从设备坐标系到绝对坐标系的加速度

Posted 2023-02-19

【中文标题】从设备坐标系到绝对坐标系的加速度

【英文标题】：Acceleration from device's coordinate system into absolute coordinate system

【发布时间】：2012-07-19 16:30:51

【问题描述】：

从我的 android 设备中，我可以读取一组线性加速度值（在设备的坐标系中）和一组绝对方向值（在地球坐标系中）。我需要的是在后一个坐标中获得线性加速度值。系统。

如何转换它们？

EDIT在阿里回复评论后：

好吧，如果我理解正确的话，当我测量线性加速度时，手机的位置完全无关紧要，因为读数是在地球坐标系中给出的。对吧？

但我刚刚做了一个测试，我将手机放在不同的位置，并在不同的轴上获得加速度。有 3 对图片 - 第一张显示我是如何放置设备的（对不起我的 Paint “大师技能”），第二张显示来自线性 acc 提供的数据的读数。传感器：

设备放在左侧

设备仰卧

设备站立

现在 - 为什么在第三种情况下加速度发生在 Z 轴（而不是 Y），因为设备位置无关紧要？

【问题讨论】：

进行测量时手机是否静止（完全静止）？纵轴是什么？例如 -14 是什么意思？

在测量过程中，我沿着东西轴非常快速地移动手机（正如那些油漆图所示）以创建加速度读数（-14 是以 m/s*s 为单位的加速度）。如这里所示link 测量坐标系是手机的坐标系。

好的，现在我明白你的实验了。我会修正我的答案。

好的，这是我的错误，非常抱歉。我已经确定了我的答案。另外，我赞成你的问题。

@MuhammadBabar 编程将读数保存到设备上的文件中，然后手动导入到 Excel 中。没什么花哨的

【参考方案1】：

我终于设法解决了！因此，要在地球坐标系中获得加速度矢量，您需要：

从SensorManager.getRotationMatrix() （使用SENSOR.TYPE_GRAVITY 和SENSOR.TYPE_MAGNETIC_FIELD 传感器值作为参数）获取旋转矩阵（float[16] 以便稍后由android.opengl.Matrix 类使用）， 在旋转矩阵上使用android.opengl.Matrix.invertM() 来反转它（不是转置！）， 使用Sensor.TYPE_LINEAR_ACCELERATION 传感器获取线性加速度矢量（在设备的坐标系中）， 使用android.opengl.Matrix.multiplyMV() 将旋转矩阵乘以线性加速度向量。

你有它！我希望我能为别人节省一些宝贵的时间。

感谢 Edward Falk 和 Ali 的提示！！

【讨论】：

在第 4 步中，您不能直接使用传感器数据，因为它的长度为 3，而您需要长度为 4。您是在末尾添加 0 还是在开头添加 1？

@NinovanHooff 在第 4 个位置（数组 [3]）应该是 0 值

进行反转可能是因为旋转矩阵是根据世界轴而不是手机轴计算的，正如这里提到的（gentlenav.googlecode.com/files/DCMDraft2.pdf）。这是一篇在第 III.A 节中描述相同方法的科学论文 (ece.nus.edu.sg/stfpage/elesohws/PerCom_Pedestrian_Tracking.pdf)

@alex 你能发布你将线性加速度校正为世界坐标的代码吗？我的传感器侦听器正在使用 Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR 创建一个旋转矩阵，它工作得很好，但我似乎无法按照您描述的方式纠正 linear_acceleration .. 代码示例会很棒

你为什么在SensorManager.getRotationMatrix()中使用SENSOR.TYPE_GRAVITY？文档 (developer.android.com/reference/android/hardware/…, float[], float[], float[])) 说要使用 TYPE_ACCELEROMETER

的值

【参考方案2】：

根据@alex 的回答，这里是代码sn-p：

private float[] gravityValues = null;
private float[] magneticValues = null;

 @Override
    public void onSensorChanged(SensorEvent event) 
        if ((gravityValues != null) && (magneticValues != null) 
            && (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER)) 

            float[] deviceRelativeAcceleration = new float[4];
            deviceRelativeAcceleration[0] = event.values[0];
            deviceRelativeAcceleration[1] = event.values[1];
            deviceRelativeAcceleration[2] = event.values[2];
            deviceRelativeAcceleration[3] = 0;

            // Change the device relative acceleration values to earth relative values
            // X axis -> East
            // Y axis -> North Pole
            // Z axis -> Sky

            float[] R = new float[16], I = new float[16], earthAcc = new float[16];

            SensorManager.getRotationMatrix(R, I, gravityValues, magneticValues);

            float[] inv = new float[16];

            android.opengl.Matrix.invertM(inv, 0, R, 0);
            android.opengl.Matrix.multiplyMV(earthAcc, 0, inv, 0, deviceRelativeAcceleration, 0);
           Log.d("Acceleration", "Values: (" + earthAcc[0] + ", " + earthAcc[1] + ", " + earthAcc[2] + ")");                

         else if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_GRAVITY) 
            gravityValues = event.values;
         else if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD) 
            magneticValues = event.values;
         
   

【讨论】：

成功了！谢谢@orak！我没有重力传感器类型，所以我只是使用低通滤波器来获得它。

我很抱歉@orak，但什么是“开始”变量？控制流量？我不确定。

@Saeger 你说得对，不需要，我可能是为了流量控制而写的，后来不需要了

@orak 你能解释一下如果我想让 X 轴指向真北和 Z 垂直应该怎么做吗？

@pixie 只是交换 x 和 y 值？

【参考方案3】：

According to the documentation你得到手机坐标系中的线性加速度。

您可以将任何矢量从手机坐标系转换为地球坐标系，方法是将其与旋转矩阵相乘。可以从getRotationMatrix()获取旋转矩阵。

（也许已经有一个函数为你做这个乘法，但我不做 Android 编程，我不熟悉它的 API。）

关于旋转矩阵的一个很好的教程是Direction Cosine Matrix IMU: Theory 手稿。祝你好运！

【讨论】：

感谢您的回答！看起来它应该可以正常工作，但我不知道为什么它不能正常工作。请看看我对 Edward Falk 回答的评论，我解释了还有什么问题。

【参考方案4】：

好的，首先，如果您想在 Android 上进行实际的惯性导航，那么您的工作已经完成。智能手机中使用的廉价小传感器不够精确。虽然，在小距离的内部导航方面已经完成了一些有趣的工作，例如在建筑物内。可能有关于你可以挖掘的主题的论文。谷歌“Motion Interface Developers Conference”，你可能会发现一些有用的东西——这是 Invensense 几个月前举办的一次会议。

第二，不，线性加速度在设备坐标中，而不是世界坐标中。你必须自己转换，这意味着知道设备的 3-d 方向。

您要做的是使用支持虚拟传感器 TYPE_GRAVITY 和 TYPE_LINEAR_ACCELERATION 的 Android 版本。您需要一个带有陀螺仪的设备才能获得相当准确和精确的读数。

在内部，系统结合了陀螺仪、加速度计和磁力计，以便为设备方向提供真实值。这有效地将加速度计设备拆分为重力和加速度分量。

所以您要做的是为 TYPE_GRAVITY、TYPE_LINEAR_ACCELERATION 和 TYPE_MAGNETOMETER 设置传感器侦听器。使用重力和磁力计数据作为 SensorManager 的输入。 getRotationMatrix() 以获取将世界坐标转换为设备坐标的旋转矩阵，反之亦然。在这种情况下，您需要“反之”部分。即通过将线性加速度输入乘以方向矩阵的转置，将其转​​换为世界坐标。

【讨论】：

我确实像你说的那样 - 我通过将旋转矩阵 R（来自getRotationMatrix() 提供的重力和磁场数据）和线性加速度矢量相乘获得了加速度矢量 A（在地球坐标系中） V（来自设备坐标系中的 lin.acc.sensor），如下所示：A=RV。但是我没有得到好的结果。我将手机放在站立位置（Y 轴向上）并上下移动。林。符合。传感器应指示 Y 轴上的运动，而转换后的矢量 - 在 Z 轴上。但我得到了vector V 和vector A。所以..？