KR20070043009A - 센서 시스템의 2개의 모션 센서들 간의 회전 관계를교정하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서 시스템에서의 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 교정하는 방법 및 장치를 제공하는데, 상기 방법은: 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템들의 차원 수를 토대로 최소 측정 수를 결정하는 단계; 각각의 측정들 동안 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 출력 값들을 획득하기 위하여 특정 측정 수에 대해 상기 센서 시스템을 측정하는 단계로서, 상기 특정 수의 측정들이 상기 최소 측정 수보다 작지 않은, 측정 단계; 및 상기 측정된 출력 값들을 토대로 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 획득하는 단계를 포함한다.

센서 시스템, 모션 센서, 좌표 시스템, 차원 수, 회전 관계.

Description

센서 시스템의 2개의 모션 센서들 간의 회전 관계를 교정하는 방법 및 장치{Method and apparatus for calibrating the rotational relationship between two motion sensors of a sensor system}

본 발명은 센서 시스템들을 교정하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히, 모션 센서 시스템들을 교정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

정보 시대에 살고 있는 사람의 대다수의 일상 생활들은 정보 자원들의 개발, 획득, 전송 및 처리와 밀접한 관련이 있다. 정보 감지, 획득 및 검출의 윈도우들로서, 상이한 기능들의 센서들은 신호 검출 및 정보 처리 시스템들에서 매우 중요한 역할을 한다. 센서들은 규정된 측정 값들을 감지하여 이들을 어떤 규칙들에 따라서 가용 출력 신호들로서 변환할 수 있는 디바이스들 및 수단들이다. 센서들은 통상적으로 측정 값들에 직접 응답하는 감응 요소, 출력 신호들을 발생시키는 변환 요소, 및 대응하는 전자 회로들을 포함한다.

가속도 센서 및 자이로컴퍼스 센서(gyrocompass sensor)와 같은 모션 센서들은 자신의 좌표 시스템들을 가지는 센서들로서, 목표의 모션 신호들을 검출 가능한 전자 신호들로 변환할 수 있다. 가속도 센서 및 자이로컴퍼스 센서는 산업계 및 국가 방위와 같은 많은 분야들에서 충격과 진동 측정들 및 모션 추적을 위한 통상적 인 특정 도구들인데, 이들은 특히 지진학, 건축학, 군대, 수송, 기계, 네비게이션 등의 분야들에서 진동 측정 및 모션 추적에 이용 가능하다.

가속도 센서는 물리적인 가속도 신호를 측정하기 용이한 전기 신호로 변환하는 측정 도구이다. 가속도 센서의 측정의 출력 값은 가속도를 반영하는 전압 값이다. 예를 들어, Hitachi Metals Ltd, Tokyo, Japan에 의해 제조된 IC 칩 형태의 가속도 센서는 3개의 축 방향(X, Y 및 Z)에서 가속도들을 검출할 수 있는 3차원 압전저항 가속도 센서이다. 이 센서는 매우 민감하고, 내충격성이 있고(shock-proof) 내압력성이 있는(pressing-proof) 반도체 유형의 매우 작고 얇은 3차원 가속도 센서이다. 이 가속도 센서에 관한 더 많은 정보는 웹사이트 http://www.hitachimetals.co.jp/e/prod/prod06/p0610.htm.으로부터 얻을 수 있다.

자이로컴퍼스 센서는 물리적인 각속도 신호를 측정하기 용이한 전기 신호로 변환하는 측정 장비이다. 마찬가지로, 자이로컴퍼스 센서의 측정의 출력 값은 각 속도를 반영하는 전기 신호이다.

정확한 모션 궤적을 획득하기 위하여, 센서 시스템에서 통상적으로 2개 이상의 모션 센서들이 필요로 되는데, 예를 들어, 3차원 공간에서 센서 시스템의 모션을 감지하기 위해, 시스템들에서 3차원 수기 인식 시스템(hand-writing recognition system), 관성 측정 유닛, 로봇형 팔 모션 측정 시스템, 항공기 안내 시스템, 가전기기 원격 제어기 등과 같은 2개의 3차원 모션 센서들이 필요로 된다. 센서 시스템의 2개 이상의 모션 센서들이 동일한 유형의 모션 센서들인 경우, 예를 들어, 이들 둘 다가 가속도 센서들이거나 자이로컴퍼스 센서들인 경우, 이들 2개 이상의 센서들의 좌표 시스템들 사이의 위치 관계를 교정하여 시스템의 이들 2개 이상의 모션 센서들의 출력 값들이 동일한 좌표 시스템으로 변환되어, 센서 시스템의 모션 궤적이 이들 모션 센서들의 출력 값들을 측정함으로써 추적될 수 있도록 하는 것이 필요하다.

센서 시스템의 두 모션 센서들 간의 위치 관계는 이들 간의 병진 관계 및 회전 관계를 포함한다. 두 모션 센서들 간의 병진 관계는 측정 또는 다른 방법들에 의해 비교적 용이하게 결정되는 시스템 전자 회로 보드의 설계 및 구조에 의해 결정된다. 두 모션 센서들 간의 회전 관계는 센서들 중 하나의 좌표 시스템을 다른 센서의 좌표 시스템에 의해 필요로 되는 특정 각도만큼 회전시켜 센서들 중 하나의 좌표 시스템의 회전 각도를 다른 센서의 좌표 시스템에 대한 설계 요건, 예를 들어, 서로 평행하게 되는 것을 성취할 수 있도록 하는 것과 관련된다. 모션 센서들 간의 회전 관계를 결정하는 2개의 기존 방법들이 존재한다: 제1 방법은 전자 회로 보드를 설계 및 제조하는 동안 근사화 공정에 의해 실현되는 근사화 방법이다. 예를 들어, 2개 이상의 센서들은 전자 회로 보드를 설계하는 동안 평행하게 위치되고, 2개 이상의 센서들의 좌표 시스템들의 회전으로부터의 자유(freedom) 및 평행관계(parallelism)는 이들의 제조 시에 가능한 한 엄격한 제조 공정에 의해 실현된다. 이 방법은 제조 공정에서 상당한 요건들을 필요로 한다. 제2 방법은 2개 이상의 가속 센서들 간의 각도들이 각도 측정 도구에 의해 측정되는 측정 방법이다. 각도 측정 도구의 측정 정확도에 대한 요건은 정확한 측정들을 달성하기 위하여 매우 높다.

따라서, 센서 시스템의 2개 이상의 센서들 간의 회전 관계를 빠르고 편리하게, 그리고 신속하게 교정하고, 센서 시스템들에 대한 제조 기술적 요건들을 낮추며 정확한 각도 측정 도구들에 대한 의존성(dependency)을 감소시키는 방법 및 장치가 필요하다.

본 발명의 목적은 센서 시스템에서의 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 교정하는 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은: 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수를 토대로 최소 측정 수를 결정하는 단계; 각각의 측정들 동안 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 출력 값들을 획득하기 위하여 특정 측정 수에 대해 상기 센서 시스템을 측정하는 단계, 상기 특정 측정 수가 상기 최소 측정 수보다 작지 않은, 측정 단계; 및 상기 측정된 출력 값들을 토대로 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 획득하는 단계를 포함한다.

계통적인 에러들 및 실측적인 에러들이 존재하기 때문에, 상기 센서 시스템 상에서 특정 수의 측정들이 수행되어, 계통적인 에러들 및 실측적인 에러들에 기인한 교정에 대한 영향이 측정들의 수를 최소 측정 수보다 더 많은 수로 증가시킴으로써 감소될 수 있고, 더 정확한 교정 결과가 달성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 측정들의 수가 최소 측정 수보다 큰 경우에, 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서 간의 회전 관계는 다음과 같이 획득된다: 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서의 출력 값들의 기준 좌표 시스템에서 잔여 에러를 획득하는 단계, 및 최적화된 전략에 따라 상기 잔여 에러를 처리함으로써 회전 관계를 획득하는 단계에 의해 획득된다.

본 발명의 또 다른 목적은 센서 시스템에서의 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 교정하는 교정 장치를 제공하는 것인데, 상기 교정 장치는: 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수를 토대로 최소 측정 수를 결정하는 결정 수단; 각각의 측정들 동안 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 출력 값들을 획득하기 위하여 특정 측정 수에 대해 상기 센서 시스템을 측정하는 측정 수단으로서, 상기 특정 수는 상기 최소 측정 수보다 작지 않은, 측정 수단; 및 상기 측정된 출력 값들을 토대로 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 획득하는 획득 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적은 센서 시스템에서의 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 교정하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공하는 것인데, 상기 컴퓨터 프로그램은: 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수를 토대로 최소 측정 수를 결정하는 코드; 각각의 측정들 동안 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 출력 값들을 획득하기 위하여 상기 센서 시스템 상에서 특정 수의 측정들을 수행하는 코드로서, 상기 특정 수는 상기 최소 측정 수보다 작지 않은, 측정 수행 코드; 및 상기 측정된 출력 값들을 토대로 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 획득하는 코드를 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템의 모션 궤적을 획득하는 모션 추적 시스템을 제공하는 것인데, 상기 시스템은 적어도 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서를 포함하며, 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템 간의 회전 관계를 교정하기 위한 본 발명에 따른 교정 장치, 및 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템 간의 회전 관계에 따라 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 모션 궤적을 획득하는 모션 추적 수단을 더 포함한다.

본 발명의 다른 목적들 및 효과들은 첨부 도면들의 설명 및 청구항들의 내용을 참조하여 명백해지고 이해될 수 있으며, 이에 따라 본 발명이 더 종합적으로 이해될 것이다.

본 발명 및 이의 장점들은 예시적인 실시예들 및 첨부 도면들을 참조하여 더 설명될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 교정 센서 시스템에서의 2개의 모션 센서들의 회전 관계를 교정하는 방법을 도시한 흐름도.

도2는 본 발명에 따른 센서 시스템에서의 2개의 모션 센서들의 회전 관계를 교정하는 장치의 개략도.

도3은 본 발명에 다른 모션 추적 시스템을 도시한 개략도.

전체 도면들에 걸쳐 동일한 요소들에는 동일한 참조 부호들이 병기되어 있다.

도1은 본 발명에 따른 센서 시스템에서의 2개의 센서의 회전 관계를 교정하는 방법을 흐름도를 도시한 것이다.

이 실시예에서, 센서 시스템에서의 2개의 회전 센서는 둘 다 3차원 좌표 시스템을 갖는 가속도 센서들이다. 2개의 가속도 센서 중 하나를 제1 센서라고 하고, 또 다른 가속도 센서를 제2 센서라고 하자.

우선, 센서 시스템에서의 2개의 모션 센서들의 출력 값들의 특정 측정 수가 결정된다(S110). 기본적인 기하학 원리에 따라서, 제1 센서의 좌표 시스템 및 제2 센서의 좌표 시스템 둘 다가 1차원 좌표 시스템들인 경우, 이들 두 센서들 간의 회전 관계는 상기 센서들의 적어도 한 세트의 출력 값들을 측정함으로써 획득될 수 있다. 제1 센서의 좌표 시스템 및 제2 센서의 좌표 시스템 둘 다가 2차원 좌표 시스템들인 경우, 이들 두 센서들 간의 회전 관계는 상기 센서들의 적어도 한 세트들의 출력 값들을 측정함으로써 획득될 수 있다. 제1 센서의 좌표 시스템 및 제2 센서의 좌표 시스템 둘 다가 3차원 좌표 시스템인 경우, 이들 두 센서들 간의 회전 관계는 상기 센서들의 적어도 세 세트들의 출력 값들을 측정함으로써 획득될 수 있다. 이 실시예에서, 제1 센서의 좌표 시스템 및 제2 센서의 좌표 시스템 둘 다는 3차원 좌표 시스템들이므로, 최소 측정 수는 3이다. 계통적인 에러들 및 실측적인 에러들을 감소시키기 위하여, 특정 측정 수는 3보다 크다.

다음으로, 제1 센서의 가속도 및 제2 센서의 가속도가 측정된다(S120). 센서 시스템의 가속도는 측정 중에 변화되지 않게 되는데, 즉, 제1 센서 및 제2 센서의 가속도들은 각각 센서 시스템의 정적이거나 병렬적인 병진 기간 동안 측정된다. 센서 시스템을 병렬적인 병진 상태에서 유지하여 측정을 수행하는 것은 비교적 어렵고, 정적 측정 조건을 실현하는 것은 비교적 용이하다.

또한, 이 측정 동안 제1 센서 및 제2 센서의 가속도들의 하나의 기준 좌표 시스템에서의 잔여 에러가 획득된다(S130). 센서 시스템의 정적이거나 병렬적인 병진 상태의 조건 하에서, 제1 센서의 가속도 및 제2 센서의 가속도 간의 동일한 좌표 시스템에서의 차이는 0과 동일하고, 상기 좌표 시스템들 간의 회전 관계의 획득은 제1 센서의 가속도 및 제2 센서의 가속도 간의 하나의 기준 좌표 시스템에서의 잔여 에러를 계산함으로써 실현될 수 있다. 기준 좌표 시스템은 제1 센서의 좌표 시스템 또는 제2 센서의 좌표 시스템이거나, 세계 좌표 시스템일 수 있다. 이실시예에서, 두 센서들의 가속도들 간의 잔여 에러를 획득하기 위하여 제1 센서의 좌표 시스템이 기준 좌표 시스템으로서 선택된다. a_{0 ,i} 및 a_{1 ,i}를 각각 i번째 측정에서의 제1 센서 및 제2 센서의 가속도들이라고 하면, i번째 측정에서의 제1 센서의 가속도 및 제2 센서의 가속도 간의 제1 좌표 시스템에서의 잔여 에러는 a_{0 ,i}- Ra_{1 ,i}이다.

그 후, 측정 수가 특정 수에 도달했는지가 결정된다(S140). 측정 수가 특정 측정 수보다 적은 경우, 제1 센서 및 제2 센서의 가속도들의 측정들은 계속된다. 각각의 측정들 동안 센서 시스템을 상이한 에티튜드(attitude)에 있다고 하자. 측정들이 센서 시스템의 정적 상태에서 행해지는 경우, 각각의 새로운 측정의 초기에 센서 시스템의 애티튜드가 변화된다; 측정들이 센서 시스템의 병렬 병진에서 행해 지는 경우, 측정들에서의 센서 시스템의 애티튜드들은 세계 좌표 시스템에 대하여 서로로부터 상이하다.

측정 수가 결정된 측정 수에 도달하는 경우, 제1 센서 및 제2 센서의 좌표 시스템들 간의 회전 관계가 잔여 에러의 제곱의 합이 최소가 되는 규칙 하에서 획득된다(S150).

R을 제1 센서 및 제2 센서 간의 회전 관계의 파라미터라고 하면, 이 파라미터는 파라미터들의 직교 매트릭스에 의해 표현될 수 있다. R이 9개의 변수들의 3×3 매트릭스이지만, R은 파라미터들의 직교 매트릭스이기 때문에, 단지 3 자유도의 매트릭스이다.

오일러 정리에 따르면, 임의의 회전은 오일러 각도들이라 칭하는 3차원 각도에 의해 표현될 수 있다. 제1 센서 및 제2 센서 간의 회전 관계는 또한 오일러의 각도에 의해 표현될 수 있다. X 축 규칙에 따르면, 회전은 오일러의 각도들(φ,θ,ψ)에 의해 표현될 수 있다: 제1 회전 각도(φ)는 Z 축을 중심으로 한 회전 각도이고; 제2 회전 각도(θ∈[0,π])는 또한 X 축을 중심으로 한 회전 각도이며, 제3 회전 각도(ψ)는 또한 Z 축을 중심으로 한 회전 각도이다. R은 R=BCD에 의해 표현될 수 있고, 여기서, B, C 및 D는 각각 회전 매트릭스이다.

이로써, B, C 및 D는 오일러의 각도들의 사용에 의해 다음과 같이 표현될 수 있다.

적절한 오일러의 각도(φ,θ,ψ)는 제1 센서의 좌표 시스템에서의 두 센서들의 가속도들의 잔여 에러들의 제곱의 합이 최소가 되는, 즉,

이 되도록 하는 탐색 방법으로 구해질 수 있다. 이 오일러의 각도를 획득하면 제2 센서의 좌표 시스템을 제1 센서의 좌표 시스템으로 변환할 수 있게 되고, 제1 센서의 좌표 시스템을 제2 센서의 좌표 시스템으로 또한 변환할 수 있게 되며, 제1 센서의 좌표 시스템 및 제2 센서의 좌표 시스템을 세계 좌표 시스템으로 또한 변환할 수 있게 된다. 요약하면, 오일러의 각도를 획득하면 제1 센서의 좌표 시스템 및 제2 센서의 좌표 시스템을 동일한 좌표 시스템으로 변환할 수 있게 된다.

상기 실시예에서, 제1 센서의 좌표 시스템 및 제2 센서의 좌표 시스템 둘 다가 2차원 좌표 시스템인 경우, 두 센서들 간의 회전 관계는 또한 파라미터들의 직교 매트릭스(R)에 의해 표현될 수 있다. R이 네 변수들의 2×2 매트릭스일지라도, R은 파라미터들의 직교 매트릭스이므로, R은 단지 1 자유도의 매트릭스이다. R은

로서 표현된다. 측정 수가 1보다 크면, 제1 센서의 좌표 시스템에서의 두 센서들의 가속도들의 잔여 에러들의 제곱들의 합이 최소일 때, R의 더 최적화된 값이 획득될 수 있다.

상기 실시예에서, 제1 센서의 좌표 시스템 및 제2 센서의 좌표 시스템이 1차원 좌표 시스템들이면, 센서들의 측정 값들은 자신의 좌표 시스템 상으로의 자신의 가속도들의 투영들(projection)이며, 동일한 가속도의 경우에, 두 센서들의 측정 값들은 서로 어떤 (고정된) 비율이 있게 된다. R을 제1 센서의 측정 값들 및 제2 센서의 측정 값들 간의 비율의 계수라고 하자(여기서, R는 실수이다). A₀를 제 센서의 측정된 가속도라고 하고, A₁를 제2 센서의 측정된 가속도라고 하자. 이들은 다음과 같이 매트릭스 형태로 표현된다:

, 여기서, a_{0 ,i} 및 a_{1 ,i}는 i번째 측정에서의 두 센서들의 출력 값들을 나타낸다.

두 센서들 간의 회전 관계는 제1 센서의 좌표 시스템에서의 두 센서들의 가속도들의 잔여 에러들의 제곱들의 합이 최소가 되는 규칙, 즉,

하에서 획득된다.

E=A₀-RA₁ (1)이고,

문제는

(2)가 되고,

(3)라는 것이 (2)로부터 획득될 수 있다면,

이다.

상기 실시예에서, 제1 센서의 좌표 시스템의 차원 수가 제2 센서의 좌표 시스템의 차원 수와 상이한 경우, 최소 측정 수는 이들 두 좌표 시스템들에서의 좌표 시스템의 적은 차원 수에 의해 결정된다. 모션 검출 시스템의 제조 비용이 두 센서들의 좌표 시스템들의 차원 수의 불일치에 의해 상당히 증가될 수 있기 때문에, 실제 애플리케이션들에서, 제1 및 제2 센서의 좌표 시스템들의 차원 수는 대부분의 상황들에서 동일하다.

상기 실시예에서, 다수의 모션 센서들(3개 이상의 모션 센서들)이 존재하는 경우, 이들 모션 센서들 중 하나의 좌표 시스템은 기준 좌표 시스템으로서 선택될 수 있고, 각각의 다른 모션 센서 및 이 기준 모션 센서 간의 회전 관계가 각각 상술된 방법의 사용에 의해 교정될 수 있다. 따라서, 다수의 모션 센서들의 좌표 시스템들 사이의 회전 관계들이 결정될 수 있다.

도2는 본 발명에 따른 센서 시스템에서의 두 모션 센서들의 회전 관계를 교정하는 장치를 도시한 개략도이다. 이 실시예에서의 두 모션 센서들은 둘 다 3차원 가속도 센서이다. 상기 교정 장치(200)는 상기 제1 센서의 좌표 시스템 및 상기 제2 센서의 좌표 시스템의 차원 수들을 토대로 최소 측정 수를 결정하는 결정 수단(210); 각각의 측정 동안 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 가속도들 을 획득하기 위하여 특정 측정 수에 대해 상기 센서 시스템을 측정하는 측정 수단(220)으로서, 상기 특정 수는 상기 최소 측정 수보다 작지 않은, 측정 수단; 및 상기 측정된 가속도들을 토대로 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서들 간의 회전 관계를 획득하는 획득 수단(230)을 포함한다.

이 실시예에서, 제1 센서의 좌표 시스템 및 제2 센서의 좌표 시스템은 둘 다 3차원이며, 적어도 3개의 측정들을 결정하는 결정 수단이 필요하다.

측정 수단(220)은 각각의 측정 동안 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 가속도들을 획득하기 위하여 상기 센서 시스템을 측정하는데 사용되고, 가속도들은 3차원이며, 상기 특정 수는 최소 측정 수(3)보다 작지 않은데, 즉, 특정 수는 3과 동일하거나 3보다 더 크다.

특정 측정 수가 3과 동일할 때, 획득 수단(230)은 측정 수단(220)에 의해 측정되는 센서들의 세 세트들의 가속도들을 토대로 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 직접 획득한다. 상술된 바와 같이, 제1 센서 및 제2 센서 간의 회전 관계는 3 자유도의 직교 매트릭스에 의해 표현될 수 있는데, 즉, 오일러의 각도들(φ,θ,ψ)에 의해 표현될 수 있다. 이들 오일러의 각도들은 제1 센서 및 제2 센서의 측정된 세 세트들의 가속도들을 토대로 계산될 수 있으므로, 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서 간의 회전 관계가 획득될 수 있는 반면, 제1 모션 센서의 좌표 시스템 및 제2 모션 센서의 좌표 시스템은 동일한 좌표 시스템으로 변환된다.

특정 측정 수가 3보다 클 때, 획득 수단(230)은 잔여 에러 획득 수단(232) 및 최적화된 처리 수단(234)을 포함한다. 잔여 에러 획득 수단(232)은 하나의 기준 좌표 시스템에서 제1 센서의 가속도들 및 제2 센서의 가속도들의 잔여 에러들을 획득하는데 사용된다. 최적화된 처리 수단(234)은 최적화된 전략을 토대로 상기 잔여 에러들을 처리함으로써 회전 관계를 획득하는데 사용된다. 상기 전략은 다음과 같을 수 있다: 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서의 출력 값들의 잔여 에러들의 제곱들의 합이 최소가 된다; 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서의 출력 값들의 잔여 에러들의 절대 값들을 합이 최소가 된다; 또는 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서의 출력 값들의 잔여 에러들의 가중된 합이 최소가 된다.

본 발명은 또한 센서 시스템에서의 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 교정하는 컴퓨터 프로그램 제품일 수 있는 컴퓨터 프로그램이 설치되는 적절하게 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있는데, 상기 컴퓨터 프로그램은: 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수를 토대로 최소 측정 수를 결정하는 코드; 각각의 측정들 동안 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 출력 값들을 획득하기 위하여 특정 측정 수에 대해 상기 센서 시스템을 측정하는 코드로서, 상기 특정 수는 상기 최소 측정 수보다 작지 않은, 측정 코드; 및 상기 측정된 출력 값들을 토대로 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 획득하는 코드를 포함한다. 이 컴퓨터 프로그램 제품은 저장 캐리어 상에 저장될 수 있다.

프로그램 코드의 이 부분은 기계를 형성하는 프로세서에 제공되어, 프로세서 상에서 실행된 코드가 상술된 기능을 구현하는 장치가 되도록 할 수 있다.

도3은 본 발명에 따른 모션 추적 시스템을 도시한 개략도이다. 모션 추적 시 스템(300)은 2개의 모션 센서들, 제1 모션 센서(310) 및 제2 모션 센서(311)를 포함한다. 상기 시스템은 교정 수단(200), 및 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템 간의 회전 관계를 토대로 모션 추적 시스템(300)의 모션 궤적을 획득하는 모션 추적 수단(400)을 더 포함한다.

교정 수단(200)은 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 교정하는데 사용된다. 교정 수단(200)은 제1 모션 센서(310) 및 제2 모션 센서(320)의 출력 값들을 수신하고, 이들 두 모션 센서들의 회전 관계를 획득하고 나서, 획득된 회전 관계를 모션 추적 수단(400)으로 전송한다.

모션 추적 수단(400)은 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템 간의 회전 관계를 토대로 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 모션 궤적을 획득하는데 사용된다. 교정 수단(200)이 교정을 완료할 때, 모션 추적 수단(400)은 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서(320)의 출력 값들을 수신하고 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서의 출력 값들을 동일한 좌표 시스템으로 변환하여, 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템 사이의 회전 관계를 토대로 모션 추적을 수행한다.

상술된 실시예는 본 발명을 제한하기보다는 단지 설명하기 위한 것이라는 점에 유의해야 한다. 당업자들은 첨부된 청구항들의 범위를 벗어남이 없이 많은 대안 실시예들을 설계할 수 있다. 청구항에서, 괄호 안의 참조 부호는 청구항들을 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 단어 "포함한다"는 청구항들에서 열거되지 않은 다른 수단들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 구성요소 앞의 관사 "a"는 다수의 이와 같은 구성요소들의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 여러 특정 구성요소들을 포함하는 하드웨어, 뿐만 아니라, 적절하게 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다.

Claims (12)

1. 센서 시스템에서의 제1 모션 센서와 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 교정하는 방법에 있어서,

   (a) 상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수에 기초한 최소 측정 수를 결정하는 단계;

   (b) 각각의 측정들 동안 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 출력 값들을 획득하기 위하여 특정 측정 수에 대해 상기 센서 시스템을 측정하는 단계로서, 상기 특정 측정 수는 상기 최소 측정 수보다 작지 않은, 상기 측정 단계; 및

   (c) 상기 측정된 출력 값들에 기초한 상기 제1 모션 센서와 상기 제2 모션 센서 간의 상기 회전 관계를 획득하는 단계를 포함하는, 회전 관계 교정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템의 상기 차원 수는 1차원, 2차원 또는 3차원 중 하나이며, 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템의 상기 차원 수는 1차원, 2차원 또는 3차원 중 하나인, 회전 관계 교정 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서는 가속도 모션 센서들인, 회전 관계 교정 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서는 자이로컴퍼스 모션 센서들인, 회전 관계 교정 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 센서 시스템의 자세(attitude)는 단계 (b)에서의 각각의 측정 동안 상이한, 회전 관계 교정 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 특정 측정 수는 상기 최소 측정 수보다 더 크며,

   단계 (c)는:

   하나의 기준 좌표 시스템에서 상기 출력 값들의 잔여 에러들을 획득하는 단계; 및

   상기 제1 모션 센서와 상기 제2 모션 센서 간의 상기 회전 관계를 획득하기 위하여 최적화된 전략에 따라서 상기 잔여 에러들을 처리하는 단계를 더 포함하는, 회전 관계 교정 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 최적화된 전략은 상기 잔여 에러들의 제곱들의 합이 최소가 되는, 회전 관계 교정 방법.
8. 센서 시스템에서의 제1 모션 센서와 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 교정하는 교정 장치에 있어서,

   상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수에 기초한 최소 측정 수를 결정하는 결정 수단;

   각각의 측정들 동안 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 출력 값들을 획득하기 위하여 특정 측정 수에 대해 상기 센서 시스템을 측정하는 측정 수단으로서, 상기 특정 수는 상기 최소 측정 수보다 작지 않은, 상기 측정 수단; 및

   상기 측정된 출력 값들에 기초한 상기 제1 모션 센서와 상기 제2 모션 센서 간의 상기 회전 관계를 획득하는 획득 수단을 포함하는, 교정 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 획득 수단은:

   하나의 기준 좌표 시스템에서 상기 출력 값들의 잔여 에러들을 획득하는 잔여 에러 획득 수단; 및

   최적화된 전략에 따라서 상기 잔여 에러들을 처리함으로써 상기 회전 관계를 획득하는 최적화된 처리 수단을 포함하는, 교정 장치.
10. 센서 시스템에서의 제1 모션 센서와 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 교정하 는 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서,

    상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수 및 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템의 차원 수에 기초한 최소 측정 수를 결정하는 코드;

    각각의 측정들 동안 상기 제1 모션 센서 및 상기 제2 모션 센서의 출력 값들을 획득하기 위하여 상기 센서 시스템 상에서 특정 수의 측정들을 수행하는 코드로서, 상기 특정 수는 상기 최소 측정 수보다 작지 않은, 상기 측정 수행 코드; 및

    상기 측정된 출력 값들에 기초한 상기 제1 모션 센서와 상기 제2 모션 센서 간의 상기 회전 관계를 획득하는 코드를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
11. 제10항에 따른 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 저장 캐리어.
12. 적어도 제1 모션 센서 및 제2 모션 센서를 포함하는 모션 추적 시스템에 있어서,

    센서 시스템에서의 제1 모션 센서와 제2 모션 센서 간의 회전 관계를 교정하기 위한 제8항에 따른 교정 장치; 및

    상기 제1 모션 센서의 좌표 시스템과 상기 제2 모션 센서의 좌표 시스템 간의 회전 관계에 기초한 상기 센서 시스템의 모션 궤적을 획득하는 모션 추적 수단을 더 포함하는, 모션 추적 시스템.

Images