本實(shí)用新型涉及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備及其定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

VR(Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí))室內(nèi)定位技術(shù)可以定位VR頭顯及手柄等VR設(shè)備在空間的實(shí)時(shí)位置，具有空間定位的VR設(shè)備不僅能更好地提供沉浸感，其產(chǎn)生的眩暈感也會(huì)大幅降低，整個(gè)畫面可以像現(xiàn)實(shí)世界中一樣根據(jù)我們的移動(dòng)而真的動(dòng)起來。所以說，室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)于VR桌面虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備非常重要。

目前典型定位技術(shù)的代表主要有激光定位技術(shù)、光學(xué)定位技術(shù)，其中，HTCvive所用的Lighthouse技術(shù)屬于激光定位技術(shù)，Oculus Rift以及索尼PlayStationVR所用的定位技術(shù)屬于光學(xué)定位技術(shù)，其中Oculus Rift是紅外主動(dòng)式光學(xué)技術(shù)，索尼PlayStation VR則是可見光主動(dòng)式光學(xué)技術(shù)。

1、HTC Vive的Lighthouse室內(nèi)定位技術(shù)

HTC的Lighthouse室內(nèi)定位技術(shù)屬于激光掃描定位技術(shù)，靠激光和光敏傳感器來確定運(yùn)動(dòng)物體的位置。兩個(gè)激光發(fā)射器被安置在對(duì)角，形成大小可調(diào)的長方形區(qū)域。激光束由發(fā)射器里面的兩排固定LED燈發(fā)出，每秒6次。每個(gè)激光發(fā)射器內(nèi)有兩個(gè)掃描模塊，分別在水平和垂直方向輪流對(duì)定位空間發(fā)射激光掃描定位空間。

HTC Vive頭顯和手柄上有超過70個(gè)光敏傳感器。通過計(jì)算接收激光的時(shí)間來計(jì)算傳感器位置相對(duì)于激光發(fā)射器的準(zhǔn)確位置，通過多個(gè)光敏傳感器可以探測出頭顯的位置及方向。

2、Oculus Rift的定位技術(shù)

Oculus Rift采用的是主動(dòng)式光學(xué)定位技術(shù)。Oculus Rift設(shè)備上會(huì)隱藏著一些紅外燈(即為標(biāo)記點(diǎn))，這些紅外燈向外發(fā)射紅外光，并用兩臺(tái)紅外攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝。所謂的紅外攝像機(jī)就是在攝像機(jī)外加裝紅外光濾波片，這樣攝像機(jī)只能拍攝到頭顯以及手柄(Oculus touch)上紅外燈，從而過濾掉頭顯及手柄周圍環(huán)境的可見光信號(hào)，提高了獲得圖像的信噪比，增加了系統(tǒng)的魯棒性。

此外，Oculus Rift產(chǎn)品還配備了九軸傳感器，在紅外光學(xué)定位發(fā)生遮擋或者模糊時(shí)，利用九軸傳感器來計(jì)算設(shè)備的空間位置信息。由于九軸會(huì)存在明顯的零偏和漂移，那在紅外光學(xué)定位系統(tǒng)可以正常工作時(shí)又可以利用其所獲得的定位信息校準(zhǔn)九軸所獲得的信息，使得紅外光學(xué)定位與九軸相互彌補(bǔ)。

3、PlayStation VR的定位技術(shù)

PlayStation VR采用的也是光學(xué)定位，不同于Oculus Rift的是，它采用的是可見光主動(dòng)式光學(xué)定位技術(shù)。

PlayStation VR設(shè)備采用體感攝像頭和類似之前PS Move的彩色發(fā)光物體追蹤，去定位人頭部和控制器的位置。頭顯和手柄上會(huì)放LED燈球，每個(gè)手柄、頭顯上各裝配一個(gè)。這些LED光球可以自行發(fā)光，且不同光球所發(fā)的光顏色不同，這樣在攝像頭拍攝時(shí)，光球與背景環(huán)境、各個(gè)光球之間都可以很好的區(qū)分。PS4采用了體感攝像頭，即雙目攝像頭，利用兩個(gè)攝像頭拍攝到的圖片計(jì)算光球的空間三維坐標(biāo)。

現(xiàn)有技術(shù)的不足在于：需要使虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備具備較多功能才能在定位過程中實(shí)現(xiàn)定位，增加了虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的重量、體積及耗電。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備及其定位系統(tǒng)，用以解決虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行空間定位時(shí)，增加了虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的重量、體積及耗電的問題。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，包括：至少一個(gè)反光體，其中：

反光體設(shè)置于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備表面，所述反光體由反光材料制成。

較佳地，在任一視角下，至少有4個(gè)反光體可視。

較佳地，在任一視角下，可視的4個(gè)反光體位于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的至少兩個(gè)平面上。

較佳地，進(jìn)一步包括：

無線通信模塊，用于與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

較佳地，所述虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備為以下任一設(shè)備：虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，虛擬現(xiàn)實(shí)手套，虛擬現(xiàn)實(shí)手柄。

較佳地，所述反光材料為反光膜或反光粉。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種確定虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體位置的定位系統(tǒng)，包括：攝像機(jī)、圖像處理設(shè)備及所述的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備；其中：

所述攝像機(jī)，用于獲取包含所述虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的圖像；

所述圖像處理設(shè)備，用于確定所述攝像機(jī)采集的圖像中的反光點(diǎn)部分，所述反光點(diǎn)部分是因反光體反射的光線而形成的圖像；根據(jù)所述反光點(diǎn)部分確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系；根據(jù)所述位置關(guān)系確定被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置。

較佳地，所述攝像機(jī)，進(jìn)一步包括對(duì)所述虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行照射的輔助光源設(shè)備。

較佳地，所述輔助光源設(shè)備為紅外線發(fā)射設(shè)備。

較佳地，所述攝像機(jī)為紅外攝像機(jī)。

本實(shí)用新型有益效果如下：

在本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案中，提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，包括：至少一個(gè)反光體，反光體設(shè)置于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備表面，反光體由反光材料制成，可以反射照射的光線，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備僅需要貼上反光體，不需要附加發(fā)光物體。

相應(yīng)的，還進(jìn)一步提供了確定虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體位置的定位系統(tǒng)，包括攝像機(jī)、圖像處理設(shè)備及虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，所述攝像機(jī)，用于獲取包含所述虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的圖像；圖像處理設(shè)備，用于確定所述攝像機(jī)采集的圖像中的反光點(diǎn)部分，反光點(diǎn)部分是因反光體反射的光線而形成的圖像；根據(jù)反光點(diǎn)部分確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系；根據(jù)位置關(guān)系確定被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置。

由于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備貼有由反光材料制成的反光體，因而不需要安裝額外的電子器件，如：傳感器，發(fā)光設(shè)備等，然后就可以在利用攝像機(jī)獲取虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的圖像后，確定圖像中因反光體反射的光線而形成的反光點(diǎn)部分，根據(jù)反光點(diǎn)部分確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系，并根據(jù)所述位置關(guān)系確定被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置，因此，僅僅只需要給虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備貼上反光材料制成的反光體即可在虛擬現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的定位，無疑，本申請(qǐng)不僅可以對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行空間定位的同時(shí)不增加它的重量、體積和耗電，還提供了一種廉價(jià)而靈活的定位方案。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中確定虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體位置的方法實(shí)施流程示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中應(yīng)用場景示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體空間定位方法實(shí)施流程示意圖(a)；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例中虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體空間定位方法實(shí)施流程示意圖(b)；

圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例中確定虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體位置的定位系統(tǒng)示意圖；

圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例中虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備定位系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

發(fā)明人在發(fā)明過程中注意到：

目前的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，比如虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔、虛擬現(xiàn)實(shí)手套、虛擬現(xiàn)實(shí)手柄等，其中有一種是不用電纜與電腦連接的，它可以獨(dú)立工作，受限于自身的處理能力，一般只能檢測到自身的旋轉(zhuǎn)并計(jì)算出與X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸之間的角度，但不能準(zhǔn)確計(jì)算出自己在空間中的位置(三維坐標(biāo))，影響了用戶體驗(yàn)。

有些定位系統(tǒng)為了能進(jìn)行空間定位，在虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備上附加了發(fā)光物體，但由于是主動(dòng)的電子發(fā)光系統(tǒng)，體積大、重量大、耗電，給用戶使用造成了不便。

可見，現(xiàn)有技術(shù)的不足在于：虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行空間定位時(shí)，增加了虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的重量、體積及耗電。

然而，另一方面，虛擬現(xiàn)實(shí)刮起的風(fēng)暴如今已經(jīng)愈演愈烈，從形形色色的頭盔和眼鏡，到各種奇思妙想的交互設(shè)備，但VR頭盔和眼鏡的水準(zhǔn)參差不齊；VR對(duì)系統(tǒng)配置的要求很高，相關(guān)設(shè)備隨身穿戴不易。因此，現(xiàn)有的技術(shù)中亟需一種廉價(jià)而靈活的定位方案。這里所說的定位，就是確定參與者在場館中的空間位置，并反饋到所有參與的玩家和服務(wù)器上。

基于此，本實(shí)用新型實(shí)施例中提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備及其定位系統(tǒng)的方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖1為確定虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體位置的方法實(shí)施流程示意圖，如圖所示，可以包括如下步驟：

步驟101、利用攝像機(jī)獲取被跟蹤物體的圖像，所述被跟蹤物體貼有由反光材料制成的反光體；

步驟102、確定所述圖像中的反光點(diǎn)部分，所述反光點(diǎn)部分是因反光體反射的光線而形成的圖像；

步驟103、根據(jù)所述反光點(diǎn)部分確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系；

步驟104、根據(jù)所述位置關(guān)系確定被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置。

在現(xiàn)有技術(shù)中，不管是被動(dòng)的(如HTC Vive頭顯和手柄上有超過70個(gè)光敏傳感器)還是主動(dòng)的(如Oculus Rift設(shè)備上向外發(fā)射紅外光)，都需要大量電子元器件才能實(shí)現(xiàn)其功能，而在本申請(qǐng)中，被跟蹤物體貼有由反光材料制成的反光體，一方面，被跟蹤物體不需要具備較多功能，不需要增加額外的器件，僅貼有反光體即可；另一方面，反光體十分輕便，幾乎不增加重量和體積，采用反光體可以減輕被跟蹤物體的體積、重量。貼好反光體后，攝像機(jī)拍攝被跟蹤物體，并將圖像傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，攝像機(jī)可固定在一個(gè)位置。

容易看出，采用本申請(qǐng)方案后，一個(gè)可以預(yù)見的效果是，減少了被跟蹤物體側(cè)的負(fù)擔(dān)，許多潛在的處理將可以布置在可以包含強(qiáng)大計(jì)算處理設(shè)備的另一側(cè)，這將使得對(duì)被跟蹤物體一側(cè)的要求無限降低，而可以強(qiáng)化另一側(cè)的數(shù)據(jù)處理，為集中式的數(shù)據(jù)處理等打下基礎(chǔ)，使得定位系統(tǒng)的使用更容易部署。

被跟蹤物體可以為虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，具體為虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，下面進(jìn)行說明。

圖2為虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備示意圖，包括：至少一個(gè)反光體201，其中：

反光體設(shè)置于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備表面，所述反光體由反光材料制成。

反光體由反光材料制成，反光材料也稱逆反射材料。逆反射是反射光線從接近入射光線的反方向返回的一種反射。利用反光材料反射光線，成本低廉且行之有效。

實(shí)施中，在任一視角下，至少有4個(gè)反光體可視。

具體的，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備上貼有多個(gè)反光體，無論虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備怎么移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，都要保證至少有4個(gè)反光體可視。

實(shí)施中，在任一視角下，可視的4個(gè)反光體位于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的至少兩個(gè)平面上。

具體的，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備上貼有多個(gè)反光體，無論虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備怎么移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，都要保證可視的4個(gè)反光體位于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的至少兩個(gè)平面上。

實(shí)施中，進(jìn)一步包括：

無線通信模塊202，用于與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

具體的，對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備來說，如果用戶一邊走動(dòng)，一邊體驗(yàn)的話，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備與電腦連線會(huì)使用戶行動(dòng)受限，需要注意連接的線，以防被絆倒。因而可以增加無線通信模塊，可以與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以無線傳輸取代有線傳輸。

實(shí)施中，所述虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備為以下任一設(shè)備：虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，虛擬現(xiàn)實(shí)手套，虛擬現(xiàn)實(shí)手柄。

實(shí)施中，所述反光材料為反光膜或反光粉。

具體的，反光材料可以為反光膜或反光粉，反光膜是一種已制成薄膜可直接應(yīng)用的逆反射材料，通常有白色、黃色、紅色、綠色、藍(lán)色、棕色、橙色、熒光黃色、熒光橙色、熒光黃綠色，國外還有熒光紅色和熒光粉色；反光粉由一種玻璃為主粉體材料生產(chǎn)而成，顏色有銀灰色和白色。此處反光材料不局限于反光膜或反光粉，能夠反射光線的逆反射材料都可以實(shí)施。

下面以虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔為例進(jìn)行說明。

圖3為虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔示意圖，如圖所示，虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔表面貼有反光體，反光體由反光材料制成，反光體可由反光膜或反光粉制成。無論虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔怎樣移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，都有至少4個(gè)反光體可視，而且這4個(gè)反光體不在被跟蹤物體的同一平面上。

實(shí)施中，進(jìn)一步包括：利用輔助光源照射被跟蹤物體。

具體的，若反光體在可見光照射下亮度、區(qū)分度不夠，則在攝像頭處增加輔助光源，用以提高反光體在攝像頭中的亮度和區(qū)分度。

實(shí)施中，所述輔助光源為紅外光源。

具體的，輔助光源可以為發(fā)射紅外線的光源，或者，攝像頭可采用紅外攝像頭。

對(duì)于步驟102的實(shí)施，貼在被跟蹤物體上的反光體反射光線(可見光或紅外光)，在圖像中形成反光點(diǎn)。對(duì)圖像中的反光點(diǎn)部分進(jìn)行預(yù)處理，使得反光點(diǎn)部分的特征易提取，獲取預(yù)處理后的圖像中反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)。

實(shí)施中，所述反光體有多個(gè)；

每一反光體因反射的光線在所述反光點(diǎn)部分中形成一個(gè)反光圖像；

所述反光點(diǎn)部分包括至少4個(gè)反光圖像。

具體的，被跟蹤物體上貼有多個(gè)反光體，無論被跟蹤物體怎么移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，都要保證采集的圖像中包括至少4個(gè)反光圖像。反光圖像是由反光體反射光線而形成的。

實(shí)施中，所述反光點(diǎn)部分包括的至少4個(gè)反光圖像對(duì)應(yīng)的各反光體不在同一平面上。

具體的，被跟蹤物體上貼有多個(gè)反光體，無論被跟蹤物體怎么移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，都要保證采集的圖像中包括的至少4個(gè)反光圖像對(duì)應(yīng)的反光體不在同一平面上。

對(duì)于步驟103的實(shí)施，根據(jù)反光點(diǎn)部分中各反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)得到攝像機(jī)坐標(biāo)系下被跟蹤物體質(zhì)心的三維坐標(biāo)，也即被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。

實(shí)施中，所述根據(jù)所述反光點(diǎn)部分確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系，具體包括：

確定所述反光點(diǎn)部分包括的至少4個(gè)反光圖像的圖像坐標(biāo)；

確定所述反光點(diǎn)部分包括的至少4個(gè)反光圖像對(duì)應(yīng)的各反光體的相對(duì)位置；

根據(jù)所述圖像坐標(biāo)和所述相對(duì)位置確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。

具體的，根據(jù)反光點(diǎn)部分中至少4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)，以及這4個(gè)反光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反光體的相對(duì)位置，得到攝像機(jī)坐標(biāo)系下被跟蹤物體質(zhì)心的三維坐標(biāo)，也即被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。

實(shí)施中，所述根據(jù)所述圖像坐標(biāo)和所述相對(duì)位置確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系，具體包括：

根據(jù)所述圖像坐標(biāo)和所述相對(duì)位置確定的所述各反光體的空間幾何關(guān)系，確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系；

或，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法得到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將所述圖像坐標(biāo)輸入所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。

具體的，可以通過以下兩種方案確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。

方案一：根據(jù)單目視覺圖像中4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)和被跟蹤物體的定位標(biāo)志點(diǎn)(對(duì)應(yīng)的4個(gè)反光體)的幾何信息利用空間投影法反算出被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。具體的，確定4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)，首先獲取以像素為單位的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)(u₁,v₁),(u₂,v₂),(u₃,v₃),(u₄,v₄)，再將該坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為以mm為單位的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)(X₁,Y₁),(X₂,Y₂),(X₃,Y₃),(X₄,Y₄)。根據(jù)4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)和這4個(gè)反光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各反光體的相對(duì)位置，利用空間投影法反算出被跟蹤物體在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)。

方案二：利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法得到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將單目視覺圖像中4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)輸入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，便可得到被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。

上述兩個(gè)方案是以單目攝像機(jī)為例進(jìn)行的說明，在具體實(shí)施中不限于單目攝像機(jī)，雙目攝像機(jī)、多攝像機(jī)也可以實(shí)施，具體的空間投影法或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

實(shí)施中，所述采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法得到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，具體包括：

采集被跟蹤物體的圖像得到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型數(shù)據(jù)樣本的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)為反光點(diǎn)部分包括的至少4個(gè)反光圖像的圖像坐標(biāo)，所述輸出數(shù)據(jù)為被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系；

根據(jù)所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型數(shù)據(jù)樣本的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練得到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

具體的，首先采集跟蹤物體的圖像得到訓(xùn)練樣本，將訓(xùn)練樣本的數(shù)據(jù)加到網(wǎng)絡(luò)輸入端，同時(shí)將相應(yīng)的期望輸出與網(wǎng)絡(luò)輸出相比較，得到誤差信號(hào)，以此控制權(quán)值連接強(qiáng)度的調(diào)整，經(jīng)多次訓(xùn)練后收斂到一個(gè)確定的權(quán)值，得到確定的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

實(shí)施中，所述圖像坐標(biāo)是利用特征提取算法確定的。

具體的，利用特征提取算法提取圖像中反光點(diǎn)部分的反光圖像的特征，并得到中心像素點(diǎn)的圖像坐標(biāo)。

實(shí)施中，所述特征提取算法提取的反光圖像的特征為顏色特征和/或邊緣特征。

具體的，可以通過提取反光圖像的顏色特征來識(shí)別反光點(diǎn)，和/或，通過提取反光圖像的邊緣特征來識(shí)別反光點(diǎn)。在具體實(shí)施中，并不局限于這兩種特征，只要能識(shí)別出反光點(diǎn)的特征都可以。

對(duì)于步驟104的實(shí)施，將被跟蹤物體在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)。

實(shí)施中，根據(jù)所述位置關(guān)系確定被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置，具體包括：

對(duì)所述攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定；

獲取攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)；

根據(jù)所述位置關(guān)系和所述攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)確定被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置。

實(shí)施中，所述攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)包括旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量。

具體的，根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量將攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)，也即虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置(被跟蹤物體質(zhì)心在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的坐標(biāo)，以及與三個(gè)坐標(biāo)軸的夾角)。

為了更清楚地理解本實(shí)用新型，下面以具體實(shí)施例進(jìn)行說明。

實(shí)施例1

圖4為應(yīng)用場景示意圖，如圖所示，單目攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，玩家持有虛擬現(xiàn)實(shí)手柄，虛擬現(xiàn)實(shí)手柄表面貼有反光體，反光體可由反光膜或反光粉制成。無論被跟蹤物體怎樣移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，都有至少4個(gè)反光體可視，而且這4個(gè)反光體不在同一平面上。被跟蹤物體按照要求貼好反光體后，按照?qǐng)D5的步驟進(jìn)行空間定位，并反饋到所有參與的玩家和服務(wù)器上。

圖5為虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體空間定位方法實(shí)施流程示意圖(a)，如圖所示，可以包括如下步驟：

步驟501、攝像機(jī)拍攝被跟蹤物體，并將圖像傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；

步驟502、對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，獲取預(yù)處理后的圖像中4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)；

步驟503、獲取這4個(gè)反光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各反光體的相對(duì)位置；

步驟504、根據(jù)4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)以及這4個(gè)反光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各反光體的相對(duì)位置并利用空間投影法反算出被跟蹤物體質(zhì)心在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)；

步驟505、根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量將攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)，并求出被跟蹤物體質(zhì)心在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的坐標(biāo)，以及與三個(gè)坐標(biāo)軸的夾角。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的應(yīng)用場景與實(shí)施例1相同，被跟蹤物體貼反光體的要求也相同，被跟蹤物體按照要求貼好反光體后，按照?qǐng)D6的步驟進(jìn)行空間定位，并反饋到所有參與的玩家和服務(wù)器上。

圖6為虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體空間定位方法實(shí)施流程示意圖(b)，如圖所示，可以包括如下步驟：

步驟601、攝像機(jī)拍攝被跟蹤物體，并將圖像傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；

步驟602、對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，獲取預(yù)處理后的圖像中4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)；

步驟603、利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法得到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

對(duì)于步驟603的實(shí)施，首先采集跟蹤物體的圖像得到訓(xùn)練樣本，將訓(xùn)練樣本的數(shù)據(jù)加到網(wǎng)絡(luò)輸入端，同時(shí)將相應(yīng)的期望輸出與網(wǎng)絡(luò)輸出相比較，得到誤差信號(hào)，以此控制權(quán)值連接強(qiáng)度的調(diào)整，經(jīng)多次訓(xùn)練后收斂到一個(gè)確定的權(quán)值。當(dāng)樣本情況發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)學(xué)習(xí)可以修改權(quán)值以適應(yīng)新的環(huán)境。

步驟604、將4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)輸入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到被跟蹤物體質(zhì)心在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)；

步驟605、根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量將攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)，并求出被跟蹤物體質(zhì)心在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的坐標(biāo)，以及與三個(gè)坐標(biāo)軸的夾角。

下面詳細(xì)介紹確定虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體位置的定位系統(tǒng)是如何利用上述圖2中的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行空間定位。

圖7為確定虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體位置的定位系統(tǒng)示意圖，包括：攝像機(jī)701、圖像處理設(shè)備702及所述的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備703；虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備703與圖2中的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)相同，其中：

所述攝像機(jī)，用于獲取包含所述虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的圖像；

所述圖像處理設(shè)備，用于確定所述攝像機(jī)采集的圖像中的反光點(diǎn)部分，所述反光點(diǎn)部分是因反光體反射的光線而形成的圖像；根據(jù)所述反光點(diǎn)部分確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系；根據(jù)所述位置關(guān)系確定被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置。

具體的，攝像機(jī)701與圖像處理設(shè)備702相連，攝像機(jī)701拍攝虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備703，并將圖像傳送給圖像處理設(shè)備702進(jìn)行處理。攝像機(jī)701可固定在一個(gè)位置。

可以看出，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備無需增加額外的發(fā)光器件，僅需貼有反光體即可，反光體十分輕便，幾乎不增加重量和體積，而且減少了虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的負(fù)擔(dān)，更多數(shù)據(jù)處理的任務(wù)交由圖像處理設(shè)備進(jìn)行處理，這將使得對(duì)被跟蹤物體一側(cè)的要求無限降低，而可以強(qiáng)化另一側(cè)的數(shù)據(jù)處理，為集中式的數(shù)據(jù)處理等打下基礎(chǔ)，使得定位系統(tǒng)的使用更容易部署。

實(shí)施中，所述攝像機(jī)，進(jìn)一步包括對(duì)所述虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行照射的輔助光源設(shè)備704。

具體的，若反光體在可見光照射下亮度、區(qū)分度不夠，則在攝像頭處增加輔助光源設(shè)備進(jìn)行照射，用以提高反光體在攝像頭中的亮度和區(qū)分度。

實(shí)施中，所述輔助光源設(shè)備為紅外線發(fā)射設(shè)備。

具體的，輔助光源設(shè)備可以為紅外線發(fā)射設(shè)備，或者其它光源發(fā)射設(shè)備。

實(shí)施中，所述攝像機(jī)為紅外攝像機(jī)。

具體的，攝像機(jī)可以為紅外攝像機(jī)，可以發(fā)射紅外線。

下面介紹圖像處理設(shè)備702的工作原理。

貼在被跟蹤物體(虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備703)上的反光體反射光線(可見光或紅外光)，在圖像中形成反光點(diǎn)。圖像處理設(shè)備對(duì)圖像中的反光點(diǎn)部分進(jìn)行預(yù)處理，使得反光點(diǎn)部分的特征易提取，獲取預(yù)處理后的圖像中反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)。

獲取圖像坐標(biāo)后，可以通過空間投影法或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。

(1)空間投影法

根據(jù)單目視覺圖像中4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)和被跟蹤物體的定位標(biāo)志點(diǎn)(對(duì)應(yīng)的4個(gè)反光體)的幾何信息利用空間投影法反算出被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。

(2)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法得到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將單目視覺圖像中4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)輸入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，便可得到被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。

上述兩個(gè)方案是以單目攝像機(jī)為例進(jìn)行的說明，在具體實(shí)施中不限于單目攝像機(jī)，雙目攝像機(jī)、多攝像機(jī)也可以實(shí)施，具體的空間投影法或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

然后將被跟蹤物體在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)(被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)(被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置)。

為了更清楚地理解本實(shí)用新型，下面以具體實(shí)施例進(jìn)行說明。

玩家戴有圖3所示的虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔進(jìn)行游戲時(shí)，可以采用以下虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備定位系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行跟蹤定位。

圖8為虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備定位系統(tǒng)示意圖，如圖所示，可以包括：攝像機(jī)801、計(jì)算機(jī)802、輔助光源設(shè)備803、以及虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔804；

其中，攝像機(jī)801與計(jì)算機(jī)802相連，輔助光源設(shè)備803安裝在攝像頭處，發(fā)射光線，可以發(fā)射紅外線，攝像機(jī)拍攝虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔804，并將圖像傳送給計(jì)算機(jī)802進(jìn)行處理。

下面對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理的過程進(jìn)行說明。

首先對(duì)采集到的虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的圖像進(jìn)行預(yù)處理(濾除噪聲，進(jìn)行二值化處理)，利用特征提取法對(duì)反光點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，選取4個(gè)反光點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算，這4個(gè)反光點(diǎn)不在虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔的同一平面上；

其次，求取選取的4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)；

再次，根據(jù)圖像坐標(biāo)確定虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔與攝像機(jī)的位置關(guān)系；

最后，根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔與攝像機(jī)的位置關(guān)系確定虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置，將數(shù)據(jù)通過無線傳輸給所有的玩家和服務(wù)器。

根據(jù)圖像坐標(biāo)確定虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔與攝像機(jī)的位置關(guān)系，可以通過以下兩種方案(空間投影法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法)進(jìn)行確定。

方案一：

首先獲取以像素為單位的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)(u₁,v₁),(u₂,v₂),(u₃,v₃),(u₄,v₄)，再將該坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為以mm為單位的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)(X₁,Y₁),(X₂,Y₂),(X₃,Y₃),(X₄,Y₄)。根據(jù)4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)和這4個(gè)反光點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各反光體的相對(duì)位置，利用空間投影法反算出被跟蹤物體在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)。

方案二：

首先采集跟蹤物體的圖像得到訓(xùn)練樣本，將訓(xùn)練樣本的數(shù)據(jù)加到網(wǎng)絡(luò)輸入端，同時(shí)將相應(yīng)的期望輸出與網(wǎng)絡(luò)輸出相比較，得到誤差信號(hào)，以此控制權(quán)值連接強(qiáng)度的調(diào)整，經(jīng)多次訓(xùn)練后收斂到一個(gè)確定的權(quán)值，得到確定的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。將單目視覺圖像中4個(gè)反光點(diǎn)中心的圖像坐標(biāo)輸入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，便可得到被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。

根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔與攝像機(jī)的位置關(guān)系確定虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置，可以求取攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)，再根據(jù)攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)將被跟蹤物體在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)(被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系)轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系下的空間三維坐標(biāo)(被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置)。攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)為旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量。

綜上所述，在本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案中，提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，包括：至少一個(gè)反光體，反光體設(shè)置于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備表面，反光體由反光材料制成，可以反射照射的光線，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備僅需要貼上反光體，不需要附加發(fā)光物體。

相應(yīng)的，還進(jìn)一步提供了確定虛擬現(xiàn)實(shí)中被跟蹤物體位置的定位系統(tǒng)，包括攝像機(jī)、圖像處理設(shè)備及虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，所述攝像機(jī)，用于獲取包含所述虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的圖像；圖像處理設(shè)備，用于確定所述攝像機(jī)采集的圖像中的反光點(diǎn)部分，反光點(diǎn)部分是因反光體反射的光線而形成的圖像；根據(jù)反光點(diǎn)部分確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系；根據(jù)位置關(guān)系確定被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置。

由于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備貼有由反光材料制成的反光體，因而不需要安裝額外的電子器件，如：傳感器，發(fā)光設(shè)備等，然后就可以在利用攝像機(jī)獲取虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的圖像后，確定圖像中因反光體反射的光線而形成的反光點(diǎn)部分，根據(jù)反光點(diǎn)部分確定被跟蹤物體與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系，并根據(jù)所述位置關(guān)系確定被跟蹤物體在虛擬現(xiàn)實(shí)中的位置，因此，僅僅只需要給虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備貼上反光材料制成的反光體即可在虛擬現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的定位，無疑，本申請(qǐng)不僅可以對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行空間定位的同時(shí)不增加它的重量、體積和耗電，還提供了一種廉價(jià)而靈活的定位方案。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。