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AR硬件中的常见五种跟踪器

AR硬件中的常见五种跟踪器-增强现实技术是在虚拟现实技术的基础上发展起来的,因此在硬件结构上同虚拟现实系统的硬件一样具有一定的继承性和一致性。与大多数VR系统一样图形处理器也是AR系统所必不可少的。

增强实际技能是在虚拟实际技能的基础上发展起来的,因而在硬件结构上同虚拟实际体系的硬件相同具有必定的继承性和一致性。与大多数VR体系相同图形处理器也是AR体系所必不可少的。此外AR体系还包含如数据手套、6D鼠标器、眼踪器、力反馈设备、语音辨认与组成体系等在内的人机交互设备,每种设备品种繁多、功能各异。

依据硬件盯梢设备获取被盯梢方针方位和方向信息的办法,也常被运用于增强实际体系中。这些硬件盯梢设备包含机电盯梢器、电磁盯梢器、超声波盯梢器、光电盯梢器和惯性盯梢器,它们的完成办法各不相同,各有优缺陷,并且在现有的增强实际体系中都有运用实例。

AR硬件中的常见五种盯梢器

1.机电盯梢器

机电盯梢器是一种肯定方位传感器。一般由体积较小的机械臂构成,将一端固定在一个参阅机座上,另一端固定在待测方针上。选用电位计或光学编码器作为关节传感器丈量关节处的旋转角,再依据所测得的相对旋转角以及衔接两个传感器之间的臂出息举动力学核算,取得六自由度方位输出。这种盯梢器功能较牢靠,潜在搅扰源较少,推迟时刻短。但其缺陷是,盯梢器丈量精度受环境温度改变影响,关节传感器的分辩率低,盯梢器的作业规模受限。在一些特定的运用场合 (如外科手术练习),用户的活动规模不是重要方针时这种盯梢器才具有优势。

2.电磁盯梢器

电磁盯梢器是运用较为广泛的一类方位盯梢器,它运用一个三轴线圈发射低频磁场,用固定在被测方针上的三轴磁接收器作为传感器感应磁场的改变信息,运用发射磁场和感应信号之间的稠合联系确认被盯梢物体的空间方位。依据三轴励磁源的办法不同,电磁盯梢器分为沟通电磁盯梢器和直流电磁盯梢器。

沟通电磁盯梢器的励磁源由三个磁场方向彼此笔直的沟通电流发生的双极磁源构成,磁接收器由三套别离测验三个励磁源的线圈构成。磁接收器感应励磁源的磁场信息,依据从励磁源到磁接收器的电磁能量传递联系核算磁接收器相关于励磁源的空间方位。受核算功能、反应时刻和噪声等要素的影响,励磁源的作业频率一般为30-120Hz。为了确保不同环境条件下的信噪比,一般运用7-14kHz的载波对鼓励波进行调制。直流电磁盯梢器的发射器(相当于励磁源)由绕立方体芯子正交环绕的三组线圈组成,顺次向发射器线圈输入直流电流,使每一组发射器线圈别离发生一个脉冲调制的直流电磁场。接收器也是由绕立方体芯子正交环绕的三组独立线圈构成的直流磁场方向的周期性改变在三向接收器线圈中发生交变电流,电流强度与本地直流磁场的可分辩重量成正比。可在每个丈量周期取得九个数据,它们表明三组接收器线圈所感应发射磁场的巨细,由电子单元履行必定的算法即可确认接收器相关于发射器的方位和方向。

沟通电磁盯梢体系的接收器一般体积小,合适装置在头盔显示器上,但这种盯梢器最丧命的缺陷是易受环境电磁搅扰。发射器发生的沟通磁场对邻近的电子导体特别是铁磁性物质十分灵敏,沟通旋转磁场在铁磁性物质中发生涡流,然后发生二级沟通磁场,使得由沟通励磁源发生的磁场形式发生畸变,这种畸变会引起严峻的丈量差错。

直流电磁盯梢器最大的长处是只在丈量周期开端时发生涡流,一旦磁场抵达稳态状况,就不再发生涡流。只要在丈量前等候涡流衰减就能够防止涡流效应,然后能够减小畸变涡流场发生的丈量差错。

3.超声波盯梢器

运用不同声源的声响抵达某一特定地址的时刻差相位差或许声压差能够进行定位与盯梢,一般有脉冲波飞翔时刻(TIme-of- flight,TOF)丈量法和接连波相位相干丈量法两种办法。TOF丈量法是在特定的温度条件下,经过丈量声波从发射器到接收器之间的传达时刻来确认传达间隔的一种办法大多数超声波盯梢器都选用这种丈量办法。此办法的数据改写率遭到几个要素的约束,声波的传输速度约为340m/s,只有当发射波的波阵面抵达传感器时才能够得到有用的丈量数据。并且有必要答应发射器在发生脉动后宣布几毫秒的声脉冲,并且在新的丈量开端前等候发射脉冲消失。由于每个发射器-传感器组都需求独自的脉冲飞翔序列,丈量所需求的时刻等于单组飞翔时刻乘以组合数目。这种飞翔时刻丈量体系的精度取决于检测发射声波抵达接收器精确时刻的才能,环境中比如钥匙叮咱响的声响都会影响丈量精度,空气活动和传感器闭锁也会导致丈量差错发生。

接连波相位相干丈量法经过比较参阅信号和接收到的发射信号之间的相位来确认发射源和接收器之间的间隔。此办法丈量精度较高,数据改写频率高,可经过屡次滤波战胜环境搅扰的影响,而不影响体系的精度、时刻呼应特性等。

与电磁盯梢器比较,超声波盯梢器最大的长处是不会遭到外部磁场和铁磁性物质的影响,丈量规模较大。依据声波飞翔时刻法的盯梢器易受伪声响脉冲的搅扰,在小作业规模内具有较好的精度和时刻呼应特性。可是跟着效果间隔的增大,这类盯梢器的数据改写频率和精度下降。而依据接连波相干丈量法的盯梢器具有较高的数据改写频率,因而有利于改进体系的精度、呼应性、丈量规模和鲁棒性,且不易受伪脉冲的搅扰。不过上述两种盯梢器都会由于空气活动或许传感器闭锁发生差错。但假如选用恰当的调制办法,就能够改进接连波相位丈量法的环境特性,有望完成高精度、高数据改写率和低推迟的声学盯梢器。

1966年,美国MIT林肯实验室的Roberts研发了一种超声式位移盯梢器LincolnWand,该眼踪器依据声波飞翔时刻丈量法,运用四个发射器和一个接收器,盯梢精度和分辩率只抵达5mmoLogitech开发了另一种依据TOF的超声波盯梢体系,又称为RedBaron,其眼踪精度和分辩率也只抵达几毫米。

4.光电盯梢器

光电眼踪器(又称为视觉眼踪器)是运用环境光或许操控光源宣布的光,在图画投影平面上的不同时刻或许不同方位的投影,核算出被盯梢方针的方位。在有操控光源的情况下,一般运用红外光,以防止盯梢器对用户的搅扰。

从结构办法的视点看,光电盯梢器分为“外-内”(outside-in,OI)和“内-外”(inside-out,10)两种结构办法。关于“外-内”办法而言,传感器固定,发射器装置在被盯梢方针上,这意味着传感器“向内凝视”远处运动的方针,这种体系需求极端贵重的高分辩率传感器。关于“内-外”办法而言,发射器固定,传感器装置在运动方针上,这意味着传感器从运动方针“向外凝视”。在作业规模内运用多个发射器能够进步精度,扩展作业规模。

内一外式光电盯梢器的时刻呼应特性杰出,具有数据改写频率高,适用规模广,相位滞后小等潜在优势,更合适于实时运用。但光学体系存在虚伪光线、外表含糊或许光线遮挡等潜在差错要素,为了取得满意的作业规模而运用短焦镜头,体系丈量精度下降。多发射器结构是一种解决方案,却以复杂性和本钱为价值。因而,光电盯梢器有必要在精度、丈量规模和价格等要素之间作出折中挑选,并且有必要确保光路不被遮挡。

5.惯性盯梢器

惯性盯梢器运用陀螺的方向盯梢才能,丈量三个滚动自由度的视点改变;运用加速度计丈量三个平动自由度的位移。曾经这种方位盯梢办法常被用于飞机和导弹等飞翔器的导航设备中,比较粗笨。跟着陀螺和加速度计的微型化,该盯梢办法在民用商场也越来越遭到喜爱。不需求发射源是惯性式盯梢器最大的长处,但是传统的陀螺技能难以满意丈量精度的要求,丈量差错易随时刻发生角漂移,受温度影响的漂移也比较显着需求有温度补偿办法。新式压电式固态陀螺在上述功能方面有大幅度改进。

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