CN106706018B - Vr设备中九轴传感器性能的测试方法、装置及测试转台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种VR设备中九轴传感器性能的测试方法、装置及测试转台，所述方法包括：根据预设参数控制VR设备转动；所述预设参数至少包括第一转动角度；获取所述VR设备转动后所述VR设备中九轴传感器的三轴陀螺仪数据；使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，所述第二转动角度用于表征二维平面的转动角度；计算所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值；判断所述差值是否符合预设条件，所述预设条件用于表征所述九轴传感器的性能处于标准状态。可以看出，本申请技术方案实现了对VR设备中九轴传感器的性能进行测试，具有高可靠性和高操作性。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，更具体的说，是涉及一种VR(Virtual Reality)中九轴传感器性能的测试方法、装置及转台。
背景技术
随着VR(Virtual Reality)技术的不断发展，给用户带来了更好仿真的体验。
为了提高用户的满意度，在VR设备中，应用了九轴传感器。所谓九轴传感器，其实是三种传感器的组合：三轴加速传感器、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘(地磁传感器)。三个部分作用不同，相互配合。
但是，目前并没有一种对VR设备中九轴传感器性能进行测试的方法，从而无法保证应用九轴传感器后VR设备的效果能够更好的符合用户的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种VR设备中九轴传感器性能进行测试的方法、装置及测试转台，以便于对VR设备中九轴传感器的性能进行测试。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种VR设备中九轴传感器性能的测试方法，包括：
根据预设参数控制VR设备转动；所述预设参数至少包括第一转动角度；
获取所述VR设备转动后所述VR设备中九轴传感器的三轴陀螺仪数据；
使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，所述第二转动角度用于表征二维平面的转动角度；
计算所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值；
判断所述差值是否符合预设条件，所述预设条件用于表征所述九轴传感器的性能处于标准状态。
可选的，所述对所述三轴陀螺仪数据使用预设算法转换为第二转动角度包括：
使用预置九轴融合算法将所述三轴陀螺仪数据转换为四元素；
使用预设数学公式将所述四元素转换为欧拉角；
通过透过投影计算，将所述欧拉角转换第二转动角度。
可选的，还包括：
获取所述VR设备转动后的三轴加速度数据、三轴地磁数据；
根据所述三轴加速度数据校准以及所述三轴地磁数据使用预设校准算法对所述四元素进行校准。
可选的，所述使用预置九轴融合算法将所述三轴陀螺仪数据转换为四元素包括：
获取所述三轴陀螺仪数据中的旋转向量以及旋转角度；
使用预设函数将所述旋转向量以及旋转角度转换为四元素；
其中，所述旋转向量包括xi，yj，zk，w；
所述四元素被表示为：Y＝w+xi+yj+zk。
可选的，所述使用预设数学公式将所述四元素转换为欧拉角包括：
使用数学变换公式将所述四元素转换为欧拉角；
所述数学变换公式包括：
其中，φ为航向角，θ为俯仰角，ψ为翻滚角。
本发明另一方面提供了一种VR设备中九轴传感器性能的测试装置，包括：
控制模块，根据预设参数控制VR设备转动；所述预设参数至少包括第一转动角度；
第一获取模块，获取所述VR设备转动后所述VR设备中九轴传感器的三轴陀螺仪数据；
第一计算模块，使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，所述第二转动角度用于表征二维平面的转动角度；
第二获取模块，计算所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值；
判断模块，判断所述差值是否符合预设条件，所述预设条件用于表征所述九轴传感器的性能处于标准状态。
可选的，所述所述第一计算模块包括：
第一计算单元，用于使用预置九轴融合算法将所述三轴陀螺仪数据转换为四元素；
第二计算单元，用于使用预设数学公式将所述四元素转换为欧拉角；
第三计算单元，用于通过透过投影计算，将所述欧拉角转换第二转动角度。
可选的，还包括：
第三获取模块，用于获取所述VR设备转动后的三轴加速度数据、三轴地磁数据；
校准模块，用于根据所述三轴加速度数据校准以及所述三轴地磁数据使用预设校准算法对所述四元素进行校准。
可选的，所述第一计算单元包括：
第一获取子模块，用于获取所述三轴陀螺仪数据中的旋转向量以及旋转角度；
第一转换子模块，用于使用预设函数将所述旋转向量以及旋转角度转换为四元素；
其中，所述旋转向量包括xi，yj，zk，w；
所述四元素被表示为：Y＝w+xi+yj+zk。
本发明另一方面提供了一种测试转台包括，如上述所述的装置。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种VR设备中九轴传感器性能测试方法、装置及测试转台，所述方法包括：根据预设参数控制VR设备转动；所述预设参数至少包括第一转动角度；获取所述VR设备转动后所述VR设备中九轴传感器的三轴陀螺仪数据；使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，所述第二转动角度用于表征二维平面的转动角度；计算所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值；判断所述差值是否符合预设条件，所述预设条件用于表征所述九轴传感器的性能处于标准状态。可以看出，本申请技术方案可以根据根据预设参数控制VR设备转动，并根据转动后VR设备中算法输出的第一转动角度和预设参数中的第二转动角度的差值来确定VR设备中九轴传感器的性能，实现了对VR设备中九轴传感器的性能进行测试，具有高可靠性和高操作性，进而可以保证应用九轴传感器后VR设备的效果能够更好的符合用户的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种VR设备中九轴传感器性能的测试方法流程示意图；
图2为本发明实施例中绕空间z轴的转动的原理示意图；
图3为本发明实施例中绕空间y轴的转动的原理示意图；
图4为本发明实施例中绕空间x轴的转动的原理示意图；
图5为本发明实施例公开的一种VR设备中九轴传感器性能的测试装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了提升VR设备捕捉运动姿态的精度以及降低延时，高性能的九轴传感器是VR头戴设备不可缺少的关键模块。与VR概念的爆炸性普及形成鲜明对比的是目前市面上VR九轴传感器测试方案的匮乏。目前市面上还没有一套可用于VR九轴传感器性能测试的权威方案。
有鉴于此，本发明提供了一种VR设备中九轴传感器性能的测试方法、系统以及测试转台。
下面对技术方案进行详细介绍。
参见图1，图1是本发明提供的一种VR设备中九轴传感器性能的测试方法的流程示意图。
本发明提供了一种VR设备中九轴传感器性能的测试方法包括：
S101、根据预设参数控制VR设备转动；所述预设参数至少包括第一转动角度；
本发明实施例中，将VR设备固定到测试转台上，控制VR设备按照预设的参数转动。其中，预设参数是模拟人头部快速转动而设置的参数。可以包括转动角速度、角加速度、转动范围、转动次数等参数。
其中第一转动角度用于表征控制VR设备实际转动的角度。
S102、获取所述VR设备转动后所述VR设备中九轴传感器的三轴陀螺仪数据；
S103、使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，所述第二转动角度用于表征二维平面的转动角度；
在VR设备转动后，获取其九轴传感器输出的三轴陀螺仪数据，使用九轴融合算法将三轴陀螺仪数据转换为四元素，通过数学变换，将四元素转换成欧拉角。
由于头戴VR是在三维空间内运动，所以计算出来的欧拉角表征的是三维空间的姿态变化，而我们的测试转台是在平面(二维)空间内转动的，所以通过透过投影计算，将三维空间的欧拉角转换成平面内的转动角度第二转动角度。
S104、计算所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值；
在得到了转台实际的转动角度以及使用算法得到的VR设备中九轴传感器的输出角度后，计算两者的差值，计算第一转动角度和第二转动角度的偏差。
S105、判断所述差值是否符合预设条件，所述预设条件用于表征所述九轴传感器的性能处于标准状态。
本发明实施例中，判断差值是否符合预设条件，预设条件可以是阈值范围或者是一个定值，来表征九轴传感器的性能处于标准性能的状态。
若差值符合预设条件，则表示VR设备中的九轴传感器的性能符合用户的需求，若不符合预设条件，则表明九轴传感器的性能不能符合用户的需求。
当然，在判断出结果后，还可以输出判断结果到显示模块中，使得用户可以直观的得到VR设备中九轴传感器的性能是否满足用户的需求。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种VR设备中九轴传感器性能测试方法，包括：根据预设参数控制VR设备转动；所述预设参数至少包括第一转动角度；获取所述VR设备转动后所述VR设备中九轴传感器的三轴陀螺仪数据；使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，所述第二转动角度用于表征二维平面的转动角度；计算所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值；判断所述差值是否符合预设条件，所述预设条件用于表征所述九轴传感器的性能处于标准状态。可以看出，本申请技术方案可以根据根据预设参数控制VR设备转动，并根据转动后VR设备中算法输出的第一转动角度和预设参数中的第二转动角度的差值来确定VR设备中九轴传感器的性能，实现了对VR设备中九轴传感器的性能进行测试，具有高可靠性和高操作性，进而可以保证应用九轴传感器后VR设备的效果能够更好的符合用户的需求。
本发明实施例中，VR中九轴传感器经过算法融合后输出四元素，四元素的精度直接反映九轴传感器以及融合算法的精度，而四元素本身不好直接测量，本发明中用纯数学的方式将四元素转换成欧拉角，而欧拉角可以使用设备直接测量，从而实现对九轴传感器的直接测量转换为间接测量，进而得到九轴传感器的性能是否符合预设条件。
下面具体介绍如何实现对传感器性能的直接测量转换为间接测量。
其中，所述对所述三轴陀螺仪数据使用预设算法转换为第二转动角度包括：
使用预置九轴融合算法将所述三轴陀螺仪数据转换为四元素；
使用预设数学公式将所述四元素转换为欧拉角；
通过透过投影计算，将所述欧拉角转换第二转动角度。
其中，投影计算属于现有技术中成熟的计算方式，在本发明中将其应用到了转换欧拉角的过程。
所述使用预置九轴融合算法将所述三轴陀螺仪数据转换为四元素包括：
获取所述三轴陀螺仪数据中的旋转向量以及旋转角度；
使用预设函数将所述旋转向量以及旋转角度转换为四元素；
其中，所述旋转向量包括xi，yj，zk，；
所述四元素被表示为：Y＝w+xi+yj+zk。
所述使用预设数学公式将所述四元素转换为欧拉角包括：
使用数学变换公式将所述四元素转换为欧拉角；
所述数学变换公式包括：
其中，φ为航向角，θ为俯仰角，ψ为翻滚角。
将四元素转化为欧拉角的公式具体推导过程如下，所有旋转采用右手坐标系以及采用右手法则，定义如下：
设置全局坐标系：
[resulting transform]＝[second transform]*[first rotation]。
其中，[first rotation]:表示头部的初始状态。
[second transform]:表示头部的一次转动。
根据刚体物理学定律，可以使用乘法来表示转动后的结果，即[resultingtransform]。
空间姿态转动的表示方法如下：
其中A、B矩阵分别代表两次的转动。其中Vin表示初始坐标，Vout表示最后位置坐标，Vmid表示中间状态位置坐标，矩阵中各个元素A数组表示旋转矩阵分量，由具体的旋转动作确定，B数组表示旋转矩阵分量，由具体的旋转动作确定。
在设置好坐标系之后，考虑绕单轴转动：即单独绕X、Y、Z轴的转动。
其中，单独绕Z轴转动。
根据刚体物理学，旋转矩阵可以表示为：
绕z轴的旋转可以想象成绕向量：(0，1，0)Angle＝Φ的转动，使用四元素表示为：cos(Φ/2)+(0i+0j+1k)*sin(Φ/2)＝cos(Φ/2)+k*sin(Φ/2)。其中，i、j、k为旋转向量。
同理，单独绕Y轴的转动，用矩阵可以表示为：
绕y轴的旋转可以想象成绕向量：(0，1，0)Angle＝θ的转动，使用四元素表示为：cos(θ/2)+(0i+1j+0k)*sin(θ/2)＝cos(θ/2)+j*sin(θ/2)。
单独绕X轴的转动，用矩阵可以表示为：
绕x轴的转动可以想象成绕向量：(1，0，0)Angle＝ψ的转动，使用四元素表示为：cos(ψ/2)+(1i+0j+0k)*sin(ψ/2)＝cos(ψ/2)+i*sin(ψ/2)。
而姿态的改变可以分解为绕x轴的转动Rx,绕z轴的转动Rz,绕y轴的转动Ry，总的姿态改变可以写成：R＝RyRzRx。
因此，姿态的改变也可以使用四元素来表示：
Y＝w+xi+yj+zk＝
(cos(ψ/2)+i*sin(ψ/2))*(cos(θ/2)+j*sin(θ/2))*(cos(φ/2)+k*sin(φ/2))。
使用数学变换公式将所述四元素转换为欧拉角；
所述数学变换公式包括：
其中，φ为航向角，θ为俯仰角，ψ为翻滚角。其中，w、x、y、z分别为四元素的四个分量。
由此可以得到将四元素转换为欧拉角的公式为：
heading＝atan2(2*y*w-2*x*z,1-2*y-2*z)；
attitude＝asin(2*(x*y+z*w))；
bank＝atan2(2*x*w-2*y*z,1-2*x-2*z)。
其中，heading为航向角，attitude为俯仰角，bank为翻滚角。
由此，实现对九轴传感器的直接测量转换为间接测量。
在实际使用中，使用预设函数实现上述过程。
使用预设函数将所述旋转向量以及旋转角度转换为四元素具体为:
其中，
HandleGyro:函数名字；
float*pData：函数参数，指向陀螺仪数据的指针；
double deltaT:函数参数，采样周期，取值为固定的1ms。
Vector3d gyro(pData[0],pData[1],pData[2])：pData[0]、pData[1]、pData[2]为陀螺仪输出的三轴陀螺仪数据，表示绕空间三个轴的旋转，单位为rad/s.
Quatd deltaQuat(gyro,gyro.Length()*deltaT)：将陀螺仪生产的旋转向量、旋转角度转换成四元素。
gyro:陀螺仪输出数据表示的空间旋转向量。
gyro.Length():旋转向量的长度大小(rad/s)。
gyro.Length()*deltaT:1ms时间内的旋转角度，单位为rad。
Quatd deltaQuat(gyro,gyro.Length()*deltaT):根据四元素的定义，表示的是绕空间某一个轴旋转的角度，然后转换成四元素deltaQuat。
可选的，获取所述VR设备转动后的三轴加速度数据、三轴地磁数据；
根据所述三轴加速度数据校准以及所述三轴地磁数据使用预设校准算法对所述四元素进行校准。
本发明实施例中，三轴加速度数据用来在倾斜平面(当头部戴上VR与水平面有倾斜角度)校准四元素的值。三轴地磁数据用来在水平面校准四元素的值。具体校准过程可以使用现有技术中成熟的算法，在此不进行赘述。
本发明另一方面提供了一种VR设备中九轴传感器性能的测试装置，
参见图5，测试装置包括：
控制模块11，根据预设参数控制VR设备转动；所述预设参数至少包括第一转动角度；
第一获取模块12，获取所述VR设备转动后所述VR设备中九轴传感器的三轴陀螺仪数据；
第一计算模块13，使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，所述第二转动角度用于表征二维平面的转动角度；
第二获取模块14，计算所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值；
判断模块15，判断所述差值是否符合预设条件，所述预设条件用于表征所述九轴传感器的性能处于标准状态。
可选的，所述所述第一计算模块包括：
第一计算单元，用于使用预置九轴融合算法将所述三轴陀螺仪数据转换为四元素；
第二计算单元，用于使用预设数学公式将所述四元素转换为欧拉角；
第三计算单元，用于通过透过投影计算，将所述欧拉角转换第二转动角度。
可选的，包括：
第三获取模块，用于获取所述VR设备转动后的三轴加速度数据、三轴地磁数据；
校准模块，用于根据所述三轴加速度数据校准以及所述三轴地磁数据使用预设校准算法对所述四元素进行校准。
可选的，所述第一计算单元包括：
第一获取子模块，用于获取所述三轴陀螺仪数据中的旋转向量以及旋转角度；
第一转换子模块，用于使用预设函数将所述旋转向量以及旋转角度转换为四元素；
其中，所述旋转向量包括xi，yj，zk，w；
所述四元素被表示为：Y＝w+xi+yj+zk。
本发明另一方面提供了一种VR设备中九轴传感器性能的测试转台，包括，前述所述的装置。
需要说明的是，测试转台还包括有驱动单元，与前述所述的装置相连接，来驱动测试转台执行相应的旋转。
需要说明的是，本实施例的一种VR设备中九轴传感器性能的测试装置可以采用上述方法实施例中的一种VR设备中九轴传感器性能的测试方法，用于实现上述方法实施例中的全部技术方案，其各个模块的功能可以根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可参照上述实施例中的相关描述，此处不再赘述。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种VR设备中九轴传感器性能测试的装置及测试转台，所述装置根据预设参数控制VR设备转动；所述预设参数至少包括第一转动角度；获取所述VR设备转动后所述VR设备中九轴传感器的三轴陀螺仪数据；使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，所述第二转动角度用于表征二维平面的转动角度；计算所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值；判断所述差值是否符合预设条件，所述预设条件用于表征所述九轴传感器的性能处于标准状态。可以看出，本申请技术方案可以根据根据预设参数控制VR设备转动，并根据转动后VR设备中算法输出的第一转动角度和预设参数中的第二转动角度的差值来确定VR设备中九轴传感器的性能，实现了对VR设备中九轴传感器的性能进行测试，具有高可靠性和高操作性，进而可以保证应用九轴传感器后VR设备的效果能够更好的符合用户的需求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种VR设备中九轴传感器性能的测试方法，其特征在于，包括：
根据预设参数控制VR设备转动；所述预设参数至少包括第一转动角度；
获取所述VR设备转动后所述VR设备中九轴传感器的三轴陀螺仪数据；
使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，所述第二转动角度用于表征二维平面的转动角度；
计算所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值；
判断所述差值是否符合预设条件，所述预设条件用于表征所述九轴传感器的性能处于标准状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，包括：
使用预置九轴融合算法将所述三轴陀螺仪数据转换为四元素；
使用预设数学公式将所述四元素转换为欧拉角；
通过投影计算，将所述欧拉角转换第二转动角度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
获取所述VR设备转动后的三轴加速度数据、三轴地磁数据；
根据所述三轴加速度数据校准以及所述三轴地磁数据使用预设校准算法对所述四元素进行校准。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使用预置九轴融合算法将所述三轴陀螺仪数据转换为四元素包括：
获取所述三轴陀螺仪数据中的旋转向量以及旋转角度；
使用预设函数将所述旋转向量以及旋转角度转换为四元素；
其中，所述旋转向量包括xi，yj，zk，旋转角度包括w；
所述四元素被表示为：Y＝w+xi+yj+zk。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使用预设数学公式将所述四元素转换为欧拉角包括：
使用数学变换公式将所述四元素转换为欧拉角；
所述数学变换公式包括：
其中，φ为航向角，θ为俯仰角，为翻滚角。
6.一种VR设备中九轴传感器性能的测试装置，其特征在于，包括：
控制模块，根据预设参数控制VR设备转动；所述预设参数至少包括第一转动角度；
第一获取模块，获取所述VR设备转动后所述VR设备中九轴传感器的三轴陀螺仪数据；
第一计算模块，使用预设算法将所述三轴陀螺仪数据转换为第二转动角度，所述第二转动角度用于表征二维平面的转动角度；
第二获取模块，计算所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值；
判断模块，判断所述差值是否符合预设条件，所述预设条件用于表征所述九轴传感器的性能处于标准状态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述所述第一计算模块包括：
第一计算单元，用于使用预置九轴融合算法将所述三轴陀螺仪数据转换为四元素；
第二计算单元，用于使用预设数学公式将所述四元素转换为欧拉角；
第三计算单元，用于通过投影计算，将所述欧拉角转换第二转动角度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
第三获取模块，用于获取所述VR设备转动后的三轴加速度数据、三轴地磁数据；
校准模块，用于根据所述三轴加速度数据校准以及所述三轴地磁数据使用预设校准算法对所述四元素进行校准。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一计算单元包括：
第一获取子模块，用于获取所述三轴陀螺仪数据中的旋转向量以及旋转角度；
第一转换子模块，用于使用预设函数将所述旋转向量以及旋转角度转换为四元素；
其中，所述旋转向量包括xi，yj，zk，旋转角度包括w；
所述四元素被表示为：Y＝w+xi+yj+zk。
10.一种测试转台，其特征在于，包括，如权利要求6至9任意一项所述的装置。
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