一種便攜式設(shè)備電子羅盤的校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種便攜式設(shè)備中電子羅盤方位角的校正方法，特別是涉及一種在開 啟具有磁性的組件后方位角的校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 增強現(xiàn)實（AugmentedReality,簡稱AR)，是在虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技 術(shù)，也被稱之為混合現(xiàn)實。是通過計算機系統(tǒng)提供的信息增加用戶對現(xiàn)實世界感知的技術(shù)， 將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到 真實場景中，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的增強。
[0003] 隨著智能手機的普及和硬件的不斷升級，增強現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用到這類終端 設(shè)備中。在智能手機上，AR就是根據(jù)利用GPS提供的當前位置，和電子羅盤傳感器提供的 視野朝向及方向傳感器與陀螺儀提供的手機朝向信息，在攝像頭展示的實景畫面中投射出 相關(guān)信息并在如屏幕等顯示設(shè)備上進行展示。在戶外使用時，手機可獲得較為準確的位置 和手機朝向信息，此時視野朝向的準確性就顯得尤為重要。
[0004] 由于攝像頭啟動時會給線圈通電，產(chǎn)生磁場帶動線圈和鏡頭運動，此時電子羅盤 附近的磁場是由地磁場與攝像頭產(chǎn)生磁場的疊加。如果直接使用獲取的數(shù)據(jù)不對電子羅盤 加以校正，方位的準確性將會受到影響。因此在搭載多種傳感器的移動終端上，攝像頭開啟 前后，電子羅盤指示的方位角存在誤差是普遍存在的。
[0005] 基于移動終端的增強現(xiàn)實具有便攜、可移動、易操作等優(yōu)點，是未來增強現(xiàn)實研究 發(fā)展的熱點，這就不可避免的會同時使用攝像頭與電子羅盤，但如何消除攝像頭產(chǎn)生磁場 對于電子羅盤影響方面的研究尚屬空白。舉一個簡單的例子來說明方位存在偏差帶來的危 害。例如一個展示室內(nèi)電路鋪設(shè)位置的app，打開攝像頭后根據(jù)電子羅盤提供的數(shù)據(jù)將電路 鋪設(shè)情況疊加到實際拍攝到的景象中。由于攝像頭通電后產(chǎn)生磁場帶來的影響并未消除， 所以移動終端顯示出的電路鋪設(shè)位置與實際情況有一定偏移，如果利用移動終端顯示的位 置進行維修等工作，將會產(chǎn)生很多意想不到的問題。本發(fā)明填補了這個技術(shù)空白，將有效解 決使用攝像頭對電子羅盤產(chǎn)生影響帶來的各種問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在開啟攝像頭的情況下，攝像頭啟動給線圈通電，產(chǎn) 生磁場帶動線圈和鏡頭運動，電子羅盤附近的磁場由地磁場與攝像頭產(chǎn)生磁場的疊加產(chǎn) 生，從而出現(xiàn)方位角誤差時，利用攝像頭開啟前后方位角的變化對電子羅盤進行校正，為用 戶提供準確的方位，有效降低方位存在偏差給用戶帶來的困擾，可應(yīng)用于移動增強現(xiàn)實技 術(shù)展現(xiàn)中。
[0007] 本發(fā)明旨在提出一種電子羅盤的校正方法，消除攝像頭打開后，方位角產(chǎn)生偏移 的問題。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是： 第一步，在攝像頭開啟前，利用磁場傳感器和加速度傳感器獲取便攜式設(shè)備的方位角。 其具體方法為：步驟1 :確認攝像頭關(guān)閉；步驟2 :打開磁場傳感器和陀螺儀，獲取磁場傳感 器輸出和陀螺儀輸出；步驟3:利用低通濾波器對陀螺儀輸出進行處理，獲取重力加速度向 量；步驟4:利用步驟2和步驟3中所獲取到的磁場傳感器輸出和重力加速度向量來計算移 動設(shè)備方位角thetaO。
[0009] 第二步，打開攝像頭，利用磁場傳感器和加速度傳感器獲取便攜式設(shè)備的方位角。 其具體方法為：步驟1 :打開攝像頭；步驟2 :打開磁場傳感器和陀螺儀獲取磁場傳感器輸 出和陀螺儀輸出；步驟3:利用低通濾波器對陀螺儀輸出進行處理，獲取重力加速度向量； 步驟4:待設(shè)備狀態(tài)為靜止時，利用步驟2和步驟3所獲取到的磁場傳感器輸出和重力加速 度向量來計算移動設(shè)備方位角thetal。
[0010] 第三步，利用陀螺儀來計算打開過程中的設(shè)備方位角偏移。其具體方法為：步驟 1 :打開陀螺儀，實時記錄陀螺儀的輸出，并利用該輸出計算設(shè)備旋轉(zhuǎn)矩陣；步驟2 :打開攝 像頭，待設(shè)備狀態(tài)為靜止時，計算陀螺儀的輸出，并利用該輸出計算設(shè)備旋轉(zhuǎn)矩陣；步驟3 : 基于步驟1及步驟2,計算攝像頭打開過程中設(shè)備的方位角偏移theta2。
[0011] 第四步，計算方位角補償，其具體方法為：thetal-theta〇-theta2。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過對攝像頭開啟前與開啟后電子羅盤 方位角濾波后校正，實現(xiàn)磁干擾的校正；通過磁場傳感器、加速度傳感器和陀螺儀獲取的方 位角數(shù)據(jù)，對攝像頭開啟前與開啟后實現(xiàn)方位角校正。該校正方法提高了電子羅盤在攝像 頭開啟時的準確性。
【具體實施方式】
[0013] 利用磁場傳感器和加速度傳感器測量獲得的數(shù)據(jù)計算方位角的方法如下： 第一步：求世界坐標系到設(shè)備坐標系轉(zhuǎn)換矩陣。取世界坐標系Xw、Yw、Zw分別指向東、 北、天方向，設(shè)備坐標系XD水平向右，YD垂直指向上，ZD沿屏幕法線指向外。設(shè)方位角為 蒙，俯仰角為f，滾動角為f，世界坐標系到設(shè)備坐標系轉(zhuǎn)換矩陣為：
在世界坐標系下，重力加速度沿坐標軸的三個分量為_設(shè)備中加速度傳感 器獲取的沿設(shè)備坐標軸的三個分量>
搭轉(zhuǎn)換矩陣代入，可 得8 = Y=tan_1 (-_)。設(shè)磁場傳感器的x軸與Y軸位于水平面內(nèi)，此時X軸與Y 軸的磁通量分別為BpB2，則方位角為藉。
[0014] 由于實際的磁場傳感器X軸與Y軸并不一定在水平面內(nèi)，設(shè)備中磁場傳感器獲取 的沿設(shè)備坐標軸的三個分量為&投射到水平面后，得
即方位角為
本發(fā)明一個【具體實施方式】步驟如下： 在攝像頭未開啟時，利用磁場傳感器獲取當前磁場強度，利用加速度傳感器獲取當前 加速度，濾波后計算當前方位角^。由于此時測量的方位角?將作為校準時的基準值，所 以應(yīng)當盡量遠離有較強磁干擾的物體，例如計算機、微波爐等。
[0015] 攝像頭開啟后，利用磁場傳感器獲取當前磁場強度，利用加速度傳感器獲取當前 加速度，濾波后計算當前方位角犠。此時測量的方位角爽與略存有差異是由兩部分造成 的：一部分為攝像頭開啟后產(chǎn)生的磁場對磁場傳感器周圍磁場的影響；另一部分為手機自 身的方位改變。所以為了能夠確定攝像頭產(chǎn)生磁場的影響，就必須消除手機自身方位改變 的影響。
[0016] 利用陀螺儀計算攝像頭開啟前后手機方位角的相對轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)，具體計算方法為如 下：步驟1 :利用角速度計算旋轉(zhuǎn)角度。根據(jù)Taylor展開式，可得
兩式相減，得給{t+M)=沴(t-M) -I- ,S卩為利用角速度計算旋轉(zhuǎn) 角度的公式。步驟2 :由陀螺儀獲取設(shè)備當前的角速度，計算攝像頭開啟5s內(nèi)方位角的增 量il:。步驟3:求需要校正的偏移量。其計算方法為：步驟4:求校正 后輸出的方位角。計算方法為一_。
【主權(quán)項】
1. 一種便攜式設(shè)備中電子羅盤方位角的校正方法，其特征在于：第一步，在攝像頭開 啟前，利用磁場傳感器和加速度傳感器獲取便攜式設(shè)備的方位角；第二步，打開攝像頭，利 用磁場傳感器和加速度傳感器獲取便攜式設(shè)備的方位角；第三步，利用陀螺儀來計算打開 過程中的設(shè)備方位角偏移；第四步，計算方位角補償。2. 如權(quán)利要求1所述的便攜式設(shè)備中電子羅盤方位角的校正方法，在攝像頭開啟前， 利用磁場傳感器和加速度傳感器獲取便攜式設(shè)備的方位角，其特征在于：其具體方法為： 步驟1 :確認攝像頭關(guān)閉；步驟2 :打開磁場傳感器和陀螺儀，獲取磁場傳感器輸出和陀螺儀 輸出；步驟3 :利用低通濾波器對陀螺儀輸出進行處理，獲取重力加速度向量；步驟4 :利用 步驟2和步驟3中所獲取到的磁場傳感器輸出和重力加速度向量來計算移動設(shè)備方位角 thetaO〇3. 如權(quán)利要求1所述的便攜式設(shè)備中電子羅盤方位角的校正方法，打開攝像頭，利用 磁場傳感器和加速度傳感器獲取便攜式設(shè)備的方位角，其特征在于：其具體方法為：步驟 1 :打開攝像頭；步驟2 :打開磁場傳感器和陀螺儀獲取磁場傳感器輸出和陀螺儀輸出；步驟 3 :利用低通濾波器對陀螺儀輸出進行處理，獲取重力加速度向量；步驟4 :待設(shè)備狀態(tài)為靜 止時，利用步驟2和步驟3所獲取到的磁場傳感器輸出和重力加速度向量來計算移動設(shè)備 方位角thetal。4. 如權(quán)利要求1所述的便攜式設(shè)備中電子羅盤方位角的校正方法，利用陀螺儀來計算 打開過程中的設(shè)備方位角偏移，其特征在于：其具體方法為：步驟1 :打開陀螺儀，實時記錄 陀螺儀的輸出，并利用該輸出計算設(shè)備旋轉(zhuǎn)矩陣；步驟2 :打開攝像頭，待設(shè)備狀態(tài)為靜止 時，計算陀螺儀的輸出，并利用該輸出計算設(shè)備旋轉(zhuǎn)矩陣；步驟3 :基于步驟1及步驟2,計 算攝像頭打開過程中設(shè)備的方位角偏移theta2。5. 如權(quán)利要求1所述的便攜式設(shè)備中電子羅盤方位角的校正方法，計算方位角補償， 其特征在于：其具體方法為：thetal-theta〇-theta2。6. 如權(quán)利要求3、4所述的待設(shè)備狀態(tài)為靜止時，其特征在于：對于陀螺儀輸出的三維 向量求其模，并判斷其模值是否小于事先所定的靜止狀態(tài)閾值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種便攜式設(shè)備中電子羅盤方位角的校正方法，特別是涉及一種在開啟具有磁性的組件后方位角的校正方法。在開啟攝像頭的情況下，攝像頭啟動給線圈通電，產(chǎn)生磁場帶動線圈和鏡頭運動，電子羅盤附近的磁場由地磁場與攝像頭產(chǎn)生磁場的疊加產(chǎn)生，從而出現(xiàn)方位角誤差時，利用攝像頭開啟前后方位角的變化對電子羅盤進行校正，為用戶提供準確的方位，有效降低方位存在偏差給用戶帶來的困擾，可應(yīng)用于移動增強現(xiàn)實技術(shù)展現(xiàn)中。
【IPC分類】G01C17/38
【公開號】CN105004332
【申請?zhí)枴緾N201410168157
【發(fā)明人】張弢, 高民, 郭偉洪, 倪明選
【申請人】廣州市香港科大霍英東研究院
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2014年4月25日