[发明专利]一种实时头部行为追踪监控系统及其控制方法

权利要求书

1.一种实时头部行为追踪监控系统，系统包括主机和从机；

所述主机：设有获取头部转动信息的6轴加速度计，所述6轴加速度计输出感应信号至处理单元，所述处理单元输出控制信号至从机；

所述从机：设有固定在机架上的摄像头，以及驱动机架围绕X轴转动的舵机A、围绕Y轴转动的舵机B，所述摄像头输出视频信号至主机，控制单元接收主机发出的控制信号，并输出驱动信号至舵机A和舵机B，其特征在于：

所述主机的处理单元包括主机STM32主控芯片和主机无线射频芯片，所述6轴加速度计输出四元数信号至主机STM32主控芯片，所述主机STM32主控芯片输出舵机所需PWM值信号至主机无线射频芯片，所述主机无线射频芯片输出无线控制信号至从机；

所述从机的控制单元包括从机STM32主控芯片和从机无线射频芯片，所述从机无线射频芯片接收主机无线射频芯片发出的无线控制信号，所述从机无线射频芯片将舵机所需PWM值信号输送至从机STM32主控芯片，所述从机STM32主控芯片分别输出驱动信号至舵机A和舵机B。

2.根据权利要求1所述的实时头部行为追踪监控系统，其特征在于：所述主机包括智能手机，所述从机设有AV转WIFI模块，所述智能手机通过WIFI信号与从机通信，所述摄像头输出的AV信号经AV转WIFI模块输送至智能手机。

3.根据权利要求1或2所述的实时头部行为追踪监控系统，其特征在于：所述主机STM32主控芯片和从机机STM32主控芯片均包括STM32稳压供电模块，自定义按键，自定义指示灯，Flash芯片，USB转串口TTL模块，JTAG/SWD调试接口，STM32F103ZET6主控芯片；

所述稳压供电模块：为系统提供稳定的3.3V直流电压；

所述自定义按键：为模式选择提供板载输入口；

所述自定义指示灯：为系统状态提供板载状态提示；

Flash芯片：存储需要掉电不丢失的数据；

USB转串口TTL模块：通过USB直接下载程序或通过串口调试；

JTAG/SWD调试接口：提供可以在线硬件仿真的接口；

STM32F103ZET6主控芯片：最小系统板核心，作为处理器。

4.根据权利要求3所述的实时头部行为追踪监控系统，其特征在于：所述主机固定在可穿戴设备上。

5.基于如权利要求1-4中任一所述实时头部行为追踪监控系统的控制方法，其特征在于：

系统工作过程中，摄像头采集信号后通过AV转WIFI模块输出WIFI信号至智能手机，系统工作控制方法：

步骤1、6轴加速度计将实时获得信号输送至主机STM32主控芯片；

步骤2、主机STM32主控芯片将得到的欧拉角解析成舵机可用的PWM值，通过主机无线射频芯片发送到从机；

步骤3、从机通过从机无线射频芯片得到PWM值并给予从机STM32主控芯片；

步骤4、从机STM32主控芯片输出PWM波至舵机，控制舵机转动。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤1中，6轴加速度计将采集到的欧拉角通过四元数进行转换后输送至主机STM32主控芯片。

7.根据权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于：所述步骤1处理方法包括：

1)通过6轴加速度计得到某一时间点上头部当前的XYZ方向上的加速度与角速度；

2)通过陀螺仪增益，陀螺仪灵敏度，陀螺仪零点中值以及角速度计算出XYZ方向上的角速度；

3)同时将加速度单位化，通过融合四元数的方式计算重力单位向量；

4)融合加速度与重力单位向量得到重力向量误差；

5)通过融合上一次的Pi与重力向量误差以及姿态修正常量，计算误差积分修正量Pi；

6)融合重力向量误差以及误差积分修正量，再一次计算角速度；

7)重新加入陀螺仪零偏以及角速度计算四元数，随后单位化；

8)将四元数转换为欧拉角。