專利名稱：一種校準(zhǔn)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)的方法和裝置，特別是一種校準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)傳感器系統(tǒng)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
生活在信息時(shí)代的人們，絕大部分的日常生活與信息資源的開(kāi)發(fā)、采集、傳送和處理息息相關(guān)。作為信息感知、捕獲和探測(cè)的窗口，功能各異的傳感器在信號(hào)探測(cè)與信息處理系統(tǒng)中起著極為重要的作用。傳感器是能感受(或響應(yīng))規(guī)定的測(cè)量值并按照一定規(guī)律將測(cè)量值轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出的器件或裝置。傳感器通常由對(duì)測(cè)量值直接響應(yīng)的敏感元件和產(chǎn)生信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的電子線路所組成。
傳感器中的運(yùn)動(dòng)傳感器有自己的坐標(biāo)系，能將物體的運(yùn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成可檢測(cè)的電信號(hào)，如加速度傳感器和陀螺儀傳感器。加速度傳感器和陀螺儀傳感器是工業(yè)、國(guó)防等許多領(lǐng)域中進(jìn)行沖擊、振動(dòng)測(cè)量和運(yùn)動(dòng)跟蹤常用的測(cè)試儀器，特別適合地震、建筑、軍事、交通、機(jī)械、航海等領(lǐng)域的振動(dòng)測(cè)量和運(yùn)動(dòng)跟蹤。
加速度傳感器是用來(lái)將加速度這一物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于測(cè)量的電信號(hào)的測(cè)試儀器。加速度傳感器的測(cè)量輸出值是反映加速度的電壓值。例如，日本東京Hitachi金屬有限公司生產(chǎn)的三維壓電電阻加速度傳感器，該IC芯片形式的加速度傳感器具有檢測(cè)三個(gè)軸向(X、Y和Z軸)加速度的能力。該傳感器高度靈敏且抗沖壓，同時(shí)它是非常小且薄的半導(dǎo)體型三維加速度傳感器。更多有關(guān)該加速度傳感器的信息可以在以下的網(wǎng)站上獲得http//www.hitachimetals.co.jp/e/prod/prod06/p06 10.htm，這些信息通過(guò)引用結(jié)合在本文中。
陀螺儀傳感器是用來(lái)將角速度這一物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于測(cè)量的電信號(hào)的測(cè)試儀器。同樣的，陀螺儀傳感器的測(cè)量輸出值是反映角速度的電信號(hào)。
為了獲得準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡，傳感器系統(tǒng)中通常需要使用兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)傳感器傳感器，如在三維手寫識(shí)別系統(tǒng)、慣性測(cè)量系統(tǒng)(Inertial measurement Unit)、機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、航空制導(dǎo)系統(tǒng)以及家電遙控器等系統(tǒng)中，需要兩個(gè)三維運(yùn)動(dòng)傳感器感知傳感器系統(tǒng)在三維空間中的運(yùn)動(dòng)。如果傳感器系統(tǒng)中的兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)傳感器是同一類型的運(yùn)動(dòng)傳感器，例如，都是加速度傳感器或者陀螺儀傳感器，那么有必要校準(zhǔn)這兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系，使系統(tǒng)中兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值轉(zhuǎn)化到同一個(gè)坐標(biāo)系中，以通過(guò)測(cè)量這些運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值跟蹤該傳感器系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
傳感器系統(tǒng)中兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器之間的位置關(guān)系包括它們之間的位移關(guān)系和旋轉(zhuǎn)關(guān)系。兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器之間的位移關(guān)系是由系統(tǒng)電路板的設(shè)計(jì)構(gòu)造決定的，通過(guò)測(cè)量等方式比較容易確定。兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系是指為了使一個(gè)傳感器的坐標(biāo)系與另一個(gè)傳感器的坐標(biāo)系達(dá)到設(shè)計(jì)要求的角度，如平行，將其中一個(gè)傳感器旋轉(zhuǎn)至另一個(gè)傳感器所需的一個(gè)特定的角度?，F(xiàn)有的確定運(yùn)動(dòng)傳感器之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系的方法有兩種第一種是近似法，即在電路板設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)以近似的方式實(shí)現(xiàn)。如在電路板設(shè)計(jì)時(shí)兩個(gè)以上的傳感器平行放置，并在生產(chǎn)時(shí)近可能用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以上的傳感器的坐標(biāo)系平行沒(méi)有旋轉(zhuǎn)。這種方法對(duì)生產(chǎn)工藝要求非常高。第二種方法是測(cè)量法，使用角度測(cè)量?jī)x對(duì)兩個(gè)以上的加速度傳感器之間的角度進(jìn)行測(cè)量。為了得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，對(duì)角度測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度要求非常高。
因此，需要一種迅速、方便和快捷地校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)中兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)傳感器之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系的方法和裝置，降低傳感器系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求，減少對(duì)精密角度測(cè)量?jī)x的依賴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種校準(zhǔn)一個(gè)傳感器系統(tǒng)中一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系的方法，包括步驟根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)確定一個(gè)最少測(cè)量次數(shù)；對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，以獲得每次測(cè)量時(shí)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值，所述特定次數(shù)不小于所述最少測(cè)量次數(shù)；根據(jù)所述測(cè)量到的輸出值，獲取該第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
然而，由于存在系統(tǒng)誤差和觀測(cè)誤差，對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，使測(cè)量次數(shù)大于最少測(cè)量次數(shù)可以減少系統(tǒng)誤差和觀測(cè)誤差對(duì)校準(zhǔn)的影響，獲得更為精確的校準(zhǔn)結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，測(cè)量次數(shù)大于最少測(cè)量次數(shù)時(shí)獲取該第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系如下獲得第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值在一個(gè)參考坐標(biāo)系內(nèi)的殘差，并根據(jù)一個(gè)優(yōu)化策略對(duì)該殘差進(jìn)行處理來(lái)以獲取該旋轉(zhuǎn)關(guān)系。所述的策略可以是第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器輸出值的殘差的平方的總和為最小；第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器輸出值的殘差的絕對(duì)值之和最??；或者第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器輸出值的殘差的加權(quán)和最小。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種校準(zhǔn)裝置，用于校準(zhǔn)一個(gè)傳感器系統(tǒng)中一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系，該裝置包括一個(gè)確定裝置，用于根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)確定一個(gè)最少測(cè)量次數(shù)；一個(gè)測(cè)量裝置，用于對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，以獲得每次測(cè)量時(shí)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值，所述特定次數(shù)不小于所述最少測(cè)量次數(shù)；一個(gè)獲取裝置，用于根據(jù)所述測(cè)量到的輸出值，獲取所述的第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于校準(zhǔn)一個(gè)傳感器系統(tǒng)中一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系，該計(jì)算機(jī)程序包括代碼用于根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)確定一個(gè)最少測(cè)量次數(shù)；代碼用于對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，以獲得每次測(cè)量時(shí)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值，所述特定次數(shù)不小于所述最少測(cè)量次數(shù)；代碼用于根據(jù)所述測(cè)量到的輸出值，獲取所述的第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，用于獲得該系統(tǒng)日運(yùn)動(dòng)軌跡，至少包括一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器，還包括一個(gè)本發(fā)明所述的校準(zhǔn)裝置，用于校準(zhǔn)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系，和一個(gè)運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置，用于根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系獲得所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡。
通過(guò)參考以下結(jié)合附圖的說(shuō)明以及權(quán)利要求書(shū)中的內(nèi)容，并且隨著對(duì)本發(fā)明的更全面的理解，本發(fā)明的其他目的及效果將變得更加清楚和易于理解。


借助示例性的實(shí)施例和所附示意圖，本發(fā)明及其相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)將得到進(jìn)一步闡述，在附圖中圖1示出了按照本發(fā)明的一個(gè)校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)中兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器的旋轉(zhuǎn)關(guān)系的方法的流程圖；圖2示出了按照本發(fā)明的一個(gè)校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)中兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器的旋轉(zhuǎn)關(guān)系的裝置的示意圖；圖3示出了按照本發(fā)明的一個(gè)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)示意圖；各附圖中相應(yīng)的特征由相同的標(biāo)號(hào)表示。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了按照本發(fā)明的一個(gè)校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)中兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器的旋轉(zhuǎn)關(guān)系的方法的流程圖。
在本實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)中的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器都是具有三維坐標(biāo)系的加速度傳感器。假設(shè)其中一個(gè)加速度傳感器為第一傳感器，另一個(gè)加速度傳感器為第二傳感器。
首先，確定傳感器系統(tǒng)中的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值的特定測(cè)量次數(shù)(S110)。根據(jù)幾何學(xué)基本原理，如果第一傳感器的坐標(biāo)系和第二傳感器的坐標(biāo)系都是一維坐標(biāo)系，最少測(cè)量一組傳感器輸出值就能獲得兩個(gè)傳感器之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系。如果第一傳感器的坐標(biāo)系和第二傳感器的坐標(biāo)系都是二維坐標(biāo)系，最少測(cè)量一組傳感器輸出值就能獲得兩個(gè)傳感器之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系。當(dāng)?shù)谝粋鞲衅鞯淖鴺?biāo)系和所述第二傳感器的坐標(biāo)系是三維坐標(biāo)系時(shí)，最少測(cè)量三組傳感器輸出值就能獲得兩個(gè)傳感器之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系。本實(shí)施例中，第一傳感器的坐標(biāo)系和所述第二傳感器的坐標(biāo)系是三維坐標(biāo)系，最小測(cè)量次數(shù)為3。為了減少系統(tǒng)誤差和觀測(cè)誤差，確定一個(gè)大于3的測(cè)量次數(shù)。
其次，測(cè)量第一傳感器的加速度和第二傳感器的加速度(S120)。測(cè)量時(shí)，使傳感器系統(tǒng)的加速度保持不變，即在傳感器系統(tǒng)靜止或者平行移動(dòng)時(shí)分別測(cè)量第一傳感器和第二傳感器的加速度。讓傳感器系統(tǒng)平行移動(dòng)并進(jìn)行測(cè)量比較困難，相比較而言，靜止的測(cè)量條件比較容易實(shí)現(xiàn)，再次，獲得這次測(cè)量中第一傳感器和第二傳感器的加速度在一個(gè)參考坐標(biāo)系內(nèi)的殘差(S130)。在傳感器系統(tǒng)靜止或平行移動(dòng)的情況下，第一傳感器的加速度和第二傳感器的加速度在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)的差值等于零，獲取所述坐標(biāo)系之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系可以通過(guò)計(jì)算第一傳感器的加速度和第二傳感器的加速度在一個(gè)參考坐標(biāo)系內(nèi)的殘差來(lái)實(shí)現(xiàn)。參考坐標(biāo)系可以是第一傳感器的坐標(biāo)系，也可以是第二傳感器的坐標(biāo)系，還可以是世界坐標(biāo)系。在本實(shí)施例中，以第一傳感器的坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系獲取兩個(gè)傳感器的加速度的殘差。假設(shè)α0，i、α1，i分別表示第一傳感器和第二傳感器第i次測(cè)量的加速度，則第I次測(cè)量第一傳感器的加速度和第二傳感器的加速度在第一傳感器的坐標(biāo)系內(nèi)的殘差為α0，i-Ra1，i。
然后，判斷測(cè)量次數(shù)是否等于特定測(cè)量次數(shù)(S140)。如果測(cè)量次數(shù)小于確定的測(cè)量次數(shù)，則繼續(xù)測(cè)量第一傳感器和第二傳感器的加速度。每次測(cè)量時(shí)，使傳感器系統(tǒng)處于不同的姿態(tài)。如果在傳感器系統(tǒng)靜止時(shí)測(cè)量，開(kāi)始新的一次測(cè)量時(shí)變換傳感器系統(tǒng)的姿態(tài)；如果在傳感器系統(tǒng)平行移動(dòng)時(shí)測(cè)量，每次測(cè)量時(shí)相對(duì)世界坐標(biāo)系來(lái)說(shuō)，傳感器系統(tǒng)的姿態(tài)都是不同的。
如果測(cè)量次數(shù)等于確定的測(cè)量次數(shù)，則在殘差的平方的總和為最小的法則下獲取第一傳感器和第二傳感器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系(S150)。
假設(shè)R為第一傳感器和第二傳感器系之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系參數(shù)，該參數(shù)可以用一個(gè)正交參數(shù)矩陣來(lái)描述。雖然R是一個(gè)具有九個(gè)變量的3*3的矩陣，但由于R是一個(gè)正交參數(shù)矩陣，因此，R是一個(gè)僅有三個(gè)自由度的矩陣。
根據(jù)歐拉定理，任何旋轉(zhuǎn)都可以用三個(gè)旋轉(zhuǎn)角度來(lái)表示，稱為歐拉角。第一傳感器和第二傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系也可以用一個(gè)歐拉角來(lái)表示。根據(jù)X軸法則，旋轉(zhuǎn)可以用這樣的三個(gè)歐拉角(φ，θ，ψ)來(lái)表示第一個(gè)旋轉(zhuǎn)角φ是繞著Z軸的旋轉(zhuǎn)角度；第二個(gè)旋轉(zhuǎn)角θ∈
是繞著X軸的旋轉(zhuǎn)角度；第三個(gè)旋轉(zhuǎn)角ψ是再一次繞著Z軸的旋轉(zhuǎn)角度。R可以表示為R＝BCD。B、C和D各自為一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣。
由此，B、C和D可以用歐拉角表示為D≡cosφsinφ0-sinφcosφ0001]]>C≡1000cosθsinθ0-sinθcosθ]]>
B≡cosψsinψ0-sinψcosψ0001,]]>用搜索的方法可以找到合適的歐拉角(φ，θ，ψ)，使得兩個(gè)傳感器加速度在第一傳感器的坐標(biāo)系中的殘差的平方和最小值。即minRΣi=1n||a0,i-Ra1,i||2.]]>獲得該歐拉角可以將第二傳感器的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化到第一傳感器的坐標(biāo)系，上述實(shí)施例中，如果第一傳感器的坐標(biāo)系和所述第二傳感器的坐標(biāo)系都是二維坐標(biāo)系，兩個(gè)傳感器之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系也可以用正交參數(shù)矩陣R來(lái)描述。雖然R是一個(gè)具有四個(gè)變量的2*2的矩陣，但由于R是一個(gè)正交參數(shù)矩陣，R是一個(gè)僅有一個(gè)自由度的矩陣。R可以表示為R=cosθsinθ-sinθcosθ.]]>測(cè)量次數(shù)大于1時(shí)，根據(jù)兩個(gè)傳感器加速度在第一傳感器的坐標(biāo)系中的殘差的平方的總和為最小時(shí)可以獲得更為優(yōu)化的R的值。
上述實(shí)施例中，如果第一傳感器的坐標(biāo)系和第二傳感器的坐標(biāo)系都是一維坐標(biāo)系，傳感器的測(cè)量值是它的加速度在坐標(biāo)系方向上的投影，在同一個(gè)加速度之下，兩個(gè)傳感器的測(cè)量值成一定的(固定的)比例。假設(shè)R為第一傳感器的測(cè)量值和所述第二傳感器的測(cè)量值之間比例系數(shù)，R為一個(gè)實(shí)數(shù)。假設(shè)A0為測(cè)量到的第一傳感器的加速度，A1為測(cè)量到的第二傳感器的加速度。用矩陣的形式表示如下A0=a0,1a0,2...a0,n,A1=a1,1a1,2...a1,n,]]>其中a0，i，a1，i表示兩個(gè)傳感器第i次測(cè)量的輸出值。
兩個(gè)傳感器加速度在第一傳感器的坐標(biāo)系中的殘差的平方的總和為最小的法則下，獲取兩個(gè)傳感器之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系，即minRΣi=1n||a0,i-Ra1,i||2.]]>令 E＝A0-RA1(1)，則問(wèn)題轉(zhuǎn)化為minRETE---(2),]]>由(2)可得，∂ETE∂R=0---(3),]]>則R=A1TA0A1TA1.]]>上述實(shí)施例中，如果第一傳感器的坐標(biāo)系和第二傳感器的坐標(biāo)系維數(shù)不一致，則以兩個(gè)坐標(biāo)系維數(shù)中小的坐標(biāo)系維數(shù)確定最少測(cè)量次數(shù)。由于兩個(gè)傳感器的坐標(biāo)系維數(shù)不一致會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)制造成本大大增加，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，第一傳感器的坐標(biāo)系和第二傳感器的坐標(biāo)系維數(shù)在大多數(shù)情況下是一樣的。
上述實(shí)施例中，如果存在多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器(運(yùn)動(dòng)傳感器的數(shù)量在三個(gè)以上)，則可以以其中一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，使用上述方法分別校準(zhǔn)其他各個(gè)的運(yùn)動(dòng)傳感器和這個(gè)基準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系。這樣，多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系就確定了。
圖2示出了按照本發(fā)明的一個(gè)校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)中兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器的旋轉(zhuǎn)關(guān)系的裝置的示意圖。本實(shí)施例中兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器都是三維的加速度傳感器。該校準(zhǔn)裝置200包括一個(gè)確定裝置210，用于根據(jù)所述第一傳感器的坐標(biāo)系和第二傳感器的坐標(biāo)系維數(shù)確定最少測(cè)量次數(shù)；一個(gè)測(cè)量裝置220，用于對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，以獲得每次測(cè)量時(shí)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的加速度，所述特定次數(shù)不小于所述最少測(cè)量次數(shù)；一個(gè)獲取裝置230，用于根據(jù)所述測(cè)量到的加速度，獲取第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
本實(shí)施例中，第一傳感器的坐標(biāo)系和第二傳感器的坐標(biāo)系都是三維的，確定裝置210確定的最少測(cè)量次數(shù)為3次。
測(cè)量裝置220用于對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，以獲得每次測(cè)量時(shí)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的加速度，該加速度是三維的。所述特定次數(shù)不小于所述最少測(cè)量次數(shù)3次，即特定次數(shù)等于3次或者大于3次。
當(dāng)特定測(cè)量次數(shù)等于3次時(shí)，獲取裝置230根據(jù)測(cè)量裝置220測(cè)量到的三組傳感器的加速度直接獲得第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。因?yàn)?，如前所述，第一傳感器和第二傳感器系之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系三個(gè)自由度的正交矩陣來(lái)表示。
當(dāng)特定測(cè)量次數(shù)大于3次時(shí)，獲取裝置230包括一個(gè)殘差獲得裝置232和一個(gè)優(yōu)化處理裝置234。殘差獲得裝置232用于獲得第一傳感器的加速度和第二傳感器的加速度在一個(gè)參考坐標(biāo)系內(nèi)的殘差。優(yōu)化處理裝置234用于根據(jù)一個(gè)優(yōu)化策略對(duì)所述殘差進(jìn)行處理，以獲取該旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
本發(fā)明還可以通過(guò)適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該計(jì)算機(jī)配備的一個(gè)計(jì)算機(jī)程序能夠一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于校準(zhǔn)一個(gè)傳感器系統(tǒng)中一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系，該計(jì)算機(jī)程序包括代碼用于根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)確定一個(gè)最少測(cè)量次數(shù)；代碼用于對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，以獲得每次測(cè)量時(shí)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值，所述特定次數(shù)不小于所述最少測(cè)量次數(shù)；代碼用于根據(jù)所述測(cè)量到的輸出值，獲取所述的第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。這種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)載體上。
這部分程序代碼可以提供給處理器，形成一種機(jī)器，使得在該處理器上執(zhí)行的代碼產(chǎn)生了實(shí)現(xiàn)上述功能的裝置。
圖3示出了按照本發(fā)明的一個(gè)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)示意圖。運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)300，包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，第一運(yùn)動(dòng)傳感器310，第二運(yùn)動(dòng)傳感器311。該系統(tǒng)還包括一個(gè)校準(zhǔn)裝置200，一個(gè)運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置400，用于根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
校準(zhǔn)裝置200，用于校準(zhǔn)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。校準(zhǔn)裝置200接收第一運(yùn)動(dòng)傳感器310和第二運(yùn)動(dòng)傳感器320的輸出值，獲得這兩個(gè)月的傳感器的旋轉(zhuǎn)關(guān)系，并將所獲得的旋轉(zhuǎn)關(guān)系發(fā)送給運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置400。
運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置400，用于根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系獲得所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡。當(dāng)校準(zhǔn)裝置200完成校準(zhǔn)后，運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置400接收第一運(yùn)動(dòng)傳感器310和第二運(yùn)動(dòng)傳感器320的輸出值，并根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系將第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值轉(zhuǎn)化到同一個(gè)坐標(biāo)系中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)跟蹤。
應(yīng)當(dāng)注意到，上述實(shí)施例只是說(shuō)明性的，而不是限制本發(fā)明，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠在不偏離所附權(quán)利要求書(shū)范圍的前提下，設(shè)計(jì)出許多可替代的實(shí)施方式。在權(quán)利要求書(shū)中，括號(hào)中的標(biāo)號(hào)不應(yīng)被解釋成限制該權(quán)利要求。詞“包括”不排除權(quán)利要求中沒(méi)有列出的部件或步驟。在部件前面的詞“一個(gè)”不排除多個(gè)這樣的部件的存在。本發(fā)明可以通過(guò)包括幾個(gè)特定部件的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，以及通過(guò)適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種校準(zhǔn)一個(gè)傳感器系統(tǒng)中一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系的方法，包括步驟a.根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)確定一個(gè)最少測(cè)量次數(shù)；b.對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，以獲得每次測(cè)量時(shí)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值，所述特定次數(shù)不小于所述最少測(cè)量次數(shù)；c.根據(jù)所述測(cè)量到的輸出值，獲取所述的第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其中所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)是一維、二維或者三維中的一種，所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)是一維、二維或者三維中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其中所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器是加速度運(yùn)動(dòng)傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其中所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器是陀螺儀運(yùn)動(dòng)傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)方法，其中步驟(b)中每次測(cè)量時(shí)所述傳感器系統(tǒng)的姿態(tài)是不同的。
6.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)方法，其中所述特定次數(shù)大于所述最少測(cè)量次數(shù)，其中步驟(c)包括獲得所述輸出值在一個(gè)參考坐標(biāo)系內(nèi)的殘差；根據(jù)一個(gè)優(yōu)化策略對(duì)所述殘差進(jìn)行處理，以獲取所述的第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
7.如權(quán)利要求6所述的校準(zhǔn)方法，其中所述優(yōu)化策略為所述殘差的平方的總和為最小。
8.一種校準(zhǔn)裝置，用于校準(zhǔn)一個(gè)傳感器系統(tǒng)中一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系，包括a.一個(gè)確定裝置，用于根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)確定一個(gè)最少測(cè)量次數(shù)；b.一個(gè)測(cè)量裝置，用于對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，以獲得每次測(cè)量時(shí)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值，所述特定次數(shù)不小于所述最少測(cè)量次數(shù)；c.一個(gè)獲取裝置，用于根據(jù)所述測(cè)量到的輸出值，獲取所述的第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
9.如權(quán)利要求8中所述的校準(zhǔn)裝置，其中所述獲取裝置包括一個(gè)殘差獲得裝置，用于獲得所述輸出值在一個(gè)參考坐標(biāo)系內(nèi)的殘差；一個(gè)優(yōu)化處理裝置，用于根據(jù)一個(gè)優(yōu)化策略對(duì)所述殘差進(jìn)行處理，以獲取所述旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于校準(zhǔn)一個(gè)傳感器系統(tǒng)中一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系，該計(jì)算機(jī)程序包括a.代碼用于根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)確定一個(gè)最少測(cè)量次數(shù)；b.代碼用于對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，以獲得每次測(cè)量時(shí)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值，所述特定次數(shù)不小于所述最少測(cè)量次數(shù)；c.代碼用于根據(jù)所述測(cè)量到的輸出值，獲取所述的第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。
11.一種包含了如權(quán)利要求10所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的存儲(chǔ)載體。
12.一種運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，至少包括一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器，還包括一個(gè)如權(quán)利要求8所述的校準(zhǔn)裝置，用于校準(zhǔn)一個(gè)傳感器系統(tǒng)中一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)角度；一個(gè)運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置，用于根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系之間位置關(guān)系獲得傳感器系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種校準(zhǔn)一個(gè)傳感器系統(tǒng)中一個(gè)第一運(yùn)動(dòng)傳感器和一個(gè)第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系的方法和裝置，該方法包括根據(jù)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)和第二運(yùn)動(dòng)傳感器的坐標(biāo)系的維數(shù)確定一個(gè)最少測(cè)量次數(shù)；對(duì)所述傳感器系統(tǒng)進(jìn)行特定次數(shù)的測(cè)量，以獲得每次測(cè)量時(shí)所述第一運(yùn)動(dòng)傳感器和所述第二運(yùn)動(dòng)傳感器的輸出值，所述特定次數(shù)不小于所述最少測(cè)量次數(shù)；根據(jù)所述測(cè)量到的輸出值，獲取該第一運(yùn)動(dòng)傳感器和第二運(yùn)動(dòng)傳感器之間旋轉(zhuǎn)關(guān)系。本發(fā)明可以迅速、方便和快捷地校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)中兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)傳感器之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系，降低傳感器系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求，減少對(duì)精密角度測(cè)量?jī)x的依賴。
文檔編號(hào)G01P21/00GK1737580SQ200410055499
公開(kāi)日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2004年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月17日
發(fā)明者劉芳, 涂嘉文 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司