[发明专利]用于统一惯性传感器坐标系和参考坐标系的方法和系统

说明书

技术领域

本申请涉及多传感器数据融合领域，具体涉及用于统一惯性传感器坐标系和参考坐标系的方法和系统、及动作捕获系统。

背景技术

随着计算机技术及信息技术的飞速发展，市场需求对测量装置的测量成本在不断压缩的同时，对测量精度的要求也在不断提高，因此将成本较低的不同传感器进行组合，通过融合算法获得较高精度的测量结果，越来越多的受到人们的重视，并取得了飞速的发展。

多传感器数据融合系统中，首先要解决的问题就是将各传感器测量值统一到同一空间参考点，也即同一参考坐标系。坐标系统一的过程也即空间对准，空间对准是传感器融合的基础，也是影响融合精度的重要因素。不同传感器之间的空间对准可根据所用传感器的输出特性采用不同的对准方式。

现有的包括惯性测量单元(IMU)与光学标记块的组合系统的标定技术需借助外部标定设备(如位置台)进行标定。然而，标定过程较为繁琐。具体地，标定过程包括：首先将位置台置于光学覆盖范围内，然后再将所需的标定载体放置在位置台上，通过六位置翻转，即X轴、Y轴、Z轴分别指天、指地一定时间，最后经过数据后处理，标定出光学标记块与IMU之间的安装误差角。

发明内容

本申请的目的在于提出用于统一惯性传感器坐标系和参考坐标系的方法和系统、及动作捕获系统，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

根据本申请的第一方面，提供了一种用于统一惯性传感器坐标系和参考坐标系的方法，其可包括：获取加速度在惯性传感器坐标系和参考坐标系中的第一坐标系的各坐标轴上的第一组投影；获取加速度在惯性传感器坐标系和参考坐标系中的第二坐标系的各坐标轴上的第二组投影；根据第一组投影和第二组投影，估计惯性传感器坐标系的各坐标轴与参考坐标系的各坐标轴之间的误差角；以及利用估计出的误差角来统一惯性传感器坐标系和参考坐标系。

根据本申请的实施方式，获取加速度在惯性传感器坐标系和参考坐标系中的第一坐标系的各坐标轴上的第一组投影的步骤包括：获取该加速度在进行了第一定位的第一坐标系的各坐标轴上的投影；获取该加速度在进行了第二定位的第一坐标系的各坐标轴上的投影；以及获取该加速度在进行了第三定位的第一坐标系的各坐标轴上的投影，其中进行了第一定位的第一坐标系的坐标轴、进行了第二定位的第一坐标系的对应坐标轴、以及进行了第三定位的第一坐标系的对应坐标轴彼此不平行。

根据本申请的实施方式，获取加速度在惯性传感器坐标系和参考坐标系中的第二坐标系的各坐标轴上的第二组投影的步骤包括：获取该加速度在进行了第一定位的第二坐标系的各坐标轴上的投影；获取该加速度在进行了第二定位的第二坐标系的各坐标轴上的投影；以及获取该加速度在进行了第三定位的第二坐标系的各坐标轴上的投影。

根据本申请的实施方式，惯性传感器坐标系通过惯性测量单元建立，以及获取加速度在惯性传感器坐标系和参考坐标系中的第一坐标系的各坐标轴上的第一组投影的步骤包括：通过惯性测量单元获取加速度在惯性传感器坐标系的各坐标轴上的第一组投影。

根据本申请的实施方式，参考坐标系通过固定在惯性测量单元周围的光学标记点来建立，以及获取加速度在惯性传感器坐标系和参考坐标系中的第二坐标系的各坐标轴上的第二组投影的步骤包括：通过识别光学标记点的位置获取加速度在参考坐标系的各坐标轴上的第二组投影。

根据本申请的实施方式，上述的加速度为重力加速度，以及第一组投影为在静态情况下重力加速度在第一坐标系的各坐标轴上的投影，并且第二组投影为在静态情况下重力加速度在第二坐标系的各坐标轴上的投影。

根据本申请的实施方式，根据第一组投影和第二组投影，估计惯性传感器坐标系的各坐标轴与参考坐标系的各坐标轴之间的误差角的步骤包括：基于第一组投影和第二组投影，得到从第一坐标系至所述第二坐标系的转换矩阵或从第二坐标系至第一坐标系的转换矩阵；以及利用转换矩阵估计出惯性传感器坐标系的各坐标轴与参考坐标系的各坐标轴之间的误差角。

根据本申请的实施方式，该方法还包括：对估计出的误差角进行滤波处理以优化误差角。