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关于AR和VR中的预测性追踪定位的原理分析和应用

兴芯微 2019-08-25 11:43 次阅读


如果你有感兴趣的话题或者你想得到解释的概念,请评论留言,我们会尽力解决这些问题。你也可以在这儿问我任何问题。

理解预测跟踪

关于AR和VR中的预测性追踪定位的原理分析和应用

在“增强现实”和“虚拟现实”系统的背景下,预测跟踪是指预测未来方向或一个物体的位置或身体部分的过程。例如,人们可能会想预测的头的方向或手的位置。

为什么预测跟踪有用?

关于预测追踪一个常见的应用就是减少明显的“光子运动”延迟,即运动之间的时间和运动反映在绘制的场景。由于运动之间有延迟和更新显示(如下所示),使用可预估的方向和位置作为数据应用于更新显示,可以缩短延迟。

虽然许多注意力一直集中在虚拟现实应用程序的预测跟踪上,它对于增强现实技术方面也是非常重要的。举例来说,如果你要显示一个图形覆盖,使其出现在你通过增强现实眼镜看到的物体的上方,非常重要的一点是保证叠加物在你转头时位置不变。观察对象能够被相机识别,但相机需要一些时间来捕捉帧,处理器需要确定对象在框架中的位置,图形芯片要呈现新的覆盖。通过使用预测跟踪,你可以更好的记录覆盖图像和物理对象。


它是如何工作的呢?

工作原理

如果你看到一辆车以恒定的速度行驶而且你想预测汽车将在下一秒钟驶向何处,你也许可以做出精确的预测。你知道汽车的当前位置,你可能知道或可以估计当前的速度,因此可以推断汽车不久之后的位置。

当然,如果你比较你的预测和汽车实际行驶的情况,你会发现你每次的预测都不可能是100%准确的:汽车可能会改变方向或加速。距离越远,你预测的结果越不准确:预测下一秒钟汽车的位置比预测下一分钟的要准确得多。

关于汽车及其行驶特点你了解的越多,越有机会做出准确的预测。例如,如果你不仅知道了其速度,还知道其加速度,你的预测可能就更准确。

如果你了解更多关于被追踪的个体的信息,也可以提高预测精度。例如,当进行头部跟踪时,了解转头最快的速度和一般状态下的速度,可以提升跟踪模型。同样,如果你做眼部跟踪,你可以使用眼球追踪信息预测这篇文章中讨论到的头部运动,

延迟的来源

所需的执行预测跟踪来自实际运动和反应运动的图像之间的延迟。延迟来自多因素,如:


•感应延迟。传感器(如陀螺仪)可能是带宽受限的,因而无法立即报告方向或位置变化。同样,基于相机的传感器可能出现延迟,通常在相机传感器上的像素接收到跟踪对象的光线到框架发送到主机处理器之间这段时间里。

•处理延迟。传感器通常使用某种类型的传感器与算法相结合,执行该算法时就会增加延迟。
•数据平滑。传感器数据有时是嘈杂的,避免错误出现,软件或基于低通算法的硬件会执行任务。
•呈现延迟。在呈现一个非凡的场景时,图像需要一些时间传到显示设备。
•帧速率延迟。例如,如果播放操作是以100赫兹的频率,那么连续帧之间的时间是就是10毫秒。当某个特定像素显示之后不精确的信息可能需要等待下一个次像素绘制完成再显示。
•传输延迟。例如,如果定位传感用完USB连接的设备,数据传到主处理器和USB数据传输完成之间也有时间。

其中一些延迟是非常小的,但不幸的是各种延迟会叠加起来。预测跟踪加上其他技术,如时间扭曲,有利于减少明显的延迟。

能够追踪多久的未来时间?

四个字:视情况而定。你首先需要估计点对点系统延迟,然后再进行优化。

也许你需要在任何给定的时间内预测几个未来的时间点。这里有一些例子可以解释为什么需要这样做:

•有的对象有不同的端对端延迟。例如,带相机的手部跟踪器和头部跟踪可能有不同的延迟,但都需要在同样的场景中同步,所以预测跟踪需要不同的“向前看”的时间。

•在单一屏幕布局时---如手机屏幕---为双眼提供图像,通常情况下, 相对于另一只眼睛,映入在一只眼睛只有半帧(例如1/60秒的一半,大约8毫秒)。在这种情况下,最好给延迟的另一半屏幕使用提前8毫秒的预测跟踪。

以下是一些常用的预测跟踪算法的例子:

•航迹推算。这是一个非常简单的算法:如果位置和速度(或角位置和角速度)在给定的时间内是已知的,预测位置假设最终位置和速度是正确的,而且速度是相同的。例如,如果最后已知位置是100个单位,最后一个已知的速度是10单位/秒,因而未来10毫秒(0.01秒)内的预测位置100 + 10 x 0.01 = 0.01。虽然计算很简单,但它假定的是过去的位置和速度是准确的(例如,忽略各种噪音)且速度是恒定的。而这两个假设往往是不正确的。

•卡尔曼预测器。这是基于广受欢迎的卡尔曼滤波器设计的。卡尔曼滤波器是用来减少包含数学模型的操作系统中传感器噪声的。点击此处查看更多关于卡尔曼滤波器的详细解释。

•alpha-beta-gamma。ABG预测器与卡尔曼预测器密切相关,但并不是很通用且数学程式简单。我们可以从较高层面解释一下。ABG不断试图估计速度和加速度并使用这些数值进行预测。由于这些估测将实际数据考虑在内所以一些测量上的误差减少了。配置参数(α,β和γ)增强了反应与降噪能力。如果你想了解一下,请看这里:

关于AR和VR中的预测性追踪定位的原理分析和应用

总结
预测跟踪是一个有效且被广泛应用的减少明显的延迟的技术。它提供了简单的或复杂的操作,需要一些思考和分析,但确实是值得的。

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NCP153 LDO稳压器 130 mA 双输出 低Iq 高PSRR 带折返式

NCP156 LDO稳压器 500 mA / 250 mA 双输出 超低压降 低Iq 超低噪声

是双输出线性稳压器,专为相机模块应用而优化。该器件提供独特的高电流低电压偏置轨拓扑组合,用于提供数字模块和非常精确的第二输出,用于为模拟传感器模块供电。这种组合可以实现最佳性能和功效。 特性 优势 N-MOS和P-MOS双LDO 针对相机传感器应用进行了优化。用于数字轨和超低噪声的高电流N-MOS输出和用于模拟轨的高PSRR P-MOS 低静态电流典型值。 100 uA 提高适合电池供电设备的效率 输出电压摆率控制 两次摆动速率选项允许为传感器应用选择正确的速度 极低压差140 mV,500 mA 最大限度地降低功耗并提高效率 超低噪音典型。 6.5 OUTV上的uVRMS 非常适合功率敏感设备 提供CSP6 1.2 mm x 0.8 mm 非常适合空间约束应用 应用 终端产品 相机传感器电源 图像传感应用程序 智能手机和平板电脑 相机和Camcoders IP摄像机 集成电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 8次 阅读
NCP156 LDO稳压器 500 mA / 250 mA 双输出 超低压降 低Iq 超低噪声

NCP3231A 高电流同步降压转换器

1A是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出o电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 18次 阅读
NCP3231A 高电流同步降压转换器

NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

1B是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 1MHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出ove r电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 12次 阅读
NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

NCP3231 高电流同步降压转换器

1是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低 - 侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出过压保护和欠压保护 使用热敏电阻或传感器进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电力良好输出 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 16次 阅读
NCP3231 高电流同步降压转换器

NCP3232N 高电流同步降压转换器

2N是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,可在4.5V至21V输入电压下工作,在高达15A的负载下可产生低至0.6V的输出电压。 特性 优势 4.5 V至21 V的宽输入电压范围 支持广泛的应用 0.6V内部参考电压 支持小电感和少量输出电容 500kHz开关频率 良好的散热性能 外部可编程软启动 无损耗低侧FET电流检测 输出过压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调输出电压 电源良好指标 内部过热保护 应用 终端产品 用于电信和网络应用的15A负载电源模块 蜂窝基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 计算系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 8次 阅读
NCP3232N 高电流同步降压转换器

NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85℃范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。小型8引脚XDFN6 1.2 mm x 1.6 mm封装使该器件成为可能特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 多种固定输出电压选项及其他可根据要求提供1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通讯设...
发表于 07-29 22:02 20次 阅读
NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...
发表于 07-29 22:02 18次 阅读
NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

是双模式LDO,在ActiveMode中提供高达80 mA的电流,在低功耗模式下低至50 nA的Iq。双模式功能可通过ECO引脚选择,允许动态和低功耗模式之间的动态切换,非常适用于长寿命电池供电的无线应用。低功耗模式下的输出电压可降低50 mV,100 mV,150的内部工厂编程值相对于活动模式下的标称输出电压,mVor为200 mV。此功能进一步降低了睡眠模式下的应用消耗.NCP171采用SLIQ(超低Iq)LDO系列,具有50nA的超低静态电流,可用于小XDFN4 1.2 x 1.2包。 特性 优势 超低水平50nA 非常适合电池供电的应用 双模式功能针对主动模式和待机模式操作进行了优化 系统灵活地在两种不同的操作模式之间切换,优化性能和延长电池寿命 工作模式,高达80mA,具有出色的PSRR和噪声性能 非常适用于射频电源和高精度传感器 低功耗模式(SLIQ),50nA Iq 当系统处于扩展待机(低功耗)模式时延长电池寿命 模式选择,ECO Pin 灵活选择主动和低功率模式 XDFN 1.2x1.2包 空间受限应用程序的小尺寸 应用 终端产品 无线电池供电的物联网传感器 电池供电的医疗...
发表于 07-29 22:02 33次 阅读
NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

是一款采用SuperPD™PDAF技术的13万像素CMOS成像传感器。这款先进的传感器具有独特的PDAF微透镜和PDAF图案技术,在低光照条件下具有出色的自动对焦性能。采用1.1μm像素构建,提供符合行业标准的1 / 3.2“光学格式,使AR1337具有适合大批量设计的尺寸。图像质量由领先的量子效率和灵敏度驱动,同时保持低读取噪声。这种组合可在明亮的日光或低室内照明条件下提供出色的图像。 AR1337以每秒30帧的速度运行在13 MP,并支持每秒30帧的4k2k视频和高达每秒60帧的全高清1080P视频。 特性 优势 SuperPD™PDAF技术 领先的低光自动对焦性能 独特的PDAF图案和微透镜技术 高精度相位检测自动聚焦(PDAF)功能 片上坏像素校正和AF计算 简化的相机模块积分校准和与后端应用处理器的集成 具有低读取噪声的高量子效率和灵敏度 卓越的图像质量,尤其是在光线不足 应用 终端产品 智能手机相机 平板电脑相机 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 29次 阅读
AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

HS是一款1080万像素,1英寸光学格式图像传感器,结合了高分辨率成像和3.4微米DR-Pix(动态响应像素),可动态调整以提供卓越的低光性能。在全分辨率下,AR1011HS提供60帧/秒(fps)视频;同时跳至120 fps的1080p高清模式。该传感器非常适合需要高分辨率的高端监控摄像系统,如电子平移,倾斜,变焦(ePTZ)等具有惊人的低光能力的功能。 4K超高清(3840 x 2190)分辨率为每秒60帧的模式,使传感器也成为专业消费类广播相机的理想选择。 应用 相机 安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 30次 阅读
AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

美半导体的AR0239是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1936(H)×1188(V)。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0239可以产生非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 以90 fps的速度拍摄2.3Mp以获得出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.7英寸 1080p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 3.0um大背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2 / T3读数以启用HDR处理ISP芯片处于1080P和30fps 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口: - HiSPi(SLVS) - 4个车道 - MIPI CSI-2 - 4车道 - 平行 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 多相机同步支持 高速可配置上下文切换 具有灵...
发表于 07-29 16:02 97次 阅读
AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

美半导体专注于卓越的像素性能,为该传感器的卓越图像质量奠定了基础,具有卓越的色彩精度,低光灵敏度和低噪声水平.AR0542是一款1/4英寸CMOS有源像素数字图像传感器集成了复杂的片上相机功能,如窗口,镜像,列和行跳过模式以及快照模式。它可通过简单的双线串行接口进行编程,功耗非常低。 应用 移动 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 16:02 33次 阅读
AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 69次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

图像传感器是一款1 / 3.2“光学格式1.4微米像素传感器,能够以每秒42帧的速度捕获其完整的8 MP传感器分辨率,以60fps的速度捕获1080P视频.A-PixHS(tm )技术将安森美半导体的第二代背照式(BSI)像素技术和先进的高速传感器架构结合在一起,实现了许多创新功能。它旨在实现低z高度相机模块,以满足OEM和移动设备制造商的需求。 特性 高动态范围 应用 移动 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 16:02 34次 阅读
AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5 近红外增强

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0522可生成非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择。 特性 5 Mp,60 fps,优异的视频性能 小光学格式(1 / 2.5英寸) 彩色滤光片阵列:RGB和单色 1440p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4条车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 近红外线增强 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 机器视觉...
发表于 07-29 16:02 36次 阅读
AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5  近红外增强