本發(fā)明涉及姿態(tài)測(cè)量領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

姿態(tài)測(cè)量一般采用姿態(tài)測(cè)量裝置來測(cè)量角度信息，姿態(tài)測(cè)量裝置的類型很多，利用三軸地磁解耦和三軸加速度計(jì)，受外力加速度影響很大，在運(yùn)動(dòng)/振動(dòng)等環(huán)境中，輸出方向角誤差較大,此外地磁傳感器有缺點(diǎn)，它的絕對(duì)參照物是地磁場(chǎng)的磁力線,地磁的特點(diǎn)是使用范圍大，但強(qiáng)度較低，約零點(diǎn)幾高斯，非常容易受到其它磁體的干擾。陀螺儀輸出角速度，是瞬時(shí)量，角速度在姿態(tài)平衡上是不能直接使用，需要角速度與時(shí)間積分計(jì)算角度，得到的角度變化量與初始角度相加，就得到目標(biāo)角度，其中積分時(shí)間Dt越小，輸出角度越精確,但陀螺儀的原理決定了它的測(cè)量基準(zhǔn)是自身，并沒有系統(tǒng)外的絕對(duì)參照物，加上Dt是不可能無限小,所以積分的累積誤差會(huì)隨著時(shí)間流逝迅速增加，最終導(dǎo)致輸出角度與實(shí)際不符。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決當(dāng)前姿態(tài)測(cè)量裝置累計(jì)誤差影響角度測(cè)量的缺陷，本發(fā)明提供一種可以消除累計(jì)誤差的姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正的方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正的方法，包括發(fā)射模塊、接收模塊、處理模塊，所述接收模塊包括姿態(tài)測(cè)量裝置、重力檢測(cè)裝置和接收裝置，所述發(fā)射模塊包括發(fā)射裝置，所述發(fā)射裝置可以發(fā)射激光面，所述接收裝置包括CCD相機(jī)，所述姿態(tài)測(cè)量裝置通過以下步驟進(jìn)行自動(dòng)校正：

S1：所述發(fā)射裝置發(fā)射激光面，所述接收模塊處于待機(jī)狀態(tài)；

S2：所述接收模塊根據(jù)所述CCD相機(jī)傳遞的信號(hào)判斷是否傳遞校正信息到所述處理模塊；

S3：所述處理模塊根據(jù)所述接收模塊傳遞的信息對(duì)所述姿態(tài)測(cè)量裝置進(jìn)行校正。

優(yōu)選地，所述CCD相機(jī)具有像素檢測(cè)功能，可以識(shí)別所述發(fā)射裝置發(fā)射的激光在所述CCD相機(jī)上形成的影像的像素。

優(yōu)選地，存在一個(gè)臨界角，所述臨界角對(duì)應(yīng)的所述CCD相機(jī)拍攝的激光影像中單位長度的標(biāo)準(zhǔn)像素，當(dāng)進(jìn)入所述CCD相機(jī)入射激光的入射角小于所述臨界角時(shí)，所述CCD相機(jī)檢測(cè)到的單位長度的像素小于標(biāo)準(zhǔn)像素；當(dāng)進(jìn)入所述CCD相機(jī)入射激光的入射角大于所述臨界角時(shí)，所述CCD相機(jī)檢測(cè)到的單位長度的像素大于標(biāo)準(zhǔn)像素。

優(yōu)選地，所述臨界角為85°。

優(yōu)選地，所述發(fā)射模塊包括光源模組，所述光源模組包括前面板和面激光發(fā)射器，所述面激光發(fā)射器設(shè)置在所述前面板上。

優(yōu)選地，所述接收模塊根據(jù)所述光感應(yīng)裝置傳遞的信號(hào)通過以下步驟判斷校正信息：

S2.1以所述光源模組為基準(zhǔn)建立直角坐標(biāo)系，z軸與地面垂直，正方向朝上；x軸與所述前面板垂直，正方向與光線射出的方向相同，y軸與所述前面板平行，正方向滿足坐標(biāo)系xyz成右手系；

S2.2當(dāng)所述手柄的幾何軸心垂直于地面且所述手柄的頂端朝上時(shí)，所述手柄的x軸、y軸角度為零；當(dāng)所述手柄發(fā)射的激光面垂直于所述CCD相機(jī)的背面且光線傳播方向朝向x軸負(fù)方向時(shí)，所述手柄的z軸角度為零；

S2.3當(dāng)所述CCD相機(jī)檢測(cè)到激光影像的單位像素高于標(biāo)準(zhǔn)像素，并且所述重力檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述接收裝置與豎直方向的夾角為零，所述接收模塊向所述處理模塊傳遞調(diào)零x軸、y軸、z軸的信息。

提供一種姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正系統(tǒng)，所述發(fā)射模塊包括發(fā)射端無線傳輸模塊，所述處理模塊包括處理端無線傳輸模塊，所述發(fā)射端無線傳輸模塊和所述處理端無線傳輸模塊之間可以通過無線傳輸?shù)姆绞絺鬟f信息。

優(yōu)選地，所述發(fā)射模塊包括光源模組，所述光源模組包括前面板和面激光發(fā)射器，所述面激光發(fā)射器設(shè)置在所述前面板上，所述面激光發(fā)射器可以發(fā)射激光面，所述激光面為扇形激光面，所述扇形激光面與地面相垂直。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用發(fā)射裝置發(fā)射激光面而接收裝置接收不同特征光信號(hào)的方式，調(diào)整x軸、y軸、z軸角度零點(diǎn)的位置，降低了姿態(tài)測(cè)量裝置的誤差累積帶來的影響，減少了使用者的不適應(yīng)感并增加了沉浸感，對(duì)于體感操作和虛擬現(xiàn)實(shí)有較大的意義。相對(duì)于手動(dòng)重置姿態(tài)檢測(cè)裝置的零點(diǎn)，本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正的方法和系統(tǒng)調(diào)整更加自然和精確，一方面防止了使用者憑“感覺”調(diào)零帶來的誤差，另一方面使使用者在使用過程中自然和不自覺地調(diào)零，增加了沉浸感，也減少了刻意調(diào)整的生硬，增加了游戲性，提升了體驗(yàn)效果。利用CCD相機(jī)的設(shè)置，保證了光線必須滿足一定的入射條件才可以使CCD相機(jī)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了通過像素識(shí)別來判斷接收模塊姿態(tài)的方法，使姿態(tài)的調(diào)整可以通過像素識(shí)別來實(shí)現(xiàn)，也使本發(fā)明的姿態(tài)調(diào)零得以實(shí)現(xiàn)。重力檢測(cè)裝置可以檢測(cè)接收模塊對(duì)于重力方向的偏轉(zhuǎn)角度，配合像素識(shí)別調(diào)零的方法實(shí)現(xiàn)了姿態(tài)測(cè)量裝置的x軸、y軸、z軸三軸的角度調(diào)整，使姿態(tài)測(cè)量裝置在x軸、y軸、z軸的誤差積累都可以被校正。CCD相機(jī)的像素識(shí)別臨界角設(shè)置為85°一方面可以達(dá)到校正姿態(tài)測(cè)量裝置誤差累積的效果，另一方面可以使接收模塊得到校正的機(jī)會(huì)大為增加，防止將臨界角設(shè)置得過大導(dǎo)致的入射角長時(shí)間不滿足臨界角而無法進(jìn)行校正的情況發(fā)生。通過設(shè)置x軸、y軸、z軸的零點(diǎn)位置來對(duì)應(yīng)激光面的照射角度，從而對(duì)應(yīng)接收模塊的姿態(tài)的方法，建立了較為簡便的姿態(tài)識(shí)別規(guī)則，更方便使用光感應(yīng)校正姿態(tài)。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正的系統(tǒng)模塊示意圖；

圖2是以光源模組為示例的發(fā)射模塊示意圖；

圖3是以手柄為示例的接收裝置示意圖；

圖4是本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正的系統(tǒng)調(diào)零x軸、y軸、z軸示意圖；

圖5是本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正的系統(tǒng)不發(fā)出調(diào)零指令示意圖之一；

圖6是本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正的系統(tǒng)不發(fā)出調(diào)零指令示意圖之二；

圖7是本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正的系統(tǒng)工作流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了解決當(dāng)前姿態(tài)測(cè)量裝置累計(jì)誤差影響角度測(cè)量的缺陷，本發(fā)明提供一種可以消除累計(jì)誤差的姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正的方法及系統(tǒng)。

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正系統(tǒng)包括發(fā)射模塊1、接收模塊2和處理模塊3。發(fā)射模塊1包括發(fā)射裝置11、發(fā)射端嵌入式控制模塊13，發(fā)射裝置11和發(fā)射端嵌入式控制模塊13電性連接。接收模塊2包括接收裝置21、接收端嵌入式控制模塊22、姿態(tài)測(cè)量裝置23、電源模塊24、重力檢測(cè)裝置25、操作裝置27和接收端無線傳輸模塊29，其中，接收端嵌入式控制模塊22與電源模塊24電性連接，接收端嵌入式控制模塊22與電源模塊24分別與接收裝置21、姿態(tài)測(cè)量裝置23、重力檢測(cè)裝置25、操作裝置27和接收端無線傳輸模塊29電性連接。處理模塊3包括處理端無線傳輸模塊31和運(yùn)算處理器33，處理端無線傳輸模塊31和運(yùn)算處理器33電性連接，運(yùn)算處理器33與發(fā)射端嵌入式控制模塊13電性連接，處理端無線傳輸模塊31可以與接收端無線傳輸模塊29通過無線連接的方式傳遞信息。接收裝置21主要用于接收發(fā)射裝置11發(fā)射的光線，并將接收到的光線信息傳遞到接收端嵌入式控制模塊22進(jìn)行處理，接收端嵌入式控制模塊22可以將其處理的結(jié)果通過接收端無線傳輸模塊29發(fā)送到處理模塊3進(jìn)行進(jìn)一步處理。姿態(tài)測(cè)量裝置23可以測(cè)量接收模塊2在空間的姿態(tài)和角度信息，重力檢測(cè)裝置25可以測(cè)量接收模塊2與重力方向的夾角信息和夾角方向，操作裝置27可以由使用者操作并發(fā)出命令信息，姿態(tài)測(cè)量裝置23和重力檢測(cè)裝置25測(cè)得的相關(guān)數(shù)據(jù)以及操作裝置27發(fā)出的命令信息可以通過電信號(hào)的方式傳遞到接收端嵌入式控制模塊22，接收端嵌入式控制模塊22可以將上述信息通過接收端無線傳輸模塊29傳遞到處理端無線傳輸模塊31，處理端無線傳輸模塊31可以將接收到的數(shù)據(jù)通過電信號(hào)的方式傳遞到運(yùn)算處理器33進(jìn)行處理。

請(qǐng)參閱圖2—圖3，圖2—圖3示例性地示出了以手柄201為第一實(shí)施例的接收模塊2，在該實(shí)施例中，手柄201的頂端為圓形平面2011，手柄201的幾何軸心L₁通過圓形平面2011的圓心并垂直于圓形平面2011，手柄201包括CCD相機(jī)2115，CCD相機(jī)2115設(shè)置在手柄201的端部，激光光線可以通過CCD相機(jī)2115被檢測(cè)到。CCD相機(jī)2115具有像素檢測(cè)的功能。對(duì)于外界入射的激光，根據(jù)其入射角度的不同CCD相機(jī)2115能夠檢測(cè)到激光影像不同的像素值。當(dāng)激光光線垂直入射CCD相機(jī)2115時(shí)，CCD相機(jī)2115檢測(cè)到的激光影像單位長度的像素要高于激光光線非垂直入射的情況，我們可以根據(jù)像素值的大小來判斷外界激光光線是否垂直入射。為了在使用過程中可以一方面達(dá)到校正姿態(tài)測(cè)量裝置23誤差累積的效果，另一方面使發(fā)射模塊2得到校正的機(jī)會(huì)較多，防止入射的激光光線長時(shí)間不滿足垂直入射而無法進(jìn)行校正的情況發(fā)生，我們可以設(shè)定一個(gè)臨界角85°，激光光線以85°為入射角進(jìn)入CCD相機(jī)2115內(nèi)部時(shí)對(duì)應(yīng)的單位長度的像素值為標(biāo)準(zhǔn)像素。當(dāng)光線的入射角小于85°時(shí)，CCD相機(jī)2115檢測(cè)到的激光影像的單位長度像素值低于標(biāo)準(zhǔn)像素，接收端嵌入式控制模塊13不發(fā)送校正信號(hào)到處理模塊3；當(dāng)光線的入射角在85°到90°之間時(shí)，我們認(rèn)為光線垂直入射CCD相機(jī)2115，CCD相機(jī)2115檢測(cè)到的激光影像的單位長度的像素值高于標(biāo)準(zhǔn)像素，接收端嵌入式控制模塊13發(fā)送校正信號(hào)到處理模塊3。圖3示例性地示出了以光源模組101為第一實(shí)施例的發(fā)射裝置11，在該實(shí)施例中，發(fā)射裝置11包括面激光發(fā)射器1113和前面板1115，面激光發(fā)射器1113設(shè)置在前面板1115上，面激光發(fā)射器1113可以發(fā)射扇形激光面，扇形激光面與地面相垂直并且與前面板1115相垂直。

請(qǐng)參閱圖4—圖6，圖4示例性地示出了CCD相機(jī)2115調(diào)零姿態(tài)測(cè)量裝置23的一種情況。我們以光源模組101為基準(zhǔn)建立直角坐標(biāo)系，z軸與地面垂直，正方向朝上；x軸與前面板1115垂直，正方向與光線射出的方向相同，y軸與前面板1115平行，正方向滿足坐標(biāo)系xyz成右手系。CCD相機(jī)2115的背面為一垂直于x軸的平面。在手柄201中設(shè)置有姿態(tài)測(cè)量裝置23，姿態(tài)測(cè)量裝置23在測(cè)量的過程中會(huì)累計(jì)誤差，使測(cè)量結(jié)果與真實(shí)結(jié)果之間的誤差越來越大。姿態(tài)測(cè)量裝置23會(huì)根據(jù)手柄201的姿態(tài)變化，提供手柄201在x軸、y軸和z軸的角度變化。手柄201進(jìn)一步包括重力檢測(cè)裝置25，重力檢測(cè)裝置25可以實(shí)時(shí)檢測(cè)手柄201與豎直方向的夾角。我們可以事先設(shè)置手柄201的x軸、y軸、z軸角度零點(diǎn)的位置，作為其中的一種設(shè)置方式，當(dāng)手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且手柄201的頂端朝上時(shí)，我們記手柄201的x軸、y軸角度為零；當(dāng)CCD相機(jī)2115的背面所在平面與面激光發(fā)射器1113發(fā)射的激光面垂直且CCD相機(jī)2115的鏡頭朝向x軸負(fù)方向時(shí)，我們記手柄201的z軸角度為零。手柄201由使用者握持，在使用過程中，當(dāng)手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且面激光發(fā)射器1113發(fā)射的激光面垂直入射CCD相機(jī)2115時(shí)，CCD相機(jī)2115拍攝到一條豎直的直線，CCD相機(jī)2115對(duì)拍攝到的直線影像的方向和像素進(jìn)行識(shí)別，檢測(cè)到直線的單位長度的像素高于標(biāo)準(zhǔn)像素，并且重力檢測(cè)裝置25檢測(cè)到手柄201與豎直方向的夾角為零，CCD相機(jī)2115發(fā)送電信號(hào)到接收端嵌入式控制模塊22，接收端嵌入式控制模塊22通過接收端無線傳輸模塊29傳遞信號(hào)至處理模塊3，并重置手柄x軸、y軸、z軸的角度數(shù)據(jù)為零。由于這種校準(zhǔn)是在使用者使用過程中無意中發(fā)生的，這樣，在不刻意的操作過程中和使用者毫無察覺的情況下就可以完成對(duì)手柄x軸、y軸和z軸的校準(zhǔn)，防止誤差持續(xù)積累導(dǎo)致測(cè)量誤差過大，同時(shí)大幅增強(qiáng)了使用者的沉浸感。由于人體手腕的特性，手柄201在使用過程中基本上不會(huì)出現(xiàn)手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且手柄201的頂端朝下的情況，所以我們對(duì)這種情況不予考慮。

圖5示例性地示出了CCD相機(jī)2115響應(yīng)不成功的一種情況，當(dāng)手柄201的幾何軸心L₁不垂直于地面且面激光發(fā)射器1113發(fā)射的激光面垂直入射CCD相機(jī)2115時(shí)，CCD相機(jī)2115拍攝到一條非豎直的直線，CCD相機(jī)2115對(duì)拍攝到的直線影像的方向和像素進(jìn)行識(shí)別，檢測(cè)到直線影像的單位長度的像素高于標(biāo)準(zhǔn)像素，并且重力檢測(cè)裝置25檢測(cè)到手柄201與豎直方向的夾角不為零，說明此時(shí)手柄201的x軸不為零，此時(shí)，CCD相機(jī)2115不發(fā)送信號(hào)到接收端嵌入式控制模塊22，CCD相機(jī)2115響應(yīng)不成功。

圖6示例性地示出了CCD相機(jī)2115響應(yīng)不成功的另一種情況，當(dāng)面激光發(fā)射器1113發(fā)射的激光面不垂直入射CCD相機(jī)2115時(shí)，CCD相機(jī)2115拍攝到一條直線，CCD相機(jī)2115對(duì)拍攝到的直線的方向和像素進(jìn)行識(shí)別，檢測(cè)到直線的單位長度的像素低于標(biāo)準(zhǔn)像素，此時(shí)，CCD相機(jī)2115不發(fā)送信號(hào)到接收端嵌入式控制模塊22，CCD相機(jī)2115響應(yīng)不成功。

請(qǐng)參閱圖7，當(dāng)本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量裝置自動(dòng)校正系統(tǒng)開始工作時(shí)，面激光發(fā)射器1113發(fā)射激光面，同時(shí)接收模塊2處于待機(jī)狀態(tài)。接收裝置21的CCD相機(jī)2115實(shí)時(shí)監(jiān)控激光反應(yīng)，當(dāng)CCD相機(jī)2115拍攝到激光圖像時(shí)，CCD相機(jī)2115對(duì)拍攝到的激光圖像進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)CCD相機(jī)2115檢測(cè)到直線影像的單位長度的像素高于標(biāo)準(zhǔn)像素，并且重力檢測(cè)裝置25檢測(cè)到手柄201與豎直方向的夾角為零，說明此時(shí)手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且面激光發(fā)射器1113發(fā)射的激光面垂直入射CCD相機(jī)2115，此時(shí)，接收端嵌入式控制模塊22將調(diào)零x軸、y軸、z軸的信息發(fā)送到處理模塊3，處理模塊3隨即調(diào)零x軸、y軸、z軸數(shù)據(jù)；當(dāng)CCD相機(jī)2115檢測(cè)到直線影像的單位長度的像素高于標(biāo)準(zhǔn)像素，并且重力檢測(cè)裝置25檢測(cè)到手柄201與豎直方向的夾角不為零，接收端嵌入式控制模塊22不發(fā)送調(diào)零信息到處理模塊3；當(dāng)CCD相機(jī)2115檢測(cè)到直線影像單位長度的像素低于標(biāo)準(zhǔn)像素時(shí)，接收端嵌入式控制模塊22不發(fā)送調(diào)零信息到處理模塊3。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用發(fā)射裝置11發(fā)射激光面而接收裝置21接收不同特征光信號(hào)的方式，調(diào)整x軸、y軸、z軸角度零點(diǎn)的位置，降低了姿態(tài)測(cè)量裝置23的誤差累積帶來的影響，減少了使用者的不適應(yīng)感并增加了沉浸感，對(duì)于體感操作和虛擬現(xiàn)實(shí)有較大的意義。相對(duì)于手動(dòng)重置姿態(tài)檢測(cè)裝置23的零點(diǎn)，本發(fā)明姿態(tài)測(cè)量裝置23自動(dòng)校正的方法和系統(tǒng)調(diào)整更加自然和精確，一方面防止了使用者憑“感覺”調(diào)零帶來的誤差，另一方面使使用者在使用過程中自然和不自覺地調(diào)零，增加了沉浸感，也減少了刻意調(diào)整的生硬，增加了游戲性，提升了體驗(yàn)效果。利用CCD相機(jī)2115的設(shè)置，保證了光線必須滿足一定的入射條件才可以使CCD相機(jī)2115產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了通過像素識(shí)別來判斷接收模塊2姿態(tài)的方法，使姿態(tài)的調(diào)整可以通過像素識(shí)別來實(shí)現(xiàn)，也使本發(fā)明的姿態(tài)調(diào)零得以實(shí)現(xiàn)。重力檢測(cè)裝置25可以檢測(cè)接收模塊2對(duì)于重力方向的偏轉(zhuǎn)角度，配合像素識(shí)別調(diào)零的方法實(shí)現(xiàn)了姿態(tài)測(cè)量裝置23的x軸、y軸、z軸三軸的角度調(diào)整，使姿態(tài)測(cè)量裝置23在x軸、y軸、z軸的誤差積累都可以被校正。CCD相機(jī)2115的像素識(shí)別臨界角設(shè)置為85°一方面可以達(dá)到校正姿態(tài)測(cè)量裝置23誤差累積的效果，另一方面可以使接收模塊2得到校正的機(jī)會(huì)大為增加，防止將臨界角設(shè)置得過大導(dǎo)致的入射角長時(shí)間不滿足臨界角而無法進(jìn)行校正的情況發(fā)生。通過設(shè)置x軸、y軸、z軸的零點(diǎn)位置來對(duì)應(yīng)激光面的照射角度，從而對(duì)應(yīng)接收模塊2的姿態(tài)的方法，建立了較為簡便的姿態(tài)識(shí)別規(guī)則，更方便使用光感應(yīng)校正姿態(tài)。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。