CN114581513B - 一种空间坐标定位方法、装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空间坐标定位方法、装置及电子设备，其中，该方法包括：通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上及第二方向上的相对位置，采集多个第一相对姿态组及多个第二相对姿态组；基于第一相对姿态组和第二相对姿态组最小化预设的损失函数，确定损失函数中的目标系数；获取第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据目标系数确定与当前相对姿态对应的、标定平面中的当前投影。本发明可以快速准确地确定多个惯性传感器之间的相对姿态变化，使被控设备可以快速响应用户通过操作多个惯性传感器所发出的指令；并且该方法的采样过程以及确定目标系数的过程均比较简单，能够简单快速地实现对空间位置的标定。
Description
技术领域
本发明涉及可穿戴设备技术领域，具体而言，涉及一种空间坐标定位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
随着VR(Virtual Reality，虚拟现实)、AR(Augmented Reality，增强现实)、全息投影等技术的发展，构建虚实一体、用于信息交互的输入式穿戴设备也逐渐兴起，比如带有传感器的手套、指尖薄膜指套等设备。其中，智能指环也正逐步走入大众的视线，基于指环的输入与控制在VR、AR、智能家居控制等场景均有较大的应用潜力。
目前用户在使用输入式穿戴设备时，通过将输入式穿戴设备与电子设备连接，可以基于输入式穿戴设备向电子设备发送控制指令。其中，可以采用多种惯性传感器发送控制指令，例如，对于双指环设备(如用户拇指与食指各佩戴一只指环)，其可以捕获用户拇指与食指的姿态与运动，分析出用户的手势动作，进而可以控制手机或电脑中浏览页面的翻页、画面跳转以及缩放等。然而，在多指环交互模式下，指环的空间绝对位置、空间相对位置的确定是十分困难的，因此无法准确识别出用户的手势动作。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种空间坐标定位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
第一方面，本发明实施例提供了一种空间坐标定位方法，包括：通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，采集与所述第一方向相关的多个第一相对姿态组，所述第一相对姿态组包括所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的第一起始相对姿态和第一结束相对姿态；通过多次改变所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在第二方向上的相对位置，采集与所述第二方向相关的多个第二相对姿态组，所述第二相对姿态组包括所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的第二起始相对姿态和第二结束相对姿态；所述第一方向与所述第二方向垂直；基于所述第一相对姿态组和所述第二相对姿态组最小化预设的损失函数，确定所述损失函数中的目标系数；所述损失函数用于表示所述第一起始相对姿态与所述第一结束相对姿态在标定平面上的投影变化量与所述第一方向上的预设变化量之间的差异，以及第二起始相对姿态与所述第二结束相对姿态在所述标定平面上的投影变化量与所述第二方向上的预设变化量之间的差异；所述目标系数用于表示所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的相对姿态与所述标定平面中的投影之间的关系；所述标定平面为由所述第一方向和所述第二方向所确定的平面；获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据所述目标系数确定与所述当前相对姿态对应的、所述标定平面中的当前投影。
可选地，在所述改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，及改变所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在第二方向上的相对位置时，所述第二惯性传感器固定不动。
可选地，每次改变的所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在所述第一方向上的相对位置相同；每次改变的所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在所述第二方向上的相对位置相同。
可选地，损失函数包括：
其中，Sh表示所述第一相对姿态组的集合，Sv表示所述第二相对姿态组的集合，mi表示所述第一起始相对姿态，ni表示所述第一结束相对姿态，ai表示所述第二起始相对姿态，bi表示所述第二结束相对姿态，p与q表示所述损失函数中的所述目标系数，λ表示预设系数，k1、k2均为非零常数；其中，所述mi、ni、ai、bi是由相应的相对姿态矩阵转换得到的9维向量。
可选地，获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据所述目标系数确定与所述当前相对姿态对应的、所述标定平面中的当前投影包括：获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的相对姿态矩阵MR，将所述相对姿态矩阵MR转换为9维的当前相对姿态mr，根据所述目标系数p和q确定所述当前相对姿态mr对应的所述当前投影(x,y)，其中，x＝p·mr，y＝q·mr。
第二方面，本发明实施例提供了一种空间坐标定位装置，包括：第一采集模块、第二采集模块、运算模块及标定模块。
第一采集模块用于通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，采集与所述第一方向相关的多个第一相对姿态组，所述第一相对姿态组包括所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的第一起始相对姿态和第一结束相对姿态。
第二采集模块用于通过多次改变所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在第二方向上的相对位置，采集与所述第二方向相关的多个第二相对姿态组，所述第二相对姿态组包括所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的第二起始相对姿态和第二结束相对姿态；所述第一方向与所述第二方向垂直；
运算模块用于基于所述第一相对姿态组和所述第二相对姿态组最小化预设的损失函数，确定所述损失函数中的目标系数；所述损失函数用于表示所述第一起始相对姿态与所述第一结束相对姿态在标定平面上的投影变化量与所述第一方向上的预设变化量之间的差异，以及第二起始相对姿态与所述第二结束相对姿态在所述标定平面上的投影变化量与所述第二方向上的预设变化量之间的差异；所述目标系数用于表示所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的相对姿态与所述标定平面中的投影之间的关系；所述标定平面为由所述第一方向和所述第二方向所确定的平面。
标定模块用于获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据所述目标系数确定与所述当前相对姿态对应的、所述标定平面中的当前投影。
可选地，在所述改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，及改变所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在第二方向上的相对位置时，所述第二惯性传感器固定不动。
可选地，每次改变的所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在所述第一方向上的相对位置相同；每次改变的所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在所述第二方向上的相对位置相同。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：总线、收发器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述收发器、所述存储器和所述处理器通过所述总线相连，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的空间坐标定位方法中的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括：可读存储介质上存储的计算机程序；所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的空间坐标定位方法中的步骤。
本发明实施例提供的空间坐标定位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，可以通过多次改变该两个惯性传感器在两个垂直方向上的相对位置，采集多个第一相对姿态组与多个第二相对姿态组，基于该第一相对姿态组与该第二相对姿态组对预设的损失函数进行最小化，得到能够表示相对姿态与标定平面中的投影之间关系的目标系数，实现坐标标定；在使用该第一惯性传感器与第二惯性传感器时，可以实时地将采集到的当前相对姿态转换为在标定平面中的当前投影，基于该当前投影表示两个惯性传感器在空间中的相对位置。该方法不需要直接确定多个惯性传感器的空间绝对位置或空间相对位置，而是利用在标定平面中的投影进行表示，该方式可以快速准确地确定多个惯性传感器之间的相对姿态变化，使得被控设备可以快速响应用户通过操作多个惯性传感器所发出的指令；并且，该方法的采样过程以及确定目标系数的过程均比较简单，能够简单快速地实现对空间位置的标定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1示出了本发明实施例所提供的一种空间坐标定位方法的流程图；
图2示出了本发明实施例所提供的空间坐标定位方法的一种详细流程图；
图3示出了本发明实施例所提供的空间坐标定位装置的结构示意图；
图4示出了本发明实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。
在存在多个惯性传感器的情况下，由于每个惯性传感器都具有各自的坐标系，难以确定惯性坐标系之间的相对位置，使得用户在同时操作多个惯性传感器时，难以快速响应用户的操作。在实现本发明创造的过程中，发明人发现两个惯性传感器之间的相对姿态矩阵与某平面上的投影具有线性关系，从而可以将惯性传感器之间的相对姿态转换为平面上的投影，实现坐标的标定。
以任意两个惯性传感器(即第一惯性传感器和第二惯性传感器)为例，使用欧拉角表示第一惯性传感器和第二惯性传感器空间姿态(即每个惯性传感器在空间中的姿态，包括朝向、旋转等)。对于任意惯性传感器，欧拉角可以表示为(φ，θ，ψ)，该欧拉角对应的一种旋转矩阵DCM(φ，θ，ψ)可以表示为：
令Mr表示该第一惯性传感器的旋转矩阵；同样地，第二惯性传感器所采集的空间姿态也可以用欧拉角表示，设第二惯性传感器的旋转矩阵为Md，因此，该第一惯性传感器相对于该第二惯性传感器的相对姿态矩阵MR可以表示为：
MR＝Mr -1Md
由于第一惯性传感器与第二惯性传感器分别处于不同的坐标系，对于该第二惯性传感器坐标系下的任意向量v0＝(x0，y0，z0)T，其也可以用第一惯性传感器坐标系来描述，即该向量v0在该第一惯性传感器坐标系下的坐标可以表示为：MRv0＝Mr -1Mdv0。因此，对于任何一个第一惯性传感器坐标系下的正交向量(ei，ej)来说，第二惯性传感器坐标系下的任意一个三维向量v0在该正交向量所确定的平面上的投影(x，y)满足：(x，y)T＝(ei，ej)TMRv0；即，投影(x，y)可以表示为该第一惯性传感器相对于该第二惯性传感器的相对姿态矩阵MR的参数线性组合，例如，x＝p·mR，y＝q·mR。其中，mR为由相对姿态矩阵MR转换得到的9维向量，p和q也为9维的向量，式中的“·”表示点积运算。p和q为未知的系数(下述称为目标系数)，在得到系数p和q后，即可确定任意相对姿态矩阵MR所对应的投影(x，y)。
基于此，本发明实施例提供了一种空间坐标定位方法，该方法能够将多个惯性传感器之间的相对姿态转换为某平面的投影，实现空间坐标定位。如图1所示，该方法包括步骤101-104。
步骤101：通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，采集与第一方向相关的多个第一相对姿态组，第一相对姿态组包括第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的第一起始相对姿态和第一结束相对姿态。
其中，本发明实施例先确定目标系数，以实现坐标标定。对于需要标定的两个惯性传感器，即第一惯性传感器与第二惯性传感器，利用该第一惯性传感器及该第二惯性传感器能够确定该第一惯性传感器相对于该第二惯性传感器的相对姿态，或者该第二惯性传感器相对于该第一惯性传感器的相对姿态。本实施例通过改变第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的相对位置采集多个用于标定的相对姿态。
本发明实施例中，先将第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的相对姿态作为一种起始的相对姿态，即第一起始相对姿态；之后改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，在本次改变相对位置的过程结束后，再次采集第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的相对姿态，该相对姿态为该改变相对位置的过程结束时所对应的相对姿态，本实施例称为第一结束相对姿态；每次改变相对位置，均可以先后采集到第一起始相对姿态和第一结束相对姿态，本实施例将第一起始相对姿态和第一结束相对姿态作为一组，得到第一相对姿态组；通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，并重复上述采集与第一方向相关的第一相对姿态组的过程，能够得到多个第一相对姿态组，即，每改变一次第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，便能得到与本次改变相对应的一个第一起始相对姿态和一个第一结束相对姿态。
本发明实施例中，第一方向可以是水平方向，也可以是竖直方向，或者是其他任意的方向，本实施例对此不做限定。例如，该第一方向可以为水平方向，该第一惯性传感器与该第二惯性传感器在水平方向上共同移动或单独移动时，可以改变二者在第一方向上的相对位置；相应地，在移动开始时刻，该第一惯性传感器相对于该第二惯性传感器的相对姿态即可称为第一起始相对姿态；而在移动结束时刻，该第一惯性传感器相对于该第二惯性传感器的相对姿态即可称为第一结束相对姿态。
步骤102：通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第二方向上的相对位置，采集与第二方向相关的多个第二相对姿态组，第二相对姿态组包括第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的第二起始相对姿态和第二结束相对姿态；第一方向与第二方向垂直。
其中，除了采集与第一方向相关的第一相对姿态组之外，还在与该第一方向垂直的第二方向上采集与第二方向相关的第二相对姿态组。例如，上述第一方向为水平方向，则本步骤中的第二方向可以为与水平方向相垂直的竖直方向，对于第一方向与第二方向的确定，可以随实际情况改变，本发明对此不做限定。基于上述步骤101中所描述的方式，可以采集与第二方向相关的多个第二相对姿态组。如，该第一惯性传感器与该第二惯性传感器在该第二方向上共同移动或单独移动时，可以改变二者在第二方向上的相对位置；移动开始时刻该第一惯性传感器相对于该第二惯性传感器的相对姿态即可称为第二起始相对姿态；而在移动结束时刻，该第一惯性传感器相对于该第二惯性传感器的相对姿态即可称为第二结束相对姿态。
例如，本发明实施例使用惯性传感器可以是九轴姿态传感器，其包括三轴加速度计、三轴角速度计以及三轴地磁仪。两个该惯性传感器以指环的形式分别佩戴在采样用户右手的拇指指根处与食指指根处，可以将拇指指根处的惯性传感器作为第一惯性传感器，将食指指根处的惯性传感器作为第二惯性传感器。第一方向为水平方向，第二方向为垂直方向。例如，拇指(佩戴有第一惯性传感器)与食指(佩戴有第二惯性传感器)执行水平方向上的捏合动作，每次捏合动作可以改变二者在水平方向上的相对位置，且可以采集每次捏合动作起始时拇指相对于食指的第一起始相对姿态以及捏合动作结束时拇指相对于食指的第一结束相对姿态，即能够采集到执行该捏合动作时的第一相对姿态组。每当完成一次拇指与食指在水平方向上的的捏合动作后，即拇指与食指上的第一惯性传感器与第二惯性传感器已采集到在该捏合方向上的一个第一相对姿态组之后，采样用户重新执行拇指与食指在水平方向上的捏合动作，并再次采集本次捏合动作对应的第一相对姿态组。本发明实施例可以通过多次重复上述过程，采集至少5个第一相对姿态组；也可以采集更多个(例如10个、15个等)第一相对姿态组，只要能够保证可以求解即可。
此外，拇指(佩戴有第一惯性传感器)与食指(佩戴有第二惯性传感器)执行垂直方向上的捏合动作，每次捏合动作可以改变二者在垂直方向上的相对位置，与上述采集第一相对姿态组的过程相似，在捏合动作的开始时与结束时可以采集到第二起始相对姿态以及第二结束相对姿态，从而采集到第二相对姿态组；通过多次执行垂直方向上的捏合动作，可以得到多个第二相对姿态组。本发明实施例采集至少5个第二相对姿态组；其中，第一相对姿态组与第二相对姿态组的数量可以相同。
步骤103：基于第一相对姿态组和第二相对姿态组最小化预设的损失函数，确定损失函数中的目标系数；损失函数用于表示第一起始相对姿态与第一结束相对姿态在标定平面上的投影变化量与第一方向上的预设变化量之间的差异，以及第二起始相对姿态与第二结束相对姿态在标定平面上的投影变化量与第二方向上的预设变化量之间的差异；目标系数用于表示第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的相对姿态与标定平面中的投影之间的关系；标定平面为由第一方向和第二方向所确定的平面。
本发明实施例中，如上所述，目标系数(如上述的p和q)可以表示相对姿态与在某个平面中的投影之间的关系，由于在上述步骤101和102中基于第一方向和第二方向进行采样，本实施例将第一方向和第二方向所确定的平面作为标定平面，该目标系数表示相对姿态与在该标定平面中的投影之间的关系；其中，由于第一方向与第二方向垂直即可，故任何平面均可能被设置为标定平面。基于第一相对姿态组，利用该目标系数可以表示在标定平面上第一方向的投影变化量，例如，第一方向可以为x轴，第二方向可以为y轴，第一起始相对姿态为m，第一结束相对姿态为n，则该第一相对姿态组在第一方向的投影变化量可以表示为p·(m-n)，在第二方向上的投影变化量可以表示为q·(m-n)；同理，基于该目标系数也可以表示第二相对姿态组所对应的投影变化量。
本发明实施例中预设损失函数，该损失函数中基于目标系数来表示第一相对姿态组、第二相对姿态组在标定平面上的投影变化，将该投影变化与预设的变化量之间的差异作为“损失”，即该损失函数可以表示第一相对姿态组在标定平面上的投影变化量与第一方向上的预设变化量之间的差异，以及第二相对姿态组在标定平面上的投影变化量与第二方向上的预设变化量之间的差异。通过将损失函数最小化，可以最小化上述的“损失”，进而可以确定差异最小时损失函数中的目标系数。例如，可以通过最小二乘法确定损失函数中的目标系数。
步骤104：获取第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据目标系数确定与当前相对姿态对应的、标定平面中的当前投影。
本发明实施例中，当前相对姿态是使用第一惯性传感器与第二惯性传感器时所采集的二者之间实时的相对姿态；当前投影是标定平面中当前相对姿态所对应的投影。根据上述步骤103中所确定的目标系数，进而可以确定与该当前相对姿态相对应的标定平面中的当前投影，能够将该当前相对姿态转换为在标定平面中所对应的投影位置。
需要说明的是，上述提供的空间坐标定位方法对两个方向(即第一方向和第二方向)进行二维的采样，并确定标定平面；本领域技术人员可以理解，在实际中可以进行更多维的采样，以提高多个惯性传感器的定位准确度。例如，除上述的第一方向和第二方向之外，还可以在与第一方向、第二方向均垂直的第三方向上进行采样(三维的采样)，即以第一方向和第三方向为一组执行上述的空间坐标定位方法(此时的第三方向相当于上述的第二方向)，或者以第二方向和第三方向为一组执行上述的空间坐标定位方法(此时的第三方向相当于上述的第一方向)。
本发明实施例可以通过多次改变该两个惯性传感器在两个垂直方向上的相对位置，采集多个第一相对姿态组与多个第二相对姿态组，基于该第一相对姿态组与该第二相对姿态组对预设的损失函数进行最小化，得到能够表示相对姿态与标定平面中的投影之间关系的目标系数，实现坐标标定；在使用该第一惯性传感器与第二惯性传感器时，可以实时地将采集到的当前相对姿态转换为在标定平面中的当前投影，基于该当前投影表示两个惯性传感器在空间中的相对位置。该方法不需要直接确定多个惯性传感器的空间绝对位置或空间相对位置，而是利用在标定平面中的投影进行表示，该方式可以快速准确地确定多个惯性传感器之间的相对姿态变化，使得被控设备可以快速响应用户通过操作多个惯性传感器所发出的指令；并且，该方法的采样过程以及确定目标系数的过程均比较简单，能够简单快速地实现对空间位置的标定。
可选地，在改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，及改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第二方向上的相对位置时，第二惯性传感器固定不动。
其中，在第一惯性传感器与该第二惯性传感器分别在第一方向和第二方向上共同移动的情况下，人为采集第一相对姿态组与第二相对姿态组时易存在较大的偏差，因此，本发明实施例在姿态采集时只改变一个惯性传感器的位置，令另外一个惯性传感器固定不动。例如，可以令佩戴第二惯性传感器的食指固定不动，采样用户通过移动第一惯性传感器的位置实现采集第一相对姿态组与第二相对姿态组。例如，第一方向为水平方向，第二方向为竖直方向，食指固定并整体上平行于地面，即此时食指沿水平方向，佩戴第一惯性传感器的拇指沿食指指尖向食指指根的水平移动，采集拇指在食指指尖及拇指在食指指根两位置处的相对姿态，即第一起始相对姿态和第一结束相对姿态。在固定食指不动的情况下，令拇指在垂直食指的第二方向上竖直移动，采集拇指在该次移动的起始与结束时所对应的相对姿态，即第二起始相对姿态和第二结束相对姿态。该方法可以在采集相对姿态时控制部分变量恒定不变，降低相对姿态的采集难度，能够提高准确性。
可选地，本发明实施例中，每次改变的第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置相同；每次改变的第一惯性传感器与第二惯性传感器在第二方向上的相对位置相同。
本发明实施例在每次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置时，所改变的相对位置相同，以能够在损失函数中设置唯一的第一方向上的预设变化量，以保证能够有效地将损失函数最小化。同理，在每次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第二方向上的相对位置时，所改变的相对位置也相同，以能够在损失函数中设置唯一的第二方向上的预设变化量。例如，每次都令佩戴有第一惯性传感器的拇指沿佩戴有第二惯性传感器的食指指尖移动到食指指根；或者，每次都令拇指沿垂直食指的方向从食指中部最上位置移动至食指中部最下位置。
可选地，该方法中的损失函数包括：
其中，Sh表示第一相对姿态组的集合，Sv表示第二相对姿态组的集合，mi表示第一起始相对姿态，ni表示第一结束相对姿态，ai表示第二起始相对姿态，bi表示第二结束相对姿态，p与q表示损失函数中的目标系数，λ表示预设系数，k1、k2均为非零常数；其中，mi、ni、ai、bi是由相应的相对姿态矩阵转换得到的9维向量。
本发明实施例中，Lp与Lq是预设的损失函数；p与q是该损失函数中能够表示第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的相对姿态与标定平面中的投影之间的关系的目标系数，即真实采集值的权重系数；将第一惯性传感器相对于第二惯性传感器在第一方向上采集的第一相对姿态组中的第一起始相对姿态设为mi，第一结束相对姿态设为ni；将第一惯性传感器相对于第二惯性传感器在第二方向上采集的第二相对姿态组中的第二起始相对姿态设为ai，第二结束相对姿态设为bi；即(mi，ni)是采集到的第i个第一相对姿态组，(ai，bi)是采集到的第i个第二相对姿态组；令Sh表示多个第一相对姿态组的集合，Sv则表示多个第二相对姿态组的集合。其中，mi、ni、ai、bi是由相应的相对姿态矩阵转换得到的9维向量；且k1、k2均为非零常数，其可以是1也可以是其它非零常数，当k1对应第一方向上的预设变化量，k2对应第二方向上的预设变化量；λ表示预设的一个系数，例如，λ可以小于1。
在本发明实施例的损失函数Lp中，目标系数p与(mi-ni)进行点积运算，得到第一方向上的投影变化量，通过最小化该损失函数Lp，使得求解出的目标系数p能够使得该第一方向上的投影变化量p·(mi-ni)与第一方向上的预设变化量k1接近；由于在第一方向上，第二起始相对姿态ai和第二结束相对姿态bi不存在相对位移，因此在该损失函数Lp中令目标系数p与(ai-bi)进行点积运算，该点积运算结果表示第二相对姿态组对应的在第一方向上的位移，其应当接近0；并且，为了避免目标系数p中存在较大的数值(该目标系数为9维的向量，其包含9个数值)，在该损失函数Lp中增加损失项：λ||p||2。因此，通过最小化损失函数，可以使得基于目标系数p所确定的该第一起始相对姿态mi与该第一结束相对姿态ni在标定平面上的投影变化量与在第一方向上的预设变化量k1趋近于相同或重合，该第二起始相对姿态ai与该第二结束相对姿态bi在标定平面上的投影变化量趋近于0，从而最终可以确定该损失函数最小化之后的目标系数p。同理，损失函数Lq也可以用相同的运算方式进行计算以确定其目标系数q，此处不再赘述。
本发明实施例中，基于该预设的损失函数Lp与Lq以及采集的多个相对姿态mi、ni、ai、bi，即可方便快速地确定该目标系数p与q。
可选地，上述步骤“获取第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据目标系数确定与当前相对姿态对应的、标定平面中的当前投影”包括：获取第一惯性传感器与第二惯性传感器之间的相对姿态矩阵MR，将相对姿态矩阵MR转换为9维的当前相对姿态mr，根据目标系数p和q确定当前相对姿态mr对应的当前投影(x，y)，其中，x＝p·mr，y＝q·mr。
其中，当需要确定当前所使用的第一惯性传感器相对于第二惯性传感器的空间位置时，即需要确定当前相对姿态对应的、标定平面中的当前投影时，可以通过获取该第一惯性传感器和该第二惯性传感器的欧拉角以确定各自的旋转矩阵，进而确定二者之间的相对姿态矩阵MR，并将该相对姿态矩阵MR转换成为用9维向量形式描述的当前相对姿态mr，进而令该当前相对姿态mr结合目标系数p和q以确定该当前相对姿态mr对应的当前投影(x，y)。
例如，在拇指(第一惯性传感器)沿食指(第二惯性传感器)指尖移动到食指指根的过程中，拇指上的第一惯性传感器所采集的拇指的当前空间姿态可以用欧拉角表示，进而可以得到该欧拉角对应的拇指的当前空间姿态的旋转矩阵Mr；同理可以确定食指上的第二惯性传感器所采集的食指的当前空间姿态所对应的旋转矩阵Md，则该当前相对姿态矩阵MR为Mr -1Md，并可以将该当前相对姿态矩阵MR(MR为3×3的矩阵)转换为9维的向量mr。由于，x＝p·mr，y＝q·mr，因此，基于求解出来的目标系数p和q以及该第一惯性传感器相对于该第二惯性传感器的相对姿态mr，可以确定该第一惯性传感器相对于该第二惯性传感器的当前空间姿态在该当前投影平面上的当前投影(x，y)。本实施例对预先确定的p和q和实时采集的mr进行点积运算，可以快速将当前空间姿态转换为投影(x，y)。
下面通过一个实施例详细介绍该空间坐标定位方法的流程。该方法应用于双指环交互模式下，以实现对双指环在空间坐标中的定位。参见图2所示，该方法包括以下步骤201-205。
步骤201：令采样用户的拇指佩戴第一惯性传感器、食指佩戴第二惯性传感器，通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，采集与所述第一方向相关的多个第一相对姿态组；通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第二方向上的相对位置，采集与所述第二方向相关的多个第二相对姿态组。
其中，可以基于上述步骤101-102所描述的过程实现，此处不再赘述。
步骤202：根据第一相对姿态组和该第二相对姿态组对预设的损失函数进行最小化处理，确定该损失函数中的目标系数。
可以基于上述步骤103中所描述内容实现，此处不再赘述。
步骤203：令当前用户的拇指佩戴第一惯性传感器、食指佩戴第二惯性传感器，实时确定第一惯性传感器相对于第二惯性传感器的相对姿态矩阵。
步骤204：将该第一惯性传感器相对于第二惯性传感器的相对姿态矩阵转换为9维向量，即当前相对姿态。
步骤205：根据当前相对姿态及目标系数确定当前相对姿态所对应的当前投影。
本发明实施例提供了一种空间坐标定位装置，参见图3所示，该装置包括：第一采集模块31、第二采集模块32、运算模块33及标定模块34。
第一采集模块31用于通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，采集与所述第一方向相关的多个第一相对姿态组，所述第一相对姿态组包括所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的第一起始相对姿态和第一结束相对姿态。
第二采集模块32用于通过多次改变所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在第二方向上的相对位置，采集与所述第二方向相关的多个第二相对姿态组，所述第二相对姿态组包括所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的第二起始相对姿态和第二结束相对姿态；所述第一方向与所述第二方向垂直。
运算模块33用于基于所述第一相对姿态组和所述第二相对姿态组最小化预设的损失函数，确定所述损失函数中的目标系数；所述损失函数用于表示所述第一起始相对姿态与所述第一结束相对姿态在标定平面上的投影变化量与所述第一方向上的预设变化量之间的差异，以及第二起始相对姿态与所述第二结束相对姿态在所述标定平面上的投影变化量与所述第二方向上的预设变化量之间的差异；所述目标系数用于表示所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的相对姿态与所述标定平面中的投影之间的关系；所述标定平面为由所述第一方向和所述第二方向所确定的平面。
标定模块34用于获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据所述目标系数确定与所述当前相对姿态对应的、所述标定平面中的当前投影。
可选地，在所述改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，及改变所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在第二方向上的相对位置时，所述第二惯性传感器固定不动。
可选地，每次改变的所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在所述第一方向上的相对位置相同；每次改变的所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在所述第二方向上的相对位置相同。
可选地，损失函数包括：
其中，Sh表示所述第一相对姿态组的集合，Sv表示所述第二相对姿态组的集合，mi表示所述第一起始相对姿态，ni表示所述第一结束相对姿态，ai表示所述第二起始相对姿态，bi表示所述第二结束相对姿态，p与q表示所述损失函数中的所述目标系数，λ表示预设系数，k1、k2均为非零常数。其中，所述mi、ni、ai、bi是由相应的相对姿态矩阵转换得到的9维向量。
可选地，标定模块34用于获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的相对姿态矩阵MR，将所述相对姿态矩阵MR转换为9维的当前相对姿态mr，根据所述目标系数p和q确定所述当前相对姿态mr对应的所述当前投影(x,y)，其中，x＝p·mr，y＝q·mr。
本发明实施例提供的空间坐标定位装置，可以通过多次改变该两个惯性传感器在两个垂直方向上的相对位置，采集多个第一相对姿态组与多个第二相对姿态组，基于该第一相对姿态组与该第二相对姿态组对预设的损失函数进行最小化，得到能够表示相对姿态与标定平面中的投影之间关系的目标系数，实现坐标标定；在使用该第一惯性传感器与第二惯性传感器时，可以实时地将采集到的当前相对姿态转换为在标定平面中的当前投影，基于该当前投影表示两个惯性传感器在空间中的相对位置。该装置不需要直接确定多个惯性传感器的空间绝对位置或空间相对位置，而是利用在标定平面中的投影进行表示，该方式可以快速准确地确定多个惯性传感器之间的相对姿态变化，使得被控设备可以快速响应用户通过操作多个惯性传感器所发出的指令；并且，该装置的采样过程以及确定目标系数的过程均比较简单，能够简单快速地实现对空间位置的标定。
此外，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括总线、收发器、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该收发器、该存储器和处理器分别通过总线相连，计算机程序被处理器执行时实现上述空间坐标定位方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
具体的，参见图4所示，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括总线1110、处理器1120、收发器1130、总线接口1140、存储器1150和用户接口1160。
在本发明实施例中，该电子设备还包括：存储在存储器1150上并可在处理器1120上运行的计算机程序，计算机程序被处理器1120执行时实现上述空间坐标定位方法实施例的各个过程。
收发器1130，用于在处理器1120的控制下接收和发送数据。
本发明实施例中，总线架构(用总线1110来代表)，总线1110可以包括任意数量互联的总线和桥，总线1110将包括由处理器1120代表的一个或多个处理器与存储器1150代表的存储器的各种电路连接在一起。
总线1110表示若干类型的总线结构中的任何一种总线结构中的一个或多个，包括存储器总线以及存储器控制器、外围总线、加速图形端口(Accelerate Graphical Port，AGP)、处理器或使用各种总线体系结构中的任意总线结构的局域总线。作为示例而非限制，这样的体系结构包括：工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、微通道体系结构(Micro Channel Architecture，MCA)总线、扩展ISA(Enhanced ISA，EISA)总线、视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association，VESA)、外围部件互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线。
处理器1120可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中硬件的集成逻辑电路或软件形式的指令完成。上述的处理器包括：通用处理器、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable LogicDevice，CPLD)、可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA)、微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)或其他可编程逻辑器件、分立门、晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或执行本发明实施例中公开的各方法、步骤及逻辑框图。例如，处理器可以是单核处理器或多核处理器，处理器可以集成于单颗芯片或位于多颗不同的芯片。
处理器1120可以是微处理器或任何常规的处理器。结合本发明实施例所公开的方法步骤可以直接由硬件译码处理器执行完成，或者由译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、闪存(FlashMemory)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、寄存器等本领域公知的可读存储介质中。所述可读存储介质位于存储器中，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
总线1110还可以将，例如外围设备、稳压器或功率管理电路等各种其他电路连接在一起，总线接口1140在总线1110和收发器1130之间提供接口，这些都是本领域所公知的。因此，本发明实施例不再对其进行进一步描述。
收发器1130可以是一个元件，也可以是多个元件，例如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。例如：收发器1130从其他设备接收外部数据，收发器1130用于将处理器1120处理后的数据发送给其他设备。取决于计算机系统的性质，还可以提供用户接口1160，例如：触摸屏、物理键盘、显示器、鼠标、扬声器、麦克风、轨迹球、操纵杆、触控笔。
应理解，在本发明实施例中，存储器1150可进一步包括相对于处理器1120远程设置的存储器，这些远程设置的存储器可以通过网络连接至服务器。上述网络的一个或多个部分可以是自组织网络(ad hoc network)、内联网(intranet)、外联网(extranet)、虚拟专用网(VPN)、局域网(LAN)、无线局域网(WLAN)、广域网(WAN)、无线广域网(WWAN)、城域网(MAN)、互联网(Internet)、公共交换电话网(PSTN)、普通老式电话业务网(POTS)、蜂窝电话网、无线网络、无线保真(Wi-Fi)网络以及两个或更多个上述网络的组合。例如，蜂窝电话网和无线网络可以是全球移动通信(GSM)系统、码分多址(CDMA)系统、全球微波互联接入(WiMAX)系统、通用分组无线业务(GPRS)系统、宽带码分多址(WCDMA)系统、长期演进(LTE)系统、LTE频分双工(FDD)系统、LTE时分双工(TDD)系统、先进长期演进(LTE-A)系统、通用移动通信(UMTS)系统、增强移动宽带(Enhance Mobile Broadband，eMBB)系统、海量机器类通信(massive Machine Type of Communication，mMTC)系统、超可靠低时延通信(UltraReliable Low Latency Communications，uRLLC)系统等。
应理解，本发明实施例中的存储器1150可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性存储器和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器包括：只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存(Flash Memory)。
易失性存储器包括：随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如：静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，DRRAM)。本发明实施例描述的电子设备的存储器1150包括但不限于上述和任意其他适合类型的存储器。
在本发明实施例中，存储器1150存储了操作系统1151和应用程序1152的如下元素：可执行模块、数据结构，或者其子集，或者其扩展集。
具体而言，操作系统1151包含各种系统程序，例如：框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序1152包含各种应用程序，例如：媒体播放器(Media Player)、浏览器(Browser)，用于实现各种应用业务。实现本发明实施例方法的程序可以包含在应用程序1152中。应用程序1152包括：小程序、对象、组件、逻辑、数据结构以及其他执行特定任务或实现特定抽象数据类型的计算机系统可执行指令。
此外，本发明实施例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上述空间坐标定位方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
计算机可读存储介质包括：永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，是可以保留和存储供指令执行设备所使用指令的有形设备。计算机可读存储介质包括：电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备以及上述任意合适的组合。计算机可读存储介质包括：相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带存储、磁带磁盘存储或其他磁性存储设备、记忆棒、机械编码装置(例如在其上记录有指令的凹槽中的穿孔卡或凸起结构)或任何其他非传输介质、可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本发明实施例中的界定，计算机可读存储介质不包括暂时信号本身，例如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如穿过光纤电缆的光脉冲)或通过导线传输的电信号。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所披露的装置、电子设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的、机械的或其他的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或也可以不是物理单元，既可以位于一个位置，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来解决本发明实施例方案要解决的问题。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术作出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(包括：个人计算机、服务器、数据中心或其他网络设备)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而上述存储介质包括如前述所列举的各种可以存储程序代码的介质。
在本发明实施例的描述中，所属技术领域的技术人员应当知道，本发明实施例可以实现为方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。因此，本发明实施例可以具体实现为以下形式：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)、硬件和软件结合的形式。此外，在一些实施例中，本发明实施例还可以实现为在一个或多个计算机可读存储介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读存储介质中包含计算机程序代码。
上述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读存储介质的任意组合。计算机可读存储介质包括：电、磁、光、电磁、红外或半导体的系统、装置或器件，或者以上任意的组合。计算机可读存储介质更具体的例子包括：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、闪存(Flash Memory)、光纤、光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件或以上任意组合。在本发明实施例中，计算机可读存储介质可以是任意包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置、器件使用或与其结合使用。
上述计算机可读存储介质包含的计算机程序代码可以用任意适当的介质传输，包括：无线、电线、光缆、射频(Radio Frequency，RF)或者以上任意合适的组合。
可以以汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路配置数据或以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明实施例操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，例如：Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，例如：C语言或类似的程序设计语言。计算机程序代码可以完全的在用户计算机上执行、部分的在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行以及完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括：局域网(LAN)或广域网(WAN)，可以连接到用户计算机，也可以连接到外部计算机。
本发明实施例通过流程图和/或方框图描述所提供的方法、装置、电子设备。
应当理解，流程图和/或方框图的每个方框以及流程图和/或方框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，这些计算机可读程序指令通过计算机或其他可编程数据处理装置执行，产生了实现流程图和/或方框图中的方框规定的功能/操作的装置。
也可以将这些计算机可读程序指令存储在能使得计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读存储介质中。这样，存储在计算机可读存储介质中的指令就产生出一个包括实现流程图和/或方框图中的方框规定的功能/操作的指令装置产品。
也可以将计算机可读程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，使得在计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其他可编程数据处理装置上执行的指令能够提供实现流程图和/或方框图中的方框规定的功能/操作的过程。
以上所述，仅为本发明实施例的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种空间坐标定位方法，其特征在于，包括：
通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，采集与所述第一方向相关的多个第一相对姿态组，所述第一相对姿态组包括所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的第一起始相对姿态和第一结束相对姿态；
通过多次改变所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在第二方向上的相对位置，采集与所述第二方向相关的多个第二相对姿态组，所述第二相对姿态组包括所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的第二起始相对姿态和第二结束相对姿态；所述第一方向与所述第二方向垂直；
基于所述第一相对姿态组和所述第二相对姿态组最小化预设的损失函数，确定所述损失函数中的目标系数；所述损失函数用于表示所述第一起始相对姿态与所述第一结束相对姿态在标定平面上的投影变化量与所述第一方向上的预设变化量之间的差异，以及第二起始相对姿态与所述第二结束相对姿态在所述标定平面上的投影变化量与所述第二方向上的预设变化量之间的差异；所述目标系数用于表示所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的相对姿态与所述标定平面中的投影之间的关系；所述标定平面为由所述第一方向和所述第二方向所确定的平面；
获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据所述目标系数确定与所述当前相对姿态对应的、所述标定平面中的当前投影；
其中，每次改变的所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在所述第一方向上的相对位置相同；
每次改变的所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在所述第二方向上的相对位置相同；
所述损失函数包括：
其中，Sh表示所述第一相对姿态组的集合，Sv表示所述第二相对姿态组的集合，mi表示所述第一起始相对姿态，ni表示所述第一结束相对姿态，ai表示所述第二起始相对姿态，bi表示所述第二结束相对姿态，p与q表示所述损失函数中的所述目标系数，λ表示预设系数，k1、k2均为非零常数；
其中，所述mi、ni、ai、bi是由相应的相对姿态矩阵转换得到的9维向量；
所述获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据所述目标系数确定与所述当前相对姿态对应的、所述标定平面中的当前投影，包括：
获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的相对姿态矩阵MR，将所述相对姿态矩阵MR转换为9维的当前相对姿态mr，根据所述目标系数p和q确定所述当前相对姿态mr对应的所述当前投影(x,y)，其中，x＝p·mr，y＝q·mr。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，及改变所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在第二方向上的相对位置时，所述第二惯性传感器固定不动。
3.一种空间坐标定位装置，其特征在于，包括：第一采集模块、第二采集模块、运算模块及标定模块；
所述第一采集模块用于通过多次改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，采集与所述第一方向相关的多个第一相对姿态组，所述第一相对姿态组包括所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的第一起始相对姿态和第一结束相对姿态；
所述第二采集模块用于通过多次改变所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在第二方向上的相对位置，采集与所述第二方向相关的多个第二相对姿态组，所述第二相对姿态组包括所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的第二起始相对姿态和第二结束相对姿态；所述第一方向与所述第二方向垂直；
所述运算模块用于基于所述第一相对姿态组和所述第二相对姿态组最小化预设的损失函数，确定所述损失函数中的目标系数；所述损失函数用于表示所述第一起始相对姿态与所述第一结束相对姿态在标定平面上的投影变化量与所述第一方向上的预设变化量之间的差异，以及第二起始相对姿态与所述第二结束相对姿态在所述标定平面上的投影变化量与所述第二方向上的预设变化量之间的差异；所述目标系数用于表示所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的相对姿态与所述标定平面中的投影之间的关系；所述标定平面为由所述第一方向和所述第二方向所确定的平面；
所述标定模块用于获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据所述目标系数确定与所述当前相对姿态对应的、所述标定平面中的当前投影；
其中，每次改变的所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在所述第一方向上的相对位置相同；
每次改变的所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在所述第二方向上的相对位置相同；
所述损失函数包括：
其中，Sh表示所述第一相对姿态组的集合，Sv表示所述第二相对姿态组的集合，mi表示所述第一起始相对姿态，ni表示所述第一结束相对姿态，ai表示所述第二起始相对姿态，bi表示所述第二结束相对姿态，p与q表示所述损失函数中的所述目标系数，λ表示预设系数，k1、k2均为非零常数；
其中，所述mi、ni、ai、bi是由相应的相对姿态矩阵转换得到的9维向量；
所述标定模块获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的当前相对姿态，根据所述目标系数确定与所述当前相对姿态对应的、所述标定平面中的当前投影，包括：
获取所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器之间的相对姿态矩阵MR，将所述相对姿态矩阵MR转换为9维的当前相对姿态mr，根据所述目标系数p和q确定所述当前相对姿态mr对应的所述当前投影(x,y)，其中，x＝p·mr，y＝q·mr。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述改变第一惯性传感器与第二惯性传感器在第一方向上的相对位置，及改变所述第一惯性传感器与所述第二惯性传感器在第二方向上的相对位置时，所述第二惯性传感器固定不动。
5.一种电子设备，包括总线、收发器、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述收发器、所述存储器和所述处理器通过所述总线相连，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至2中任一项所述的空间坐标定位方法中的步骤。
6.一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2中任一项所述的空间坐标定位方法中的步骤。
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| CN202210223600.9A Active CN114581513B (zh) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | 一种空间坐标定位方法、装置及电子设备 |
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2022
- 2022-03-07 CN CN202210223600.9A patent/CN114581513B/zh active Active
Patent Citations (5)
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