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基于视觉和INS的VR交互输入系统研究

王颜霞  
【摘要】:自VR问世以来,其应用不断深入。随着2020年新冠疫情影响和5G通讯的进一步普及,VR+培训、AR实时远程沟通、无人驾驶、虚拟直播等新兴模式飞速发展,人们越来越关注更高运行效率和更好体验效果的VR交互技术,其中,高精度的VR交互输入系统对VR交互技术有着重要的研究意义。本文针对VR交互输入设备的特点,提出一种基于双目视觉和INS数据融合的VR输入系统位姿检测方法,提高VR交互输入设备位置和姿态测量的精度。本文的主要研究内容为:首先,分析了INS系统的姿态角和姿态矩阵,研究了INS位姿解算流程及其校正方法,建立了基于INS的VR位姿测量模型,研究了基于运动学约束的卡尔曼滤波的VR交互输入系统位姿计算方法,通过姿态检测试验验证了所提出方法的性能。其次,建立了双目相机位置检测系统的坐标系,分析了相机内外参数的计算方法,研究了双目相机视差测量方法;研究了基于双目立体视觉的VR交互输入系统位置测量的方法,研究了相机标定和图像校正方法,研究了基于改进SURF的VR输入系统特征点匹配及三维位置检测方法,通过试验验证了所提出方法的性能。再次,建立了检测系统坐标系,分析了系统初始化的方法,提出基于INS和双目视觉融合的VR输入系统位姿测量的方法,研究了双目相机位置解算方法,研究了INS时域对准方法,实现了相机和INS数据在时域的同步,提出了基于自适应可变加权卡尔曼滤波的VR交互输入系统位姿检测融合方法,通过位姿检测试验验证了所提出的方法的性能。最后,开发了基于INS和双目视觉的VR输入系统位姿检测样机,设计系统的硬件电路和软件程序,设计了VR交互输入位置和姿态检测试验方法,通过位置检测对比试验和姿态检测对比试验,验证了所开发的VR交互输入系统位姿检测方法可以有效提高位置和姿态测量精度。本文的研究对VR交互的精确输入提供了技术指导,具有一定的理论与实践价值,对VR技术的仿真和工程应用的普及具有重要的现实意义。


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