就在曩昔两年中,运动传感技能现已开端遍地开花——视频控制台、智能手机、电视遥控器和个人练习设备——就在咱们给手机相片打上地舆标签、玩视频游戏以及经过电视机和有线电视机顶盒进行频道冲浪之时。这些东西知道咱们身处何方、咱们的方针是什么、咱们向哪里移动——上、下、四周和旁边面。使这些成为可能的是很多更小、更廉价和更快的新式传感器。在经过最佳集成后,它们能经过空间和时刻准确地盯梢咱们的运动。这些传感器套件(加速度计、陀螺仪和磁力传感器)在盯梢运动方面具有令人吃惊的才能,特别是与现在无所不在的GPS结合在一起之后。
但这些微型传感器的潜力仍未被充沛开掘,这儿两个简略的原因。首要,提取出它们的数据并将这些数据整组成准确牢靠的指向和盯梢信息是一种比大多数人幻想的更具挑战性的算法操作,常常需求消耗很多人力时刻。其次,在硬件和运用工程师之间有一个遍及(但过错)的假定,即大多数传感器供给类似的功能水平,因而一般来自传感器的数据不能满意他们的运用需求。
一般集成进消费产品的运动检测传感器包含3轴陀螺仪、3轴加速度计和3轴地磁传感器。在运动盯梢和肯定方向方面每种传感器都有自己固有的强项和缺陷。最近,传感器“交融”正在进入广阔消费产品,成为一种战胜单种传感器缺陷的有用办法。传感器交融是一种杂乱的软件,它将来自各种传感器的输入组合在一起,发生一个愈加准确的运动检测成果。这种软件一般包含杂乱的算法,假如正确完成的话能够归纳考虑几百个变量。
3轴加速度传感器
加速度计经过丈量给定直线轴向的绷簧上的力来检测直线加速度和重力矢量。加速度计是第一种出现在大批量运用中的MEMS传感器,能够用来完成轿车中的气囊布置、照相机中的图画防抖和笔记本中的自由落体检测等功能。任天堂的Wii游戏机是第一种引进加速度计作为用户输入设备的首要消费产品,能够供给手势辨认、根本的运动盯梢和控制器定位等功能。现在依据许多理由,加速度计现已在智能手机和平板电脑中十分遍及,包含检测设备朝向、将屏幕从竖屏调整到横屏然后再调整回来等功能。
加速度计在运动盯梢方面有两个首要的缺陷,即:
●加速度计不能树立肯定或相对的航向。当安装在一个固定的设备中时,3轴加速度计能够丈量单个加速度轴上的加速度。如图1所示,当处于固定状况时,能够依据笔直重力加速度矢量计算出翻滚和歪斜视点。但是,航向是环绕Z轴得到的,无法从重力矢量计算出航向。因而,加速度计不能供给航向。
图1:重力矢量和环绕轴的航向、歪斜和翻滚。
●加速度计对运动过分灵敏,极易导致手的颤动。在短时刻内这是十分令人恼火的,由于它意味着光标或屏幕烘托的方针也会颤动。几分钟以上的颤动将导致明显的累积方向或方位差错,特别是当加速度计的噪声与颤动在相同数量级时。现在广泛运用的低成本消费级加速度计的噪声要比价格更高、体积更大、功耗更高的工业级加速度计大得多,如图2所示。
图2:消费级和工业级加速度计噪声。