AR硬件配置中常见的五种定位跟踪

增强现实技术是虚拟现实技术技术本质上发展的基本趋势,因此,在硬件结构上具有高度一致的传递性和一致性,即硬件结构具有一定的传递和一致性。像大多数VR系统软件一样,图像处理器也是AR系统软件不可缺少的。此外AR系统软件还包括数据信息胶手套、6D鼠标、眼踪器、力量反馈装置、语音识别技术和生成系统软件等人机交互技术,每种机器设备品种繁多、特性各异,各有特色。

在增强现实技术系统软件中,通过硬件配置跟踪机器设备获取被目标跟踪位置和方位信息内容的方法。此种硬件配置跟踪机械设备包括:机电工程定位跟踪器、电磁感应定位跟踪器、超音波定位跟踪器、光学定位跟踪器和惯性力场定位跟踪器,它们的完成方式各不相同,各有优缺点,并应用于当前增强现实技术系统软件中。

AR硬件配置中常见的五种定位跟踪:

1.机电定位跟踪器。

机械电子定位跟踪是一种肯定相位传感器。通常由体积较小的机械臂组成,一端固定于一个参照电机轴上,另一端固定于被测目标上。选择传感器或电子光学伺服电机作为骨关节传感器,以精确测量骨关节处的旋转角度,再根据所测的相对旋转角及所连接2个感应器中间的肱骨长进行动力学模型计算,得到六自由度方向输出。这种定位跟踪功能更可靠,潜在干扰信号更少,时间延迟更短。但是它的缺点是,定位跟踪器的测量精度受工作温度变化 危害、骨关节感应器的屏幕分辨率低、定位跟踪工作中的范畴有限。当某些特殊的应用场所(如外科手术训练),当顾客的主题活动范畴不再作为关键指标时,这种定位跟踪才具有优势。

2.电磁感应定位跟踪装置。

电磁式定位跟踪器是应用较为广泛的一种方向定位跟踪器,它利用三个中心线圈发送低频电磁场,利用固定于被测目标上的三轴磁信号接收作为感应器磁感应电磁场的转变 信息内容,运用发送电磁场和磁感应数据信号中间的稠合关联明确被跟踪对象的室内空间方向。电磁式定位跟踪器根据三轴励磁调节器的来源方式不同,分为交流交流电磁感应定位跟踪和直流电源磁定位跟踪。

交互式电磁感应定位跟踪器的励磁调整器源是由交流线路上三个磁场力相互垂直形成垂直的双极磁源组成,磁信号接收由各检测三组电磁线圈组成,分别检测三个励磁调节源。磁性信号接收器磁感应励磁调整器源的电磁场信息含量,依据从励磁调整器源到磁信号接收器的电磁感应动能传送关联计算磁信号接收器相对于励磁调节器源的空间方向。受制于测度特性、反应速度、噪声等因素的影响,励磁调节器源输出功率一般在30~120Hz之间。为保证在不同自然环境标准下的频率稳定度,一般采用7~14kHz的载波通信进行激励波的调频。由绕正方体芯正交和盘绕的三组电磁线圈组成的信号发射器(等效于励磁调整器源)的信号发射器(等同于励磁调整器源)的三组电磁线圈组成,依次向信号发射器的电磁线圈输入直流电流,使每组信号发射器电磁线圈各自产生一个脉冲调制直流电源电磁场。同时,信号接收器也是由三组独立的线圈构成的绕正交卷和绕线的直流电磁场力发生规律的变化 在三向信号接收器电磁线圈中产生电流的磁场,电流强度与当地直流电电磁场的可辨份量正相关。它们可以在每个精确测量周期内获得九种数据信息,它们表明三组信号接收器电磁线圈所磁感应该发送一种电磁场尺寸,通过对电子器件模块进行一定的优化算法,可以确定信号接收器的相对位置和方位。

通讯交流电磁感应跟踪系统软件中的信号接收器一般体积较小,适合安装在头戴式显示器上,但这种定位跟踪器最大的缺点是容易受到自然环境干扰信号的干扰。由于信号发送器引起的交流交流电磁场对周边电子器件电导体特别是铁磁材料化学物质非常比较敏感,交流电磁振荡在铁磁性材料化学物质中造成涡旋,进而造成了二次传播交流电磁场,导致了二次传播交流电磁场,产生一系列的数据误差。

DC电源磁定位跟踪器最大的优点是仅在逐渐准确测量周期时间时产生涡旋,一旦电磁场达到稳定状态,就不再会产生涡旋。仅在精确测量之前等待涡旋衰减系数,就能防止趋肤效应,从而降低因涡变涡场引起的数据误差。

3.超声波定位跟踪器。

利用不同声源位置的响声去一特定地址的时差相位角或声压差可以进行精确定位与跟踪,通常采用单脉冲波航行时间(TIme-of-flight,TOF)测量方法和持续波相位差相关测量方法二种方法。TOF测量方法是在特定的温度标准下,以精确测量从信号发射器到信号接收器之间的传播时间来确定散播间隔的一种方法 大多数超音波定位跟踪器都采用这种测量方法。这种方法 的数据信息刷新频率受到许多元素的限制,声波频率的传输速率约为340m/s,只有当发送波的波阵面到达传感器时,才能得到合理的精确测量信息。而且一定要允许信号发射器在引起脉动饮料之后发出几ms的声单脉冲,并在新的精确测量前等待发送单脉冲消退。因为每个信号发射器-传感器组都必须独立的单脉冲航行编码序列,因此精确测量所需的时间等于单组航行时间乘以成分数量。这种航时探测系统的精确性在于检验发送的声波频率到达信号接收器的准确时刻的工作能力,自然环境中如锁匙蛰鸣的响声就是会危害测量精度,气体流动性和感应器锁闭也会引起 数据误差。

连续波相位差相关测量是基于参考数据信号和接收到的发送数据信号中间的相位差来确定发送源与信号接收之间的距离。这种方法 测量准确度高,数据信息屏幕刷新率高,可以根据多次过滤来摆脱自然环境的影响,而不会损害系统软件的精密度、响应时间特性等。

相对于电磁感应定位跟踪,超音波定位跟踪器较大的优点是不易受到外部电磁场及铁磁材料化学物质的伤害,探测范围很广。声频航行时间法定位跟踪易受到伪响声单脉冲的影响,具有良好的精密度和时间响应特性。但随着药效间隔的扩大,这种定位法在数据信息屏上的刷新率和精密度都有所降低。利用连续波相关测量方法所得到的定位跟踪可以获得更高的数据信息屏幕刷新率,从而有利于提高系统软件的精密度、回应性、探测范围和可扩展性,而且不容易受到伪单脉冲的影响。但上述两种定位跟踪都会因气体流动性或传感器锁定而产生偏差。但是如果选择适度的调频对策,就能改善持续波相位差测量方法的自然环境特性,有希望完成高精度、高数据信息刷新频率、低延迟时间的声学材料定位跟踪。

1968年,英国MIT林肯汽车试验室的Roberts研究出了一种超声波定位跟踪器LincolnWand,它采用四个信号发射器和一个信号接收器,跟踪精密度和屏幕分辨率只有5mmoLogitech开发了一种基于TOF的超音波跟踪系统软件,又称为RedBaron,它的眼踪精密度和屏幕分辨率仅为毫米。

4.光学定位跟踪。

光眼(又称视效眼踪器)是利用光线或操纵灯源发出的光,在图象投射平面图上的不同时刻或不相同部位的投影来计算跟踪目标的方向。对于有操纵灯源的情况,一般采用红外波段,以防止定位跟踪对用户的影响。

光学定位跟踪从构造方法上分为“外-内”(outside-in,OI)和“内-外”(inside-out,10)两种构造方法。对于“内”法来说,感应器是固定的,而信号发射器是安装在被跟踪目标上的,这代表了传感器“凝视”远距离健身的整体目标,这种系统软件必须是极其昂贵的高像素传感器。以“内-外”的方式来说,信号发射器是固定的,并且传感器安装在健身运动目标上,这意味着传感器从健身运动的总体目标“向外看”。将多个信号发射器应用于工作中范畴,可以提高精密度,扩大工作范畴。

内一式光学定位跟踪具有良好的时间响应特性,具有数据信息屏刷新率高、应用领域广、相位滞后小等潜在优点,更适合即时使用。但是,由于存在诸如虚报光源、表面模糊或光源遮挡等潜在性偏差因素,为了更好地获得足够的工作范畴,应用短焦镜头,降低了系统软件测量精度。建立多信号发射装置是一种解决方案,但其成本高,且成本高。因此,光学定位跟踪必须在精确度、检测范围和价格等要素之间做出最适合的选择,而且一定要确保激光路径不会被阻挡。

5.惯性力定位跟踪装置。

惯性力定位跟踪利用陀螺图像的方位跟踪能力,准确地测量了三个旋转摆动的转角 ;利用加速度传感器精确测量了三个平动可玩性的偏移。以前的方向跟踪方法 常被用来作为四轴飞行器,如飞机场和巡航导弹,导航栏机械设备中,比较沉重。随着陀螺仪图像和加速度传感器的小型化,这种跟踪方式 在民用市场上也越来越受欢迎。无源是惯性力式定位跟踪器较大的优点,但传统式陀螺图象技术不能达到测量精度的规定,数据误差容易随时间造成角飘移,受温度影响的飘移也比较明显,受温度影响的飘移也比较明显。新型压阻式固体陀螺图片以上特性水平有了很大的提高。



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