基于SteamVR激光扫描的手指位置检测系统设计

发布时间：2021-04-12 20:48

　　在面向虚拟现实的人机交互系统中,用户的手指位置是系统实现交互命令输入、碰撞检测和力触觉建模的关键参数。以SteamVR激光扫描技术为基础,设计了三维空间中的手指位置检测系统。通过依附于指尖的TS4231芯片获取并转换光学基站（Lighthouse）发射的激光信号,由下位机采集数字信号并通过串口传送至上位机,最终在上位机完成手指与虚拟环境的交互。实验结果表明,所设计系统的相对测量误差低于2%,能够较好地满足手指与虚拟环境的交互要求,对于促进面向自然交互的虚拟现实技术的发展具有重要意义。 

【文章来源】：电子测量技术. 2020,43(15)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

基于SteamVR激光扫描的手指位置检测系统整体方案

2)激光接收器模块主要由光电二极管和TS4231芯片构成,其中光电二极管的功能是接收基站发射的同步闪烁和激光扫描平面信号,TS4231芯片的功能是将光电二极管接收到的激光信号转换为数字信号并输出。3)Arduino Due嵌入式中央处理模块的主要功能是利用外部中断采集TS4231输出的数字信号,并根据SteamVR激光编码原理输出时间戳数据;

激光接收器主要利用光电二极管检测红外光,通过为光电二极管提供偏置电压将红外激光脉冲转换成数字信号输出。本文选用BPW34S光电二极管和TS4231芯片完成对激光接收器电路的设计,如图3所示。其中,TS4231芯片是Traid Semiconductor公司生产的用于光学位置跟踪的芯片,封装尺寸小(1.66 mm×1.66 mm),适用于室内定位和位置跟踪。其具体工作流程为光电二极管检测接收基站发射的红外光,并将其转变为电流信号后,该电流信号被高增益互阻抗放大器转换为电压信号。经过包络检波器滤除信号中的1.8 MHz调制信号后,最后输出代表光电二极管检测参考信号所用的时间周期的数字信号。本文所采用的BPW34S型光电二极管,响应时间短,可接收波长为850 nm的激光信号,符合课题中基站发射的光波长。本课题使用的光电二极管用于检测经过调制的红外激光并将其接收到的光信号变化变为电流的变化;电路中C1为滤波电容,主要用于滤除Arduino提供电源信号中的高频干扰;R1为偏置电阻,TS4231包含一个内部参考系统,用于控制电路的内部检测电平,将R1连接到RBIAS引脚,用于设置内部参考电压;J1为排针接口。TS4231的工作电压为3.3 V,最大不超过3.6 V,本系统选用的Arduino Due开发板,工作电压为3.3 V且可以输出3.3 V电压,可为TS4231提供3.3 V工作电压。

【参考文献】：
期刊论文
[1]面向自然人机交互的力触觉再现方法综述[J]. 陆熊,陈晓丽,孙浩浩,赵丽萍.  仪器仪表学报. 2017(10)
[2]虚拟现实的人机交互综述[J]. 张凤军,戴国忠,彭晓兰.  中国科学:信息科学. 2016(12)
[3]基于视觉的手指空间位置检测技术[J]. 李雨浪,于瀛洁.  计算机工程与设计. 2010(03)
[4]虚拟现实综述[J]. 赵沁平.  中国科学（F辑:信息科学）. 2009(01)
[5]人机交互的进展及面临的挑战[J]. 董士海.  计算机辅助设计与图形学学报. 2004(01)

硕士论文
[1]基于电磁场控制的力触觉再现方法研究[D]. 赵丽萍.南京航空航天大学 2017
[2]基于机器视觉的嵌入式虚拟键盘研究[D]. 李鹏翔.华南理工大学 2016



本文编号：3133961