dòng)引起超過最小加速度閾值的加速度。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，被跟蹤對象隨著其穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑保持近似固定的俯仰和滾轉(zhuǎn)，所述近似固定的俯仰和滾轉(zhuǎn)使得能夠在不將慣性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維世界坐標(biāo)系的情況下使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致。
6.權(quán)利要求1的方法，還包括將接收到的慣性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維世界坐標(biāo)系，并且所述三維世界坐標(biāo)系具有與重力對準(zhǔn)的軸。
7.權(quán)利要求1的方法，其中，所述慣性數(shù)據(jù)包括第一組矢量且所計(jì)算的加速度包括第二組矢量，并且其中，使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致包括確定第一組矢量與第二組矢量之間的表示位置傳感器的俯仰的第一角度；以及確定第一組矢量與第二組矢量之間的表示位置傳感器與被跟蹤對象之間的相對偏航的第二角度。
8.權(quán)利要求7的方法，其中，使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致還包括選擇多個(gè)潛在第一角度和多個(gè)潛在第二角度；使所述第一組矢量旋轉(zhuǎn)所述多個(gè)潛在第一角度中的一個(gè)和所述多個(gè)潛在第二角度中的一個(gè)的每個(gè)組合；針對所述多個(gè)潛在第一角度中的一個(gè)和所述多個(gè)潛在第二角度中的一個(gè)的每個(gè)組合， 找到已旋轉(zhuǎn)第一組矢量與第二組矢量之間的差；以及將引起已旋轉(zhuǎn)第一組矢量和第二組矢量之間的最小差的第一潛在角度和第二潛在角度的組合識別為第一角度和第二角度。
9.權(quán)利要求7的方法，其中，使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致還包括確定第一組矢量與第二組矢量之間的三維角度；以及將三維角度分解成第一角度和第二角度。
10.權(quán)利要求7的方法，還包括對于第一組矢量和第二組矢量中的每個(gè)矢量而言，如果矢量具有小于最小閾值的幅值，則將其過濾出來。
11.權(quán)利要求7的方法，還包括基于矢量的幅值對第一組矢量和第二組矢量中的每個(gè)矢量加權(quán)，其中，具有較高幅值的矢量被比具有較低幅值的矢量更重度地加權(quán)。
12.權(quán)利要求7的方法，還包括將第一組矢量的每個(gè)矢量的幅值與來自第二組矢量的時(shí)間上接近的矢量相比較；以及如果第一組矢量的第一矢量在幅值上近似等于第二組矢量的在時(shí)間上接近的第二矢量，則確定第一矢量表示三維世界坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)且第二矢量表示位置傳感器的三維坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)。
13.權(quán)利要求1的方法，其中，所述位置傳感器是照相機(jī)、Z照相機(jī)、超聲波傳感器或光子傳感器中的一個(gè)。
14.權(quán)利要求1的方法，其中，由具有從被跟蹤對象的質(zhì)心的固定位移的慣性傳感器來收集慣性數(shù)據(jù)，所述方法還包括基于由陀螺儀提供的測量結(jié)果和加速度計(jì)與質(zhì)心之間的已知距離對慣性數(shù)據(jù)或所計(jì)算的加速度中的一個(gè)施加偏移，其中，所述偏移補(bǔ)償固定位移。
15.權(quán)利要求1的方法，其中，所述位置傳感器的視場是未知的，所述方法還包括 求解位置傳感器的視場。
16.權(quán)利要求14的方法，其中，求解視場包括 假設(shè)一個(gè)或多個(gè)潛在視場；對于每個(gè)潛在視場而言，嘗試使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致；以及識別潛在視場作為位置傳感器的視場，對于該潛在視場而言，慣性數(shù)據(jù)最好地能夠與所計(jì)算的加速度一致。
17.一種計(jì)算照相機(jī)的視場的方法，包括接收球體的圖像數(shù)據(jù)，該圖像數(shù)據(jù)包括球體到照相機(jī)的圖像平面上的橢圓形投影； 根據(jù)圖像數(shù)據(jù)來確定球體在照相機(jī)的圖像平面中的位置； 計(jì)算橢圓形投影的長軸和短軸；基于球體的位置和在長軸和短軸之間的差來計(jì)算照相機(jī)的視場；以及使用視場來在三維空間中跟蹤球體。
18.權(quán)利要求17的方法，其中，所述照相機(jī)具有多個(gè)已知視場設(shè)置。
19.權(quán)利要求18的方法，還包括將所計(jì)算的視場與多個(gè)已知固定視場設(shè)置中的每一個(gè)相比較；以及確定照相機(jī)的當(dāng)前視場等于最接近于所計(jì)算的視場的固定視場設(shè)置。
20.—種包括指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述指令在被處理系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)促使處理系統(tǒng)執(zhí)行一種方法，包括隨著對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑從設(shè)備位置傳感器接收被跟蹤對象的位置數(shù)據(jù)； 隨著被跟蹤對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑接收與被跟蹤對象相對應(yīng)的慣性數(shù)據(jù)； 將位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成位置傳感器的三維坐標(biāo)系； 在位置傳感器的三維坐標(biāo)系中計(jì)算被跟蹤對象的加速度；以及使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致。
21.權(quán)利要求20的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，所述位置傳感器是視頻照相機(jī)，其中， 所述位置數(shù)據(jù)包括多個(gè)圖像位置和圖像尺寸，并且其中，轉(zhuǎn)換位置數(shù)據(jù)包括基于相應(yīng)的圖像尺寸和視頻照相機(jī)的視場將所述多個(gè)圖像位置中的每一個(gè)轉(zhuǎn)換成位置傳感器的三維坐標(biāo)系。
22.權(quán)利要求20的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，所述慣性數(shù)據(jù)包括第一組矢量且所計(jì)算的加速度包括第二組矢量，并且其中，使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致包括確定第一組矢量與第二組矢量之間的表示位置傳感器的俯仰的第一角度；以及確定第一組矢量與第二組矢量之間的表示位置傳感器與被跟蹤對象之間的相對偏航的第二角度。
23.權(quán)利要求20的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，所述位置傳感器的視場是未知的，并且其中，被跟蹤對象是球體，所述方法還包括求解位置傳感器的視場，其中，求解視場包括接收球體的圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)包括球體到位置傳感器的圖像平面上的橢圓形投影；根據(jù)圖像數(shù)據(jù)來確定球體在位置傳感器的圖像平面中的位置； 計(jì)算橢圓形投影的長軸和短軸；基于球體的位置和在長軸和短軸之間的差來計(jì)算位置傳感器的視場。
24.一種跟蹤系統(tǒng)，包括被跟蹤對象，包括一個(gè)或多個(gè)慣性傳感器，所述被跟蹤對象用以隨著被跟蹤對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑收集慣性數(shù)據(jù)，并將慣性數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算設(shè)備；設(shè)備位置傳感器，用以隨著對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑收集被跟蹤對象的位置數(shù)據(jù)，并將位置數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算設(shè)備；以及計(jì)算設(shè)備，用以接收慣性數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)，將位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成位置傳感器的三維坐標(biāo)系，在位置傳感器的三維坐標(biāo)系中計(jì)算被跟蹤對象的加速度，并使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致。
25.權(quán)利要求M的跟蹤系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器是視頻照相機(jī)，其中，所述位置數(shù)據(jù)包括多個(gè)圖像位置和圖像尺寸，并且其中，轉(zhuǎn)換位置數(shù)據(jù)包括基于相應(yīng)的圖像尺寸和視頻照相機(jī)的視場將所述多個(gè)圖像位置中的每一個(gè)轉(zhuǎn)換成位置傳感器的三維坐標(biāo)系。
26.權(quán)利要求25的跟蹤系統(tǒng)，其中，所述豐富運(yùn)動(dòng)路徑包括朝向位置傳感器的運(yùn)動(dòng)或遠(yuǎn)離位置傳感器的運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)。
27.權(quán)利要求25的跟蹤系統(tǒng)，其中，所述豐富運(yùn)動(dòng)引起超過最小加速度閾值的加速度。
28.權(quán)利要求25的跟蹤系統(tǒng)，還包括計(jì)算設(shè)備，用以將接收到的慣性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維世界坐標(biāo)系，所述三維世界坐標(biāo)系具有與重力對準(zhǔn)的軸。
29.權(quán)利要求25的跟蹤系統(tǒng)，其中，所述慣性數(shù)據(jù)包括第一組矢量且所計(jì)算的加速度包括第二組矢量，并且其中，使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致包括確定第一組矢量與第二組矢量之間的表示位置傳感器的俯仰的第一角度；以及確定第一組矢量與第二組矢量之間的表示位置傳感器與被跟蹤對象之間的相對偏航的第二角度。
30.權(quán)利要求四的跟蹤系統(tǒng)，其中，使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致還包括選擇多個(gè)潛在第一角度和多個(gè)潛在第二角度；使所述第一組矢量旋轉(zhuǎn)所述多個(gè)潛在第一角度中的一個(gè)和所述多個(gè)潛在第二角度中的一個(gè)的每個(gè)組合；針對所述多個(gè)潛在第一角度中的一個(gè)和所述多個(gè)潛在第二角度中的一個(gè)的每個(gè)組合， 找到已旋轉(zhuǎn)第一組矢量與第二組矢量之間的差；以及將引起已旋轉(zhuǎn)第一組矢量和第二組矢量之間的最小差的第一潛在角度和第二潛在角度的組合識別為第一角度和第二角度。
31.權(quán)利要求四的跟蹤系統(tǒng)，其中，使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致還包括 確定第一組矢量與第二組矢量之間的三維角度；以及將三維角度分解成第一角度和第二角度。
32.權(quán)利要求四的跟蹤系統(tǒng)，還包括計(jì)算設(shè)備，用以濾出具有比最小閾值小的幅值的第一組矢量和第二組矢量中的每個(gè)矢量。
33.權(quán)利要求四的跟蹤系統(tǒng)，還包括計(jì)算設(shè)備，用以基于矢量的幅值對第一組矢量和第二組矢量中的每個(gè)矢量加權(quán)，其中， 具有較高幅值的矢量被比具有較低幅值的矢量更重度地加權(quán)。
34.權(quán)利要求四的跟蹤系統(tǒng)，還包括計(jì)算設(shè)備，用以將第一組矢量的每個(gè)矢量的幅值與來自第二組矢量的時(shí)間上接近的矢量相比較，并且如果第一組矢量的第一矢量在幅值上近似等于第二組矢量的在時(shí)間上接近的第二矢量，則確定第一矢量表示三維世界坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)且第二矢量表示位置傳感器的三維坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)。
35.權(quán)利要求25的跟蹤系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器是照相機(jī)、Z照相機(jī)、超聲波傳感器或光子傳感器中的一個(gè)。
36.權(quán)利要求25的跟蹤系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)慣性傳感器具有從被跟蹤對象的質(zhì)心的固定位移，所述跟蹤系統(tǒng)還包括計(jì)算設(shè)備，用以基于由陀螺儀提供的測量結(jié)果和加速度計(jì)與質(zhì)心之間的已知距離來向慣性數(shù)據(jù)或所計(jì)算的加速度中的一個(gè)施加偏移，其中，所述偏移補(bǔ)償固定位移。
37.權(quán)利要求25的跟蹤系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器的視場是未知的，還包括 計(jì)算設(shè)備，用以求解位置傳感器的視場。
38.權(quán)利要求37的跟蹤系統(tǒng)，其中，求解視場包括 假設(shè)一個(gè)或多個(gè)潛在視場；對于每個(gè)潛在視場而言，嘗試使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致；以及識別潛在視場作為位置傳感器的視場，對于該潛在視場而言，慣性數(shù)據(jù)最好地能夠與所計(jì)算的加速度一致。
39.一種跟蹤系統(tǒng)，包括球體，其包括一個(gè)或多個(gè)慣性傳感器，所述球體具有已知半徑； 照相機(jī)，用以收集球體的圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算設(shè)備，所述圖像數(shù)據(jù)包括球體到照相機(jī)的圖像平面上的橢圓形投影；以及計(jì)算設(shè)備，用以接收圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)該圖像數(shù)據(jù)來確定球體在照相機(jī)的圖像平面中的位置，計(jì)算橢圓形投影的長軸和短軸，基于球體的位置和長軸與短軸之間的差來計(jì)算照相機(jī)的視場，并使用該視場來跟蹤三維空間中的球體。
40.權(quán)利要求39的跟蹤系統(tǒng)，其中，所述照相機(jī)具有多個(gè)已知視場設(shè)置，還包括 計(jì)算設(shè)備，用以將所計(jì)算的視場與多個(gè)已知固定視場設(shè)置中的每一個(gè)相比較，并確定照相機(jī)的當(dāng)前視場等于最接近于所計(jì)算的視場的固定視場設(shè)置。
全文摘要
為了校準(zhǔn)位置傳感器，隨著被跟蹤對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑接收被跟蹤對象的多個(gè)圖像位置和圖像尺寸。隨著被跟蹤對象穿過豐富運(yùn)動(dòng)路徑從被跟蹤對象接收慣性數(shù)據(jù)?；谙鄳?yīng)的圖像尺寸和位置傳感器的視場將所述多個(gè)圖像位置中的每一個(gè)轉(zhuǎn)換成位置傳感器的三維坐標(biāo)系。在位置傳感器的三維坐標(biāo)系中計(jì)算被跟蹤對象的加速度。使慣性數(shù)據(jù)與所計(jì)算的加速度一致，校準(zhǔn)位置傳感器。
文檔編號H04N17/00GK102257830SQ200980150534
公開日2011年11月23日 申請日期2009年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者拉森 E., L. 馬克斯 R. 申請人:索尼電腦娛樂公司