本發(fā)明屬于一種ar智能終端，可廣泛的應(yīng)用于演唱會、商業(yè)展示、博物館、游樂園等公共場所，通過ar軟硬件技術(shù)的結(jié)合進行公共的虛擬形象的展示。

背景技術(shù)：

增強現(xiàn)實技術(shù)(以下簡稱ar，augmentedreality)，即將計算機系統(tǒng)提供的信息或圖像與現(xiàn)實世界信息進行疊加呈現(xiàn)給用戶，從而提升用戶對現(xiàn)實世界的感知能力。

附圖1中為現(xiàn)有技術(shù)中的增強現(xiàn)實系統(tǒng)的組成。增強系統(tǒng)的不顯示完整的場景，但是由于需要通過分析計算龐大的定位數(shù)據(jù)和場景信息以此來保證計算機生成的虛擬圖像能夠準(zhǔn)確的疊加在真實場景中，因此，一個典型的ar系統(tǒng)是由追蹤系統(tǒng)、虛擬圖像生成系統(tǒng)、虛實圖像融合系統(tǒng)和虛實圖像顯示系統(tǒng)四個子系統(tǒng)組成。

按照從距離眼睛近到遠(yuǎn)可以將ar的應(yīng)用產(chǎn)品分為三種類型：頭戴式(head-attached)、手持式(hand-held)、空間展示式(spatial)。目前對于頭戴式的和手持式的已經(jīng)出現(xiàn)了部分產(chǎn)品但空間展示這類非頭戴式非手持式的ar產(chǎn)品的研發(fā)目前國內(nèi)尚屬初步萌芽狀態(tài)，特別是對于演唱會、商業(yè)展示、博物館、游樂園等大型公共場所。在ar虛擬形象的展示上僅僅有較多的概念性產(chǎn)品。

ar望遠(yuǎn)鏡是ar技術(shù)中最有發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用產(chǎn)品，附圖2中示出了現(xiàn)有技術(shù)中ar望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)，其包括視頻顯示模塊、ar望遠(yuǎn)鏡殼、ar望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)軸、ar望遠(yuǎn)鏡底座。其中，視頻顯示模塊包括顯示屏，該顯示屏可以為電容屏，屏幕帶有觸摸支持的功能。ar望遠(yuǎn)鏡的使用者通過ar望遠(yuǎn)鏡殼轉(zhuǎn)動ar望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡殼會以自轉(zhuǎn)軸為中心相對ar望遠(yuǎn)鏡底座進行720度旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)過程中，望遠(yuǎn)鏡前方的環(huán)境攝入模塊會連續(xù)不斷的獲取到視野區(qū)域內(nèi)的環(huán)境圖像。跟蹤識別裝置獲得圖像的定位等測量數(shù)據(jù)并使得最終的疊加畫面顯示在正確位置。

ar望遠(yuǎn)鏡由三大基本支撐技術(shù)組成：跟蹤定位處理技術(shù)，虛擬物體生成技術(shù)，疊加顯示功能。跟蹤定位技術(shù)負(fù)責(zé)識別ar望遠(yuǎn)鏡視點所處的位置，虛擬物體生成則負(fù)責(zé)了疊加信息是否能與現(xiàn)實正確無縫的疊加在一起，判斷一款ar望遠(yuǎn)鏡是否可靠很大程度上取決于跟蹤定位和虛擬物體生成是否處理的好。如果定位處理技術(shù)和虛擬物體生成技術(shù)不夠可靠，會出現(xiàn)定位不準(zhǔn)確，信息生成位置不正確，產(chǎn)品常常會給使用者帶來糟糕的使用體驗。

當(dāng)ar望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)時，其運動加速度造成的傾角測量誤差將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的動態(tài)測量精度。假設(shè)ar望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)角速度ω為120度/秒時，當(dāng)傳感器與旋轉(zhuǎn)中心的距離僅為0.02米時，由于向心加速度引起的測量誤差接近0.5度。并且該誤差隨著ar望遠(yuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)和傳感器與旋轉(zhuǎn)軸距離的增大而增大。為了解決動態(tài)測量誤差問題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了采用冗余傳感器來提高動態(tài)精度的技術(shù)方案，但是現(xiàn)有技術(shù)中的誤差補償方法在一些情況下，例如大傾角的條件下，難以保證動態(tài)測量精度。因此，需要提供一種誤差補償方式來進一步提高ar望遠(yuǎn)鏡的動態(tài)測量精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種誤差補償方式來進一步提高ar望遠(yuǎn)鏡的動態(tài)測量精度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種ar望遠(yuǎn)鏡，包括：視頻顯示模塊、微計算機模塊、定位追蹤模塊、視頻輸入模塊和系統(tǒng)軟件模塊，其特征在于：該定位追蹤模塊包括傳感器子模塊和修正融合處理子模塊；其中，傳感器子模塊包括：三軸磁通門傳感器、三軸加速度計、以及三軸電子羅盤；該修正融合處理子模塊接收傳感器子模塊輸出的測量信號，并在采用三軸加速度計的測量值對三軸電子羅盤的測量值進行修正后，再將該修正后的三軸電子羅盤的測量值與三軸磁通門傳感器的測量值進行融合計算。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)定位追蹤模塊的輸出值，將虛擬信息疊加至視頻輸入模塊采集的圖像信息上，經(jīng)過疊加處理后的最終圖像顯示在視頻顯示模塊上。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，視頻顯示模塊包括顯示屏，該顯示屏優(yōu)選高清電容觸摸屏。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，修正融合處理子模塊通過在每一個測量取樣周期里被設(shè)置為執(zhí)行以下操作：

第一步，將三軸電子羅盤測量值減去誤差常數(shù)得到三軸電子羅盤的初步矯正值；

第二步，將三軸電子羅盤的初步矯正值和加速度計的測量值進行融合，從而獲得補償后的三軸電子羅盤的測量值。

第三步，將補償后的三軸電子羅盤的測量值和三軸磁通門傳感器的測量值進行融合，最終獲得修正傳感器測量值，該修正傳感器測量值代表了實時的位置姿態(tài)信息。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，三軸電子羅盤的初步矯正值和加速度計的測量值進行融合的具體方法為卡爾曼濾波法或卡爾曼濾波法的其他擴展方式。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，補償后的三軸電子羅盤的測量值和三軸磁通門傳感器的測量值進行融合的具體方法為互補濾波法。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種ar望遠(yuǎn)鏡的測試誤差補償方法，在每一個測量取樣周期里執(zhí)行以下操作：

第一步，將三軸電子羅盤測量值減去誤差常數(shù)得到三軸電子羅盤的初步矯正值；

第二步，將三軸電子羅盤的初步矯正值和加速度計的測量值進行融合，從而獲得補償后的三軸電子羅盤的測量值。

第三步，將補償后的三軸電子羅盤的測量值和三軸磁通門傳感器的測量值進行融合，最終獲得修正傳感器測量值，該修正傳感器測量值代表了實時的位置姿態(tài)信息。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，三軸電子羅盤的初步矯正值和加速度計的測量值進行融合的具體方法為卡爾曼濾波法或卡爾曼濾波法的其他擴展方式。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，補償后的三軸電子羅盤的測量值和三軸磁通門傳感器的測量值進行融合的具體方法為互補濾波法。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)通過三維加速度計補償三軸電子羅盤后再進行與其他傳感器的數(shù)據(jù)融合，由于三軸電子羅盤和動態(tài)測量的準(zhǔn)確度關(guān)系最大，因此對三軸電子羅盤進行融合的數(shù)據(jù)進行修正可以大幅提高ar望遠(yuǎn)鏡定位追蹤模塊的動態(tài)測量或者大傾角測量的準(zhǔn)確度。

(2)跟蹤和定位技術(shù)：跟蹤和定位技術(shù)與標(biāo)定技術(shù)共同完成對位置與方位的檢測，并將數(shù)據(jù)報告給ar望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，實現(xiàn)被跟蹤對象在真實世界里的坐標(biāo)與虛擬世界中的坐標(biāo)統(tǒng)一，達(dá)到讓虛擬物體與用戶環(huán)境無縫結(jié)合的目標(biāo)。

(3)增強顯示技術(shù)：實時跟蹤ar望遠(yuǎn)鏡在真實場景中的位置及姿態(tài)，并根據(jù)這些信息計算出虛擬物體在攝像機中的坐標(biāo)，實現(xiàn)虛擬物體畫面與真實場景畫面精準(zhǔn)匹配，顯示技術(shù)系統(tǒng)的性能是增強現(xiàn)實的關(guān)鍵。

(4)界面和可視化技術(shù)：全新的人機交互技術(shù)，利用這樣一種技術(shù)，可以模擬真實的現(xiàn)場景觀，它是以交互性和構(gòu)想為基本特征的計算機高級人機界面。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其它客觀限制，感受到在真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。

(5)標(biāo)定技術(shù)：為了生成準(zhǔn)確ar望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)定位，系統(tǒng)需要進行大量的標(biāo)定，測量值包括攝像機參數(shù)、視域范圍、傳感器的偏移、對象定位以及變形等。

附圖說明

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例，其中：

圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)中增強現(xiàn)實系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)；

圖2顯示現(xiàn)有技術(shù)中的增強現(xiàn)實望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)圖；

圖3顯示本發(fā)明一個實施例中ar望遠(yuǎn)鏡鏡體內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4顯示本發(fā)明一個實施例中定位追蹤模塊的工作流程示意圖。

具體實施方式

在以下描述中，使用優(yōu)選實施例來闡述用于增強現(xiàn)實望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。凡是對其做出沒有脫離本發(fā)明范圍和精神的修改，包括增加和/或替換，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都是顯而易見的。為了不模糊本發(fā)明，可能會省略一些具體細(xì)節(jié)，但是，本披露會使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本教義，而無需進行過多的試驗。

參見附圖3，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，增強現(xiàn)實望遠(yuǎn)鏡的內(nèi)部功能器件，包括視頻顯示模塊、微計算機模塊、定位追蹤模塊、視頻輸入模塊和系統(tǒng)軟件模塊。

其中，視頻輸入模塊包括攝像頭，優(yōu)選為采用高清攝像頭或者1080p的高清攝像頭。具體的，該視頻輸入模塊，包括5組玻璃攝像鏡頭，每組鏡頭均包括鏡頭組、對焦馬達(dá)、紅外線濾光片、影像傳感器以及配套的電路板結(jié)構(gòu)，該5組玻璃攝像鏡頭通過電路板連接至攝像控制器。該攝像控制器具有自動校正光線不足、自動控制對焦的功能。

通過該視頻輸入模塊可捕捉銳利清晰的影像，提供穩(wěn)定的高畫質(zhì)畫面，可以獲得高清晰度和豐富的細(xì)節(jié)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供了優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

在ar望遠(yuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)過程中，望遠(yuǎn)鏡前方的視頻輸入模塊會連續(xù)不斷的獲取到視野區(qū)域內(nèi)的環(huán)境圖像，這些圖像實時傳輸?shù)搅宋⒂嬎銠C模塊，這個過程是連續(xù)不斷的判斷的。當(dāng)實時圖像回傳微計算機模塊后，系統(tǒng)會在圖像中識別特征節(jié)點，該節(jié)點的信息將會被傳到微型計算機內(nèi)的ar程序，ar程序經(jīng)過識別分析后確認(rèn)該節(jié)點的具體內(nèi)容，此時ar程序?qū)环矫嬲{(diào)取跟蹤點位裝置的數(shù)據(jù)來判斷該節(jié)點所處的空間坐標(biāo)，同時提前做好的ar模型內(nèi)容將會被提取出來。

微計算機模塊采用英特爾最新出品nuc微型電腦，完全具備臺式機功性能能同時還能保證設(shè)備體積不會太臃腫便于安裝移動。微計算機模塊具有高清晰度處理能力，并且能夠提供出色的視覺體驗和顯示性能，無需額外安裝顯卡。

定位追蹤模塊提供可定位數(shù)據(jù)。定位追蹤模塊采用集成三軸磁通門傳感器、傾角補償式三維電子羅盤和三軸加速度計。三維電子羅盤集成了高精度mcu控制，輸出方式多元化，其中標(biāo)準(zhǔn)接口就包括rs232/rs485/ttl等接口。通過中央處理器實時解算航向，以及使用三軸加速度計對大范圍內(nèi)的傾斜角進行航向補償，保證羅盤在傾斜角度高達(dá)±85°，為了生成準(zhǔn)確ar望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)定位，系統(tǒng)需要進行大量的標(biāo)定，測量值包括攝像機參數(shù)、視域范圍、傳感器的偏移、對象定位以及變形等一些列測量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)獲取該數(shù)據(jù)后會經(jīng)過專門的算法從而使得最終的疊加畫面顯示在正確位置，并且看起來不會顯的突兀，這個過程在使用者不斷轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡過程中會隨著識別節(jié)點的不同從而在顯示屏幕中呈現(xiàn)出不同的ar信息內(nèi)容。

經(jīng)過疊加處理后的最終圖像顯示在視頻顯示模塊上，該視頻顯示模塊包括顯示屏，該顯示屏優(yōu)選高清電容觸摸屏，通過該觸摸屏可以在屏幕直接進行多點觸控操作，除了能夠提供實時高清實時影像還能增加了更多的人機交互特性。同時采用高性能硬件平臺，圖像不僅可以在本地顯示還能分享到其他尺寸較大的顯示媒介上以達(dá)到滿足不同場合的使用要求，使設(shè)備有更強的適應(yīng)性。

ar望遠(yuǎn)鏡的系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計不僅能夠滿足ar望遠(yuǎn)鏡項目使用，同樣適用于移動端設(shè)備ar應(yīng)用、桌面式ar系統(tǒng)、大場景ar系統(tǒng)等展示需求。為實現(xiàn)高效靈活的控制方式，系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn)自定義界面功能，自定義識別圖案，自定義互動效果，自定義推送方式。

三維電子羅盤能夠抵御瞬時的向心加速度，使用三維電子羅盤進行多傳感器的融合測量能夠有效地提高測量系統(tǒng)的動態(tài)測量精確度。但是，該三維電子羅盤在大角度測量時存在一定誤差，并且存在累計誤差。因此，本發(fā)明在定位追蹤模塊中設(shè)置了三軸加速度計，利用該三軸加速度計對三維電子羅盤測量的數(shù)據(jù)進行實時地補償，從而降低了大傾角測量誤差和累計誤差。

附圖4所示為本發(fā)明實施例中的定位追蹤模塊的流程框圖?？梢钥吹剑ㄎ蛔粉櫮K的包括傳感器子模塊和修正融合處理子模塊。其中傳感器子模塊包括三種傳感器：三維電子羅盤、三軸磁通門傳感器和三軸加速度計。

當(dāng)定位追蹤模塊獲得上述三組實時數(shù)據(jù)后，上述三組實時數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)入定位追蹤模塊的糾正融合處理模塊。該糾正融合處理模塊在每一個測量取樣周期里被設(shè)置為執(zhí)行以下操作：

第一步，將三軸電子羅盤測量值減去誤差常數(shù)得到三軸電子羅盤的初步矯正值；該誤差常數(shù)是三維電子羅盤固有的，可以通過產(chǎn)品標(biāo)稱數(shù)值、測定實驗等本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的手段獲得。

第二步，第二步，將三軸電子羅盤的初步矯正值和加速度計的測量值進行融合，從而獲得補償后的三軸電子羅盤的測量值；具體融合算法可以采用本領(lǐng)域公知的卡爾曼濾波法或卡爾曼濾波法的其他擴展方式。

第三步，將補償后的三軸電子羅盤的測量值和三軸磁通門傳感器的測量值進行融合，最終獲得修正傳感器測量值，該修正傳感器測量值代表了實時的位置姿態(tài)信息；具體融合方法可以選擇本領(lǐng)域公知的互補濾波法。通過該互補濾波法融合三軸電子羅盤和三軸磁通門傳感器的測量值，可以利用傳感器的互補性能獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

第四步，根據(jù)視頻輸入模塊采集的圖像以及圖像中的特征節(jié)點信息，結(jié)合修正傳感器測量值，獲得準(zhǔn)確的圖像輸出的展現(xiàn)方式和疊加方式。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過三維加速度計補償三維電子羅盤后再進行與其他傳感器的數(shù)據(jù)融合，可以有效的修正三維電子羅盤的測量準(zhǔn)確度。由于三維電子羅盤和動態(tài)測量的準(zhǔn)確度關(guān)系最大，因此對三維電子羅盤進行融合的數(shù)據(jù)進行修正可以大幅提高ar望遠(yuǎn)鏡定位追蹤模塊的動態(tài)測量或者大傾角測量的準(zhǔn)確度。

通過使用通用或?qū)Ｓ糜嬎阊b置、計算機處理器、或包括但不限于數(shù)字信號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)的電子電路、以及依照本披露而配置或編程的其它可編程邏輯裝置，可以實施在此披露的本發(fā)明。根據(jù)本披露的教義，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地準(zhǔn)備在通用或?qū)Ｓ糜嬎阊b置、計算機處理器、或可編程邏輯裝置上運行的計算機指令或軟件代碼。

在一些實施例里，本發(fā)明包括其中存有計算機指令或軟件代碼的計算機存儲媒介，這些指令和代碼可被用來編程計算機或微處理器以執(zhí)行本發(fā)明的任何過程。存儲媒介可以包括但不限于軟盤、光盤、藍(lán)光光盤、dvd、cd-rom、以及磁光盤、rom、ram、閃存裝置、或適合存儲指令、代碼和/或數(shù)據(jù)的任何類型的媒介或裝置。

出于說明和描述的目的，已提供了對本發(fā)明的前面的描述。其不是窮盡性的，也不將本發(fā)明限于所揭示的確切形式。鑒于以上教示，許多修改和變形對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是顯而易見的。

在此所選擇的和所描述的實施例是為了更好地解釋本發(fā)明的原理及其實施應(yīng)用，從而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的不同實施例、以及根據(jù)具體特定應(yīng)用而做出不同修改。這意味著本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求及其等價物設(shè)定。