CN113551690A - 校准参数的获取方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种校准参数的获取方法、装置、电子设备及存储介质，该方法应用于电子设备，电子设备与旋转设备以及惯性测量单元连接，惯性测量单元设置于旋转设备，惯性测量单元包括加速度计以及陀螺仪。该方法包括：控制旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态；在旋转设备转动以及保持静止状态的过程中，获取加速度数据以及角速度数据；根据加速度计对应的加速度校准模型以及加速度数据，获取加速度计的校准参数；根据陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及角速度数据，获取噪声参数；根据加速度数据以及角速度数据，获取陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。本方法可以快捷地获取惯性测量单元的校准参数。
Description
技术领域
本申请涉及仪器校准技术领域，更具体地，涉及一种校准参数的获取方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着科技水平的进步，航位推算、自动驾驶、增强现实(augmented reality，AR)、虚拟现实(virtual reality，VR)等与用户运动相关的技术在移动设备中被广泛应用。这些技术中，其实现效果需依赖于惯性测量单元(IMU，Inertial Measurement Unit)输出的数据的准确性。相关技术中，对于IMU的校准过程通常较为复杂，对校准操作的要求较高。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提出了一种校准参数的获取方法、装置、电子设备及存储介质。
第一方面，本申请实施例提供了一种校准参数的获取方法，应用于电子设备，所述电子设备与旋转设备以及惯性测量单元连接，所述惯性测量单元设置于所述旋转设备，所述惯性测量单元包括加速度计以及陀螺仪，所述方法包括：控制所述旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态；在所述旋转设备转动以及保持静止状态的过程中，获取所述加速度计采集的加速度数据以及所述陀螺仪采集的角速度数据；根据所述加速度计对应的加速度校准模型以及所述加速度数据，获取所述加速度计的校准参数；根据所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及所述角速度数据，获取所述噪声参数；根据所述加速度数据以及所述角速度数据，获取所述陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。
第二方面，本申请实施例提供了一种校准参数的获取装置，应用于电子设备，所述电子设备与旋转设备以及惯性测量单元连接，所述惯性测量单元设置于所述旋转设备，所述惯性测量单元包括加速度计以及陀螺仪，所述装置包括：旋转控制模块、数据获取模块、第一参数获取模块、第二参数获取模块以及第三参数获取模块，其中，所述旋转控制模块用于控制所述旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态；所述数据获取模块用于在所述旋转设备转动以及保持静止状态的过程中，获取所述加速度计采集的加速度数据以及所述陀螺仪采集的角速度数据；所述第一参数获取模块用于根据所述加速度计对应的加速度校准模型以及所述加速度数据，获取所述加速度计的校准参数；所述第二参数获取模块用于根据所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及所述角速度数据，获取所述噪声参数；所述第三参数获取模块用于根据所述加速度数据以及所述角速度数据，获取所述陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器；一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行上述第一方面提供的校准参数的获取方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读取存储介质，所述计算机可读取存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行上述第一方面提供的校准参数的获取方法。
本申请提供的方案，通过将包括加速度计以及陀螺仪的惯性测量单元设置于旋转设备，控制旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态，在旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态，然后根据加速度计对应的加速度校准模型以及加速度数据，获取加速度计的校准参数，根据陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及角速度数据，获取噪声参数，以及根据加速度数据以及角速度数据，获取陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。由此，可以实现自动控制惯性测量单元转动，并根据惯性测量单元采集的数据确定加速度计和陀螺仪的校准参数，完成对惯性测量单元的校准，提升校准惯性测量单元的便捷性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请实施例提供的一种应用环境的示意图。
图2示出了本申请实施例提供的惯性测量单元的一种框图。
图3示出了根据本申请一个实施例的校准参数的获取方法流程图。
图4示出了根据本申请另一个实施例的校准参数的获取方法流程图。
图5示出了根据本申请又一个实施例的校准参数的获取方法流程图。
图6示出了根据本申请再一个实施例的校准参数的获取方法流程图
图7示出了根据本申请一个实施例的校准参数的获取装置的一种框图。
图8是本申请实施例的用于执行根据本申请实施例的校准参数的获取方法的电子设备的框图。
图9是本申请实施例的用于保存或者携带实现根据本申请实施例的校准参数的获取方法的程序代码的存储单元。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
目前，惯性测量单元(IMU，Inertial Measurement Unit)在增强现实(augmentedreality，AR)、虚拟现实(virtual reality，VR)、自动化等领域得到了非常广泛的应用。IMU是主要用来检测和测量加速度与旋转运动的传感器。通常IMU中包括加速度计和陀螺仪，其中，加速度计用于检测加速度，陀螺仪用于检测角速度，以确定旋转运动。IMU被应用于相应场景时，其实现效果需依赖于IMU输出的数据的准确性。因此，在IMU被使用时，需要对IMU进行校准。
相关技术中，针对IMU的校准通常借助于人力移动IMU设备，通过人手移动传感器并将其以不同的位姿放置并保持静止，在IMU处于不同位姿时采集的数据用于加速度计和陀螺仪三元组的刻度和失调系数的校准，以及传感器偏差估计，最后利用静态加速度的大小必须等于重力的大小来校准加速度计的偏差和比例因子。但是，这样的方案中，单纯使用人手将IMU设备以不同的姿态静止放置采集数据，需要做大量的重复动作，并且用户难以将IMU设备以某种位姿进行长时间保持静止，容易引入偶然误差。
针对上述问题，发明人提出了本申请实施例提供的校准参数的获取方法、装置、电子设备以及存储介质，可以实现自动控制惯性测量单元转动，并根据惯性测量单元采集的数据确定加速度计和陀螺仪的校准参数，完成对惯性测量单元的校准，提升校准惯性测量单元的便捷性。其中，具体的校准参数的获取方法在后续的实施例中进行详细的说明。
为了便于详细说明本申请方案，下面先结合附图对本申请实施例中的一种应用环境进行介绍。
在一些实施方式中，请参阅图1，为本申请实施例提供的校准参数的获取方法的一种应用环境示意图，如图2所示，该应用环境可以理解为本申请实施例的提供的一种校准系统10，该校准系统10包括：电子设备100、惯性测量单元200以及旋转设备300。其中，电子设备100与惯性测量单元200以及旋转设备300连接。电子设备100可以为笔记本电脑、PC电脑、服务器、上位机、移动终端等设备。惯性测量单元200可以为用于检测加速度、角速度等数据的传感器，如图2所示，惯性测量单元200可以包括加速度计201以及陀螺仪202，加速度计201用于采集加速度数据，陀螺仪202用于采集角速度数据。旋转设备300可以为三轴旋转设备、四轴旋转设备等。惯性测量单元200可以固定设置于旋转设备300，从而旋转设备300在旋转时，可以带动惯性测量单元200进行转动。由于电子设备100与惯性测量单元200以及旋转设备300之间可以通信，因此，电子设备100可以控制旋转设备300的运动状态，进而对惯性测量单元200的运动状态进行控制；并且，电子设备100可以接收惯性测量单元200在运动过程中采集的数据，以根据接收的数据，对惯性测量单元200进行校准。
下面将结合附图具体描述本申请的各实施例。
请参阅图3，图3示出了本申请一个实施例提供的校准参数的获取方法的流程示意图。在具体的实施例中，所述校准参数的获取方法应用于上述的电子设备，电子设备与旋转设备以及惯性测量单元连接，惯性测量单元设置于所述旋转设备，惯性测量单元包括加速度计以及陀螺仪。下面将以电子设备为例，说明本实施例的具体流程，当然，可以理解的，本实施例所应用的电子设备可以为笔记本电脑、PC电脑、服务器、上位机、移动终端等，在此不做限定。下面将针对图3所示的流程进行详细的阐述，所述校准参数的获取方法具体可以包括以下步骤：
步骤S110：控制所述旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态。
在本申请实施例中，在对惯性测量单元进行校准时，需要对加速度计以及陀螺仪进行校准，而对加速度计以及陀螺仪的校准，需要使用惯性测量单元处于静态和动态时采集的数据。因此，电子设备可以控制旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态，从而可以使旋转设备带动惯性测量单元转动，以及保持静止状态时，惯性测量单元也同时处于静止状态。其中，预设时长可以为1～7秒，例如，预设时长可以为5秒，从而可以采集到惯性测量单元每次处于静止状态时的足够的数据。
在一些实施方式中，电子设备控制旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态，可以在每次控制旋转设备转动时，向旋转设备发送转动指令，旋转设备接收到转动指令后，则可以响应转动指令，旋转至某种位姿的状态；在旋转完成后，旋转设备可以保持锁止状态，使得惯性测量单元保持该位姿；在间隔指定时长后，则可以再次向旋转设备发送新的转动指令，以控制旋转设备再次进行转动至其他位姿的状态。如此重复，则可以实现控制旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态。其中，多次转动的次数可以取40～60次，例如，可以为55次，在一些场景中，转动次数可以大于指定次数(例如50次)，由此在后续确定校准参数时，能够避免奇异性。
在一些实施方式中，电子设备在控制旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态之前，还可以保持旋转设备处于静止状态，使惯性测量单元处于静止状态而进行初始化。其中，电子设备在控制旋转设备进行转动前，控制旋转设备保持静止的时长可以达到目标时长，目标时长可以为45～90秒，例如，目标时长可以为65秒。
步骤S120：在所述旋转设备转动以及保持静止状态的过程中，获取所述加速度计采集的加速度数据以及所述陀螺仪采集的角速度数据。
在本申请实施例中，电子设备在控制旋转设备进行转动以及保持静止状态的过程中，可以从惯性测量单元获取其加速度计采集的加速度数据，以及陀螺仪采集的角速度数据，以根据加速度计采集的加速度数据，以及陀螺仪采集的角速度数据，对加速度计以及陀螺仪进行校准。
在一些实施方式中，在开始进行校准时，电子设备可以控制惯性测量单元开始采集数据，例如，可以向惯性测量单元发送采集指令，惯性测量单元在接收到采集指令后，响应于该采集指令，控制其加速度计以及陀螺仪进行数据的采集。
在一些实施方式中，电子设备在获取加速度计采集的加速度数据以及陀螺仪采集的角速度数据时，可以将每次旋转设备转动时加速度计采集的加速度数据以及陀螺仪采集的角速度数据，与每次旋转设备转动进行对应，并将该对应关系存储，以及将每次旋转设备保持静止状态时加速度计采集的加速度数据以及陀螺仪采集的角速度数据，与每次旋转设备保持静止状态进行对应，并将该对应关系存储。也就是说，电子设备将惯性测量单元的加速度计以及陀螺仪采集的数据，按照旋转设备每次转动过程以及每次转动后保持静止状态的过程对应进行存储，以便后续在根据加速度计以及陀螺仪采集的数据确定校准参数时，能够快速选取到适用的数据。
步骤S130：根据所述加速度计对应的加速度校准模型以及所述加速度数据，获取所述加速度计的校准参数。
在本申请实施例中，电子设备在获取到旋转设备在转动以及保持静止状态的过程中惯性测量单元所采集的加速度数据以及角速度数据后，则可以根据加速度数据以及角速度数据，获取对惯性测量单元进行校准的校准参数。具体地，电子设备可以根据加速度计对应的加速度校准模型以及以上加速度数据，获取加速度计的校准参数。
在一些实施方式中，IMU的误差来主要来自于三部分，包括噪声(Bias andNoise)、尺度因子(Scale errors)和轴偏差(Axis misalignments)。因此，加速度计和陀螺仪的测量模型可以分别用以下公式表示：
aB＝TaKa(aS+ba+va)
wB＝TgKg(wS+bg+vg)
其中，a表示加速度，g表示陀螺仪，B表示正交的参考坐标系，S表示非正交的选准坐标系；T表示轴偏差的变换矩阵，K表示尺度误差，aS和wS分别表示加速度计和陀螺仪的真实值，b和v分别表示偏差和噪声，aB和wB分别表示加速度计和陀螺仪的检测值。
尺度误差来源于传感器的数字信号向物理量转换的误差，尺度误差可表示如下：
其中，Ka表示加速度计的尺度误差，Kg表示陀螺仪的尺度误差。
一般情况下，加速度计的坐标系AF和陀螺仪的坐标系GF都不是正交的坐标系，但正常使用的时候都是默认测量是在正交坐标系下的，所以就需要一个变换矩阵将测量从非正交坐标系AF/GF下转到正交坐标系BF下，将其称之为机体坐标系(参考坐标系)。轴偏差就是一个变换矩阵，求取实际的旋转坐标系(AF/GF)到参考坐标系(BF)的转换。为计算变换矩阵，将三个轴偏角进行进一步的分解，将每个轴向的偏差角沿着另外两个轴分解即可得到，再进一步变换后可以得到轴偏差矩阵：
在确定加速度计的校准参数时，可以假设参考坐标系的X轴与加速度计的坐标系的X轴重合，且参考坐标系的Y轴处于加速度计的坐标系的X轴与Y轴构成的平面上，因此，加速度计的轴偏差矩阵可以表示为：
因此，待求解参数为：
通过定义状态方程：aB＝h(aS,θa)＝TaKa(aS+ba)，可以将该状态方程作为上述的加速度校准模型。可以理解地，并且在采集加速度计读数的时候取一个小窗口内的平均值，所以可以忽略高斯白噪声。进一步地，可以根据状态方程，得到优化的代价函数：
通过加速度数据对该代价函数进行求解时，一般会有M组较为明显的、稳定的加速度数据来放入代价函数中求解待求解参数，然后选取残差最小的一组所对应的参数即可，从而得到加速度计的校准参数，即
当然，也可以根据加速度计的测量模型的表示，通过其他实施方式确定加速度计的校准参数。
步骤S140：根据所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及所述角速度数据，获取所述噪声参数。
在本申请实施例中，电子设备对陀螺仪进行校准时，则可以根据陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及角速度数据，确定出噪声参数。可选地，电子设备可以通过获取陀螺仪的Allan方差，然后通过拟合Allan方差曲线，求解出噪声参数，即上述的噪声v和偏差b。
步骤S150：根据所述加速度数据以及所述角速度数据，获取所述陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。
在本申请实施例中，陀螺仪需要校准的剩余参数包括尺度因子和轴偏差参数，在获取尺度因子和轴偏差参数时，将陀螺仪任意转动时积分得到的角度和加速度的测量值求得的角度做比较即可，其中，这里将加速度的测量值当做了参考值，然后采用优化方式求解尺度因子和轴偏差参数。电子设备在获取到加速度计的以上校准参数，陀螺仪的噪声参数、尺度因子以及轴偏差参数之后，则获取到了惯性测量单元的全部校准参数。将这些校准参数用于惯性测量单元的校准时，可以利用上述加速度计和陀螺仪的测量模型，代入检测值进行求解，得到的真实值即为校准后的数据。
本申请实施例提供的校准参数的获取方法，可以实现自动控制惯性测量单元转动，并根据惯性测量单元采集的数据确定加速度计和陀螺仪的校准参数，完成对惯性测量单元的校准，提升校准惯性测量单元的便捷性。
请参阅图4，图4示出了本申请另一个实施例提供的校准参数的获取方法的流程示意图。该校准参数的获取方法应用于上述电子设备，下面将针对图4所示的流程进行详细的阐述，所述校准参数的获取方法具体可以包括以下步骤：
步骤S210：控制所述旋转设备在每次转动后，基于所述加速度计采集的数据确定所述惯性测量单元是否处于静止状态。
在本申请实施例中，在加速度计和陀螺仪的校准过程中，常常需要传感器处于静止状态，所以在校准的过程中也就需要判断传感器是否处于静止状态。其中，电子设备在控制旋转设备在每次转动后，可以基于加速度计采集的数据确定当前惯性测量单元是否处于静止状态。
在一些实施方式中，基于加速度计采集的数据包括多轴的加速度数据，所述基于所述加速度计采集的数据确定所述惯性测量单元是否处于静止状态，可以包括：获取所述多轴的加速度数据的方差的平方和；若所述平方和小于设定阈值，确定所述惯性测量单元处于静止状态；若所述平方和大于或等于设定阈值，确定所述惯性测量单元不处于静止状态。
具体地，可以根据从惯性测量单元获取的加速度计的数据，计算在一段时间内三个轴加速度的方差的平方和S(T)，平方和S(T)的计算公式为：
其中，
表示X轴的加速度ax在时间段T内的方差，
表示加速度ay在时间段T内的方差，
表示加速度az在时间段T内的方差。
电子设备获取到平方和S(T)后，可以将S(T)与设定阈值进行比较，若S(T)小于设定阈值，则表示惯性测量单元处于静止状态；反之，若S(T)大于或等于设定阈值，则表示惯性测量单元不处于静止状态，即处于运动状态。
步骤S220：若所述惯性测量单元处于静止状态，控制所述旋转设备保持预设时长的静止状态。
在本申请实施例中，电子设备在检测到惯性测量单元处于静止状态后，则可以控制旋转设备维持预设时长的静止状态，在旋转设备保持静止状态的时长达到预设时长后，则可以控制旋转设备进行下一次的旋转，如此重复，可以控制旋转设备完成多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态。
需要说明的是，本申请实施例中的步骤S210以及步骤S220也可以应用于其他实施例中。
步骤S230：在所述旋转设备转动以及保持静止状态的过程中，获取所述加速度计采集的加速度数据以及所述陀螺仪采集的角速度数据。
步骤S240：根据所述加速度计对应的加速度校准模型以及所述加速度数据，获取所述加速度计的校准参数。
步骤S250：根据所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及所述角速度数据，获取所述噪声参数。
步骤S260：根据所述加速度数据以及所述角速度数据，获取所述陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。
在本申请实施例中，步骤S230至步骤S260可以参阅其他实施例的内容，在此不再赘述。
本申请实施例提供的校准参数的获取方法，可以实现自动控制惯性测量单元转动，并且根据加速度数据来确定惯性测量单元是否处于静止状态，由此可以采集得到惯性测量单元处于静止状态时的数据，后续根据惯性测量单元采集的数据，即可确定出校准参数，有效提升校准惯性测量单元的便捷性。
请参阅图5，图5示出了本申请又一个实施例提供的校准参数的获取方法的流程示意图。该校准参数的获取方法应用于上述电子设备，下面将针对图5所示的流程进行详细的阐述，所述校准参数的获取方法具体可以包括以下步骤：
步骤S300：控制所述旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态。
步骤S301：在所述旋转设备转动以及保持静止状态的过程中，获取所述加速度计采集的加速度数据以及所述陀螺仪采集的角速度数据。
在本申请实施例中，步骤S300以及步骤S301可以参阅其他实施例的内容，在此不再赘述。
步骤S302：获取加速度计对应的加速度校准模型，所述加速度校准模型中包括真实值、旋转矩阵、尺度缩放参数、零偏参数以及测量值。
在本申请实施例中，电子设备在确定加速度计的校准参数时，可以获取加速度计对应的加速度校准模型。该加速度校准模型中可以包括以下参数：真实值、旋转矩阵、尺度缩放参数、零偏参数以及测量值。由此，后续可以基于加速度数据，求解出旋转矩阵、尺度缩放参数和零偏参数，完成加速度计的校准。
在一些实施方式中，根据前述实施例中的加速度计的测量模型的表达式，可以建立加速度校准模型：
其中，At表示真实值，Am*表示测量值，offset*表示测量中的零偏，R表示旋转矩阵，
表示尺度缩放。
步骤S303：基于所述加速度校准模型，获取真实值对应的表达式，所述表达式包括真实值、校准参数以及测量值。
在本申请实施例中，在建立加速度校准模型后，可以对该加速度校准模型进行变换，得到真实值对应的表达式：
其中，Ax、Ay和Az分别表示X、Y和Z轴的真实值，Amx、Amy和Amz分别表示X、Y和Z轴的测量值，
和
即对加速度校准模型进行变换后，零偏、旋转矩阵以及尺度缩放对应的计算过程量。
在得到以上变换后的公式后，可以将该公式化为齐次坐标形式并转置得到：
该式中，令
因此，β即为要获取的校准参数，即通过以上对加速度校准模型进行多次变换后，零偏、旋转矩阵以及尺度缩放对应的计算过程量。
步骤S304：基于所述加速度数据，确定所述表达式中的校准参数，作为所述加速度计的校准参数。
在本申请实施例中，在得到真实值的表达式后，则可以基于加速度数据，确定表达式中的校准参数，作为加速度计的校准参数。其中，电子设备可以采用最小二乘法，并基于加速度数据，求解该真实值的表达式，从而得到β，即得到最终的校准参数。
在一些实施方式中，电子设备基于所述加速度数据，确定所述表达式中的校准参数，作为所述加速度计的校准参数，包括：基于所述加速度数据，获取所述旋转设备处于静止状态且所述加速度计的各个轴与重力加速度方向平行时的目标数据；将所述目标数据作为测量值，以及将重力加速度作为真实值，确定所述表达式中的校准参数。该实施方式中，电子设备在控制旋转设备转动时，可以控制旋转设备转动而带动加速度计的各个轴分别与加速度方向平行后保持静止状态，而且每个轴与加速度方向平行时，有正向和负向两个方向，因此针对加速度计的三个轴的每个轴，可以得到六种位姿下的加速度数据；而且这些情况下由于惯性测量单元处于静止状态，因此与加速度方向平行的该轴的加速度数据的绝对值与重力加速度的大小相同，即该轴的加速度实际值应该为重力加速度g或者-g，因此可以得到以上六种位姿下的真实值。然后根据测量值以及真实值，并采用最小二乘法对真实值的表达式进行求解，从而可以得到校准参数β。
在本申请实施例中，在实际对惯性测量单元的加速度计校准时，则可以利用上述真实值的表达式，以及获取到的校准参数，代入加速度计的测量值后，可以计算得到加速度计的真实值。
步骤S305：获取所述陀螺仪对应的Allan方差表达式。
在本申请实施例中，在获取陀螺仪的噪声v和偏差b时，可以基于Allan方差获取。首先，电子设备可以获取陀螺仪对应的Allan方差表达式。
在一些实施方式中，将陀螺仪静止放置时间T，单个采样周期为r0，共有N组采样值，陀螺仪单次输出角度θ可以表示为：
平均因子m可以表示为：
平均因子是指在1-(N-1)/2之间的随机数，可以任意选取，平均因子是为了计算而引入，Rand()是指取随机数。
基于以上输出角度θ以及平均因子m，Allan方差表达式为：
其中，τ＝mr0。
步骤S306：基于所述Allan方差表达式，确定所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型，所述获取模型中包括所述陀螺仪的多种噪声参数。
在本申请实施例中，电子设备在获取到Allan方差表达式后，则可以基于Allan方差表达式，确定陀螺仪的噪声参数对应的获取模型。其中，Allan方差可计算5个噪声参数：量化噪声、角度随机游走、零偏不稳定性、速度随机游走和速度爬升，Allan方差可以看作为这5个噪声的平方和，即得到噪声参数对应的获取模型：
其中，Q表示量化噪声，N表示角度随机游走，B表示零偏不稳定性，K表示速度随机游走，R表示速度爬升。
步骤S307：基于所述角速度数据，求解所述获取模型中的多种噪声参数。
在本申请实施例中，电子设备获取到噪声参数对应的获取模型后，则可以基于角速度数据，求解获取模型中的多种噪声参数(即上述的5个噪声参数)。可选地，电子设备可以根据最小二乘法，拟合求解出各噪声参数，即得到用于对噪声v和偏差b进行校准的各个噪声参数。
步骤S308：将所述加速度计采集的数据所对应的加速度向量作为第一加速度向量。
步骤S309：根据所述第一加速度向量以及所述陀螺仪的采集数据对应的表达参数，确定所述陀螺仪采集的数据所对应的第二加速度向量的向量表达式。
在本申请实施例中，可以设由加速度计的测量值得到的加速度向量作为第一加速度向量，即一个初始的加速度向量ua,k-1，设n个陀螺仪测量值为wi(陀螺仪的采集数据对应的表达参数)，则陀螺仪积分得到的旋转之后的新的重力向量(第二加速度向量)为：
步骤S310：基于所述向量表达式获取所述陀螺仪的尺度因子以及轴偏差参数对应的代价函数。
在本申请实施例中，在获取到以上向量表达式后，则可以基于向量表达式获取所述陀螺仪的尺度因子以及轴偏差参数对应的代价函数：
其中，
即θg中包含了前述实施例中的尺度误差(对应尺度因子)和轴偏差矩阵中的参数(对应轴偏差参数)。
步骤S311：根据所述加速度数据以及所述角速度数据，对所述代价函数进行求解，获得所述尺度因子以及轴偏差参数。
在本申请实施例中，在获取到以上代价函数后，则可以基于加速度数据以及角速度数据，对代价函数进行求解，得到以上尺度因子和轴偏差参数。可选地，可以采用四阶龙格库塔法进一步求解代价函数中的各个参数，从而得到对陀螺仪的尺度误差进行校准的尺度因子，以及对轴偏差进行校准的轴偏差参数。
在本申请实施例中，在实际对惯性测量单元的陀螺仪校准时，则可以利用第一个实施例中的陀螺仪的测量模型的公式，以及获取到的噪声参数、尺度因子和轴偏差参数，代入测量值后，可以计算得到真实值。
本申请实施例提供的校准参数的获取方法，可以实现自动控制惯性测量单元转动，根据加速度数据采用六面校准法，获取到加速度计的校准参数，完成对加速度计的校准；利用Allan方差以及角速度数据，获取得到陀螺仪的噪声参数，完成对陀螺仪的偏差和噪声的校准；以及利用优化方式求解尺度因子和轴偏差参数，完成对陀螺仪的尺度误差和轴偏差的校准，从而完成对惯性测量单元的校准，提升校准惯性测量单元的便捷性。
请参阅图6，图6示出了本申请再一个实施例提供的校准参数的获取方法的流程示意图。该校准参数的获取方法应用于上述电子设备，下面将针对图6所示的流程进行详细的阐述，所述校准参数的获取方法具体可以包括以下步骤：
步骤S410：控制所述旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态。
步骤S420：在所述旋转设备转动以及保持静止状态的过程中，获取所述加速度计采集的加速度数据以及所述陀螺仪采集的角速度数据。
步骤S430：根据所述加速度计对应的加速度校准模型以及所述加速度数据，获取所述加速度计的校准参数。
步骤S440：根据所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及所述角速度数据，获取所述噪声参数。
步骤S450：根据所述加速度数据以及所述角速度数据，获取所述陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。
在本申请实施例中，步骤S410至步骤S450可以参阅前述实施例的内容，在此不再赘述。
步骤S460：将所述校准参数写入至所述惯性测量单元，所述校准参数用于所述惯性测量单元在应用时对所述加速度计采集的数据进行校准。
在本申请实施例中，电子设备在获取到加速度计的校准参数后，则可以将校准参数写入至该惯性测量单元，由此，惯性测量单元在被用于应用过程时，能够根据校准参数对加速度计采集的数据进行校准。可选地，惯性测量单元可以利用前个实施例中的真实值的表达式，以及获取到的校准参数，代入加速度计的测量值后，可以计算得到加速度计的真实值。
步骤S470：将所述噪声参数、所述尺度因子以及所述轴偏差参数写入至所述惯性测量单元，所述噪声参数、所述尺度因子以及所述轴偏差参数用于所述惯性测量单元在应用时对所述陀螺仪采集的数据进行校准。
在本申请实施例中，电子设备在获取到陀螺仪的噪声参数、尺度因子以及轴偏差参数后，则可以将噪声参数、尺度因子以及轴偏差参数写入至该惯性测量单元，由此，惯性测量单元在被用于应用过程时，能够根据校准参数对陀螺仪采集的数据进行校准。可选地，惯性测量单元可以利用前前述实施例中陀螺仪的测量模型的公式，以及噪声参数、尺度因子和轴偏差参数，代入陀螺仪的测量值后，可以计算得到陀螺仪的真实值。
当然，在将以上获取到的参数用于惯性测量单元的校准过程时，也可以将以上的参数写入至惯性测量单元所应用的设备中。例如，可以将这些参数写入至AR设备，以便AR设备能够根据这些参数对惯性测量单元采集的数据进行校准，从而AR设备能够准确地识别位姿，并根据识别的位姿显示相应的内容。
本申请实施例提供的校准参数的获取方法，可以实现自动控制惯性测量单元转动，并根据惯性测量单元采集的数据确定加速度计和陀螺仪的校准参数，完成对惯性测量单元的校准，提升校准惯性测量单元的便捷性。另外，电子设备将获取到的所有校准参数写入至该惯性测量单元，可以实现惯性测量单元在应用过程时能够自动对采集的数据进行校准，保证其输出的数据的准确性。
请参阅图7，其示出了本申请实施例提供的一种校准参数的获取装置400的结构框图。该校准参数的获取装置400应用上述的电子设备，所述电子设备与旋转设备以及惯性测量单元连接，所述惯性测量单元设置于所述旋转设备，所述惯性测量单元包括加速度计以及陀螺仪。该校准参数的获取装置400包括：旋转控制模块410、数据获取模块420、第一参数获取模块430、第二参数获取模块440以及第三参数获取模块450。其中，所述旋转控制模块4104用于控制所述旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态；所述数据获取模块420用于在所述旋转设备转动以及保持静止状态的过程中，获取所述加速度计采集的加速度数据以及所述陀螺仪采集的角速度数据；所述第一参数获取模块430用于根据所述加速度计对应的加速度校准模型以及所述加速度数据，获取所述加速度计的校准参数；所述第二参数获取模块440用于根据所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及所述角速度数据，获取所述噪声参数；所述第三参数获取模块450用于根据所述加速度数据以及所述角速度数据，获取所述陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。
在一些实施方式中，旋转控制模块410可以用于控制所述旋转设备在每次转动后，基于所述加速度计采集的数据确定所述惯性测量单元是否处于静止状态；若所述惯性测量单元处于静止状态，控制所述旋转设备保持预设时长的静止状态。
在一种可能的实施方式中，述加速度计采集的数据包括多轴的加速度数据。旋转控制模块410基于所述加速度计采集的数据确定所述惯性测量单元是否处于静止状态，可以包括：获取所述多轴的加速度数据的方差的平方和；若所述平方和小于设定阈值，确定所述惯性测量单元处于静止状态；若所述平方和大于或等于设定阈值，确定所述惯性测量单元不处于静止状态。
在一些实施方式中，第一参数获取模块430可以用于：获取加速度计对应的加速度校准模型，所述加速度校准模型中包括真实值、旋转矩阵、尺度缩放参数、零偏参数以及测量值；基于所述加速度校准模型，获取真实值对应的表达式，所述表达式包括真实值、校准参数以及测量值；基于所述加速度数据，确定所述表达式中的校准参数，作为所述加速度计的校准参数。
在一种可能的实施方式中，第一参数获取模块430基于所述加速度数据，确定所述表达式中的校准参数，作为所述加速度计的校准参数，可以包括：基于所述加速度数据，获取所述旋转设备处于静止状态且所述加速度计的各个轴与重力加速度方向平行时的目标数据；将所述目标数据作为测量值，以及将重力加速度作为真实值，确定所述表达式中的校准参数。
在一些实施方式中，第二参数获取模块440可以用于：获取所述陀螺仪对应的Allan方差表达式；基于所述Allan方差表达式，确定所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型，所述获取模型中包括所述陀螺仪的多种噪声参数；基于所述角速度数据，求解所述获取模型中的多种噪声参数。
在一些实施方式中，第三参数获取模块450可以用于：将所述加速度计采集的数据所对应的加速度向量作为第一加速度向量；根据所述第一加速度向量以及所述陀螺仪的采集数据对应的表达参数，确定所述陀螺仪采集的数据所对应的第二加速度向量的向量表达式；基于所述向量表达式获取所述陀螺仪的尺度因子以及轴偏差参数对应的代价函数；根据所述加速度数据以及所述角速度数据，对所述代价函数进行求解，获得所述尺度因子以及轴偏差参数。
在一些实施方式中，该校准参数的获取装置400还可以包括：第一写入模块。第一写入模块用于将所述校准参数写入至所述惯性测量单元，所述校准参数用于所述惯性测量单元在应用时对所述加速度计采集的数据进行校准。
在一些实施方式中，该校准参数的获取装置400还可以包括：第二写入模块。第二写入模块用于将所述噪声参数、所述尺度因子以及所述轴偏差参数写入至所述惯性测量单元，所述噪声参数、所述尺度因子以及所述轴偏差参数用于所述惯性测量单元在应用时对所述陀螺仪采集的数据进行校准。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，模块相互之间的耦合可以是电性，机械或其它形式的耦合。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
综上所述，本申请提供的方案，通过将包括加速度计以及陀螺仪的惯性测量单元设置于旋转设备，控制旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态，在旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态，然后根据加速度计对应的加速度校准模型以及加速度数据，获取加速度计的校准参数，根据陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及角速度数据，获取噪声参数，以及根据加速度数据以及角速度数据，获取陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。由此，可以实现自动控制惯性测量单元转动，并根据惯性测量单元采集的数据确定加速度计和陀螺仪的校准参数，完成对惯性测量单元的校准，提升校准惯性测量单元的便捷性。
请参考图8，其示出了本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。该电子设备100可以是笔记本电脑、PC电脑、服务器、上位机、移动终端等能够运行应用程序的电子设备。本申请中的电子设备100可以包括一个或多个如下部件：处理器110、存储器120、以及一个或多个应用程序，其中一个或多个应用程序可以被存储在存储器120中并被配置为由一个或多个处理器110执行，一个或多个程序配置用于执行如前述方法实施例所描述的方法。
处理器110可以包括一个或者多个处理核。处理器110利用各种接口和线路连接整个电子设备100内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器120内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器120内的数据，执行电子设备100的各种功能和处理数据。可选地，处理器110可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器110可集成中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器110中，单独通过一块通信芯片进行实现。
存储器120可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。存储器120可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器120可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于实现至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现下述各个方法实施例的指令等。存储数据区还可以存储电子设备100在使用中所创建的数据(比如电话本、音视频数据、聊天记录数据)等。
请参考图9，其示出了本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构框图。该计算机可读介质800中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行上述方法实施例中所描述的方法。
计算机可读存储介质800可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。可选地，计算机可读存储介质800包括非易失性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。计算机可读存储介质800具有执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码810的存储空间。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。程序代码810可以例如以适当形式进行压缩。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种校准参数的获取方法，其特征在于，应用于电子设备，所述电子设备与旋转设备以及惯性测量单元连接，所述惯性测量单元设置于所述旋转设备，所述惯性测量单元包括加速度计以及陀螺仪，所述方法包括：
控制所述旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态；
在所述旋转设备转动以及保持静止状态的过程中，获取所述加速度计采集的加速度数据以及所述陀螺仪采集的角速度数据；
根据所述加速度计对应的加速度校准模型以及所述加速度数据，获取所述加速度计的校准参数；
根据所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及所述角速度数据，获取所述噪声参数；
根据所述加速度数据以及所述角速度数据，获取所述陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态，包括：
控制所述旋转设备在每次转动后，基于所述加速度计采集的数据确定所述惯性测量单元是否处于静止状态；
若所述惯性测量单元处于静止状态，控制所述旋转设备保持预设时长的静止状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加速度计采集的数据包括多轴的加速度数据，所述基于所述加速度计采集的数据确定所述惯性测量单元是否处于静止状态，包括：
获取所述多轴的加速度数据的方差的平方和；
若所述平方和小于设定阈值，确定所述惯性测量单元处于静止状态；
若所述平方和大于或等于设定阈值，确定所述惯性测量单元不处于静止状态。
4.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计对应的加速度校准模型以及所述加速度数据，获取所述加速度计的校准参数，包括：
获取加速度计对应的加速度校准模型，所述加速度校准模型中包括真实值、旋转矩阵、尺度缩放参数、零偏参数以及测量值；
基于所述加速度校准模型，获取真实值对应的表达式，所述表达式包括真实值、校准参数以及测量值；
基于所述加速度数据，确定所述表达式中的校准参数，作为所述加速度计的校准参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述加速度数据，确定所述表达式中的校准参数，作为所述加速度计的校准参数，包括：
基于所述加速度数据，获取所述旋转设备处于静止状态且所述加速度计的各个轴与重力加速度方向平行时的目标数据；
将所述目标数据作为测量值，以及将重力加速度作为真实值，确定所述表达式中的校准参数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及所述角速度数据，获取所述噪声参数，包括：
获取所述陀螺仪对应的Allan方差表达式；
基于所述Allan方差表达式，确定所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型，所述获取模型中包括所述陀螺仪的多种噪声参数；
基于所述角速度数据，求解所述获取模型中的多种噪声参数。
7.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数据以及所述角速度数据，获取所述陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数，包括：
将所述加速度计采集的数据所对应的加速度向量作为第一加速度向量；
根据所述第一加速度向量以及所述陀螺仪的采集数据对应的表达参数，确定所述陀螺仪采集的数据所对应的第二加速度向量的向量表达式；
基于所述向量表达式获取所述陀螺仪的尺度因子以及轴偏差参数对应的代价函数；
根据所述加速度数据以及所述角速度数据，对所述代价函数进行求解，获得所述尺度因子以及轴偏差参数。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，在所述根据所述加速度计对应的加速度校准模型以及所述加速度数据，获取所述加速度计的校准参数之后，所述方法还包括：
将所述校准参数写入至所述惯性测量单元，所述校准参数用于所述惯性测量单元在应用时对所述加速度计采集的数据进行校准。
9.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，在所述根据所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及所述角速度数据，获取所述噪声参数，以及根据所述加速度数据以及所述角速度数据，获取所述陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数之后，所述方法还包括：
将所述噪声参数、所述尺度因子以及所述轴偏差参数写入至所述惯性测量单元，所述噪声参数、所述尺度因子以及所述轴偏差参数用于所述惯性测量单元在应用时对所述陀螺仪采集的数据进行校准。
10.一种校准参数的获取装置，其特征在于，应用于电子设备，所述电子设备与旋转设备以及惯性测量单元连接，所述惯性测量单元设置于所述旋转设备，所述惯性测量单元包括加速度计以及陀螺仪，所述装置包括：旋转控制模块、数据获取模块、第一参数获取模块、第二参数获取模块以及第三参数获取模块，其中，
所述旋转控制模块用于控制所述旋转设备多次转动，并在每次转动后保持预设时长的静止状态；
所述数据获取模块用于在所述旋转设备转动以及保持静止状态的过程中，获取所述加速度计采集的加速度数据以及所述陀螺仪采集的角速度数据；
所述第一参数获取模块用于根据所述加速度计对应的加速度校准模型以及所述加速度数据，获取所述加速度计的校准参数；
所述第二参数获取模块用于根据所述陀螺仪的噪声参数对应的获取模型以及所述角速度数据，获取所述噪声参数；
所述第三参数获取模块用于根据所述加速度数据以及所述角速度数据，获取所述陀螺仪对应的尺度因子以及轴偏差参数。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器；
一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行如权利要求1-9任一项所述的方法。
12.一种计算机可读取存储介质，其特征在于，所述计算机可读取存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如权利要求1-9任一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20211026 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |