本公開涉及回歸反射(retro-reflective)標記,特別是具有均勻分布的回歸反射微型元件(microelement)的回歸反射標記。
背景技術(shù):
1、跟蹤系統(tǒng)(例如,光學跟蹤系統(tǒng))可以依賴于附著有一個或多個標記的對象。
2、光學跟蹤系統(tǒng)通常包括位于不同位置處具有相應(yīng)取向的多個回歸反射標記,以實現(xiàn)回歸反射。回歸反射標記通常包括多個微型元件,這多個微型元件的特征尺寸明顯小于回歸反射標記或定位有這些標記的工具或裝置。這些微型元件通常是回歸反射的,使得沿著入射路徑行進的入射光學信號可被沿著與該入射路徑大致相反的路徑反射。
3、具有回歸反射標記的光學跟蹤系統(tǒng)可具有多種應(yīng)用。例如,光學跟蹤系統(tǒng)可以捕捉一個或多個對象的運動或移動,其可被用于動畫制作、運動分析、醫(yī)學研究、外科手術(shù)等。光學跟蹤系統(tǒng)也可被在增強現(xiàn)實(ar)和虛擬現(xiàn)實(vr)、生物力學、機器人以及計算機視覺中實施。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本文描述了一種被用作用于跟蹤系統(tǒng)的回歸反射標記或回歸反射標記的至少一部分的設(shè)備,該跟蹤系統(tǒng)被配置成用于通過估計附著在被跟蹤對象上的一個或多個標記的姿態(tài)(例如,位置和取向)來確定被跟蹤對象在環(huán)境中的位置。由二維(2d)回歸反射標記(例如,包含許多標記的2d片材)產(chǎn)生三維(3d)標記(例如,具有曲面)的制造技術(shù)可能導(dǎo)致這樣的3d標記,其具有不均勻分布的小反射元件(例如,微型元件),并且在某些情況下使微型元件變形。因此,對于以不同入射角入射的光學信號,由具有曲面的這些標記生成的回歸反射光學信號的亮度變得不那么一致,從而降低了該跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度。
2、形成鮮明對比的是,本文所述的設(shè)備可被例如通過注射成型或其他適用的技術(shù)制造為單一結(jié)構(gòu),該單一結(jié)構(gòu)提供回歸反射微型元件的期望分布(例如,均勻分布)。該期望分布可被根據(jù)不同的回歸反射任務(wù)預(yù)先確定,并通過一種或多種制造技術(shù)(例如,注射成型)等來獲得。隨著提供期望分布,減少了該期望分布中的不希望的變化,減少了不希望的變形等等。
3、更具體地說,本文所述的設(shè)備具有回歸反射區(qū)段,其用于沿著與其相應(yīng)的入射方向基本平行的方向(或以相應(yīng)的入射角)反射入射光學信號。該回歸反射區(qū)段可包括一個或多個聯(lián)接機構(gòu),用于將回歸反射區(qū)段與對應(yīng)設(shè)備的一個或多個其他回歸反射區(qū)段聯(lián)接,以形成組件。該設(shè)備或由一個或多個設(shè)備構(gòu)成的組件可被用作用于跟蹤系統(tǒng)的回歸反射標記。該回歸反射區(qū)段包括外表面和相應(yīng)的內(nèi)表面。該外表面通常是彎曲而光滑的,并定義了具有變化方向的表面法線。該內(nèi)表面可以具有作為外表面的相應(yīng)拓撲(以及可選擇的相應(yīng)表面法線)。
4、該回歸反射區(qū)段還包括多個回歸反射微型元件,這多個回歸反射微型元件通常相對于該回歸反射區(qū)段或該標記的尺寸是較小的。例如,回歸反射微型元件可以具有一個或多個毫米、小于一毫米等的特征長度?;貧w反射微型元件可以具有一種或多種形狀,例如微珠或微球、微角立方體、微棱鏡等。每個回歸反射微型元件從內(nèi)表面在與其他回歸反射微型元件不同的位置處延伸。每個回歸反射微型元件都包括沿著與外表面的表面法線相對應(yīng)的方向延伸的中心軸線。該中心軸線與該表面法線之間的對準提高了回歸反射亮度的一致性。由于表面法線在不同位置處具有相應(yīng)的方向,并且不同的回歸反射微型元件的中心軸線與表面法線大致對準,因此不同位置處的中心軸線沿著與表面法線相對應(yīng)的相應(yīng)方向延伸。在某些情況下,該中心軸線可能在相對于表面法線的方向偏移預(yù)定偏移角的方向上延伸。
5、該回歸反射區(qū)段可以還包括被沉積在多個回歸反射微型元件的表面上的反射涂層,以增強回歸反射效果。例如,具有反射涂層可以略微降低的亮度為回歸反射提供更寬的視角。是否在回歸反射區(qū)段上沉積反射涂層取決于回歸反射要求。例如,對于不需要更寬的回歸反射率的應(yīng)用,該回歸反射區(qū)段可以在不具有反射涂層的情況下提供回歸反射。反射涂層可以包括一種或多種材料,例如銀、鋁或任何其他類似的反射材料。此外,多個回歸反射微型元件中的一個或多個可以具有多個反射表面,以反射或回歸反射入
6、射視覺信號。例如,第一回歸反射微型元件可以具有兩個反射表面以反射或回歸反射入射光。
7、在一般方面,本文件描述了一種包括回歸反射區(qū)段的設(shè)備。該回歸反射區(qū)段包括外表面、內(nèi)表面和多個回歸反射微型元件。多個回歸反射微型元件中的每一個都從內(nèi)表面在與其他回歸反射微型元件的位置不同的位置處延伸。多個回歸反射微型元件中的每一個都包括沿著與外表面的表面法線相對應(yīng)的方向延伸的中心軸線。該設(shè)備還包括被沉積在多個回歸反射微型元件的表面上的反射涂層。
8、實施方式可以包括以下特征中的一個或多個。
9、多個回歸反射微型元件中的一個可以是微棱鏡。該回歸反射區(qū)段可還包括聯(lián)接機構(gòu),以將回歸反射區(qū)段與一個或多個其他回歸反射區(qū)段聯(lián)接。
10、在一些實施方式中,回歸反射區(qū)段可以形成具有中空球形、中空圓錐形或中空圓柱形的回歸反射標記的至少一部分。在某些情況下,回歸反射區(qū)段可以形成一個或多個回歸反射標記。
11、多個回歸反射微型元件的幾何圖形和布置結(jié)構(gòu)可被預(yù)先確定,以用于制造該回歸反射區(qū)段。在一些實施方式中,該回歸反射區(qū)段可被通過注射成型制造而成。
12、多個回歸反射微型元件中的一個的每條邊緣都可以具有小于1mm的長度。多個回歸反射微型元件中的每一個都可以限定微棱鏡中心,并且多個回歸反射微型元件中的兩個相鄰的回歸反射微型元件可以在相應(yīng)的微棱鏡中心之間間隔開小于1mm的距離。
13、在一些實施方式中,該中心軸線可在平行于外表面的表面法線并相對于該表面法線偏移一偏移量的方向上延伸。該偏移量可被通過將隨機化算法應(yīng)用于多個回歸反射微型元件來確定。
14、在一些實施方式中,該回歸反射區(qū)段可以包括在近紅外(nir)光譜帶中是透射的聚合物。該反射涂層可被通過氣相沉積而沉積在多個回歸反射微型元件的表面上。該反射涂層可以包括金屬材料。
15、此外,該回歸反射區(qū)段可以形成用于光學跟蹤的工具的主體的一部分。作為替代,該回歸反射區(qū)段可以形成標記的被配置成用于被安裝到用于光學跟蹤的工具的一部分。在一些情況下,該回歸反射區(qū)段可以包括第一回歸反射區(qū)段和第二回歸反射區(qū)段。第一回歸反射區(qū)段可以形成用于光學跟蹤的工具的主體的一部分,并且第二回歸反射區(qū)段可以形成標記的被配置成用于被安裝到該工具的一部分。
16、另一方面,標記包括第一部分,該第一部分包括彼此聯(lián)接的一個或多個回歸反射區(qū)段。一個或多個回歸反射區(qū)段中的一個包括外表面、內(nèi)表面和多個回歸反射微型元件。這多個回歸反射微型元件中的每一個都從內(nèi)表面在與其他回歸反射微型元件的位置不同的位置處延伸,并且多個回歸反射微型元件中的每一個都包括沿著與外表面的表面法線相對應(yīng)的方向延伸的中心軸線。這一個回歸反射區(qū)段還包括被沉積在多個回歸反射微型元件的表面上的反射涂層。
17、標記還包括第二部分,該第二部分包括連接機構(gòu),該連接機構(gòu)被配置成用于將第一部分連接到裝置。
18、另一方面,一種設(shè)備包括用于光學跟蹤的裝置和回歸反射標記。該回歸反射標記被通過該回歸反射標記的連接機構(gòu)附接到該裝置。該回歸反射標記包括彼此聯(lián)接的一個或多個回歸反射區(qū)段。這一個或多個回歸反射區(qū)段中的一個包括外表面、內(nèi)表面和多個回歸反射微型元件。這多個回歸反射微型元件中的每一個都從內(nèi)表面在與其他回歸反射微型元件的位置不同的位置處延伸,并且這多個回歸反射微型元件中的每一個都包括沿著與外表面的表面法線相對應(yīng)的方向延伸的中心軸線。一個回歸反射區(qū)段還包括被沉積在多個回歸反射微型元件的表面上的反射涂層。
19、本文描述的實施方式可以提供各種技術(shù)益處。例如,所描述的設(shè)備和標記(包括由多個設(shè)備構(gòu)成的組件)可以改善沿著不同角度回歸反射的光學信號的均勻度,從而進一步提高使用所描述的設(shè)備和標記的跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度。由于所描述的設(shè)備是使用諸如由預(yù)定幾何圖形和參數(shù)控制的注射成型之類的技術(shù)來制造的,因此回歸反射微型元件的分布和形狀與針對注射成型過程所控制的基本相同。由此,由所描述的設(shè)備和相應(yīng)的標記所生成的反射光學信號的亮度是基本均勻的且是可控的。
20、此外,所描述的用于制造標記的技術(shù)對于不同的跟蹤任務(wù)是穩(wěn)健而高效的。由于所描述的設(shè)備是使用注射成型而制造的,并且包括一個或多個聯(lián)接機構(gòu),其被配置成用于將其自身與一個或多個其他設(shè)備聯(lián)接,因此所描述的設(shè)備的幾何圖形(例如,尺寸、形狀或兩者)、使用一個或多個所描述的設(shè)備組裝的標記的幾何圖形以及回歸反射微型元件在所描述的設(shè)備或標記上的布置結(jié)構(gòu)(例如,尺寸、形狀、分布等)可被根據(jù)用于不同跟蹤任務(wù)的不同要求而被預(yù)先確定或調(diào)整或兩者。此外,利用注射成型回歸反射區(qū)段以及設(shè)計由多個回歸反射區(qū)段構(gòu)成的不同組件的能力可以縮短研究和開發(fā)回歸反射標記的新構(gòu)型的時間和降低其成本。
21、一個或多個實施例的細節(jié)被在以下的附圖和說明書中予以闡述。其他特征和優(yōu)點將從說明書和附圖以及權(quán)利要求書而變得明顯。