一种姿态数据获取方法及装置与流程

本发明涉及运动传感技术领域，具体而言，涉及一种姿态数据获取方法及装置。

背景技术：

在运动传感技术领域，随着互动游戏、虚拟现实和头戴显示技术的发展，实时测量对象(物体或者人体)的姿态显得越来越重要，而对象的姿态数据一般通过传感器来测量。

现有技术中，在通过传感器测量对象的姿态数据时，一般需要将传感器按照特定的位置关系安装或者佩戴于对象上，或者使用第三方传感装置在一定距离以外对对象进行定向。

但是，现有技术中，将传感器按照特定的位置关系安装或者佩戴于对象上，增加了传感器生产装配的难度，降低了使用时的自由度和方便性，并且如果佩戴位置存在偏差或者生产装配时传感器的位置出现偏差，会导致测量的姿态数据存在误差，测量得到的数据并不符合实际需求；若使用第三方传感装置则不具备良好的移动性，并且对环境影响较为敏感，容易受到干扰而导致姿态数据错误，从而使得测量的数据不符合用户的实际需求。

综上，现有技术中在使用传感器测量对象的姿态数据时，测量得到的数据可能并不符合用户的实际需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种姿态数据获取方法及装置，以解决现有技术中在使用传感器测量对象的姿态数据时，测量的姿态数据的准确性较低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种姿态数据获取方法，其中，所述方法包括：

获取携带在待测量对象上的传感器采集的所述待测量对象在旋转时的第一姿态数据；

根据所述传感器的坐标系相对所述待测量对象对应的参考坐标系的水平角度差，对所述第一姿态数据进行修正，将修正后的第一姿态数据确定为所述待测量对象的第一姿态数据。

结合第一方面，本方面实施例提供了上述第一方面的第一种可能的实现方式，其中，根据以下步骤确定所述传感器的坐标系相对所述参考坐标系的水平角度差：

在三维空间中创建待测量对象模型和传感器模型；

获取所述传感器采集的所述待测量对象做下俯转动的第二姿态数据；

确定所述传感器模型基于所述第二姿态数据转动时所产生的运动轨迹信息；

根据所述传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息和所述参考坐标系，确定所述水平角度差。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式，其中，所述确定所述传感器模型基于所述第二姿态数据转动时所产生的运动轨迹信息，包括：

确定以所述传感器模型的旋转中心点为起点的摆线的末端随所述传感器模型运动时的运动轨迹信息；

将所述摆线的末端的运动轨迹信息确定为所述传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第三种可能的实现方式，其中，所述根据所述传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息和所述参考坐标系，确定所述水平角度差，包括：

根据所述传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息，确定所述传感器模型所产生的运动轨迹的终点与所述运动轨迹的起点之间的连线信息；

根据所述连线信息，确定所述运动轨迹的终点与起点之间的连线与所述参考坐标系的水平坐标轴之间的夹角；

根据所述夹角，确定所述水平角度差。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第四种可能的实现方式，其中，所述第一姿态数据包括三轴旋转角度；

所述根据所述传感器的坐标系相对待测量对象对应的参考坐标系的水平角度差，对所述第一姿态数据进行修正，包括：

根据所述传感器的坐标系相对所述参考坐标系的水平角度差，对所述三轴旋转角度进行修正，得到所述待测量对象的三轴旋转角度。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第五种可能的实现方式，其中，所述根据所述传感器的坐标系相对所述参考坐标系的水平角度差，对所述三轴旋转角度进行修正，包括：

计算所述三轴旋转角度中的水平旋转角度和所述传感器的坐标系相对所述参考坐标系的水平角度差的和值；

将所述和值、所述三轴旋转角度中的俯仰角度和滚转角度确定为所述待测量对象的三轴旋转角度。

第二方面，本发明实施例提供了一种姿态数据获取装置，其中，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取携带在待测量对象上的传感器采集的所述待测量对象在旋转时的第一姿态数据；

修正模块，用于根据所述传感器的坐标系相对所述待测量对象对应的参考坐标系的水平角度差，对所述第一姿态数据进行修正，将修正后的第一姿态数据确定为所述待测量对象的第一姿态数据。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第二方面的第一种可能的实现方式，其中，所述装置还包括：

创建模块，用于在三维空间中创建待测量对象模型和传感器模型；

第二获取模块，用于获取所述传感器采集的所述待测量对象做下俯转动的第二姿态数据；

第一确定模块，用于确定所述传感器模型基于所述第二姿态数据转动时所产生的运动轨迹信息；

第二确定模块，用于根据所述传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息和所述参考坐标系，确定所述水平角度差。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式，其中，所述第一姿态数据包括三轴旋转角度；

所述修正模块包括：

修正单元，用于根据所述传感器的坐标系相对所述参考坐标系的水平角度差，对所述三轴旋转角度进行修正，得到所述待测量对象的三轴旋转角度。

结合第二方面的第二种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第二方面的第三种可能的实现方式，其中，所述修正单元包括：

计算子单元，用于计算所述三轴旋转角度中的水平旋转角度和所述传感器的坐标系相对所述参考坐标系的水平角度差的和值；

确定子单元，用于将所述和值、所述三轴旋转角度中的俯仰角度和滚转角度确定为所述待测量对象的三轴旋转角度。

在本发明实施例提供的姿态数据获取方法及装置中，传感器可以设置在待测量对象上的任意位置，并且通过对传感器采集的被测量对象的姿态数据进行修正，使获取的被测量对象的姿态数据符合实际需求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的物体姿态数据获取方法流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的物体姿态数据获取方法中，确定传感器的坐标系相对参考坐标系的水平角度差的流程图；

图3示出了本发明实施例中在三维空间中建立的待测量对象模型和传感器模型的初始状态示意图；

图4示出了本发明实施例中在三维空间中建立的待测量对象模型和传感器模型，传感器模型转动后的状态示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的姿态获取装置的结构示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的姿态获取装置的第二种结构示意图。

图标：1-待测量对象模型；2-传感器模型；3-处于初始状态时的摆线；3″-处于转动后状态时的摆线；4-运动轨迹的终点与起点之间的连线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有技术中，在测量对象的姿态数据时，一般都是将传感器按照特定的位置关系安装或者佩戴于对象上，或者使用第三方传感装置，使得测量的对象的姿态数据的可能并不符合实际需求。基于此，本发明实施例提供了一种姿态数据获取方法及装置，下面通过实施例进行描述。

本发明实施例提供了一种姿态数据获取方法，在采用该方法获取待测量对象的姿态数据时，传感器可以设置在待测量对象的任意位置，并且通过对传感器采集的被测量对象的姿态数据进行修正，使得被测量对象的姿态数据准确性符合实际需求。

参考图1所示，本发明实施例提供的姿态数据获取方法，包括步骤s110-s120，具体如下。

s110，获取携带在待测量对象上的传感器采集的待测量对象在旋转时的第一姿态数据。

上述待测量对象可以是人体任意部位，比如说，头部、胳膊、腿部等，还可以是手机或者其它物体等。

上述传感器携带在待测量对象上包括传感器安装在待测量对象上或者是将传感器佩戴在待测量对象上，上述具体携带方式可以根据实际应用场景进行测量，比如说，如果上述待测量对象为人体，则需要将传感器佩戴在人体上，如果上述被测量对象为物体，则可以将传感器安装在物体上，使传感器和物体一体成型。

s120，根据传感器的坐标系相对待测量对象对应的参考坐标系的水平角度差，对上述第一姿态数据进行修正，将修正后的第一姿态数据确定为待测量对象的第一姿态数据。

上述传感器的坐标系指的是传感器自身坐标系，传感器自身坐标系的坐标原点可以是传感器上任意一个位置，传感器自身坐标系的x轴可以是传感器的正前方，以传感器所在的水平面上且垂直于x轴的轴线作为传感器自身坐标系的y轴，以垂直于传感器所在水平面的竖直方向为作为传感器自身坐标系的z轴。

上述参考坐标系的x轴、y轴和z轴可以根据具体的待测量对象进行建立，比如说，当上述待测量对象为人体头部时，则将传感器佩戴在人体头部任意位置，在建立人体头部对应的参考坐标系时，可以以人体头部的任意位置为参考坐标系的原点，以人体头部的正前方作为参考坐标系的x轴，以x轴所在平面上且垂直于人体头部正前方的方向为y轴，以相对于头顶竖直向上的方向为z轴。

比如说，当上述待测量对象为长方体状的物体时，将传感器安装在物体上，在建立物体对应的参考坐标系时，可以将该物体上的任意一个位置作为参考坐标系的原点，以该物体的宽所在的方向作为参考坐标系的x轴，以该物体的长所在的方向作为参考坐标系的y轴，以该物体的高所在的方向作为参考坐标系的z轴。

上述只是以人体头部和长方体物体为例介绍待测量对象对应的参考坐标系，具体待测量对象对应的参考坐标系可以根据实际应用进行建立，本发明实施例并不对此进行限定。

参考图2所示，在本发明实施例中，可以根据以下步骤确定上述传感器的坐标系相对参考坐标系的水平角度差：

s210，在三维空间中创建待测量对象模型和传感器模型；

s220，获取上述传感器采集的待测量对象做下俯转动的第二姿态数据；

s230，确定上述传感器模型基于第二姿态数据转动时所产生的运动轨迹信息；

s240，根据上述传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息和参考坐标系，确定上述水平角度差。

上述第二姿态数据包括待测量对象下俯转动时的三轴旋转角度，具体包括：水平旋转角度、俯仰角度和滚转角度。

上述待测量对象模型则是根据待测量对象而创建的，比如说，如果上述待测量对象为人体头部，则在三维空间中创建的待测量对象模型为人体头部模型，即在三维空间中创建的待测量对象模型和待测量对象的形状保持一致，同样，上述传感器模型也是根据传感器而创建的。

在三维空间中创建的待测量对象模型和传感器模型的之间的相对位置是任意的，本发明实施例就是根据三维空间中创建的待测量对象模型和传感器模型来确定待测量对象和其携带的传感器之间的位置关系。

如图3所示，为三维空间中创建的待测量对象模型和传感器模型的初始示意图，在三维空间中的水平面相当于大地水平面，即待测量对象模型与水平面之间的位置关系和待测量对象与大地水平面之间的位置关系一致，因此，待测量对象模型对应的参考坐标系的x轴和y轴所在平面平行于三维空间的水平面，并且x轴、y轴和z轴与待测量对象对应的参考坐标系的x轴、y轴和z轴一致。

在图3所示出的示意图中，待测量对象为正方体物体，将该物体水平放置在三维空间上后，只能看到该物体的背面。

当在三维空间中创建了待测量对象模型和传感器模型后，则开始确定传感器和待测量对象之间的位置关系，具体的，是通过如下过程实现的：

首先，使待测量对象在初始位置保持水平方向不变，做下俯转动，并且下俯转动的角度为非零的。当待测量对象下俯转动时，携带在待测量对象上的传感器会采集待测量对象下俯转动时的第二姿态数据，本发明实施例中的姿态数据获取装置会获取传感器采集的第二姿态数据，然后控制三维空间中的传感器模型根据第二姿态数据进行下俯转动，在传感器模型在三维空间中做下俯转动时，确定出传感器模型基于下俯转动时的运动轨迹信息。

具体的，当待测量对象在做下俯转动时，如果待测量对象是垂直于待测量对象所在的水平面的，则待测量对象沿着垂直于水平面的轴做下俯转动；如果待测量对象向左或者向右有一定程度的倾斜，则沿着与待测量对象的倾斜一致的轴做下俯转动，且在本发明实施例中，待测量对象在做下俯转动时，可以允许待测量对象有一定的倾斜，但是倾斜的角度需小于90°。

上述运动轨迹信息指的是传感器模型在基于第二姿态数据转动时在三维空间中经过的各个位置相对于参考坐标系的坐标值。

在本发明实施例中，具体是通过如下过程确定传感器模型基于第二姿态数据转动时所产生的运动轨迹信息的：

确定以传感器模型的旋转中心点为起点的摆线的末端随传感器模型运动时的运动轨迹信息；将摆线的末端的运动轨迹信息确定为传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息。

上述传感器模型的旋转中心点可以是三维空间距离水平面一定高度处的任意一点，优选的，可以是位于传感器模型上方一定距离的任意一点。

以传感器模型的旋转中心点为起点，竖直向下做出铅垂线，该铅垂线的长度是任意的，并且该铅垂线与传感器模型之间的关系绑定，即铅垂线随着传感器模型的转动而转动，该铅垂线就是初始状态时的摆线，本发明实施例并不对上述摆线的具体长度进行限定。

当传感器模型基于第二姿态数据进行转动时，上述摆线随着传感器模型的转动而转动，而摆线在转动时，摆线的末端在三维空间中会留下运动轨迹，该运动轨迹是由摆线在转动时，摆线的末端所经过的一系列的点组成的。

在本发明实施例中，为了确定出传感器模型旋转时所产生的运动轨迹信息，可以先确定出摆线末端随着传感器模型转动时的运动轨迹信息，由于传感器模型和摆线的转动是一样的，因此将摆线的末端的运动轨迹信息确定为传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息。

当然，除了使用摆线的末端的运动轨迹来确定传感器模型的运动轨迹信息之外，还可以使用摆线上任意一点的运动轨迹来确定传感器模型的运动轨迹信息。

当确定了传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息后，则根据传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息和参考坐标系，确定传感器的坐标系和待测量对象对应的参考坐标系之间的水平角度差，具体包括：

根据传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息，确定传感器模型所产生的运动轨迹的终点与运动轨迹的起点之间的连线信息；根据上述连线信息，确定传感器模型所产生的运动轨迹的终点与起点之间的连线与参考坐标系的水平坐标轴之间的夹角；根据上述夹角，确定传感器的坐标系和参考坐标系之间的水平角度差。

如图4所示，为摆线随传感器模型转动一定角度后的状态图，其中，1为待测量对象模型，2为传感器模型，3″为处于转动后状态时的摆线，即传感器模型转动后的摆线，3为处于初始状态时的摆线，即传感器模型转动之前的摆线，4为运动轨迹的终点与起点之间的连线，即传感器模型转动后的摆线的末端和转动前的摆线的末端之间的连线，在本发明实施例中，根据上述连线和参考坐标系的水平坐标轴之间的夹角，确定传感器的坐标系和参考坐标系之间的水平角度差。

上述连线信息包括可以包括运动轨迹的终点与运动轨迹的起点之间的连线的斜率，以及在参考坐标系上的水平轴上的截距。

上述参考坐标系的水平坐标轴指的是平行于三维空间的水平面上的两个坐标轴。

比如说，待测量对象为人体头部，则以人体头部的正前方作为参考坐标系的x轴，以x轴所在平面上且垂直于人体头部正前方的方向为y轴，最终需要确定的水平角度差则是传感器模型的运动轨迹的终点与起点之间的连线与x轴之间的夹角，如果，上述确定的是上述连线与x轴之间的夹角，则直接将该夹角确定为传感器的坐标系相对于参考坐标系的水平角度差；如果上述确定的是上述连线与y轴之间的夹角，则根据x轴和y轴之间的角度以及上述确定的之间和x轴之间的夹角，确定出传感器的坐标系和参考坐标系之间的水平角度差。

本发明实施例中，需要确定的传感器的坐标系和参考坐标系之间的水平角度差，就是上述直线和待测量对象的正前方之间的夹角，而待测量对象的正前方可以根据实际场景进行确定。

上述第一姿态数据包括三轴旋转角度。

具体的，上述三轴旋转角度包括水平旋转角度、俯仰角度和滚转角度。

当确定出传感器的坐标系相对待测量对象对应的参考坐标系的水平角度差后，则根据上述水平角度差对第一姿态数据进行修正，具体包括：

根据传感器的坐标系相对参考坐标系的水平角度差，对三轴旋转角度进行修正，得到待测量对象的三轴旋转角度。

具体的，上述对三轴旋转角度进行修正，是通过如下步骤实现的：

计算三轴旋转角度中的水平旋转角度和传感器的坐标系相对参考坐标系的水平角度差的和值；将上述和值、三轴旋转角度中的俯仰角度和滚转角度确定为待测量对象的三轴旋转角度。

在本发明实施例中，只需要对三轴旋转角度中的水平旋转角度进行修正即可。

除此之外，上述第一姿态数据还包括三轴加速度，在本发明实施例中，并不对传感器采集的三轴加速度进行修正，即传感器采集的三轴加速度就是待测量对象的三轴加速度。

本发明实施例提供的姿态数据获取方法，传感器可以设置在待测量对象上的任意位置，并且通过对传感器采集的被测量对象的姿态数据进行修正，使获取的被测量对象的姿态数据符合实际需求。

参考图5所示，本发明实施例还提供了一种姿态数据获取装置，该装置用于执行本发明实施例提供的姿态数据获取方法，该装置包括第一获取模块510和修正模块520；

上述第一获取模块510，用于获取携带在待测量对象上的传感器采集的待测量对象在旋转时的第一姿态数据；

上述修正模块520，用于根据上述传感器的坐标系相对待测量对象的参考坐标系的水平角度差，对第一姿态数据进行修正，将修正后的第一姿态数据确定为待测量对象的第一姿态数据。

上述待测量对象可以是人体任意部位，比如说，头部、胳膊、腿部等，还可以是手机或者其它物体等。

上述传感器携带在待测量对象上包括传感器安装在待测量对象上或者是将传感器佩戴在待测量对象上，上述具体携带方式可以根据实际应用场景进行测量，比如说，如果上述待测量对象为人体，则需要将传感器佩戴在人体上，如果上述被测量对象为物体，则可以将传感器安装在物体上，使传感器和物体一体成型。

参考图6所示，本发明实施例提供的姿态数据获取装置还包括创建模块530、第二获取模块540、第一确定模块550和第二确定模块560，在本发明实施例中可以通过创建模块530、第二获取模块540、第一确定模块550和第二确定模块560确定传感器的坐标系相对参考坐标系的水平角度差，具体如下：

上述创建模块530，用于在三维空间中创建待测量对象模型和传感器模型；

上述第二获取模块540，用于获取传感器采集的待测量对象做下俯转动的第二姿态数据；

上述第一确定模块550，用于确定上述传感器模型基于第二姿态数据转动时所产生的运动轨迹信息；

上述第二确定模块560，用于根据上述传感器模型转动时所产生的运动轨迹信息和参考坐标系，确定上述水平角度差。

在本发明实施例中，上述第一姿态数据包括三轴旋转角度；

因此，上述修正模块520根据上述传感器的坐标系相对待测量对象的参考坐标系的水平角度差，对第一姿态数据进行修正，将修正后的第一姿态数据确定为待测量对象的第一姿态数据，是通过修正单元实现的，具体包括：

上述修正单元，用于根据传感器的坐标系相对参考坐标系的水平角度差，对三轴旋转角度进行修正，得到待测量对象的三轴旋转角度。

上述修正单元对三轴旋转角度进行修正是通过计算子单元和确定子单元实现的，具体包括：

上述计算子单元，用于计算三轴旋转角度中的水平旋转角度和传感器的坐标系相对参考坐标系的水平角度差的和值；上述确定子单元，用于将上述和值、三轴旋转角度中的俯仰角度和滚转角度确定为待测量对象的三轴旋转角度。

本发明实施例提供的姿态数据获取装置，传感器可以设置在待测量对象上的任意位置，并且通过对传感器采集的被测量对象的姿态数据进行修正，使获取的被测量对象的姿态数据符合实际需求。

本发明实施例所提供的姿态数据获取装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，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通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，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者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的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，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能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取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的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(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。