專利名稱：用于再生虛擬物體的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利申請(qǐng)通常涉及一種用于產(chǎn)生虛擬物體的電子系統(tǒng)，更具體地，涉及一種產(chǎn)生虛擬物體以及能夠保持該虛擬物體的精確的相對(duì)坐標(biāo)特性并且能夠方便地使用于例如計(jì)算機(jī)輔助制圖的應(yīng)用中的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光學(xué)投影有時(shí)用于通過(guò)投影圖像在例如墻壁的表面上(2D或3D表面)再生虛擬物體，以使得畫工能夠根據(jù)投影圖像在墻上繪圖。在壁畫的典型設(shè)置中，光學(xué)投影儀與計(jì)算機(jī)連接，由該計(jì)算機(jī)運(yùn)行的應(yīng)用程序經(jīng)由光學(xué)投影儀將虛擬物體以數(shù)字圖像的形式投影到墻上。用戶手中握著鉛筆，前往該墻壁前，并用他的雙眼找到該數(shù)字圖像。因而用戶能夠通過(guò)他看到的數(shù)字圖像以及鉛筆在墻上重建該虛擬物體。通過(guò)這樣的系統(tǒng)，常常期待的是，在再生過(guò)程中保持虛擬物體的精確的相對(duì)坐標(biāo)特性。對(duì)于再生虛擬物體的系統(tǒng)，還期望的是，能夠測(cè)量物理物體與在相同物理空間上投影的虛擬物體之間的位移。專利申請(qǐng)內(nèi)容本專利申請(qǐng)針對(duì)一種用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。在一個(gè)方面中，所述系統(tǒng)包括:攜帶已知的跟蹤圖案或跟蹤特征的檢測(cè)器設(shè)備；以及主機(jī)設(shè)備，所述主機(jī)設(shè)備被配置為將模板圖案虛擬地投影到表面上并產(chǎn)生結(jié)合所述跟蹤圖案以及模板圖案的圖像。所述模板圖案對(duì)應(yīng)虛擬物體。所述主機(jī)設(shè)備被配置為處理所述圖像并且因而傳遞關(guān)于在所述跟蹤圖案和所述模板圖案之間的幾何關(guān)系的信息至用戶，以使得所述用戶能夠基于所述信息在所述表面上再生所述虛擬物體。在另一方面中，所述用于再生虛擬物體的系統(tǒng)包括:攜帶跟蹤圖案的檢測(cè)器設(shè)備；以及主機(jī)設(shè)備，所述主機(jī)設(shè)備被配置為將模板圖案投影到表面上并產(chǎn)生結(jié)合所述跟蹤圖案以及模板圖案的圖像。所述模板圖案對(duì)應(yīng)虛擬物體。所述主機(jī)設(shè)備被配置為處理所述圖像并且因而通過(guò)所述檢測(cè)器設(shè)備傳遞關(guān)于在所述跟蹤圖案和所述模板圖案之間的幾何關(guān)系的信息至用戶。在又一方面中，所述用于再生虛擬物體的系統(tǒng)包括表面；攜帶或產(chǎn)生跟蹤圖案的檢測(cè)器設(shè)備；主機(jī)設(shè)備，所述主機(jī)設(shè)備被配置為將模板圖案虛擬地投影到所述表面上并產(chǎn)生結(jié)合所述跟蹤圖案以及模板圖案的圖像；以及計(jì)算機(jī)單元。所述模板圖案對(duì)應(yīng)虛擬物體；并且所述計(jì)算機(jī)單元被配置為處理所述圖像并且因而傳遞或利用關(guān)于所述跟蹤圖案相對(duì)于所述模板圖案的相對(duì)位置的信息。

圖1描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖2描繪了在圖1中示出的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)的主機(jī)設(shè)備；圖3描繪了在圖1中示出的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)的檢測(cè)器設(shè)備；圖4描繪了在圖1中示出的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)在與物理紅點(diǎn)相同的表面上重建藍(lán)色虛擬物體的操作。圖5描繪了在圖1中示出的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)的校準(zhǔn)過(guò)程，該校準(zhǔn)過(guò)程不需要任何校準(zhǔn)設(shè)備。圖6描繪了校準(zhǔn)在物理空間和虛擬空間之間的縮放比例的過(guò)程。圖7描繪了飛行器坐標(biāo)的角誤差。圖8描繪了不同類型的角誤差的圖像。圖9描繪了偏航誤差的校準(zhǔn)。圖10描繪了俯仰誤差的校準(zhǔn)。圖1lA描繪了側(cè)滾誤差的校準(zhǔn)。圖1lB描繪了裝配有陀螺儀的智能電話。圖12A描繪了不同類型的光學(xué)畸變的圖像。圖12B描繪了子像素邊緣位置估計(jì)的實(shí)例。圖12C示出了通過(guò)使用Matlab來(lái)評(píng)估關(guān)于焦點(diǎn)位移的質(zhì)心坐標(biāo)的多種分析方式。圖12D描繪了在PCB上的置信標(biāo)記(fiduciary mark)。圖12E描繪了 AR (增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))標(biāo)記的實(shí)例。圖12F描繪了結(jié)合AR標(biāo)記和PCB置信標(biāo)記的追蹤方式。圖12G描繪了具有嵌入碼的追蹤方式。圖12H描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖121描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖12J描繪了如何使用投影儀。圖12K描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖12L描繪了在圖12K中示出的系統(tǒng)中的檢測(cè)器設(shè)備。圖12M描繪了在圖12K中示出的系統(tǒng)中的角誤差的校正。圖13描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的用于再生應(yīng)用到藝術(shù)墻繪畫上的虛擬物體的系統(tǒng)。圖14描繪了圖13中示出的系統(tǒng)的檢測(cè)器設(shè)備。圖15描繪了通過(guò)圖13中示出的系統(tǒng)進(jìn)行的模板的生成。圖16描繪了再生在通過(guò)圖13示出的系統(tǒng)生成的模板中的顏色的過(guò)程。圖17A描繪了圖13的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)通過(guò)加入若干個(gè)檢測(cè)器設(shè)備而被擴(kuò)展為多用戶模式。圖17B描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的檢測(cè)器載體。圖17C描繪了在圖17B中示出的檢測(cè)器載體中的檢測(cè)器設(shè)備的頂部和側(cè)部。圖17D描繪了圖17B中示出的系統(tǒng)的操作。圖17E描繪了由圖17B中示出的系統(tǒng)進(jìn)行的計(jì)算機(jī)操縱的繪圖的典型實(shí)施例。圖17F描繪了由圖17B中示出的系統(tǒng)進(jìn)行的計(jì)算機(jī)操縱的繪圖的另一典型實(shí)施例。圖17G描繪了光學(xué)水平儀。圖17H描繪了激光器布局設(shè)備。圖171描繪了在根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的系統(tǒng)與光學(xué)水平儀(光學(xué)布局設(shè)備)之間的比較。圖17J描繪了在根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的系統(tǒng)與激光水平儀之間的比較。圖17K描繪了在根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的系統(tǒng)與另一激光水平儀之間的比較。圖17L描繪了在根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的系統(tǒng)與又一激光水平儀之間的比較。圖18描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的、應(yīng)用到相片墻上的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖19描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的、應(yīng)用到單壁內(nèi)部布局上的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖20描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的、應(yīng)用到動(dòng)態(tài)交互布局上的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖21描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的、應(yīng)用到多壁布局上的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖22描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的、應(yīng)用到管道布局上的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖23A描繪了在圖22中示出的系統(tǒng)中的表面和結(jié)合到單個(gè)設(shè)備中的檢測(cè)器設(shè)備。圖23B描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的、應(yīng)用到計(jì)算機(jī)輔助制圖中的系統(tǒng)。圖23C描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的、應(yīng)用到建筑物基礎(chǔ)中的系統(tǒng)。圖23D描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的、應(yīng)用到計(jì)算機(jī)輔助裝配中的系統(tǒng)。圖23E描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的、應(yīng)用到自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)中的系統(tǒng)。圖23F描繪了在圖23E中示出的系統(tǒng)的操作中被處理的圖像的實(shí)例。圖23G描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的另一實(shí)施方式的、用作虛擬投影儀的系統(tǒng)。圖23H描繪了在圖23G中示出的系統(tǒng)中的檢測(cè)器設(shè)備。圖24描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的、應(yīng)用到對(duì)于目標(biāo)物體關(guān)于光學(xué)中心的位移的測(cè)量的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖25A描繪了偏移(Y軸線)與在目標(biāo)物體和由圖24中示出的系統(tǒng)生成的主機(jī)設(shè)備(X軸線)之間的距離的曲線圖。圖25B描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的、應(yīng)用到固定物體的震動(dòng)的測(cè)量的用再生虛擬物體的系統(tǒng)。圖25C描繪了由圖25B中示出的系統(tǒng)生成的曲線圖。
具體實(shí)施方式
圖1描繪了根據(jù)本專利申請(qǐng)的實(shí)施方式的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)。參照?qǐng)D1，被用戶100操作的該系統(tǒng)包括主機(jī)設(shè)備101、檢測(cè)器設(shè)備103和表面(surface) 105。表面(surface)是一個(gè)在一個(gè)更高維空間可能彎曲的二維形狀。其可以是不同空間之間的邊界。例如:曲線、多邊形或流形。表面105為物理表面，在該表面上的檢測(cè)器設(shè)備103能夠通過(guò)主機(jī)設(shè)備101在該表面上被檢測(cè)到。主機(jī)設(shè)備101被配置為處理來(lái)自于用戶100或附接至主機(jī)設(shè)備101的傳感器設(shè)備的信息，并且將相關(guān)信息(包括原始信息，例如捕獲的圖像、附屬的傳感器至，以及擴(kuò)增信息，例如模板、檢測(cè)器設(shè)備位置等)傳遞回用戶。檢測(cè)器設(shè)備103被配置為由主機(jī)設(shè)備101追蹤它的位置，并在用戶100和主機(jī)設(shè)備101之間發(fā)送和接收信肩、O圖2描繪了在圖1中示出的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)的主機(jī)設(shè)備101。參照?qǐng)D2，主機(jī)設(shè)備101包括光學(xué)系統(tǒng)201、數(shù)字光傳感器203、計(jì)算機(jī)單元205、通信單元207和校準(zhǔn)傳感器209。光學(xué)系統(tǒng)被配置為捕獲在物理表面上的圖像，并且該圖像能夠被數(shù)字光傳感器203檢測(cè)。由光學(xué)系統(tǒng)201捕獲的產(chǎn)生圖像的光可在任何頻譜中，例如，可見光、紅外線、X射線等。數(shù)字光傳感器203被配置為將光圖像變換為被計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)學(xué)矩陣。數(shù)字光傳感器可為C⑶傳感器、CMOS傳感器、光場(chǎng)傳感器等。矩陣可為1D、2D或3D。通信單元207被配置為與檢測(cè)器設(shè)備103或其他外圍設(shè)備通信。校準(zhǔn)傳感器209被配置為向計(jì)算機(jī)單元205提供額外信息以增強(qiáng)應(yīng)用。校準(zhǔn)傳感器209可為GPS單元、水平傳感器、陀螺儀、近程傳感器、距離傳感器等。應(yīng)當(dāng)理解，在另一實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)單元205可不為主機(jī)設(shè)備101的一個(gè)部件，而是附接到檢測(cè)器設(shè)備103上。計(jì)算機(jī)單元205在替代性實(shí)施方式中可為獨(dú)立的設(shè)備。圖3描繪了圖1中示出的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)的檢測(cè)器設(shè)備103。參照?qǐng)D3，檢測(cè)器設(shè)備103包括攜帶跟蹤圖案或特征301的跟蹤物體300，跟蹤圖案或特征301能夠被主機(jī)設(shè)備101檢測(cè)并且允許該主機(jī)設(shè)備101在虛擬空間中將其變換為OD物體(或者替代性地，變換為1D、2D或3D物體)。該圖案能夠?yàn)橄駡D3中示出的在一張紙上的紅點(diǎn)一樣簡(jiǎn)單。該圖案能夠?yàn)閺沫h(huán)境或者從光源(例如，激光器)方式反射光的無(wú)源圖案?；蛘邽橥ㄟ^(guò)自身發(fā)出光的有源圖案。跟蹤特征能夠?yàn)楦櫸矬w的任何已知的特征，例如，筆的尖部，指尖，或已知物體的輪廓。檢測(cè)器設(shè)備103還包括通信設(shè)備305，通信設(shè)備305被配置為在用戶100和主機(jī)設(shè)備101之間通信。在該實(shí)施方式中，通信設(shè)備為移動(dòng)電話。還應(yīng)當(dāng)理解，該通信設(shè)備能夠?yàn)橄裼脩舻淖旎蚨湟粯雍?jiǎn)單，以使得主機(jī)設(shè)備101能夠從用戶的聲音得到消息并且用戶能夠從主機(jī)設(shè)備101接收聲音消息。圖4描繪了用于再生虛擬物體的系統(tǒng)的操作，在該實(shí)施方式中，將藍(lán)色虛擬物體(0D物體)重建于與物理紅點(diǎn)相同的表面上。參見圖3和圖4，在跟蹤物體300上的紅點(diǎn)301(在圖4的部分A中以401示出)通過(guò)數(shù)字光傳感器203檢測(cè)并且通過(guò)計(jì)算機(jī)單元205變換為由矩陣表示的虛擬跟蹤物體(在圖4的部分B中以403示出)。根據(jù)正在被使用的傳感器的類型，矩陣能夠?yàn)?D、1D、2D或3D。矩陣還進(jìn)一步被變換為OD物體(在該說(shuō)明中，OD物體的分辨率為矩陣的一個(gè)單元，并且通過(guò)使用子像素估計(jì)算法，它能夠?yàn)榈陀谝粋€(gè)單元)，以使得紅點(diǎn)301通過(guò)在物理空間或虛擬空間中的坐標(biāo)被邏輯地代表。當(dāng)檢測(cè)器設(shè)備103移動(dòng)時(shí)，跟蹤物體300移動(dòng)、紅點(diǎn)301移動(dòng)，并且紅點(diǎn)301在虛擬空間中的坐標(biāo)也將改變。圖4的部分C示出在主機(jī)設(shè)備101中形成的數(shù)學(xué)矩陣，該數(shù)學(xué)矩陣具有與部分B相同的尺寸并且攜帶虛擬藍(lán)色物體405。圖4的部分D示出部分B和部分C的疊加。當(dāng)虛擬跟蹤物體403 (對(duì)應(yīng)紅點(diǎn)301)的坐標(biāo)與虛擬藍(lán)色物體405的坐標(biāo)相等時(shí)，主機(jī)設(shè)備101被配置為發(fā)送消息至用戶100以使得用戶100得知藍(lán)色物體的精確坐標(biāo)被投影到物理表面。借助，用戶100能夠使用重建設(shè)備，例如鉛筆，將該投影的物體重建(例如，用鉛筆標(biāo)記)到該表面上。結(jié)果，該虛擬藍(lán)色物體在物質(zhì)世界中被理想地再生，其包含在該藍(lán)色物體與在虛擬空間中的紅點(diǎn)之間的精確的相對(duì)坐標(biāo)特性。在該實(shí)施方式中，從主機(jī)設(shè)備101發(fā)送至用戶100的消息不限制于為“什么時(shí)候紅點(diǎn)=藍(lán)色物體”。主機(jī)設(shè)備101還能夠告訴用戶藍(lán)色物體和紅點(diǎn)的坐標(biāo)信息，例如，在這兩個(gè)物理之間有多近距離。消息的內(nèi)容也不限制于為坐標(biāo)信息。它可包括虛擬物體的附加特性，例如，關(guān)于類型、尺寸、材料、延伸、質(zhì)地等的信息。這種附加信息還可從主機(jī)設(shè)備101經(jīng)由通信設(shè)備305發(fā)送至檢測(cè)器設(shè)備103。在該實(shí)施方式中的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)需要校準(zhǔn)過(guò)程以連接在物理空間和虛擬空間之間的特性，例如，定向、尺寸、水平面等。根據(jù)具體的應(yīng)用，校準(zhǔn)能夠?yàn)榕c使用用戶的感知一樣簡(jiǎn)單，或者為使用校準(zhǔn)設(shè)備。如果應(yīng)用不需要跟隨在物理特性上的任何嚴(yán)格的規(guī)則，則投影的物理的坐標(biāo)、定向和比例可僅僅依賴于用戶的感知，并且不需要校準(zhǔn)設(shè)備。圖5描繪了不需要任何校準(zhǔn)設(shè)備的校準(zhǔn)過(guò)程。參照?qǐng)D5，星為將投影到物理表面上的虛擬物體?！癈”為初始的虛擬物體?！癈l”為基于用戶的感知在虛擬空間中按比例繪制、被旋轉(zhuǎn)和/或被重新定位的虛擬物體。在該情形中，被投影到物理表面上的星形物體的精確的定向、比例和坐標(biāo)特性不是重要的。最重要的是用戶所感知的該虛擬物體在物理表面上的最好的定向、比例和位置。如果應(yīng)用需要跟隨在物理特性上的一些嚴(yán)格的規(guī)則，則需要校準(zhǔn)設(shè)備。為了將物理坐標(biāo)系統(tǒng)的比例與虛擬坐標(biāo)系統(tǒng)連接，需要知道在物理和虛擬坐標(biāo)系統(tǒng)的基本單元之間的縮放比例。為了便于說(shuō)明，使用毫米作為在物理坐標(biāo)系統(tǒng)中的尺寸。則該系統(tǒng)需要知道在虛擬空間中的多少個(gè)單元與在物理空間中的Imm相等。圖6描繪了校準(zhǔn)在物理空間和虛擬空間之間的縮放比例的過(guò)程。參照?qǐng)D6，該校準(zhǔn)需要攜帶兩個(gè)跟蹤物體 (圖6中以兩個(gè)紅點(diǎn)示出)的設(shè)備。在兩個(gè)跟蹤物體之間的距離是預(yù)定的，例如，為Im或1000mm。該系統(tǒng)接著計(jì)算在虛擬空間中的這兩個(gè)跟蹤物體之間的距離,例如,將為d個(gè)單元。接著，我們知道，在物理空間中的IOOOmm=在虛擬空間中的d個(gè)單元，或者，在虛擬空間中的I個(gè)單元==在物理空間中的1000/dmm,其中，“d”不需要為整數(shù)，并且，根據(jù)將捕獲的跟蹤物體變換為坐標(biāo)的坐標(biāo)變換算法的分辨率，“d”能夠?yàn)楦↑c(diǎn)數(shù)。需要在圖6中示出的水平和豎直軸中完成該校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的另一方面與坐標(biāo)系統(tǒng)的定向有關(guān)。投影的表面可不與數(shù)字光傳感器理想地平行。實(shí)際上，在實(shí)際使用中總存在影響精確性的角誤差。圖7描繪了飛行器坐標(biāo)中的角誤差。參照?qǐng)D7，在重心處為數(shù)字光傳感器。投影表面被設(shè)置為正好在飛行器頭部的前方。角誤差被限定如下:側(cè)滾-φ:關(guān)于X-軸線的旋轉(zhuǎn)俯仰-Θ:關(guān)于Y-軸線的旋轉(zhuǎn)偏航-Ψ:關(guān)于Z-軸線的旋轉(zhuǎn)圖8描繪了不同類型的角誤差的圖像。參照?qǐng)D8，圖1不具有角誤差。圖2具有在偏航軸線中的角誤差。圖3具有在俯仰軸線中的角誤差。圖4具有在側(cè)滾軸線中的角誤差。[0080]圖9描繪了偏航誤差的校準(zhǔn)。參照?qǐng)D9，為了校準(zhǔn)偏航誤差，校準(zhǔn)目標(biāo)被布置在視野(FOV)的左側(cè)并且計(jì)算虛距離(dL)。校準(zhǔn)目標(biāo)接著被移動(dòng)到視野的右側(cè)并且計(jì)算虛距離(dR)。該系統(tǒng)能夠基于dL和dR的比計(jì)算偏航誤差。圖10描繪了俯仰誤差的校準(zhǔn)。參照?qǐng)D10，為了校準(zhǔn)俯仰誤差，校準(zhǔn)目標(biāo)被布置在視野(FOV)的底部并且計(jì)算虛距離(dB)。校準(zhǔn)目標(biāo)接著被移動(dòng)到視野的頂部并且計(jì)算虛距離(dT)。如果該墻壁具有關(guān)于水平的表面的已知的俯仰角(豎直的墻壁具有零俯仰角)，則也能夠使用附接到主機(jī)設(shè)備上的數(shù)字水平傳感器來(lái)計(jì)算該俯仰誤差。圖1lA描繪了側(cè)滾誤差的校準(zhǔn)。參照?qǐng)D11A，能夠通過(guò)附接到校準(zhǔn)目標(biāo)上的水平傳感器或者通過(guò)附接到主機(jī)設(shè)備上的水平傳感器計(jì)算側(cè)滾誤差。為了使用附接到校準(zhǔn)目標(biāo)上的水平傳感器，校準(zhǔn)目標(biāo)被布置在視野的中心并且水平傳感器被調(diào)準(zhǔn)直到它為水平的。在虛擬空間中的兩個(gè)點(diǎn)之間的角度為側(cè)滾誤差。為了通過(guò)附接到主機(jī)設(shè)備的數(shù)字水平傳感器繼續(xù)側(cè)滾誤差，計(jì)算機(jī)單元被配置為直接地從數(shù)字水平傳感器讀取側(cè)滾誤差。該方法使用數(shù)學(xué)來(lái)校正在主機(jī)設(shè)備和投影的表面之間的角誤差。圖1lB描繪了裝配有陀螺儀的智能電話。在如今的電子消費(fèi)產(chǎn)品中，陀螺儀是十分常見的。大多數(shù)智能電話已經(jīng)裝配有陀螺儀。如果陀螺儀附接到主機(jī)設(shè)備上，則用戶能夠把主機(jī)設(shè)備放到墻壁上來(lái)獲取墻壁的側(cè)滾、俯仰和偏航圖像，并接著將主機(jī)設(shè)備放回到三腳架并調(diào)準(zhǔn)該三腳架，以使得側(cè)滾、俯仰和偏航圖像與墻壁的圖像相等。該方法調(diào)準(zhǔn)主機(jī)設(shè)備以使得在主機(jī)設(shè)備和投影的表面之間不存在角誤差。圖12A描繪了具有不同類型的光學(xué)畸變的圖像。參照?qǐng)D12，當(dāng)鏡頭以彎曲的線表現(xiàn)直線時(shí)發(fā)生光學(xué)畸變。常常能在變焦透鏡中變焦范圍的兩個(gè)端部處觀察到該現(xiàn)象，在此處，在框架的端部處的直線顯現(xiàn)出稍微地彎曲。這些畸變能夠通過(guò)校準(zhǔn)過(guò)程數(shù)字地校正。需要主機(jī)設(shè)備獲取包含若干個(gè)水平和豎直線的校準(zhǔn)目標(biāo)的圖像。由于系統(tǒng)知道物理目標(biāo)圖案，所以，用過(guò)將捕獲的圖案與理論上理想的圖案進(jìn)行比較，能夠開發(fā)軟件校正算法來(lái)校正該畸變。由于在光學(xué)器件一旦組裝到系統(tǒng)上后，光學(xué)畸變是相對(duì)穩(wěn)定的，所以，一次性的制造廠/用戶校準(zhǔn)是足夠的。系統(tǒng)精度系統(tǒng)精度依賴于以下因素:1、表面的物理尺寸2、數(shù)字光傳感器的分辨率3、跟蹤圖案讓我們假設(shè)我們有以下設(shè)置:a.尺寸為6m χ3.375m的物理表面(高寬比=16:9)b.分辨率=1920像素X1080像素的數(shù)字光傳感器c.點(diǎn)源跟蹤圖案，其在數(shù)字光傳感器輸出矩陣中以一個(gè)像素代表。物理分辨率(mm)=6*1000/1920=3.13mm在此總結(jié)出市場(chǎng)上最常見的數(shù)碼攝像機(jī)的物理分辨率。
權(quán)利要求1.一種用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，包括: 檢測(cè)器設(shè)備，所述檢測(cè)器設(shè)備攜帶已知的跟蹤圖案或跟蹤特征；以及主機(jī)設(shè)備，所述主機(jī)設(shè)備被配置為將模板圖案投影到表面上并產(chǎn)生結(jié)合所述跟蹤圖案以及模板圖案的圖像；其中: 所述模板圖案對(duì)應(yīng)虛擬物體；并且 所述主機(jī)設(shè)備被配置為處理所述圖像并且因而傳遞關(guān)于在所述跟蹤圖案和所述模板圖案之間的幾何關(guān)系的信息至用戶，以使得所述用戶能夠基于所述信息在所述表面上再生所述虛擬物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備包括主機(jī)攝像機(jī)和與所述主機(jī)攝像機(jī)連接的主機(jī)計(jì)算機(jī)，所述主機(jī)攝像機(jī)被配置為產(chǎn)生所述圖像并且所述主機(jī)計(jì)算機(jī)被配置為處理所述圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)器設(shè)備包括跟蹤物體和通信設(shè)備，所述跟蹤物體攜帶所述跟蹤圖案或所述跟蹤特征并且包括按鈕，用于用戶按下所述按鈕，因而在所述表面上做標(biāo)記，并且所述通信設(shè)備被配置為在所述主機(jī)設(shè)備和所述用戶之間通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述通信設(shè)備可以是智能電話，所述智能電話被配置為接收從所述主機(jī)設(shè)備傳遞的信息以及傳遞所述信息至所述用戶。
5.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備還被配置為傳遞所述虛擬物體的特性至所述用戶，所述特性與在所述圖像中的所述跟蹤圖案相對(duì)于所述模板圖案的相對(duì)位置有關(guān)；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述特性包括類型、坐標(biāo)、尺寸、材料、顏色或質(zhì)地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備被配置為將所述跟蹤圖案變換為由矩陣表示的虛擬跟蹤物體，用以在虛擬空間中處理所述模板圖案，并且用以在產(chǎn)生所述圖像期間疊加所述被變換的跟蹤圖案和所述被處理的模板圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備被配置為在處理所述模板圖案期間在所述虛擬空間中對(duì)所述模板圖案按比例繪制、旋轉(zhuǎn)或重新定位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備被配置為基于所述用戶的感知處理所述模板圖案。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備被配置為基于系統(tǒng)的校準(zhǔn)處理所述模板圖案。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備還包括校準(zhǔn)傳感器，所述校準(zhǔn)傳感器被配置為提供附加信息至所述主機(jī)計(jì)算機(jī)，并且所述校準(zhǔn)傳感器為GPS單元、水平傳感器、陀螺儀、近程傳感器或距離傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)還包括多個(gè)檢測(cè)器設(shè)備，其中，所述檢測(cè)器設(shè)備中的每一個(gè)被配置為在所述主機(jī)設(shè)備和多個(gè)用戶中的一個(gè)之間通信，以使得所述用戶能夠共同地在所述表面上再生所述虛擬物體。
13.一種用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，包括:檢測(cè)器設(shè)備，所述檢測(cè)器設(shè)備攜帶跟蹤圖案；以及 主機(jī)設(shè)備，所述主機(jī)設(shè)備被配置為將模板圖案投影到表面上并產(chǎn)生結(jié)合所述跟蹤圖案以及模板圖案的圖像；其中: 所述模板圖案對(duì)應(yīng)虛擬物體；并且 所述主機(jī)設(shè)備被配置為處理所述圖像并且因而傳遞關(guān)于在所述跟蹤圖案和所述模板圖案之間的幾何關(guān)系的信息至用戶，以使得所述用戶能夠基于所述信息在所述表面上再生所述虛擬物體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備包括被配置為產(chǎn)生所述圖像的主機(jī)攝像機(jī)，所述主機(jī)攝像機(jī)包括可調(diào)節(jié)焦距系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)器設(shè)備的跟蹤圖案或跟蹤特征與所述表面固定地附接。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述檢測(cè)器設(shè)備和所述表面能夠沿著所述主機(jī)攝像機(jī)的光學(xué)軸線相對(duì)于所述主機(jī)攝像機(jī)移動(dòng)。
17.一種用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，包括: 表面； 檢測(cè)器設(shè)備，所述檢測(cè)器設(shè)備攜帶或產(chǎn)生跟蹤圖案； 主機(jī)設(shè)備，所述主機(jī)設(shè)備被配置為將模板圖案視覺投影到表面上并產(chǎn)生結(jié)合所述跟蹤圖案以及模板圖案的圖像；和 計(jì)算單元；其中: 所述模板圖案對(duì)應(yīng)虛擬物體；并且 所述計(jì)算單元被配 置為處理所述圖像并且因而傳遞或使用關(guān)于在所述跟蹤圖案和所述模板圖案之間的幾何關(guān)系的信息。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備包括光學(xué)系統(tǒng)和數(shù)字光傳感器，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置為捕獲在預(yù)定的頻譜中的光，并且所述數(shù)字光傳感器被配置為檢測(cè)在所述預(yù)定的頻譜內(nèi)的光。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述跟蹤圖案可為彩色的點(diǎn)，并且在產(chǎn)生所述圖像中，所述主機(jī)設(shè)備被配置為將所述彩色的點(diǎn)變換為在虛擬空間中的零維物體。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，其中，所述跟蹤圖案為反射環(huán)境光或從光源發(fā)出的光的無(wú)源圖案，或者為被配置為發(fā)出光的有源圖案。
專利摘要一種用于再生虛擬物體的系統(tǒng)，包括攜帶已知的跟蹤圖案或跟蹤特征的檢測(cè)器設(shè)備；以及主機(jī)設(shè)備，所述主機(jī)設(shè)備被配置為將模板圖案虛擬地投影到表面上并產(chǎn)生結(jié)合所述跟蹤圖案以及模板圖案的圖像。所述模板圖案對(duì)應(yīng)虛擬物體。所述主機(jī)設(shè)備被配置為處理所述圖像并且因而傳遞關(guān)于在所述跟蹤圖案和所述模板圖案之間的幾何關(guān)系的信息至用戶，以使得所述用戶能夠基于所述信息在所述表面上再生所述虛擬物體。
文檔編號(hào)G06F19/00GK203084734SQ20132008171
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
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