使用加速度计的头部跟踪角度-Java 学习之路

我试图弄清楚如何计算头部运动的倾斜角度，只是上下运动，而不是左右移动 . 我有一个可穿戴设备（我想移动设备的问题会是相同的），加上一个加速计传感器，它放在我的额头上 .

到目前为止，我认为最好将线性加速度保持在外，并且只需使用重力加速度即可 . 我正在阅读和阅读，试图更好地了解我究竟在寻找什么，但我的大脑不是数学材料 . 在站立静止的起始位置（静止位置），所有重力加速度都落在一个轴上，比方说X.当我开始用我的头开始运动时，例如向下移动我的头部（就像看着地面一样），加速重力不仅仅落入一个轴，而是两个轴（对于X和Z之间的实例，将共享） . 如果我是对的，这是正确的方法（是吗？）......

如何在不做疯狂数学的情况下计算出这个角度？
这个问题与计算加速度计的俯仰角完全相同？
我可以用于此原始数据还是需要校准数据？

为了说清楚，让我们想象我的设备轴放置在与该照片相同的位置，并且在起始位置，重力落入X轴（横向位置） .

enter image description here

EDIT

使用以下公式进行俯仰和滚动（感谢@Nuclearman链接）

Roll = atan2(Y, Z) * 180/M_PI; 
Pitch = atan2(X, sqrt(Y*Y + Z*Z)) * 180/M_PI

我写的这段代码：

/**
* Function to calculate the inclination angle or pitch of the head movement
*/
float calcInclinationAngle(int iDataPos){

  float xVal = fAccel[0][iDataPos];
  float yVal = fAccel[1][iDataPos];
  float zVal = fAccel[2][iDataPos];
  float pitch = 0;
  //Pitch in rad format
  pitch = atan2(xVal, sqrt(pow(yVal,2)+pow(zVal,2)));
  //Pitch in degrees
  pitch = pitch * 180/PI;
  return pitch;

我总是弄错了角度 . 当重力完全在X轴上时，我得到大约45度（而不是0度），如果我将设备移动180度（只是改变重力信号），我会得到大约17-18度 . 我一直在玩atan2参数，但角度范围总是相同的（25-35度） . 只是提出一个问题......我应该使用校准数据而不是原始数据吗？

Edit 2

由于我完全陷入困境，我做了一些“作弊”的进展 . 现在我将数据标准化，而不是使用atan，我做pitch = 1 / sin（xVal），这实际上给了我90度的范围，这似乎适合我的设备旋转（尽管例如它给了我135度而不是... 45，但我“修复”所有角度减去90度） . 无论如何，我需要一个180度的范围，因为此刻向后或向前移动并不会对所获得的角度产生影响 .

Edit adding some pictures and information

将节距计算为pitch = atan2（xVal，sqrt（pow（yVal，2）pow（zVal，2）））*（180 / PI），我获得以下角度 . 以防万一有用，位置1的加速度计值（原始数据）为：ACCX 2936 ACCY 2152 ACCZ 1883

位置1（重力落入X轴）：45-46度

位置2（从起点旋转约45°）：38

位置3（从起点旋转aprox 90）：28

位置4（从起点旋转aprox 180）：18-19

位置5（> 180 <360）：18-46 .

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enter image description here height

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SOLUTION

以防万一将来碰到类似的东西 . 主要问题是原始数据的范围 . 一旦我将其映射到[-1g，1g]范围并修复了一些关于它工作的坐标的东西 .

1 回答

1
只测量重力方向 . 我知道有两种方法

1.使用平滑（FIR）滤镜来过滤掉快速变化
- 例如记住最后N次测量
- 并输出他们的平均值
- 这是 easy 和 continuous 但 not precise
2.检查加速度矢量大小
- 并忽略与重力不匹配的所有测量值
```
a=sqrt( ax^2 + ay^2 + az^2 )
if (fabs(a*scale-9.81)>0.1) ignore...
```
- 其中a是加速度矢量的大小
- （ax，ay，az）是测量的加速度矢量（设备的本地）
- scale是加速度计的比例，用于将值转换为实际单位，如[m / s ^ 2]或[N / kg]
- 设备加速度计通常已经在[g]中，因此比例为9.81
- 9.81是测量区域的重力
- 0.1是加速度大小检查的准确性（根据您的需要改变）
- 这种方法有点慢
- 和 not continuous 因为在加速期间不会测量输出（可以使用上一个有效输出）
- 但它是 much more precise
现在公式应该起作用，从我读到你的轴
- x - 向上，向下
- y - 左，右
- z - 前进，后退
- 不知道方向所以如果我以错误的方式击中它就会否定输出角度
- 绿色是引力
- 蓝色是测量值
- 红色是你的俯仰角（ang）
```
ang=asin(az*scale/9.81)
```
- do not forget to avoid using asin with parameter out of range < -1.0 , +1.0 > !!!
回复于 2024-05-03T00:37:30+08:00

使用加速度计的头部跟踪角度

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