一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法技术

本发明专利技术适用于虚拟现实技术领域，提供了一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法，包括以下步骤：对IMU进行校准；将车载的第一IMU数据和所述第一IMU数据对应的时间戳发送至VR头显，所述第一IMU数据包括加速度计上xyz三轴的数值和陀螺仪上xyz三轴的数值；采用时间戳就近对齐的方法抵消VR头显内第二IMU数据受车辆行驶时产生的加速度和旋转导致的干扰，即使用VR头显的第二IMU数据减去时间相隔最近的第一IMU数据得到差值IMU数据，以所述差值IMU数据作为用户产生的真实数据；根据差值IMU数据进行位姿定位。本发明专利技术通过车载IMU抵消头戴式VR中IMU数据的误差的方法，使得头显中显示的画面位置正确无误，保证了用户具有良好体验。体验。体验。

【技术实现步骤摘要】
一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法


[0001]本专利技术涉及虚拟现实
，具体是涉及一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法。

技术介绍

[0002]虚拟现实技术是近年来发展最为迅速的新型技术之一，头戴式VR设备主要有一体式和分体式两类，在游戏领域，已经取得了长足的进步。
[0003]现有的虚拟现实设备都是以室内静止娱乐为主，随着汽车产业的发展，将沉静式设备搬运至汽车上增加汽车的多媒体娱乐功能成为了各大车厂日益追逐的需求，然而现有技术存在一个较大的问题，使得设备无法在汽车上正常使用，沉静式VR头显是通过计算使用者的位姿，根据使用者的位姿来确定画面是否移动，IMU(惯性测量单元)是确定位姿中最为重要的传感器，然而当汽车处于变速运动的过程中会产生一个干扰，使得IMU产生不同方向上的加速度分量和旋转分量，使得头显会产生这样的后果，即使用者并为移动头部，而传感器却判定产生了偏移，导致头显中画面产生了偏移，这大大影响了用户的体验感。
[0004]因此，需要提供一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法，旨在解决上述问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法，以解决上述
技术介绍
中存在的问题。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]对IMU进行校准，所述对IMU进行校准的步骤具体包括：进行静态静止检测、对加速度计进行标定和对IMU中陀螺仪进行校准；
[0008]将车载的第一IMU数据和所述第一IMU数据对应的时间戳发送至VR头显，所述第一IMU数据包括加速度计上xyz三轴的数值和陀螺仪上xyz三轴的数值；
[0009]采用时间戳就近对齐的方法抵消VR头显内第二IMU数据受车辆行驶时产生的加速度和旋转导致的干扰，即使用VR头显的第二IMU数据减去时间相隔最近的第一IMU数据得到差值IMU数据，以所述差值IMU数据作为用户产生的真实数据；
[0010]根据差值IMU数据进行位姿定位。
[0011]作为本专利技术进一步的方案：所述进行静态静止检测的步骤，具体包括：
[0012]确定加速度计和陀螺仪的测量模型，用式(S1.1)和式(S1.2)表示：
[0013]a
B
＝T
a
K
a
(a
S
+b
a
+v
a
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
S1.1
[0014]ω
B
＝T
g
K
g
(ω
S
+b
g
+v
g
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
S1.2
[0015]其中a表示加速度计，g表示陀螺仪，B表示正交的参考坐标系，S表示非正交的标准坐标系，T表示轴偏差的变换矩阵，K表示尺度因子，a
S
和ω
S
表示真值；
[0016]采集水平静置的IMU数据，对静止状态进行判断，通过采集预设时间段内xyz三轴上加速度的方差的方法判断是否静止，方差公式：
[0017][0018]其中表示加速度a
t
在时间段t
w
内的方差，其中t
w
为采集预设时间段。
[0019]作为本专利技术进一步的方案：所述对加速度计进行标定的步骤，具体包括：
[0020]计算加速度计的误差，所述加速度计的误差用尺度漂移和系统噪声之和进行表示，公式表示如下：
[0021][0022]其中a为加速度计的输出值，w为尺度漂移，G(t)为系统噪声，x、y、z分别代表三个轴，x
t
、y
t
、z
t
为一段时间内加速度计的三根轴分别所受到的加速度；
[0023]依次将xyz三轴旋转使之垂直地心，静止一段时间，读取此时的仪表输出，通过最小二乘的方法拟合出加速度，求解尺度漂移w；
[0024]构建高斯噪声符合正态分布的数学表达式：
[0025][0026]其中，μ表示系统均值，σ表示系统标准差。
[0027]作为本专利技术进一步的方案：所述对IMU中陀螺仪进行校准的步骤，具体包括：分别校准xyz三轴上的数值，陀螺仪的误差也为尺度漂移和系统噪声，标定出陀螺仪的尺度漂移和系统噪声。
[0028]作为本专利技术进一步的方案：所述VR头显设置有缓存单元，缓存单元用于存放短时间的第一IMU数据。
[0029]作为本专利技术进一步的方案：当车载IMU发送数据发生堵塞时，采用插值方式对保存在缓存单元中第一IMU数据的进行插值，插值方式为线性插值，补齐至200Hz的频率，以满足就近数据对齐的原则。
[0030]作为本专利技术进一步的方案：进行位姿定位时采用卡尔曼滤波的方法，卡尔曼滤波需要估计方程和观测方程两组方程，两组方程进行迭代优化位姿，估计方程通过差值IMU数据计算得到，观测方程为VR头显上摄像头得到的姿态方案。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术采用时间戳就近对齐的方法抵消VR头显内第二IMU数据受车辆行驶时产生的加速度和旋转导致的干扰，即使用VR头显的第二IMU数据减去时间相隔最近的第一IMU数据得到差值IMU数据，以所述差值IMU数据作为用户产生的真实数据。即本专利技术通过外设IMU(车载IMU)抵消头戴式VR中IMU数据的误差的方法，使得头显中显示的画面位置正确，保证了用户的体验感。
附图说明
[0033]图1为一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法的流程图。
[0034]图2为一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法中通过eigen3库使用欧拉法进行自由输出的代码。
[0035]图3为一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法中FAST算子示意图。
具体实施方式
[0036]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0037]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。
[0038]如图1所示，本专利技术实施例提供了一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法，所述方法包括以下步骤：
[0039]S100，对IMU进行校准，所述对IMU进行校准的步骤具体包括：进行静态静止检测、对加速度计进行标定和对IMU中陀螺仪进行校准；
[0040]S200，将车载的第一IMU数据和所述第一IMU数据对应的时间戳发送至VR头显，所述第一IMU数据包括加速度计上xyz三轴的数值和陀螺仪上xyz三轴的数值；
[0041]S300，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对IMU进行校准，所述对IMU进行校准的步骤具体包括：进行静态静止检测、对加速度计进行标定和对IMU中陀螺仪进行校准；将车载的第一IMU数据和所述第一IMU数据对应的时间戳发送至VR头显，所述第一IMU数据包括加速度计上xyz三轴的数值和陀螺仪上xyz三轴的数值；采用时间戳就近对齐的方法抵消VR头显内第二IMU数据受车辆行驶时产生的加速度和旋转导致的干扰，即使用VR头显的第二IMU数据减去时间相隔最近的第一IMU数据得到差值IMU数据，以所述差值IMU数据作为用户产生的真实数据；根据差值IMU数据进行位姿定位。2.根据权利要求1所述一种基于IMU数据对齐的车载VR头显位姿定位方法，其特征在于，所述进行静态静止检测的步骤，具体包括：确定加速度计和陀螺仪的测量模型，用式(S1.1)和式(S1.2)表示：a
B
＝T
a
K
a
(a
S
+b
a
+v
a
)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
S1.1ω
B
＝T
g
K
g
(ω
S
+b
g
+v
g
)
ꢀꢀꢀꢀ
S1.2其中a表示加速度计，g表示陀螺仪，B表示正交的参考坐标系，S表示非正交的标准坐标系，T表示轴偏差的变换矩阵，K表示尺度因子，a
S
和ω
S
表示真值；采集水平静置的IMU数据，对静止状态进行判断，通过采集预设时间段内xyz三轴上加速度的方差的方法判断是否静止，方差公式：其中表示加速度a
t
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金天，刘晓岩，仲崇雷，
申请(专利权)人：浙江露熙科技有限公司，
类型：发明
国别省市：