一種用於同步多個無線攝像設備的方法和系統及虛擬實境系統與流程

2023-05-16 22:32:01 2

本發明涉及虛擬實境技術領域，特別涉及一種用於同步多個無線攝像設備的方法和系統及虛擬實境系統。

背景技術：

虛擬實境系統的空間定位需要多個攝像設備同時拍攝物體，以達到準確定位的目的，目前通常採用對多個攝像設備同時上電的方法保持各攝像設備的同步，但是由於上電延時以及系統初始化時間不完全相同，存在各攝像設備之間同步不準的問題，另外長時間運行以後，各攝像設備之間的拍攝物體的時間差會進一步變大，導致不能準確定位目標。

技術實現要素：

為了能夠在進行虛擬實境系統的空間定位時保證多個攝像設備同時拍攝定位目標，保證定位的準確性，本發明提供了一種用於同步多個無線攝像設備的方法和系統及虛擬實境系統。

依據本發明的一個方面，本發明提供了一種用於同步多個無線攝像設備的方法，包括：

在虛擬實境頭盔上設置同步控制模塊，將多個待同步的無線攝像設備環繞所述虛擬實境頭盔所在空間布置；

將每一個待同步的無線攝像設備的無線通信模塊無線連接到所述同步控制模塊,，控制所述同步控制模塊定時向每一個所述無線攝像設備同時發送同步指令；

當某一個所述無線攝像設備的無線通信模塊接收到所述同步指令後，觸發該無線攝像設備的微控制器向該無線攝像設備的圖像傳感器發送同步脈衝信號，控制圖像傳感器採集圖像。

其中，每一個所述無線攝像設備的圖像傳感器包括第一感光晶片和第二感光晶片；所述當某一個所述無線攝像設備的無線通信模塊接收到所述同步指令後，觸發該無線攝像設備的微控制器向該無線攝像設備的圖像傳感器發送同步脈衝信號，控制所述圖像傳感器採集圖像，具體包括：

當某一個所述無線攝像設備的無線通信模塊接收到所述同步控制模塊發送的同步指令時，所述無線通信模塊向該無線攝像設備的微控制器發送同步脈衝信號；

當所述微控制器接收到所述同步脈衝信號時，向所述第一感光晶片發送同步脈衝信號；

當所述第一感光晶片接收到所述同步脈衝信號時，開始紅外圖像的採集，並向所述第二感光晶片發送同步脈衝信號；

當所述第二感光晶片接收到所述同步脈衝信號時，開始彩色圖像的採集。

其中，所述方法還包括：

當某一個無線攝像設備的第一感光晶片和第二感光晶片完成採集圖像之後，控制所述第一感光晶片和第二感光晶片分別通過相機串行接口將採集到的紅外圖像和彩色圖像發送給該無線攝像設備的ARM處理器；

控制所述ARM處理器處理所述紅外圖像和彩色圖像，獲取所述虛擬實境頭盔的位置跟蹤數據，並將所述位置跟蹤數據通過SPI總線發送給所述微處理器；

控制所述微處理器通過所述無線通信模塊將所述位置跟蹤數據發送給所述虛擬實境頭盔。

其中，所述方法還包括：

將充電晶片通過IIC總線連接到所述ARM處理器；

將LED指示燈連接到所述ARM處理器的輸出埠，將按鍵連接所述ARM處理器的輸入埠。

依據本發明的另一方面，本發明提供了一種用於同步多個無線攝像設備的系統，包括設置在虛擬實境頭盔上的同步控制模塊，以及環繞所述虛擬實境頭盔所在空間布置的多個待同步的無線攝像設備，每一個所述無線攝像設備包括無線通信模塊、微控制器和圖像傳感器；

所述同步控制模塊分別無線連接每一個所述無線攝像設備的無線通信模塊，定時向每一個所述無線攝像設備同時發送同步指令；

當某一個所述無線攝像設備的無線通信模塊接收到所述同步指令後，觸發該無線攝像設備的微控制器向圖像傳感器發送同步脈衝信號，控制所述圖像傳感器採集圖像。

其中，每一個所述無線攝像設備的圖像傳感器包括第一感光晶片和第二感光晶片；

當某一個所述無線攝像設備的無線通信模塊接收到所述同步控制模塊發送的同步指令時，所述無線通信模塊向該無線攝像設備的微控制器發送同步脈衝信號；

當所述微控制器接收到所述同步脈衝信號時，向所述第一感光晶片發送同步脈衝信號；

當所述第一感光晶片接收到所述同步脈衝信號時，開始紅外圖像的採集，並向所述第二感光晶片發送同步脈衝信號；

當所述第二感光晶片接收到所述同步脈衝信號時，開始彩色圖像的採集。

其中，所述無線攝像設備還包括ARM處理器，所述ARM處理器通過SPI總線連接到所述微控制器；

所述第一感光晶片和第二感光晶片分別通過相機串行接口連接到所述ARM處理器，將採集到的紅外圖像和彩色圖像發送給所述ARM處理器；

所述ARM處理器，用於處理接收到的紅外圖像和彩色圖像，獲取所述虛擬實境頭盔的位置跟蹤數據，並將所述位置跟蹤數據發送給所述微處理器；

所述微處理器通過所述無線通信模塊將所述位置跟蹤數據發送給所述虛擬實境頭盔。

其中，所述無線攝像設備還包括充電晶片、LED指示燈和按鍵；

所述充電晶片通過IIC總線連接到所述ARM處理器；

所述LED指示燈連接到所述ARM處理器的輸出埠，所述按鍵連接到所述ARM處理器的輸入埠。

依據本發明的又一方面，本發明提供了一種虛擬實境系統，包括虛擬實境頭盔和環繞所述虛擬實境頭盔所在空間布置的4個無線攝像設備；所述虛擬實境頭盔上設置有可見光源和紅外光源，每一個所述無線攝像設備包括第一感光晶片和第二感光晶片；

所述虛擬實境頭盔上還設置有同步控制模塊，每一所述無線攝像設備通過各自的無線通信模塊連接到所述同步控制模塊，所述同步控制模塊定時向每一個所述無線攝像設備同時發送同步指令；

當某一所述無線攝像設備的無線通信模塊接收到所述同步控制模塊發送的同步指令時，所述無線通信模塊向該無線攝像設備的微控制器發送同步脈衝信號；當所述微控制器接收到所述同步脈衝信號時，向所述第一感光晶片發送同步脈衝信號；當所述第一感光晶片接收到所述同步脈衝信號時，開始紅外圖像的採集，並向所述第二感光晶片發送同步脈衝信號；當所述第二感光晶片接收到所述同步脈衝信號時，開始彩色圖像的採集；

所述第一感光晶片和第二感光晶片分別通過相機串行接口將採集到的紅外圖像和彩色圖像發送給該無線攝像設備內的ARM處理器，由所述ARM處理器處理所述紅外圖像和彩色圖像，獲取所述虛擬實境頭盔的位置跟蹤數據，並將所述位置跟蹤數據發送給所述微處理器；所述微處理器通過所述無線通信模塊將所述位置跟蹤數據發送給所述虛擬實境頭盔；

所述虛擬實境頭盔用於實時顯示虛擬實境場景圖像。

本發明實施例的有益效果是：通過在虛擬實境頭盔上設置同步控制模塊，定時向每一個無線攝像設備同時發送同步指令，在各無線攝像設備工作的過程中每隔一段時間控制各無線攝像設備進行一次同步，保證各無線攝像設備同時拍攝定位目標，保證了定位的準確性。在進一步的優選實施例中，微控制器先向第一感光晶片發送同步脈衝信號，當第一感光晶片接收到同步脈衝信號時，再向第二感光晶片發送同步脈衝信號，兩個感光晶片開始採集圖像的時間有一定的時間間隔，可以避免相互之間產生幹擾，並且由於間隔很短並不會對定位的準確性產生不良影響。通過在無線攝像設備中預先處理原始圖像獲取位置跟蹤數據，再將位置跟蹤數據發送給虛擬實境頭盔，相比於傳輸原始圖像數據，傳輸的數據量大大減少，有效降低了位置跟蹤數據的傳輸延時。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種用於同步多個無線攝像設備的方法的流程圖；

圖2為本發明實施例提供的一種用於同步多個無線攝像設備的系統的結構示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種用於同步多個無線攝像設備的系統中無線攝像設備的內部結構示意圖。

具體實施方式

本發明的設計構思是：在虛擬實境頭盔上設置同步控制模塊，定時向每一個無線攝像設備同時發送同步指令，在各無線攝像設備工作的過程中每隔一段時間控制各無線攝像設備進行一次同步，保證各無線攝像設備同時拍攝定位目標，從而保證了定位的準確性。

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

圖1為本發明實施例提供的一種用於同步多個無線攝像設備的方法的流程圖。如圖1所示，本發明實施例提供的用於同步多個無線攝像設備的方法包括：

步驟S110：在虛擬實境頭盔上設置同步控制模塊，將多個待同步的無線攝像設備環繞虛擬實境頭盔所在空間布置。

在進行虛擬實境系統的空間定位時，至少需要兩個無線攝像設備同時拍攝到一個目標，環繞虛擬實境頭盔所在空間布置多個無線攝像設備可以使用戶在運動時至少有兩個或以上的無線攝像設備可以同時捕捉到虛擬實境頭盔等定位目標，保證定位的準確性，例如可以環繞虛擬實境頭盔所在空間布置4個無線攝像設備，各無線攝像設備處於同一高度，分別位於正方形的4個頂點。

步驟S120：將每一個待同步的無線攝像設備的無線通信模塊無線連接到同步控制模塊,控制同步控制模塊定時向每一個無線攝像設備同時發送同步指令。

步驟S130：當某一個無線攝像設備的無線通信模塊接收到同步指令後，觸發該無線攝像設備的微控制器向該無線攝像設備的圖像傳感器發送同步脈衝信號，控制圖像傳感器採集圖像。

現有的同步多個攝像設備的方案通常是對各攝像設備同時上電，但是由於上電延時以及系統初始化時間不完全相同，各攝像設備之間同步不準，並且由於在系統工作過程中沒有有效的同步措施，在攝像設備長時間運行以後，各攝像設備之間的拍攝物體的時間差會進一步變大。因此本發明實施例提供的用於同步多個無線攝像設備的方法中，控制同步控制模塊定時向每一個無線攝像設備同時發送同步指令，無線攝像設備接收到同步指令後向內部的圖像傳感器發送同步脈衝信號，控制圖像傳感器採集圖像。同步控制模塊在各無線攝像設備工作的過程中每隔一段時間控制各無線攝像設備進行一次同步，保證各無線攝像設備同時拍攝定位目標，保證了定位的準確性。

在本發明的一個優選實施例中，每一個無線攝像設備的圖像傳感器包括兩個感光晶片，其中一個感光晶片用於採集紅外圖像以確定目標的位置，另一個感光晶片用於採集彩色圖像以區分多個目標，兩個感光晶片設置在同一個無線攝像設備中，距離很近，若兩個感光晶片同一時刻進行圖像採集，相互之間會產生幹擾，因此在本優選實施例中，步驟S130具體包括：

當某一個無線攝像設備的無線通信模塊接收到同步控制模塊發送的同步指令時，無線通信模塊向該無線攝像設備的微控制器發送同步脈衝信號；當微控制器接收到同步脈衝信號時，向第一感光晶片發送同步脈衝信號；當第一感光晶片接收到同步脈衝信號時，開始紅外圖像的採集，並向第二感光晶片發送同步脈衝信號；當第二感光晶片接收到同步脈衝信號時，開始彩色圖像的採集。

微控制器先向第一感光晶片發送同步脈衝信號，第一感光晶片接收到該信號之後再向第二感光晶片發送同步脈衝信號，對比於微控制器同時向兩個微控制器發送同步信號的方式，本實施例提供的方案可以使兩個感光晶片開始採集圖像的時間有一定的時間間隔，避免相互之間產生幹擾。由於這一時間間隔很短，可以近似地認為兩個感光晶片採集圖像時，定位目標在同一個位置，不會對定位的準確性產生不良影響。

目前，在進行虛擬實境系統的空間定位時，通常是利用攝像設備採集圖像，然後攝像設備將採集的圖像發送給虛擬實境頭盔，由虛擬實境頭盔處理該圖像數據以獲取位置跟蹤數據。但是，直接傳輸採集的圖像的方式數據量很大，對通信帶寬有較高的要求，若攝像設備採用無線方式向虛擬實境頭盔傳輸圖像，帶寬和延時很難滿足要求。因此，本發明的一個優選實施例提供的用於同步多個無線攝像設備的方法還包括：

當某一個無線攝像設備的第一感光晶片和第二感光晶片完成採集圖像之後，控制第一感光晶片和第二感光晶片分別通過相機串行接口將採集到的紅外圖像和彩色圖像發送給該無線攝像設備的ARM處理器；

控制ARM處理器處理紅外圖像和彩色圖像，獲取虛擬實境頭盔的位置跟蹤數據，並將位置跟蹤數據通過SPI總線發送給微處理器；

控制微處理器通過無線通信模塊將位置跟蹤數據發送給虛擬實境頭盔。

ARM處理器功耗低、性能高，可以快速處理無線攝像設備採集到的圖像，從中獲取位置跟蹤數據。無線攝像設備最終發送給虛擬實境頭盔的僅是位置跟蹤數據，相比於原始的圖像數據，傳輸的數據量大大減少，可以有效降低位置跟蹤數據的傳輸延時。

優選的，本發明實施例提供的用於同步多個無線攝像設備的方法還包括將充電晶片通過IIC總線連接到ARM處理器，用於利用內置電池或外接電源給無線攝像設備的內部電路供電，以及用於在接通外接電源時為內置電池充電。將LED指示燈連接到ARM處理器的輸出埠，指示無線攝像設備的工作狀態，並將按鍵連接到ARM處理器的輸入埠，向無線攝像設備發送控制命令。

圖2為本發明實施例提供的一種用於同步多個無線攝像設備的系統的結構示意圖；圖3為本發明實施例提供的一種用於同步多個無線攝像設備的系統中無線攝像設備的內部結構示意圖。結合圖2與圖3，本發明實施例提供的用於同步多個無線攝像設備的系統包括：設置在虛擬實境頭盔210上的同步控制模塊220，以及環繞虛擬實境頭盔210所在空間布置的多個待同步的無線攝像設備230，每一個無線攝像設備230包括無線通信模塊310、微控制器320和圖像傳感器330。

同步控制模塊220分別無線連接每一個無線攝像設備230的無線通信模塊310，定時向每一個無線攝像設備230同時發送同步指令。

當某一個無線攝像設備230的無線通信模塊310接收到同步指令後，觸發該無線攝像設備230的微控制器320向圖像傳感器330發送同步脈衝信號，控制圖像傳感器330採集圖像。

控制同步控制模塊220定時向每一個無線攝像設備230同時發送同步指令，無線攝像設備230接收到同步指令後向內部的圖像傳感器330發送同步脈衝信號，控制圖像傳感器330採集圖像，同步控制模塊220在各無線攝像設備230工作的過程中每隔一段時間控制各無線攝像設備230進行一次同步，保證各無線攝像設備230同時拍攝定位目標，保證了定位的準確性。

在本發明的一個優選實施例中，每一個無線攝像設備230的圖像傳感器330包括第一感光晶片331和第二感光晶片332。

當某一個無線攝像設備230的無線通信模塊310接收到同步控制模塊220發送的同步指令時，無線通信模塊310向該無線攝像設備的微控制器320發送同步脈衝信號。當微控制器320接收到同步脈衝信號時，向第一感光晶片331發送同步脈衝信號。當第一感光晶片331接收到同步脈衝信號時，開始紅外圖像的採集，並向第二感光晶片332發送同步脈衝信號。當第二感光晶片332接收到同步脈衝信號時，開始彩色圖像的採集。在一個具體實施例中，使用OV系列的感光晶片，第一感光晶片331的FSIN引腳連接微控制器320，從微控制器320接受1ms的脈衝信號；第一感光晶片331的VSYNC引腳連接第二感光晶片332的FSIN引腳，當第一感光晶片331從FSIN引腳接收到1ms的脈衝信號之後，通過VSYNC引腳向第二感光晶片332的FSIN引腳發送1ms的脈衝信號，使兩個感光晶片同步工作。

微控制器320先向第一感光晶片331發送同步脈衝信號，第一感光晶片331接收到該信號之後再向第二感光晶片332發送同步脈衝信號，可以使兩個感光晶片開始採集圖像的時間有一定的時間間隔，避免相互之間產生幹擾。由於這一時間間隔很短，可以近似地認為兩個感光晶片採集圖像時，定位目標在同一個位置，不會對定位的準確性產生不良影響。

採集紅外圖像和彩色圖像的順序可以交換，即微控制器320也可以先向第二感光晶片332發送同步脈衝信號，第二感光晶片332接收到該信號之後再向第一感光晶片331發送同步脈衝信號，結果相同。

優選的，無線攝像設備230還包括ARM處理器340，ARM處理器340通過SPI總線連接到微控制器320。第一感光晶片331和第二感光晶片332分別通過CSI(COMS Sensor Interface，相機串行接口)連接到ARM處理器340，將採集到的紅外圖像和彩色圖像發送給ARM處理器340。

ARM處理器340處理接收到的紅外圖像和彩色圖像，獲取虛擬實境頭盔210的位置跟蹤數據，並將位置跟蹤數據通過SPI總線發送給微處理器320。微處理器320通過無線通信模塊310將位置跟蹤數據發送給虛擬實境頭盔210。ARM預先處理無線攝像設備採集到的圖像，從中獲取位置跟蹤數據，再將位置跟蹤數據發送給虛擬實境頭盔，相比於傳輸原始的圖像數據，傳輸的數據量大大減少，可以有效降低位置跟蹤數據的傳輸延時。

優選的，無線攝像設備230還包括充電晶片350、LED指示燈360和按鍵370。充電晶片350通過IIC總線連接到ARM處理器340，用於利用內置電池或外接電源給無線攝像設備230的內部電路供電，以及用於在接通外接電源時為內置電池充電。LED指示燈360連接到ARM處理器340的輸出埠，用於指示無線攝像設備230的工作狀態。按鍵370連接到ARM處理器340的輸入埠，用於向無線攝像設備230發送控制命令。

基於同樣的發明構思，本發明實施例還提供了一種虛擬實境系統，包括虛擬實境頭盔和環繞虛擬實境頭盔所在空間布置的4個無線攝像設備，虛擬實境頭盔上設置有可見光源和紅外光源，每一個無線攝像設備包括第一感光晶片和第二感光晶片；虛擬實境頭盔上還設置有同步控制模塊，每一無線攝像設備通過各自的無線通信模塊連接到同步控制模塊，同步控制模塊定時向每一個無線攝像設備同時發送同步指令。同步控制模塊在各無線攝像設備工作的過程中每隔一段時間控制各無線攝像設備進行一次同步，保證各無線攝像設備同時拍攝定位目標，保證了定位的準確性。

當某一無線攝像設備的無線通信模塊接收到同步控制模塊發送的同步指令時，無線通信模塊向該無線攝像設備的微控制器發送同步脈衝信號；當微控制器接收到同步脈衝信號時，向第一感光晶片發送同步脈衝信號；當第一感光晶片接收到同步脈衝信號時，開始紅外圖像的採集，並向第二感光晶片發送同步脈衝信號；當第二感光晶片接收到同步脈衝信號時，開始彩色圖像的採集，兩個感光晶片開始採集圖像的時間有一定的時間間隔，可以避免相互之間產生幹擾，由於這一時間間隔很短，可以近似地認為兩個感光晶片採集圖像時，定位目標在同一個位置，不會對定位的準確性產生不良影響。

第一感光晶片和第二感光晶片分別通過相機串行接口將採集到的紅外圖像和彩色圖像發送給該無線攝像設備內的ARM處理器，由ARM處理器處理紅外圖像和彩色圖像，獲取虛擬實境頭盔的位置跟蹤數據，並將位置跟蹤數據發送給微處理器；微處理器通過無線通信模塊將位置跟蹤數據發送給虛擬實境頭盔，由虛擬實境頭盔根據位置跟蹤數據實時顯示虛擬實境場景圖像。在無線攝像設備中預先處理原始圖像獲取位置跟蹤數據，再將位置跟蹤數據發送給虛擬實境頭盔，相比於傳輸原始圖像數據，傳輸的數據量大大減少，可以有效降低位置跟蹤數據的傳輸延時。

綜上所述，本發明提供的一種用於同步多個無線攝像設備的方法和系統及虛擬實境系統，與現有技術相比，具有以下有益效果：

1、通過在虛擬實境頭盔上設置同步控制模塊，定時向每一個無線攝像設備同時發送同步指令，在各無線攝像設備工作的過程中每隔一段時間控制各無線攝像設備進行一次同步，保證各無線攝像設備同時拍攝定位目標，保證了定位的準確性。

2、微控制器先向第一感光晶片發送同步脈衝信號，當第一感光晶片接收到同步脈衝信號時，再向第二感光晶片發送同步脈衝信號，兩個感光晶片開始採集圖像的時間有一定的時間間隔，可以避免相互之間產生幹擾，並且由於間隔很短並不會對定位的準確性產生不良影響。

3、通過在無線攝像設備中預先處理原始圖像獲取位置跟蹤數據，再將位置跟蹤數據發送給虛擬實境頭盔，相比於傳輸原始圖像數據，傳輸的數據量大大減少，有效降低了位置跟蹤數據的傳輸延時。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護範圍內。