[发明专利]标定IMU与刚体姿态的方法、设备以及可读存储介质

说明书

本申请提供了标定IMU与刚体姿态的方法、设备以及可读存储介质，用于将刚体与IMU的姿态进行融合，以提高刚体位姿的计算精度。方法包括：固定IMU与刚体之间的位置关系；获取IMU对应的原始姿态数据以及刚体对应的原始姿态数据；对IMU对应的原始姿态数据以及刚体对应的原始姿态数据进行预处理，预处理用于剔除无效数据，无效数据为IMU以及刚体未处于运动状态时的姿态数据；根据预处理后的姿态数据计算IMU坐标到刚体坐标的旋转矩阵以及IMU到世界的姿态数据；根据计算数据将IMU的姿态转换为刚体的姿态，并得出刚体的位姿。

技术领域

本申请涉及测量领域，尤其涉及了标定IMU与刚体姿态的方法、设备以及可读存储介质。

背景技术

在虚拟现实(Virtual Reality，VR)领域以及混合现实(Mixed Reality，MR)领域，都涉及到了光学式动作捕捉的应用，通过识别跟踪物体的运动轨迹，捕捉物体的空间变化，适用于需要人机交互的应用场景。

光学式动作捕捉通过基于光学的刚体位姿跟踪技术实现，以OptiTrack公司以及vicon公司的大空间VR设备为例，就是通过多个红外相机视角捕捉空间中反光球的位置，多个反光球固定在刚体上即可通过反光球的位置关系计算出刚体的位姿，进而完成动作捕捉。

其中，动作捕捉的精确度，离不开刚体位姿的精确计算，而在实际应用中发现，刚体位姿的计算，仍有较大的误差，因此，如何提高刚体位姿计算的精确性，则是实现高精度动作捕捉的关键环节。

发明内容

本申请提供了标定IMU与刚体姿态的方法、设备以及可读存储介质，用于将刚体与惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)的姿态进行融合，以提高刚体位姿的计算精度。

第一方面，本申请提供了IMU与刚体姿态的方法，方法包括：

固定IMU与刚体之间的位置关系；

获取IMU对应的原始姿态数据以及刚体对应的原始姿态数据；

对IMU对应的原始姿态数据以及刚体对应的原始姿态数据进行预处理，预处理用于剔除无效数据，无效数据为IMU以及刚体未处于运动状态时的姿态数据；

根据预处理后的姿态数据计算IMU坐标到刚体坐标的旋转矩阵以及IMU到世界的姿态数据；

根据计算数据将IMU的姿态转换为刚体的姿态，并得出刚体的位姿。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第一种可能的实现方式中，根据预处理后的姿态数据计算IMU坐标到刚体坐标的旋转矩阵以及IMU到世界的姿态数据包括：

从预处理后的IMU姿态数据中提取第0帧IMU姿态数据以及第n帧IMU姿态数据，并从预处理后的刚体姿态数据中提取第0帧刚体到世界的姿态数据以及第n帧刚体到世界的姿态数据；

根据关系等式，计算IMU姿态数据从IMU坐标到刚体坐标的旋转矩阵，以及计算第0帧IMU到世界的姿态数据，关系等式为：

其中，所述用于指示所述第n帧刚体到世界的姿态数据，所述用于指示所述IMU姿态数据从所述IMU坐标到所述刚体坐标的旋转矩阵，所述[R_i]_n用于指示所述第n帧IMU姿态数据，所述用于指示所述第0帧刚体到世界的姿态数据，所述[R_i]₀用于指示所述第0帧IMU姿态数据，所述用于指示所述第0帧IMU到世界的姿态数据，所述用于指示所述第n帧IMU姿态数据相对于所述第0帧IMU姿态数据的逆矩阵，所述E用于指示单位矩阵。

结合申请第一方面第一种可能的实现方式，在本申请第一方面第二种可能的实现方式中，根据关系等式，计算IMU姿态数据从IMU坐标到刚体坐标的旋转矩阵，以及计算第0帧IMU到世界的姿态数据包括：