CN108759861A - 基于云台的imu校准方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

一种基于云台的IMU校准方法,包括以下步骤：S1、将IMU模块固定在云台上，使云台垂直于水平面并稳固架设；S2、控制云台的电机使IMU模块的一设定面旋转到各个待测面，记录IMU模块旋转到每个待测面时IMU模块测得的角速度和加速度；S3、将所测得的角速度和加速度进行拟合运算，计算出偏差参数。本发明可以克服IMU在使用过程中会受环境因素的影响而导致的测量偏差。本发明还提供了基于云台的IMU校准装置以及存储介质。

Description

基于云台的IMU校准方法、装置及存储介质
技术领域
本申请涉及在运动中使负载保持载体姿态静止的技术领域，具体涉及一种基于云台的IMU校准方法。
背景技术
在拍摄过程中，如果相机处于运动状态会使相机镜头抖动，拍摄出的画面抖动不清，因此需要一种技术来抵消镜头的颠簸，使相机的镜头保持姿态静止。如在检测到相机向上翘起一个角度时，通过电机将相机向下拉沉一个相应的角度，使相机镜头相对于地面保证静止。
目前，三轴电子增稳云台逐步取代了传统的斯坦尼康机械增稳云台，借助惯性测量单元(IMU)和高响应无刷直流电机实现高精度的姿态控制，从而抵消相机拍摄过程中的大部分干扰，极大增强相机的稳定程度。
惯性测量单元(IMU)，用于检测物体三轴角速度和加速度的装置，IMU的测量准确度直接影响了电子云台的性能。IMU在使用过程中会受到环境因素的影响导致测量误差的出现，如云台在使用过程中产生的磨损会使IMU出现测量偏差。为使测量准确，必须对IMU进行校准获得偏差参数，从而对IMU测量结果进行修正。
发明内容
本申请提供一种基于云台的IMU校准方法，以获得可对IMU测量结果进行修正偏差参数。
根据第一方面，一种实施例中提供一种基于云台的IMU校准方法,包括以下步骤：S1、将IMU模块固定在云台上，使云台垂直于水平面并稳固架设；S2、控制云台使IMU模块的一设定面旋转到各个待测面，记录IMU模块旋转到每个待测面时IMU模块测得的角速度和加速度；S3、将所测得的角速度和加速度进行拟合运算，计算出偏差参数。
优选地，所述云台为三轴云台，所述的IMU模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度计。
优选地，令三个初始机械角为[0,0,0]；所述的待测面为六个面，当IMU模块的设定面旋转到六个待测面时，所述云台的机械角分别为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,90,0]、[0,-90,0]或为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或为[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[90,0,0]、[-90,0,0]或为[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或为[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[90,0,0]、[-90,0,0]或为[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[0,90,0]、[0,-90,0]。
优选地，在步骤S1中，还包括将负载固定在云台上。
优选地，所述拟合运算为采用最小二乘算法进行运算的拟合运算。
优选地，所述偏差参数包括轴系数、轴间系数、零点偏移。
根据第二方面，一种实施例中提供一种基于云台的IMU校准装置，包括：云台、IMU模块；云台稳固架设并垂直于水平面上，用于带动IMU模块旋转，使IMU模块旋转到各个待测面上；IMU模块固定于云台上，用于测量IMU模块旋转到各个待测面上时的角速度和加速度。
优选地，还包括负载，所述负载固定在云台上。
优选地，令云台三个初始机械角为[0,0,0]；所述的待测面为六个面，当IMU模块的设定面旋转到六个待测面时，所述云台的机械角分别为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,90,0]、[0,-90,0]或为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或为[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[90,0,0]、[-90,0,0]或为[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或为[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[90,0,0]、[-90,0,0]或为[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[0,90,0]、[0,-90,0]。
根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的步骤S2和步骤S3。
依据上述实施例的基于云台的IMU校准方法，由于将IMU模块旋转到各个待测面从而测得各个待测面时的IMU模块测得的角速度和加速度，对所测得的角速度和加速度进行拟合运算，即可计算出偏差参数，利用偏差参数克服IMU在实际使用过程中会受到环境因素的影响而导致测量误差，对实际使用中IMU测量结果进行修正，使得云台上的负载在运动过程中保持更高精度的姿态控制。将负载固定在云台上再进行校准，避免负载产生的机械应力对测量结果引起偏差，进一步提高IMU模块的测量精度。
附图说明
图1为本申请一实施例流程图；
图2为本申请校准装置结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
实施例一：
请参考图1，基于云台的IMU校准方法包括以下步骤：
101、将IMU模块固定在三轴云台上，使三轴云台垂直于水平面并稳固架设；三轴云台垂直于水平面获得三轴云台的三个初始机械角，令三个初始机械角为[0,0,0]；
102、控制云台的电机使IMU模块的一设定面旋转到六个待测面，六个待测面对应的三个机械角为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,90,0]、[0,-90,0]。[0,0,0]即为将IMU模块固定云台上不动时为第一个待测面，[90,0,0]为第一个机械角进行90度旋转，另两个机械角不动，得到第二个待测面，[180,0,0]为在[90,0,0]的基础上，第一个机械角进行90度旋转，另两个机械角不动，得到第三个待测面，[-90,0,0]为第一个机械角进行逆向90度旋转，另两个机械角不动，得到第四个待测面、[0,90,0]为第一和第三机械角不变，第二个机械角进行90度旋转得到第五个待测面，[0,-90,0]为第一和第三机械角不变，第二个机械角进行逆向90度旋转得到第六个待测面；分别记录IMU模块旋转到每个待测面时IMU模块测得的角速度和加速度；为获得待测的六个面，也可以控制云台的电机使IMU模块进行不同的翻转，如[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[90,0,0]、[-90,0,0]或[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[90,0,0]、[-90,0,0]或[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[0,90,0]、[0,-90,0]。
103、将所测得的角速度和加速度采用最小二乘算法进行拟合运算，计算得到轴系数、轴间系数、零点偏移。得到的轴系数、轴间系数、零点偏移可以对相机的抖动进行修正，并克服环境因素(如机械磨损、温度)造成的测量误差，使相机的镜头保持高精度的姿态静止。
作为优选，负载固定在云台上后，必然会产生机械应力，将负载固定在云台上后，再进行上述101、102、103步骤的校准，可以避免机械应力对IMU模块产生影响，提高IMU测量精度，从而使相机得到更高精度的姿态静止。上述所述的负载可为相机或摄像机等拍摄单元。因此，在装载不同的负载进行拍摄前，应针对不同的负载进行校准。
IMU模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度计。三轴陀螺仪可以采用MEMS三轴陀螺仪，三轴加速度计可以采用MEMS三轴加速度计，其中，MEMS为微电子机械系统。
作为优选，在本申请的其它实施例中，还可以变换IMU模块获得IMU模块的更多个待测面，也可以获得IMU模块三个相互垂直的待测面，对各个待测面进行测量，然后拟合运算，获得相应的偏差参数。
请参考图2，一种基于云台的IMU校准装置，包括：三轴云台1、负载2、IMU模块；三轴云台1稳固架设并垂直于水平面上，三轴云台1内置第一转轴11、第二转轴12、第三转轴13，电机带动IMU模块旋转，使IMU模块旋转到各个待测面上；IMU模块固定于云台上，用于测量IMU模块旋转到每个待测面时IMU模块的角速度和加速度；负载2固定在云台的夹具14上。负载可为相机或摄像机等拍摄单元。所述的IMU模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度计。IMU模块可以固定于第二转轴12内，也可以固定于第三转轴13内，还可以固定在夹具14上，能够使得IMU模块翻转到各个待测面上即可。将所测得的角速度和加速度进行拟合运算，计算出偏差参数，从而可用于对实际使用中IMU测量结果进行修正。
令云台三个初始机械角为[0,0,0]；所述的待测面为六个面，当IMU模块的设定面旋转到六个待测面时，所述云台的机械角分别为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,90,0]、[0,-90,0]或为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或为[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[90,0,0]、[-90,0,0]或为[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或为[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[90,0,0]、[-90,0,0]或为[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[0,90,0]、[0,-90,0]。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的步骤S2和步骤S3。作为优选，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一中的步骤102和步骤103。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种基于云台的IMU校准方法,其特征在于包括以下步骤：
S1、将IMU模块固定在云台上，使云台垂直于水平面并稳固架设；
S2、控制云台使IMU模块的一设定面旋转到各个待测面，记录IMU模块旋转到每个待测面时IMU模块测得的角速度和加速度；
S3、将所测得的角速度和加速度进行拟合运算，计算出偏差参数。
2.如权利要求1所述的基于云台的IMU校准方法，其特征在于，所述云台为三轴云台，所述的IMU模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度计。
3.如权利要求2所述的基于云台的IMU校准方法，其特征在于，令云台三个初始机械角为[0,0,0]；所述的待测面为六个面，当IMU模块的设定面旋转到六个待测面时，所述云台的机械角分别为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,90,0]、[0,-90,0]或为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或为[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[90,0,0]、[-90,0,0]或为[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或为[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[90,0,0]、[-90,0,0]或为[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[0,90,0]、[0,-90,0]。
4.如权利要求1所述的基于云台的IMU校准方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括将负载固定在云台上。
5.如权利要求1所述的基于云台的IMU校准方法，其特征在于，所述拟合运算为采用最小二乘算法进行运算的拟合运算。
6.如权利要求1所述的基于云台的IMU校准方法，其特征在于，所述偏差参数包括轴系数、轴间系数、零点偏移。
7.一种基于云台的IMU校准装置，其特征在于，包括：云台、IMU模块；
云台稳固架设并垂直于水平面上，用于带动IMU模块旋转，使IMU模块旋转到各个待测面上；
IMU模块固定于云台上，用于测量IMU模块旋转到各个待测面上时的角速度和加速度。
8.如权利要求7所述的基于云台的IMU校准装置，其特征在于，还包括负载，所述负载固定在云台上。
9.如权利要求7所述的基于云台的IMU校准装置，其特征在于，令云台三个初始机械角为[0,0,0]；所述的待测面为六个面，当IMU模块的设定面旋转到六个待测面时，所述云台的机械角分别为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,90,0]、[0,-90,0]或为[0,0,0]、[90,0,0]、[180,0,0]、[-90,0,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或为[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[90,0,0]、[-90,0,0]或为[0,0,0]、[0,90,0]、[0,180,0]、[0,-90,0]、[0,0,90]、[0,0,-90]或为[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[90,0,0]、[-90,0,0]或为[0,0,0]、[0,0,90]、[0,0,180]、[0,0,-90]、[0,90,0]、[0,-90,0]。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的步骤S2和步骤S3。
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