増稳方法、増稳装置、计算机可读介质及电子设备与流程

本发明涉及视频拍摄技术领域，尤其涉及一种増稳方法、増稳装置、计算机可读介质以及电子设备。

背景技术：

在视频拍摄等领域，摄像设备在拍摄过程中可能由于经历颠簸、抖动而影响所拍摄的视频的质量。针对拍摄过程中的抖动问题，一种解决方案是对视频中不同帧的不齐部分进行裁切，使得不同帧中的相应内容对齐。然而，这种方案需要消耗大量计算资源来对视频进行处理，无法及时输出所拍摄的视频，并且经裁切得到的视频质量较差。

还有一种解决方案是将一附加机构连接到摄像设备，利用附加机构与摄像设备构建弹簧-质量-阻尼系统，其原理在于通过改变自身结构的自振特性来增加结构阻尼，吸收系统震动部分的能量，从而缓解抖动问题、达到减震的效果。然而，这种方案往往需要较大的弹簧形变量才能进行増稳，所以増稳滞后并且増稳精度较低。附加机构主要由弹簧、连杆和可调节弹簧张力的组件构成，而这种附加机构的体积往往比较大，使用起来比较不便。

此外，上述方案均属于被动补偿式増稳，当摄像设备发生抖动时无法对该抖动及时地进行响应，导致増稳效果较差。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中存在的问题，根据本发明的一个实施例，提供一种増稳方法，其中利用感测单元实时地采集负载的运动信息并且利用连接到负载的执行单元对负载进行増稳。该増稳方法包括：从感测单元获取实时采集的负载的运动信息，根据实时采集的负载的运动信息获取负载在补偿轴上的实时运动状况；以及，根据负载在补偿轴上的实时运动状况，生成与执行单元的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元，以由执行单元根据指令信号对负载进行増稳。其中，实时运动状况包括实时运动加速度、实时速度和实时位移中的至少一个。

上述方法中，负载的运动信息可以包括负载的姿态信息和负载在补偿轴上的加速度测量值，并且实时运动状况为实时运动加速度，则获取负载在补偿轴上的实时运动加速度包括：根据实时采集的负载的姿态信息计算负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量；以及，对实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值与负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量计算差值，得到负载在补偿轴上的实时运动加速度。

上述方法中，感测单元可以包括能够固定至负载的多个加速度计。上述方法还可以包括：从多个加速度计获取实时采集的负载在补偿轴上的多个加速度测量值；以及，将多个加速度测量值进行加权平均处理，得到实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值。上述方法还可以包括：获取对多个加速度计中的每个加速度计进行校准处理得到的校准参数；以及，在从多个加速度计获取实时采集的负载在补偿轴上的多个加速度测量值之后，根据多个加速度计中的每个加速度计的校准参数来调整每个加速度计实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值。

上述方法还可以包括：在获取负载在补偿轴上的实时运动状况之后，对负载在补偿轴上的实时运动状况进行高通滤波处理和低通滤波处理。其中，在进行高通滤波处理之前，对负载在补偿轴上的实时运动状况进行增益处理；以及，对经过高通滤波处理的负载在补偿轴上的实时运动状况进行相位校正。

上述方法中，执行单元可以包括电机和传动机构，并且电机通过传动机构连接到负载。上述方法中，生成指令信号并发送给执行单元包括：响应于执行单元工作在力矩环模式下，将负载在补偿轴上的实时运动加速度发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时速度经微分处理后发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时位移经二重微分处理后发送给执行单元；响应于执行单元工作在速度环模式下，将负载在补偿轴上的实时运动加速度经积分处理后发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时速度发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时位移经微分处理后发送给执行单元；响应于执行单元工作在位置环模式下，将负载在补偿轴上的实时运动加速度经二重积分处理后发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时速度经积分处理后发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时位移发送给执行单元。

根据本发明的一个实施例，还提供一种増稳方法，其中利用第一感测单元实时地采集负载的运动信息并利用连接到负载的执行单元对负载进行増稳，负载还被附着至运动单元，并且还利用第二感测单元实时地采集运动单元的运动信息。该増稳方法包括：从第一感测单元获取实时采集的负载的运动信息，根据实时采集的负载的运动信息获取负载在补偿轴上的实时运动状况；从第二感测单元获取实时采集的运动单元的运动信息，根据实时采集的运动单元的运动信息获取运动单元在补偿轴上的实时运动状况；对负载在补偿轴上的实时运动状况与运动单元在补偿轴上的实时运动状况计算差值；根据差值生成与执行单元的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元，以由执行单元根据指令信号相对于运动单元对负载进行増稳。其中，实时运动状况包括实时运动加速度、实时速度和实时位移中的至少一个。

根据本发明的一个实施例，还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现上述増稳方法。

根据本发明的一个实施例，还提供一种电子设备，其包括处理器和存储器。其中，存储器存储有计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时使得电子设备实现上述増稳方法。

根据本发明的一个实施例，还提供一种増稳装置，包括：感测单元，其被配置为实时地采集负载的运动信息并发送给处理单元；处理单元，其被配置为从感测单元获取实时采集的负载的运动信息，根据实时采集的负载的运动信息获取负载在补偿轴上的实时运动状况，并且根据负载在补偿轴上的实时运动状况，生成与执行单元的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元；以及，执行单元，其连接到负载并且被配置为根据指令信号对负载进行増稳。

上述装置中，感测单元被配置为实时地采集负载的姿态信息和负载在补偿轴上的加速度测量值。处理单元被配置为根据实时采集的负载的姿态信息计算负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量，以及对实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值与负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量计算差值，得到负载在补偿轴上的实时运动加速度。

上述装置中，感测单元包括能够固定至负载的多个加速度计，多个加速度计被配置为实时地采集负载在补偿轴上的多个加速度测量值。处理单元还被配置为从多个加速度计获取实时采集的负载在补偿轴上的多个加速度测量值，以及将多个加速度测量值进行加权平均处理，得到实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值。处理单元还被配置为获取对多个加速度计中的每个加速度计进行校准处理得到的校准参数，以及在从多个加速度计获取实时采集的负载在补偿轴上的多个加速度测量值之后，根据多个加速度计中的每个加速度计的校准参数来调整每个加速度计实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值。

上述装置中，处理单元还被配置为在获取负载在补偿轴上的实时运动状况之后，对负载在补偿轴上的实时运动状况进行高通滤波处理和低通滤波处理。其中，在进行高通滤波处理之前，对负载在补偿轴上的实时运动状况进行增益处理；以及，对经过高通滤波处理的负载在补偿轴上的实时运动状况进行相位校正。

上述装置中，执行单元包括电机和传动机构，并且电机通过传动机构连接到负载。处理单元被配置为：响应于执行单元工作在力矩环模式下，将负载在补偿轴上的实时运动加速度发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时速度经微分处理后发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时位移经二重微分处理后发送给执行单元；响应于执行单元工作在速度环模式下，将负载在补偿轴上的实时运动加速度经积分处理后发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时速度发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时位移经微分处理后发送给执行单元；响应于执行单元工作在位置环模式下，将负载在补偿轴上的实时运动加速度经二重积分处理后发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时速度经积分处理后发送给执行单元，或将负载在补偿轴上的实时位移发送给执行单元。

根据本发明的一个实施例，还提供一种増稳装置，其中负载被附着至运动单元。该増稳装置包括：第一感测单元，其被配置为实时地采集负载的运动信息并发送给处理单元；第二感测单元，其被配置为实时地采集运动单元的运动信息并发送给处理单元；处理单元，其被配置为从第一感测单元获取实时采集的负载的运动信息，根据实时采集的负载的运动信息获取负载在补偿轴上的实时运动状况，从第二感测单元获取实时采集的运动单元的运动信息，根据实时采集的运动单元的运动信息获取运动单元在补偿轴上的实时运动状况，对负载在补偿轴上的实时运动状况与运动单元在补偿轴上的实时运动状况计算差值，以及根据差值生成与执行单元的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元；执行单元，其连接到负载，并且被配置为根据指令信号相对于运动单元对负载进行増稳。

本发明实施例可以提供如下的有益效果：

本发明提供的增稳方法和増稳装置能够自动地获得负载在补偿轴上的实时运动状况(包括实时运动加速度、实时速度和/或实时位移)，并且自动地生成与执行单元的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元，以由执行单元实时地对负载进行增稳。相对于现有的被动补偿式増稳方案，本发明可以主动、实时地实现对负载的増稳，在响应速度和増稳精度上都明显好于被动补偿式増稳方案。与现有的増稳方案相比，本发明在补偿负载的高频抖动和低频大幅度抖动时増稳效果较好，不限于在一个方向上对负载进行増稳(即，适用于在多个方向上对负载进行増稳)，并且对小负载具有较好的増稳效果。另外，在根据实时运动加速度来控制増稳的情况下，还可以在负载匀速运动时实现对负载增稳的目的。

在本发明提供的増稳装置中，执行单元利用了电机、传动机构并且与负载刚性连接，不需要很长的支撑力臂就能实现对负载的増稳。与现有的由弹簧、连杆和可调节弹簧张力的组件所构成的增稳装置相比，占用体积较小，便于安装和携带。同时，解决了现有增稳装置因需要较大弹簧形变量才能进行补偿而导致的増稳精度低、増稳滞后等问题。

附图说明

将通过参考附图对示例性实施例进行详细描述，附图意在描绘示例性实施例而不应被解释为对权利要求的预期范围加以限制。除非明确指出，否则附图不被认为依比例绘制，其中：

图1示意性示出了根据本发明一个实施例的増稳装置的框图；

图2示意性示出了根据本发明一个实施例基于图1的増稳装置的増稳方法的流程图；

图3示意性示出了根据本发明另一个实施例基于图1的増稳装置的増稳方法的流程图；

图4示意性示出了根据本发明另一个实施例的増稳装置的框图；

图5示意性示出了根据本发明一个实施例基于图4的増稳装置的増稳方法的流程图；

图6示意性示出了根据本发明又一个实施例的増稳装置的框图；

图7示意性示出了根据本发明一个实施例基于图6的増稳装置的増稳方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供能够连接到负载(例如，摄像设备)并对负载进行増稳的増稳装置，该増稳装置包括感测单元、处理单元和执行单元。其中，感测单元实时地采集负载的运动信息并发送给处理单元；处理单元根据实时采集的负载的运动信息获取负载在补偿轴(或称补偿方向，其与增稳方向平行)上的实时运动状况，并且根据负载在补偿轴上的实时运动状况生成与执行单元的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元；执行单元连接到负载，根据指令信号控制所述负载的运动，以对所述负载进行増稳。

图1示意性地示出了根据本发明一个实施例的增稳装置100的框图，如图1所示，增稳装置100包括感测单元101、处理单元102和执行单元103。下文将结合图1对增稳装置100的各个组件展开描述。

感测单元101

根据本发明的一个实施例，感测单元101包括惯性测量单元(即，inertialmeasurementunit，简称imu)1011和加速度计1012。imu1011包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，加速度计1012可以是单轴或多轴(例如，三轴)加速度计、线加速度计、积分加速度计、双积分加速度计等。

将imu1011固定至负载，使其三轴加速度计的敏感轴(或称测量轴，指的是微机电系统元器件感知物理量所在坐标系的坐标轴)之一以及三轴陀螺仪的敏感轴之一与补偿轴平行，由此，imu1011可以相对于地心惯性坐标系实时地采集负载的三轴加速度和三轴角速度，负载的三轴加速度和三轴角速度统称为负载的姿态信息。其中，在地心惯性坐标系中，坐标系原点位于地球原点，z轴沿地轴指向北极，x轴和y轴位于赤道平面内并与z轴满足右手法则。另外，将加速度计1012固定至负载，使其敏感轴之一与补偿轴平行，由此，加速度计1012可以实时地采集负载在补偿轴上的加速度测量值。

imu1011将实时采集的负载的姿态信息发送给处理单元102，加速度计1012也将实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值发送给处理单元102。

处理单元102

处理单元102根据实时采集的负载的姿态信息和负载在补偿轴上的加速度测量值计算负载在补偿轴上的实时运动加速度，并且根据负载在补偿轴上的实时运动加速度，生成与执行单元103的工作模式一致的指令信号以发送给执行单元103。

执行单元103的工作模式包括力矩环模式、速度环模式和位置环模式(将在下文中进行描述)。针对力矩环模式，处理单元102将负载在补偿轴上的实时运动加速度(力矩反馈信号)包括在指令信号中并发送给执行单元103；针对速度环模式，处理单元102根据负载在补偿轴上的实时运动加速度计算速度反馈信号，将速度反馈信号包括在指令信号中并发送给执行单元103；针对位置环模式，处理单元102根据负载在补偿轴上的实时运动加速度计算位置反馈信号，将位置反馈信号包括在指令信号中并发送给执行单元103。

除了力矩反馈信号、速度反馈信号或者位置反馈信号之外，处理单元102还生成值为零的控制指令并发送给执行单元103，用于指示执行单元103根据所接收的力矩反馈信号、速度反馈信号或者位置反馈信号对负载进行増稳。该控制指令也可以事先设置好并存储在执行单元103内，或者存储在其他位置，这样，处理单元102在发送力矩反馈信号、速度反馈信号或位置反馈信号的同时无需发送该控制指令。

执行单元103

执行单元103包括旋转电机1031、用于控制旋转电机的控制电路1032、以及将旋转电机1031与负载连接的传动机构1033(例如，滚珠丝杆)。其中，旋转电机1031具有三种工作模式(对应于执行单元103的工作模式)，包括：力矩环模式(或称扭矩环模式)，即控制电路1032只能直接控制旋转电机1031出力大小，而不能控制旋转电机1031的转速和转过的角度；速度环模式，即控制电路1032只能直接控制旋转电机1031的转速，而不能控制旋转电机1031出力大小和转过的角度；以及，位置环模式，即控制电路1032只能直接控制旋转电机1031转过的角度，而不能控制旋转电机1031的转速和出力大小。

当执行单元103工作在力矩环模式下，其从处理单元102接收到力矩反馈信号，执行单元103的控制电路1032根据控制指令和力矩反馈信号控制旋转电机1031的输出力矩，并通过传动机构1033传送至负载，使得负载在补偿轴上的运动加速度为零。应理解，执行单元103还具有用于例如固定到地面、移动或者固定设施或者由人手握持的部件，旋转电机1031在转动时带动传动机构1033相对于该部件运动，从而带动连接到传动机构1033的负载的运动。

当执行单元103工作在速度环模式下，其从处理单元102接收速度反馈信号，执行单元103的控制电路1032根据控制指令和速度反馈信号控制旋转电机1031的转速，并通过传动机构1033传送至负载，使得负载在补偿轴上的速度为零。

当执行单元103工作在位置环模式下，其从处理单元102接收位置反馈信号，执行单元103的控制电路1032根据控制指令和位置反馈信号控制旋转电机1031转过的角度，并通过传动机构1033传送至负载，使得负载在补偿轴上的位移为零。

进一步地，若除了执行单元103之外还存在恒力机构在补偿轴上支撑负载，则执行单元103还需考虑该恒力机构的作用来控制旋转电机1031的输出力矩、转速或者转过的角度，以使负载在补偿轴上的运动加速度、速度或者位移为零。在存在恒力机构的情况下，由于可以利用恒力机构对负载进行支撑，因此可以使用较小的旋转电机来带动较大的负载。

在上述的实施例中，在执行单元103的控制下，保证了负载在补偿轴上保持静止或者匀速地运动(例如，在力矩环模式下，负载可以匀速运动)，从而实现了对负载主动、实时增稳的目的。

在上述的实施例中，处理单元102能够自动地获得负载在补偿轴上的实时运动加速度，并且自动地生成与执行单元103的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元103，以由执行单元103实时地对负载进行增稳，在响应速度和増稳精度上都明显好于被动补偿式増稳方案。

在上述的实施例中，执行单元103利用了电机、传动机构，并与负载刚性连接，因此不需要很长的支撑力臂就能实现对负载的増稳。与现有的由弹簧、连杆和可调节弹簧张力的组件所构成的增稳装置相比，其占用体积较小，便于安装和携带，同时解决了现有增稳装置因需要较大弹簧形变量才能进行补偿而导致的増稳精度低、増稳滞后等问题。此外，上述实施例中的増稳装置100不限于在一个方向上对负载进行増稳，即，适用于在多个方向上对负载进行増稳，具有较好的通用性。

在图1所示的増稳装置的实施例中，执行单元103由旋转电机1031、控制电路1032以及传动机构(例如，滚珠丝杆)1033构成。应理解，在其他实施例中，也可以使用其他执行单元来实现负载在补偿轴上的增稳。例如，执行单元可以包括诸如直线电机、带有电磁阀等控制部件的液压装置或气动装置之类的力产生机构，以及齿轮齿条、涡轮蜗杆等传动机构，该执行单元能够刚性连接到负载。与采用弹簧的执行单元相比，刚性连接的好处是避免了增稳过程中的震荡，使得增稳效果更好、反应更快。在其他实施例中，执行单元还可以包括其他支撑结构，例如上文提到的恒力机构，其可以减小执行单元需要输出的扭矩，从而使用较小的电机就能够带动较大的负载。

在图1所示的増稳装置的实施例中，感测单元101包括imu1011和加速度计1012，应理解，在其他实施例中，也可以利用imu1011内的三轴加速度计来实时地采集负载在补偿轴上的加速度测量值，而无需加速度计1012。在利用稳定器(例如，三轴稳定器)支撑负载(例如，摄像设备)的情况下，也可以用稳定器内部的处理器来实现处理单元102的功能，并且用稳定器内部的电机和传动机构来实现执行单元103的功能。

在图1所示的増稳装置的实施例中，imu1011固定至负载时其敏感轴之一与补偿轴平行，加速度计1012固定至负载时其敏感轴之一与补偿轴平行(如上文所述)，但在实际应用中，可能难以保证敏感轴和补偿轴达到完全平行。针对这一问题，可以对固定至负载的imu1011和加速度计1012进行校准处理(其中，假定imu1011和加速度计1012的敏感轴是平行的)，该校准处理过程如下：

将负载连同执行单元103一起置于预先设置好的校准工装中，负载上固定有imu1011和加速度计1012，该校准工装保证执行单元103的补偿方向在地心惯性坐标系上为已知量，设执行单元103的姿态为a1，读取imu1011和加速度计1012经过校准后的测量值计算得到imu1011的姿态a2，由此得到执行单元103与imu1011的姿态偏差e1＝a1-a2。当后续imu1011实时地采集负载的姿态信息时，将从imu1011读取到的值与相应的姿态偏差e1进行求和，作为实时采集的负载的姿态信息，从而保证了imu1011与加速度计1012的敏感轴之一与补偿轴平行。应理解，在执行单元103包括电机1031以及其他类似机构的情况下，还可以考虑由电机旋转引起的姿态偏差。

基于图1所示的增稳装置100，提供一种増稳方法，该増稳方法用以增加诸如摄像设备的负载的稳定性。图2示意性地示出了根据本发明一个实施例的基于图1所示的增稳装置100的増稳方法的流程图，包括步骤s21-s24，下文将结合图2对该増稳方法的各个步骤展开描述。

步骤s21.获取实时采集的负载的姿态信息和负载在补偿轴上的加速度测量值。

为获取实时采集的负载的姿态信息和负载在补偿轴上的加速度测量值，需要将感测单元101的imu1011和加速度计1012固定至负载，使imu1011的三轴加速度计的敏感轴之一以及三轴陀螺仪的敏感轴之一与补偿轴平行，并且使加速度计1012的敏感轴之一与补偿轴平行。步骤s21包括如下的子步骤：

子步骤s211.处理单元102获取由固定在负载上的imu1011实时采集的负载的姿态信息(即，负载的三轴加速度和三轴角速度)。

子步骤s212.处理单元102获取由固定在负载上的加速度计1012实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值。

步骤s22.根据实时采集的负载的姿态信息计算负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量，包括如下子步骤：

子步骤s221.处理单元102根据实时采集的负载的姿态信息计算负载的实时姿态角度，即负载相对于地心惯性坐标系的实时横滚角度、俯仰角度和航向角度。

例如，处理单元102可以根据实时采集的负载的三轴加速度计算负载相对于地心惯性坐标系的第一组横滚、俯仰和航向角度，并且根据实时采集的负载的三轴角速度计算负载相对于地心惯性坐标系的第二组横滚、俯仰和航向角度；随后，处理单元102对计算得到的第一组横滚、俯仰和航向角度以及第二组横滚、俯仰和航向角度进行数据融合，得到最终的负载的实时姿态角度。

应理解，除了上述数据融合方案之外，也可以使用其他方案根据实时采集的负载的姿态信息来计算负载的实时姿态角度。

子步骤s222.处理单元102根据负载的实时姿态角度计算负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量。

例如，可以根据下式来计算负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量：

其中，ax、ay和az分别表示重力加速度在imu1011的三轴加速度计的三个敏感轴(x，y，z)上的实时投影分量；mx、my和mz分别表示负载绕imu1011的三轴加速度计的三个敏感轴旋转的旋转矩阵；r、p、y分别表示负载相对于地心惯性坐标系的实时横滚角度、俯仰角度和航向角度。

如上文所述，imu1011的三轴加速度计的敏感轴之一与补偿轴平行，假设补偿轴与z敏感轴平行，则可以从公式(1)计算得到az作为负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量。

步骤s23.根据负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量以及实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值，计算负载在补偿轴上的实时运动加速度。

由于加速度计1012在静止时本身不存在加速运动，但其仍会感测到重力加速度，并且会在运动时感测到运动加速度和重力加速度这两者，因此，在由处理单元102计算负载在补偿轴上的实时运动加速度时，可以通过取实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值与负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量之间的差值来得到该实时运动加速度。举例而言，假设实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值为az，并且负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量为az，则负载在补偿轴上的实时运动加速度可以通过az－az来得到。

步骤s24.根据负载在补偿轴上的实时运动加速度，生成与执行单元103的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元103，以由执行单元103根据指令信号对负载进行増稳，随后返回步骤s21。

在步骤s24中，处理单元102首先确定执行单元103的工作模式，然后根据负载在补偿轴上的实时运动加速度生成与执行单元103的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元103，最后返回执行步骤s21。其中，生成指令信号并发送给执行单元103包括以下三种情况(a-c)：

a.执行单元103工作在力矩环模式下。

处理单元102将(步骤s23中得到的)负载在补偿轴上的实时运动加速度作为旋转电机1031的力矩反馈信号发送给执行单元103，并且还向执行单元103发送值为零的控制指令以对旋转电机1031进行力矩闭环控制。

b.执行单元103工作在速度环模式下。

处理单元102将负载在补偿轴上的实时运动加速度进行积分处理，将积分后得到的量作为旋转电机1031的速度反馈信号发送给执行单元103，并且还向执行单元103发送值为零的控制指令以对旋转电机1031进行速度闭环控制。其中，积分处理可以采用时域积分处理或者频域积分处理。时域积分计算量较小，但容易受到噪声、采样间隔等因素的影响；频域积分的计算量较大，但积分结果更为精确，当采样间隔较大时也能得到精确的积分结果，并且还可以解决加速度计漂移等问题。

c.执行单元103工作在位置环模式下。

处理单元102将负载在补偿轴上的实时运动加速度进行二重积分处理，将二重积分后得到的量作为旋转电机1031的位置反馈信号发送给执行单元103，并且还向执行单元103发送值为零的控制指令以对旋转电机1031进行位置闭环控制。其中，二重积分处理可以采用时域二重积分处理或者频域二重积分处理。

应理解，上述值为零的控制指令也可以在步骤s21之前设置并存储在执行单元103内，或者存储在其他位置，从而执行单元103可以根据该控制指令以及接收到的力矩反馈信号、速度反馈信号或者位置反馈信号来控制旋转电机1031，使得负载在补偿轴上的运动加速度、速度或者位移始终为零。

实际应用中，imu1011、加速度计1012和执行单元103的使用通常会给上述増稳方法带来低频及高频噪声。在进一步的实施例中，处理单元102可以在计算得到负载在补偿轴上的实时运动加速度后，对实时运动加速度进行滤波处理，以进一步提高对负载的増稳精度和増稳效果。在对实时运动加速度进行滤波处理后，处理单元102根据经滤波的实时运动加速度来生成与执行单元103的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元103，以由执行单元103根据指令信号对负载进行増稳。其中，对负载在补偿轴上的实时运动加速度进行滤波处理包括：

·处理单元102将负载在补偿轴上的实时运动加速度进行高通滤波处理(例如，过滤掉低于2-3hz的信号)。由此，可以过滤掉加速度计1012的温漂、零漂等低频不确定因素对实时运动加速度的影响。

·处理单元102将负载在补偿轴上的实时运动加速度进行低通滤波处理(例如，过滤掉高于70-100hz的信号)。由此，可以过滤掉imu1011和加速度计1012带来的高频噪声以及执行单元103造成的高频振动。

在过滤掉低频和高频噪声之后，可以提高负载在补偿轴上的实时运动加速度的精度，从而进一步提高对负载的増稳精度和増稳效果。

需要注意的是，引入高通滤波处理可能会对本发明提供的増稳方法带来以下两个方面的影响：一方面，在信号幅值上，持续的低频实时运动加速度信号可能会被过滤掉；另一方面，在信号相位上，高通滤波处理会对低频信号的相位产生影响，其表现为频率越低的信号相位超前越多(最多可以达到90度)。这两方面的影响均可能导致负载实际的实时运动加速度与经滤波处理后得到的实时运动加速度不一致，从而影响到増稳精度和増稳效果。

根据本发明的一个实施例，针对高通滤波处理带来的影响，可以在进行高通滤波处理之前对负载在补偿轴上的实时运动加速度信号进行增益处理(例如，增加高通滤波处理前的信号幅值)，以避免丢失低频实时运动加速度信号；并且，可以对经高通滤波处理后的信号进行相位校正，以将超前部分的相位尽可能地校准到零相位。具体地，对负载在补偿轴上的实时运动加速度信号进行增益处理包括：将负载在补偿轴上的实时运动加速度信号经过低阶带通滤波器，将经过该低阶带通滤波器后得到的信号与经过该低阶带通滤波器前的信号进行加权叠加，将叠加后得到的信号进行高通滤波处理；对经高通滤波处理后的信号进行相位校正包括：将经高通滤波处理后的信号再经过全通滤波器，进行相位调整，其中不改变信号幅值。

由此，増稳方法更适合于补偿负载的高频抖动和低频大幅度抖动，并且对小负载也具有较好的増稳效果。

尽管上文以感测单元101包括一个加速度计1012为例描述了増稳装置和増稳方法，然而，感测单元101也可以包括多个加速度计(图1中未示出)，并且处理单元102可以根据多个加速度计的多个测量值来计算负载在补偿轴上的实时运动加速度，以生成指令信号。其中，将多个加速度计固定至负载，使每个加速度计的敏感轴之一与补偿轴平行，由此，多个加速度计可以实时地采集负载在补偿轴上的多个加速度测量值。

基于包括多个加速度计的増稳装置，本发明还提供一种増稳方法。图3示意性地示出了该増稳方法的流程图，包括步骤s31-s34，下文将结合图3对该増稳方法的各个步骤展开描述。

步骤s31.获取实时采集的负载的姿态信息，以及实时采集的负载在补偿轴上的多个加速度测量值。

为获取实时采集的负载的姿态信息和负载在补偿轴上的多个加速度测量值，需要将imu1011和多个加速度计固定至负载。imu1011实时地采集负载的姿态信息并发送给处理单元102，多个加速度计实时地采集负载在补偿轴上的多个加速度测量值并发送给处理单元102。

由此，处理单元102获取实时采集的负载的姿态信息以及负载在补偿轴上的多个加速度测量值。

步骤s32.根据实时采集的负载的姿态信息计算负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量。

其中，处理单元102根据实时采集的负载的姿态信息计算负载的实时姿态角度，并且根据负载的实时姿态角度利用公式(1)计算负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量。

步骤s32’.处理实时采集的负载在补偿轴上的多个加速度测量值，得到实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值。

其中，处理单元102将实时采集的负载在补偿轴上的多个加速度测量值进行加权平均处理(其中，高精度加速度计的测量值的权重可以高于低精度加速度计的测量值的权重)，从而得到实时采集的负载在补偿轴上的平均加速度测量值，作为最终的实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值。

步骤s33.根据负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量以及实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值，计算负载在补偿轴上的实时运动加速度。

其中，处理单元102计算实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值与负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量之间的差值，作为负载在补偿轴上的实时运动加速度。进一步地，处理单元102还可以将负载在补偿轴上的实时运动加速度进行滤波处理(例如，如上文所述的高通滤波处理和低通滤波处理)。

步骤s34.处理单元102根据负载在补偿轴上的实时运动加速度，生成与执行单元103的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元103，以由执行单元103根据指令信号对负载进行増稳，随后返回步骤s31。

由于现有的加速度计可能会随环境(例如，温度、振动频率等)变化而导致在感测相同的加速度时产生不同的输出，因此使用单个加速度计来测量负载的加速度可能产生噪声和漂移。利用多个加速度计来实时地采集负载在补偿轴上的多个加速度测量值，并且将多个加速度测量值的加权平均值作为最终的负载在补偿轴上的加速度测量值，可以提高所计算的负载在补偿轴上的实时运动加速度的精度，从而可以提高对负载的増稳速度和精度，即提高増稳效果。

进一步地，在使用多个加速度计之前，可以由处理单元102对多个加速度计的敏感轴方向进行校准处理(例如，采用六面校准方法或其他校准方法来进行校准)，在本地或在其他位置保存经校准处理得到的每个加速度计的校准参数。当处理单元102获取到实时采集的负载在补偿轴上的多个加速度测量值时，先根据所保存的每个加速度计的校准参数来调整每个加速度计对应的加速度测量值，再进行加权平均处理。由此，可以进一步提高所计算的负载在补偿轴上的实时运动加速度的精度，从而进一步提高对负载的増稳精度和増稳效果。

具体地，对多个加速度计的敏感轴方向进行校准处理可以包括：将多个加速度计固定好后保持静止；从中选择一个作为标准加速度计(其他加速度计为非标准加速度计)，计算每个非标准加速度计相对于标准加速度计的姿态偏差①(包括加速度偏差)，并且计算标准加速度计相对于地心惯性坐标系的姿态偏差②(包括加速度偏差)，其中①和②作为校准参数进行保存。在获取到实时采集的负载在补偿轴上的多个加速度测量值时，将非标准加速度计实时采集的加速度测量值减去其对应的①中的加速度偏差，并且减去②中的加速度偏差；此外，将标准加速度计实时采集的加速度测量值减去②中的加速度偏差，得到调整后的结果。

当前，诸如摄像设备的负载经常会被附着到运动单元上进行拍摄，运动单元例如可以是稳定器(例如，三轴稳定器)、车辆等等。有鉴于此，还提供一种增稳装置，该増稳装置考虑了运动单元在补偿轴上的实时运动加速度，用于相对于该运动单元对负载进行増稳。图4示意性地示出了该增稳装置的框图，如图4所示，增稳装置400包括第一感测单元401、处理单元402、执行单元403和第二感测单元404。

第一感测单元401包括imu4011以及一个或多个加速度计4012。将imu4011固定至负载，使其三轴加速度计的敏感轴之一以及三轴陀螺仪的敏感轴之一与补偿轴平行，由此，imu4011可以实时地采集负载的姿态信息。将一个或多个加速度计4012固定至负载，使每个加速度计的敏感轴之一与补偿轴平行，由此每个加速度计可以实时地采集负载在补偿轴上的加速度测量值。第一感测单元401将实时采集的负载的姿态信息以及负载在补偿轴上的一个或多个加速度测量值发送给处理单元402。

第二感测单元404包括imu4041以及一个或多个加速度计4042。将imu4041固定至运动单元，使其三轴加速度计的敏感轴之一以及三轴陀螺仪的敏感轴之一与补偿轴平行，由此，imu4041可以实时地采集运动单元的姿态信息。将一个或多个加速度计4042固定至运动单元，使每个加速度计的敏感轴之一与补偿轴平行，由此，每个加速度计可以实时地采集运动单元在补偿轴上的加速度测量值。第二感测单元404将实时采集的运动单元的姿态信息以及运动单元在补偿轴上的一个或多个加速度测量值发送给处理单元402。

处理单元402根据实时采集的负载的姿态信息和负载在补偿轴上的一个或多个加速度测量值计算负载在补偿轴上的实时运动加速度，并且根据实时采集的运动单元的姿态信息和运动单元在补偿轴上的一个或多个加速度测量值，计算运动单元在补偿轴上的实时运动加速度。处理单元402还计算负载在补偿轴上的实时运动加速度与运动单元在补偿轴上的实时运动加速度的差值，根据实时运动加速度的差值生成与执行单元403的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元403。

执行单元403与上文描述的执行单元103类似，包括旋转电机4031、用于控制旋转电机4031的控制电路4032、以及将旋转电机4031与负载连接的传动机构4033。执行单元403用于相对于运动单元来控制负载的运动，因此，其还具有例如固定到运动单元的部件，旋转电机4031在转动时带动传动机构4033相对于该部件运动，从而带动连接到传动机构4033的负载相对于运动单元的运动。其中，控制电路4032根据从处理单元402接收的指令信号控制旋转电机4031的输出力矩、转速或转过的角度，并且通过传动机构4033传送至负载，使得负载相对于运动单元在补偿轴上的运动加速度、速度或位移为零。

在图4所示的増稳装置的实施例中使用了两个imu4011和4041，在实际应用中，如果负载和运动单元之间仅为平移运动并且彼此姿态保持不变，则负载和运动单元可以共用imu。例如，第二感测单元404仅包括一个或多个加速度计4042，并且使用固定至负载的imu4011实时地采集负载和运动单元的姿态信息；或者，第一感测单元401仅包括一个或多个加速度计4012，使用固定至运动单元的imu4041实时地采集运动单元和负载的姿态信息。

基于图4所示的增稳装置400，还提供一种増稳方法，用于执行单元403相对于运动单元对负载进行増稳。图5示意性地示出了该増稳方法的流程图，包括步骤s51-s55，下文将结合图5对该増稳方法的各个步骤展开描述。

步骤s51.获取实时采集的负载的姿态信息和负载在补偿轴上的一个或多个加速度测量值，以及获取实时采集的运动单元的姿态信息和运动单元在补偿轴上的一个或多个加速度测量值。

为获取实时采集的负载的姿态信息和负载在补偿轴上的一个或多个加速度测量值，需要将第一感测单元401的imu4011以及一个或多个加速度计4012固定至负载。imu4011实时地采集负载的姿态信息并发送给处理单元402，一个或多个加速度计4012实时地采集负载在补偿轴上的一个或多个加速度测量值并发送给处理单元402。

为获取实时采集的运动单元的姿态信息和运动单元在补偿轴上的一个或多个加速度测量值，需要将第二感测单元404的imu4041以及一个或多个加速度计4042固定至运动单元。imu4041实时地采集运动单元的姿态信息并发送给处理单元402，一个或多个加速度计4012实时地采集运动单元在补偿轴上的一个或多个加速度测量值并发送给处理单元402。

由此，处理单元402获取实时采集的负载的姿态信息和负载在补偿轴上的一个或多个加速度测量值，并且获取实时采集的运动单元的姿态信息和运动单元在补偿轴上的一个或多个加速度测量值。

应理解，在使用多个加速度计之前，还可以由处理单元402对每个加速度计的敏感轴方向进行校准处理并保存每个加速度计的校准参数，该校准参数用于调整每个加速度计实时采集的加速度测量值。

步骤s52.根据实时采集的负载的姿态信息和负载在补偿轴上的一个或多个加速度测量值，计算负载在补偿轴上的实时运动加速度。根据本发明的一个实施例，步骤s52包括如下子步骤：

子步骤s521.处理单元402根据实时采集的负载的姿态信息计算负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量。

子步骤s522.如果获取到实时采集的负载在补偿轴上的多个加速度测量值，则处理单元402将多个加速度测量值进行加权平均处理，得到实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值。

子步骤s523.处理单元402根据负载的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量以及实时采集的负载在补偿轴上的加速度测量值，计算负载在补偿轴上的实时运动加速度。

步骤s53.根据实时采集的运动单元的姿态信息和运动单元在补偿轴上的一个或多个加速度测量值，计算运动单元在补偿轴上的实时运动加速度。根据本发明的一个实施例，步骤s53包括如下子步骤：

子步骤s531.处理单元402根据实时采集的运动单元的姿态信息计算运动单元的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量。

子步骤s532.如果获取到实时采集的运动单元在补偿轴上的多个加速度测量值，则处理单元402将多个加速度测量值进行加权平均处理，得到实时采集的运动单元在补偿轴上的加速度测量值。

子步骤s533.处理单元402根据运动单元的重力加速度在补偿轴上的实时投影分量以及实时采集的运动单元在补偿轴上的加速度测量值，计算运动单元在补偿轴上的实时运动加速度。

步骤s54.处理单元402对负载在补偿轴上的实时运动加速度与运动单元在补偿轴上的实时运动加速度计算差值。

其中，处理单元402还可以对负载在补偿轴上的实时运动加速度以及运动单元在补偿轴上的实时运动加速度进行滤波处理。例如，如上文所述，进行高通滤波处理和低通滤波处理等。

步骤s55.根据步骤s54中计算得到的实时运动加速度差值，生成与执行单元403的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元403，以由执行单元403根据指令信号相对于运动单元对负载进行増稳，随后返回步骤s51。

在上述实施例中，先计算实时运动加速度的差值，再根据该差值生成与执行单元403的工作模式一致的指令信号。应理解，在其他实施例中，也可以先将负载在补偿轴上的实时运动加速度与运动单元在补偿轴上的实时运动加速度转换为与执行单元403的工作模式一致的量，再计算其差值。举例而言，如果执行单元403工作在速度环模式下，则可以将负载在补偿轴上的实时运动加速度与运动单元在补偿轴上的实时运动加速度分别进行积分处理，然后对积分后得到的两个量求差值，将差值作为旋转电机4031的速度反馈信号发送给执行单元403；如果执行单元403工作在位置环模式下，则可以将负载在补偿轴上的实时运动加速度与运动单元在补偿轴上的实时运动加速度分别进行二重积分处理，然后对二重积分后得到的两个量求差值，将该差值作为旋转电机4031的位置反馈信号发送到执行单元403。

在执行单元403的控制下，负载可以在补偿轴上相对于运动单元保持静止或者匀速地运动，从而实现增稳的目的。此外，通过对负载在补偿轴上的实时运动加速度与运动单元在补偿轴上的实时运动加速度计算差值，并且根据该差值来生成指令信号，在一定程度上还降低了噪声、漂移等因素的影响。

图6示意性地示出了根据本发明又一个实施例的增稳装置600的框图，如图6所示，增稳装置600包括感测单元601、处理单元602和执行单元603。下文将结合图6对增稳装置600的各个组件分别进行描述。

感测单元601包括速度传感器或者位置传感器，用于实时地采集负载的速度或者负载的位移。其中，速度传感器可以是接触式和非接触式的(即，无需固定到负载)，用于实时地采集负载在补偿轴上的速度并发送给处理单元602；位置传感器也可以是接触式和非接触式的，例如可以是气压计、单目视觉传感器、双目视觉传感器、超声波传感器、激光传感器等，用于实时地采集负载在补偿轴上的位移并发送给处理单元602。

处理单元602针对执行单元603的工作模式，根据所接收的负载在补偿轴上的实时速度或者负载在补偿轴上的实时位移，生成与执行单元603的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元603。

执行单元603与上文描述的执行单元103类似，包括旋转电机6031、用于控制旋转电机6031的控制电路6032、以及将旋转电机6031与负载连接的传动机构6033。其中，控制电路6032根据从处理单元602接收的指令信号控制旋转电机6031的输出力矩、转速或转过的角度，通过传动机构6033传送至负载，使得负载在补偿轴上的运动加速度、速度或位移为零。

在图6所示的増稳装置600中，感测单元601包括速度传感器或者位置传感器。应理解，感测单元601也可以同时包括速度传感器和位置传感器，并且还可以包括imu以及一个或多个加速度计。由此，可以同时利用负载在补偿轴上的实时速度和实时位移，负载在补偿轴上的实时速度和实时运动加速度，负载在补偿轴上的实时位移和实时运动加速度，以及负载在补偿轴上的实时速度、实时位移、实时运动加速度这三者来实现增稳的目的。

基于图6所示的増稳装置600，根据本发明的一个实施例，还提供一种増稳方法，该増稳方法获取负载在补偿轴上的实时速度或实时位移(运动加速度、速度和位移统称为运动状况)，根据负载在补偿轴上的实时速度或实时位移，生成与执行单元603的工作模式一致的指令信号。图7示意性地示出了该増稳方法的流程图，包括如下步骤：

步骤s71.获取负载在补偿轴上的实时速度或实时位移。

其中，由感测单元601中的速度传感器实时地采集负载在补偿轴上的速度并发送给处理单元602，或者由位置传感器实时地采集负载在补偿轴上的位移并发送给处理单元602。由此，处理单元602获取负载在补偿轴上的实时速度，或者负载在补偿轴上的实时位移。

进一步地，处理单元602还可以对负载在补偿轴上的实时速度或者负载在补偿轴上的实时位移进行滤波处理(例如，采用上述的高通滤波处理和低通滤波处理)。

步骤s72.根据负载在补偿轴上的实时速度或者实时位移，生成与执行单元603的工作模式一致的指令信号并发送给执行单元603，以由执行单元603根据指令信号对负载进行増稳，随后返回步骤s71。其中，生成指令信号并发送给执行单元可以分为以下两种情况进行描述：

·处理单元602获取的是负载在补偿轴上的实时速度。

a.执行单元603工作在力矩环模式下。

处理单元602将负载在补偿轴上的实时速度进行微分处理，将微分处理后得到的量作为旋转电机6031的力矩反馈信号并发送给执行单元603，并且还向执行单元603发送值为零的控制指令以对旋转电机6031进行力矩闭环控制。其中，微分处理可以采用时域微分处理或者频域积分处理。

b.执行单元603工作在速度环模式下。

处理单元602将负载在补偿轴上的实时速度作为旋转电机6031的速度反馈信号发送给执行单元603，并且还向执行单元603发送值为零的控制指令以对旋转电机6031进行速度闭环控制。

c.执行单元603工作在位置环模式下。

处理单元602将负载在补偿轴上的实时速度进行积分处理，将积分后得到的量作为旋转电机6031的位置反馈信号发送给执行单元603，并且还向执行单元603发送值为零的控制指令以对旋转电机6031进行位置闭环控制。其中，积分处理可以采用时域积分处理或者频域积分处理。

·处理单元602获取的是负载在补偿轴上的实时位移。

a.执行单元603工作在力矩环模式下。

处理单元602将负载在补偿轴上的实时位移进行二重微分处理，将二重微分处理后得到的量作为旋转电机6031的力矩反馈信号发送给执行单元603，并且还向执行单元603发送值为零的控制指令以对旋转电机6031进行力矩闭环控制。

b.执行单元603工作在速度环模式下

处理单元602将负载在补偿轴上的实时位移进行微分处理，将微分处理后得到的量作为旋转电机6031的速度反馈信号发送给执行单元603，并且还向执行单元603发送值为零的控制指令以对旋转电机6031进行速度闭环控制。

c.执行单元603工作在位置环模式下

处理单元602将负载在补偿轴上的实时位移作为旋转电机6031的位置反馈信号发送到执行单元603，并且还向执行单元603发送值为零的控制指令以对旋转电机6031进行位置闭环控制。

应理解，上述值为零的控制指令也可以在步骤s71之前设置并存储在执行单元603内，或者存储在其他位置，从而处理单元602无需在发送力矩反馈信号、速度反馈信号或位置反馈信号的同时发送该控制指令。

在上述实施例中，利用负载在补偿轴上的实时速度或者实时位移来实现增稳，应理解，也可以同时利用负载在补偿轴上的实时速度和实时位移来实现增稳(感测单元601包括速度传感器和位置传感器)。例如，处理单元602根据负载在补偿轴上的实时速度生成第一指令信号，并且根据负载在补偿轴上的实时位移生成第二指令信号，将第一指令信号和第二指令信号计算平均值，作为最终的指令信号发送给执行单元603，以由执行单元603根据该最终的指令信号对负载进行増稳。类似地，可以同时利用负载在补偿轴上的实时速度和负载在补偿轴上的实时运动加速度，负载在补偿轴上的实时位移和负载在补偿轴上的实时运动加速度，或者负载在补偿轴上的实时速度、实时位移、实时运动加速度这三者来实现增稳的目的。

应注意到一些示例性方法被描绘为流程图。虽然流程图将操作表述为顺序执行，但可以理解的是，许多操作可以并行、同时或同步地执行。另外，可以重新排列操作的顺序。处理可以在操作完成时终止，但是也可以具有并未包括在图中或实施例中的另外的步骤。

上述方法可以通过硬件、软件、固件、中间件、伪代码、硬件描述语言或者它们的任意组合来实现。当以软件、固件、中间件或伪代码实施时，用来执行任务的程序代码或代码分段可以被存储在计算机可读介质中，诸如存储介质，处理器可以执行该任务。

应理解，软件实现的示例性实施例通常在一些形式的程序存储介质上进行编码或者在一些类型的传输介质上实现。程序存储介质可以是任意的非瞬态存储介质，诸如磁盘(例如，软盘或硬盘)或光盘(例如，紧凑盘只读存储器或“cdrom”)，并且可以是只读的或者随机访问的。类似地，传输介质可以是双绞线、同轴线缆、光纤，或者本领域已知的一些其它适用的传输介质。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所做出的各种改变以及变化。