CN107515011A

CN107515011A - 一种陀螺仪的校正方法和装置

Info

Publication number: CN107515011A
Application number: CN201710552418.7A
Authority: CN
Inventors: 邱海
Original assignee: Hisense Mobile Communications Technology Co Ltd
Current assignee: Hisense Mobile Communications Technology Co Ltd
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2017-12-26

Abstract

本发明实施例提供了一种陀螺仪的校正方法和装置，所述方法应用在移动终端中，所述移动终端具有加速度传感器与陀螺仪，包括：调用所述加速度传感器测量加速度，同时，调用所述陀螺仪测量角速度；根据所述加速度判断所述移动终端是否处于静止状态；若是，则采用所述移动终端处于静止状态时的角速度确定零点校正值。在校正过程中复用移动终端通常配置的加速度传感器，无需使用产线上转台等机械，在移动终端出厂之后依然可以对陀螺仪进行校正，减少陀螺仪因出厂时未进行校正，或者校正不准，或者陀螺仪长时间使用等情况出现的偏差，提高其测量的精确度，此外，无需要用户手动进行操作，大大提高了校正的简便性。

Description

一种陀螺仪的校正方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种陀螺仪的校正方法和一种陀螺仪的校正装置。

背景技术

随着科技的发展，诸如手机、平板电脑等移动终端，在人们的工作、学习、日常交流等各方面的使用率也越来越高。

在移动终端中，陀螺仪是常用的传感器之一，为了保证陀螺仪的正常使用，移动终端在出厂之前，会对陀螺仪进行校正。

首先，将移动终端水平静止放置3s～5s，采集数据，然后，分别使用转台按x、y、z轴三个方向将移动终端固定，转台将固定速率旋转一段时间采集数据，以此进行校正。

因此，在产线上需要经过多次人工为的操作才能对陀螺仪进行校正，在移动终端出厂之后，厂商不会对陀螺仪再次进行校正。

因此，若移动终端出厂时未对陀螺仪进行校正，或者校正不准，或者陀螺仪长时间使用，往往会出现偏差，这些偏差会日积月累，降低其测量的精确度。

发明内容

本发明实施例提出了一种陀螺仪的校正方法和相应的一种陀螺仪的校正装置，以解决上述在移动终端出厂之后陀螺仪出现偏差的问题。

依据本发明的一个方面，提供了一种陀螺仪的校正方法，应用在移动终端中，所述移动终端具有加速度传感器与陀螺仪，所述方法包括：

调用所述加速度传感器测量加速度，同时，调用所述陀螺仪测量角速度；

根据所述加速度判断所述移动终端是否处于静止状态；若是，则采用所述移动终端处于静止状态时的角速度确定零点校正值。

可选地，所述根据所述加速度判断所述移动终端是否处于静止状态的步骤包括：

计算所述加速度的模值的平均值；

计算所述加速度的模值的平均值与预设的重力加速度的模值之间的重力偏差；

判断所述重力偏差是否小于预设的第一阈值；若是，则计算所述加速度的模值的标准差；

判断所述加速度的模值的标准差是否小于预设的第二阈值，若是，则确定所述移动终端处于静止状态。

可选地，所述采用所述移动终端处于静止状态时的角速度确定零点校正值的步骤包括：

计算所述移动终端处于静止状态时的角速度的平均值；

判断所述角速度的平均值是否小于预设的第三阈值；若是，则将所述角速度的平均值设置为零点校正值。

可选地，还包括：

根据所述零点校正值校正所述陀螺仪测量的角速度。

可选地，所述根据所述零点校正值校正所述陀螺仪测量的角速度的步骤包括：

将所述陀螺仪采集的角速度减去所述零点校正值，获得校正后的角速度。

根据本发明的另一方面，提供了一种陀螺仪的校正装置，应用在移动终端中，所述移动终端具有加速度传感器与陀螺仪，所述装置包括：

测量模块，用于调用所述加速度传感器测量加速度，同时，调用所述陀螺仪测量角速度；

静止判断模块，用于根据所述加速度判断所述移动终端是否处于静止状态；若是，则调用校正值确定模块；

校正值确定模块，用于采用所述移动终端处于静止状态时的角速度确定零点校正值。

可选地，所述静止判断模块包括：

第一平均值计算子模块，用于计算所述加速度的模值的平均值；

重力偏差计算子模块，用于计算所述加速度的模值的平均值与预设的重力加速度的模值之间的重力偏差；

第一阈值判断子模块，用于判断所述重力偏差是否小于预设的第一阈值；若是，则调用标准差计算子模块；

标准差计算子模块，用于计算所述加速度的模值的标准差；

第二阈值判断子模块，用于判断所述加速度的模值的标准差是否小于预设的第二阈值，若是，则调用静止状态确定子模块；

静止状态确定子模块，用于确定所述移动终端处于静止状态。

可选地，所述校正值确定模块包括：

第二平均值计算子模块，用于计算所述移动终端处于静止状态时的角速度的平均值；

第二阈值判断子模块，用于判断所述角速度的平均值是否小于预设的第三阈值；若是，则调用零点校正值设置子模块；

零点校正值设置子模块，用于将所述角速度的平均值设置为零点校正值。

可选地，还包括：

角速度校准模块，用于根据所述零点校正值校正所述陀螺仪测量的角速度。

可选地，所述角速度校准模块包括：

零点校正值相减子模块，用于将所述陀螺仪采集的角速度减去所述零点校正值，获得校正后的角速度。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例在移动终端中同时调用加速度传感器与陀螺仪测量加速度和角速度，若根据加速度判定移动终端处于静止状态，则可以采用移动终端处于静止状态时的角速度计算零点校正值，通过加速度传感器实现对陀螺仪的自动校正，在校正过程中复用移动终端通常配置的加速度传感器，无需使用产线上转台等机械，在移动终端出厂之后依然可以对陀螺仪进行校正，减少陀螺仪因出厂时未进行校正，或者校正不准，或者陀螺仪长时间使用等情况出现的偏差，提高其测量的精确度，此外，无需要用户手动进行操作，大大提高了校正的简便性。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种陀螺仪的校正方法的步骤流程图；

图2是本发明一个实施例的另一种陀螺仪的校正方法的步骤流程图；

图3是本发明一个实施例的另一种陀螺仪的校正方法的步骤流程图；

图4是本发明一个实施例的一种陀螺仪的校正装置的结构框图；

图5是本发明一个实施例的另一种陀螺仪的校正装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本发明一个实施例的一种陀螺仪的校正方法的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤101，调用所述加速度传感器测量加速度，同时，调用所述陀螺仪测量角速度。

步骤102，根据所述加速度判断所述移动终端是否处于静止状态；若是，则执行步骤103。

步骤103，采用所述移动终端处于静止状态时的角速度确定零点校正值。

在具体实现中，本发明实施例可以应用在移动终端中，例如，手机、平板电脑、可穿戴设备(如VR(Virtual Reality，虚拟现实)眼镜、VR头盔、智能手表)等等，本发明实施例对此不加以限制。

在移动终端中，具有加速度传感器与陀螺仪等部件。

其中，加速度传感器通过MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)等技术检测惯性力造成的微小形变，可以用于测量加速度，包括重力加速度。

于是，在静止或匀速运动(匀速直线运动)的时候，加速度传感器测量的是重力加速度，而重力加速度与R坐标系(绝对坐标系)是固连的，通过这种关系，可以计算加速度传感器所在平面与地面的角度关系，也就是横滚角和俯仰角。

陀螺仪可以测量角速度，具有高动态特性，它是一个间接测量器件，测量的是角度的导数，即角速度，将角速度对时间积分可以得到角度。

综合考虑，加速度传感器是易受外部干扰的传感器，但是测量值随时间的变化相对较小，而陀螺仪可以积分得到角度关系，动态性能好，受外部干扰小，但测量值随时间变化比较大，因此，它们优缺点互补，经常结合起来，获得更好的测量效果。

移动终端的操作系统包括Android(安卓)、IOS、Windows Phone、Windows等等，可以支持多种应用的运行，例如，地图应用、游戏应用等等。

这些应用可以通过调用陀螺仪进行相关的业务操作，例如，地图应用可以调用陀螺仪进行导航，游戏应用可以调用陀螺仪进行AR(Augmented Reality，增强现实)的三维建模等等。

陀螺仪在出厂时未进行零值偏差校正、零值偏差校正不准或长时间使用后会出零值偏差，等等，在本发明实施例中，可以通过内置的加速度传感器，对陀螺仪的零值偏差自动进行校正。

在具体实现中，加速度传感器测量的加速度(a_x,a_y,a_z)携带的是带重力加速度，在移动终端处于静止状态下，加速度的模值一般接近重力加速度的模值(如9.81m/s²)。

若移动终端处于运动状态，运动的幅度决定了加速度传感器模值的大小，由于有额外的运动加速度，所以，加速度传感器测量的加速度的模值一般大于重力加速度的模值(如9.81m/s²)。

因此，可以通过加速度传感器测量的加速度与重力加速度之间的相互关系，判断移动终端是否处于静止状态。

在进行校正时，同时调用加速度传感器与陀螺仪测量加速度和角速度。

若基于加速度检测出移动终端处于静止状态，则可以提取同一时间段内采集的角速度，计算陀螺仪的零点校正值(gyroscope offset)。

一般情况下，可以以角速度的平均值作为零点校正值。

除了平均值之外，还可以通过其他方式计算零点校正值，例如，以值最大的角速度作为零点校正值、以值最小的角速度作为零点校正值，等等，本发明实施例对此不加以限制。

参照图2，示出了本发明一个实施例的另一种陀螺仪的校正方法的步骤流程图，该方法应用在移动终端中，该移动终端具有加速度传感器与陀螺仪，具体可以包括如下步骤：

步骤201，调用所述加速度传感器测量加速度，同时，调用所述陀螺仪测量角速度。

在开始校正之后，为了实时判断移动终端是否处于静止状态，可以收集一段时间内加速度传感器测量的加速度及同段时间内陀螺仪测量的角速度。

步骤202，计算所述加速度的模值的平均值。

步骤203，计算所述加速度的模值的平均值与预设的重力加速度的模值之间的重力偏差。

步骤204，判断所述重力偏差是否小于预设的第一阈值；若是，则执行步骤205，若否，则结束校正。

步骤205，计算所述加速度的模值的标准差。

步骤206，判断所述加速度的模值的标准差是否小于预设的第二阈值，若是，则执行步骤207，若否，则结束校正。

步骤207，确定所述移动终端处于静止状态。

在本发明实施例中，计算该段时间内的加速度传感器的模型范围，同时，计算该段时间内的模值标准差范围，这些数据将用于确定是否静止的判断阀值的依据。

在具体实现中，可以计算该段时间内加速度的模值，取其平均值，减去重力加速度的模值(如9.81m/s²)，得到重力偏差。

需要说明的是，重力偏差一般取加速度的模值与重力加速度的模值之间差值的绝对值。

若重力偏差小于预设的第一阈值(如0.5～1.5)，则加速度的模值的标准差，否则结束本次校正陀螺仪的操作，待执行下一次校正陀螺仪的操作。

若加速度的模值的标准差小于预设的第二阈值(如5e-2～5e-1)，则确定该时间段内，移动终端处于静止状态，否则结束本次校正陀螺仪的操作，待执行下一次校正陀螺仪的操作。

本发明实施例在加速度的模值的平均值与重力加速度的模值之间的重力偏差小于预设的第一阈值的情况下，进一步确认加速度的模值的标准差小于第二阈值，则确定移动终端处于静止状态，保证加速度的模值的离散在一定范围内，即加速度的模值稳定，进而保证判断静止状态的精确度。

当然，上述判断静止状态的方法只是作为示例，在实施本发明实施例时，可以根据实际情况设置其他判断静止状态的方法，例如，若加速度的模值的平均值与重力加速度的模值之间的重力偏差小于预设的第一阈值，则认为移动终端处于静止状态，等等，本发明实施例对此不加以限制。另外，除了上述判断静止状态的方法外，本领域技术人员还可以根据实际需要采用其它判断静止状态的方法，本发明实施例对此也不加以限制。

步骤208，计算所述移动终端处于静止状态时的角速度的平均值。

步骤209，判断所述角速度的平均值是否小于预设的第三阈值；若是，则执行步骤210，若否，则结束校正。

步骤210，将所述角速度的平均值设置为零点校正值。

在本发明实施例中，可以提取移动终端处于静止状态时的角速度，取其平均值计算零点校正值。

在实际应用中，陀螺仪输出的是角速度，在静止的状态下，理论上刚体的角速度为零，但是，由于陀螺仪是电子元器件，在静止状态下一般会有一定的系统误差和噪声，即在静止状态下陀螺仪的输出值一般不为零。

因此，若陀螺仪在静止状态下输出的角速度的均值小于预设的第三阈值(如1e-8～1e-5)，则将角速度的均值设置为陀螺仪的零点偏差，更新校正参数，否则结束本次校正陀螺仪的操作，待执行下一次校正陀螺仪的操作。

本发明实施例在角速度的平均值小于第三阈值的情况下，将角速度的平均值设置为零点校正值，可以减小系统误差和噪声的影响，提高零点校正值的准确度。

为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例，以下通过具体的示例来说明本发明实施例中陀螺仪的校正方法。

在时间t内采集了五次加速度和角速度，分别如下表(单位忽略)所示：

	1	2	3	4	5
						加速度ax	0.0931	0.0786	0.0875	0.0839	0.085
加速度ay	0.036	0.0284	0.0289	0.0126	0.0371
						加速度az	9.778	9.818	9.806	9.774	9.78
角速度wx	0.0358	0.0326	0.0358	0.0368	0.0347
						角速度wy	-0.0471	-0.044	-0.0429	-0.0429	-0.0439
角速度wz	0.0145	0.0144	0.0134	0.0145	0.0134

第一次采集的加速度的模值

第二次采集的加速度的模值

第三次采集的加速度的模值

第四次采集的加速度的模值

第五次采集的加速度的模值

这五次采集的加速度的模值的平均值因此，重力偏差

将重力偏差(0.0184)与第一阈值(如0.5～1.5)比较，可知，重力偏差(0.0184)小于第一阈值(如0.5～1.5)，因此，计算这五次采集的加速度的模值的标准差

将加速度的模值的标准差(0.0195)与第二阈值(如5e-2～5e-1)比较，可知，加速度的模值的标准差(0.0195)小于第二阈值(如5e-2～5e-1)，因此，确定在时间t内，移动终端处于静止状态。

提取在时间t内采集的五次角速度，计算角速度在x、y、z方向的平均值，分别为：

将角速度在x、y、z方向的平均值与第三阈值(如1e-8～1e-5)比较，可知，角速度在x、y、z方向的平均值均小于第三阈值(如1e-8～1e-5)。

因此，将角速度在x、y、z方向的平均值设置为陀螺仪在x、y、z方向的零点校正值(εx，εy，εz)。

参照图3，示出了本发明一个实施例的另一种陀螺仪的校正方法的步骤流程图，该方法应用在移动终端中，该移动终端具有加速度传感器与陀螺仪，具体可以包括如下步骤：

步骤301，调用所述加速度传感器测量加速度，同时，调用所述陀螺仪测量角速度。

步骤301，根据所述加速度判断所述移动终端是否处于静止状态；若是，则执行步骤303。

步骤303，采用所述移动终端处于静止状态时的角速度确定零点校正值。

步骤304，根据所述零点校正值校正所述陀螺仪测量的角速度。

在具体实现中，更新零点校正值之后，则可以采用该零点校正值对陀螺仪测量的角速度进行校正，获得更加精确的角速度。

在具体实现中，将陀螺仪采集的角速度减去零点校正值，获得校正后的角速度。

进一步而言，将陀螺仪采集的在x、y、z方向的角速度(wx，wy，wz)，对应减去在x、y、z方向的零点校正值(εx，εy，εz)，获得校正后的在x、y、z方向的角速度值(Δwx，Δwy，Δwz)，即：

Δwx＝wx-εx

Δwy＝wy-εy

Δwz＝wz-εz

本发明实施例根据更新后的零点校正值校正陀螺仪测量的角速度，可以提高陀螺仪测量的角速度的精确度。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

参照图4，示出了本发明一个实施例的一种陀螺仪的校正装置实施例的结构框图，应用在移动终端中，所述移动终端具有加速度传感器与陀螺仪，具体可以包括如下模块：

测量模块401，用于调用所述加速度传感器测量加速度，同时，调用所述陀螺仪测量角速度；

静止判断模块402，用于根据所述加速度判断所述移动终端是否处于静止状态；若是，则调用校正值确定模块403；

校正值确定模块403，用于采用所述移动终端处于静止状态时的角速度确定零点校正值。

在本发明的一个实施例中，所述静止判断模块402包括：

标准差计算子模块，用于计算所述加速度的模值的标准差；

在本发明的一个实施例中，所述校正值确定模块403包括：

参照图5，示出了本发明一个实施例的另一种陀螺仪的校正装置实施例的结构框图，应用在移动终端中，所述移动终端具有加速度传感器与陀螺仪，具体可以包括如下模块：

测量模块501，用于调用所述加速度传感器测量加速度，同时，调用所述陀螺仪测量角速度；

静止判断模块502，用于根据所述加速度判断所述移动终端是否处于静止状态；若是，则调用校正值确定模块503；

校正值确定模块503，用于采用所述移动终端处于静止状态时的角速度确定零点校正值；

角速度校准模块504，用于根据所述零点校正值校正所述陀螺仪测量的角速度。

在本发明的一个实施例中，所述角速度校准模块504包括：

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种陀螺仪的校正方法和一种陀螺仪的校正装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种陀螺仪的校正方法，其特征在于，应用在移动终端中，所述移动终端具有加速度传感器与陀螺仪，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述加速度判断所述移动终端是否处于静止状态的步骤包括：

计算所述加速度的模值的平均值；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用所述移动终端处于静止状态时的角速度确定零点校正值的步骤包括：

计算所述移动终端处于静止状态时的角速度的平均值；

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述零点校正值校正所述陀螺仪测量的角速度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述零点校正值校正所述陀螺仪测量的角速度的步骤包括：

6.一种陀螺仪的校正装置，其特征在于，应用在移动终端中，所述移动终端具有加速度传感器与陀螺仪，所述装置包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述静止判断模块包括：

标准差计算子模块，用于计算所述加速度的模值的标准差；

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述校正值确定模块包括：

9.根据权利要求6或7或8所述的装置，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述角速度校准模块包括：