一种基于AHRS算法的动作识别装置及方法与流程

本申请涉及三维动态识别技术领域，尤其涉及一种基于ahrs算法的动作识别装置及方法。

背景技术：

随着计算机技术的飞速发展，与之相关的各种应用技术也大放异彩。其中，在三维动态识别技术领域，以计算机芯片作为基础，以各类传感器作为“触角”，加之数据传输技术的不断优化和革新，使得三维识别的门槛越来越低，识别的准确率也越来越高。

在当前的三维识别设备中，体感设备一直是社会大众热心关注的焦点。主流的体感设备如微软的kinect等多应用于主机或pc端，虽然在功能和性能指标上表现突出，但由于成本高且对硬件性能、功耗、使用环境的要求较高，不适用于手机、平板电脑等侧重简易和便携的平台。

基于此，需要提供一种更为便捷、适配性更好、价格更低且具有更高识别率的三维识别设备，成为本发明的目的。

技术实现要素：

本申请提供了一种基于ahrs算法的动作识别装置及方法，以解决现有的体感设备使用不够便捷、适配性差的问题。

本申请采用的技术方案如下：

本申请的第一方面，提供一种基于ahrs算法的动作识别装置，包括传感器模块和终端模块，所述传感器模块包括发送蓝牙单元、三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计以及数字运动处理器；所述终端模块包括信号处理单元和接收蓝牙单元；所述传感器模块设置在目标对象上，所述传感器模块与所述终端模块通过蓝牙连接；

所述传感器模块被配置为：通过利用所述三轴加速度仪、所述三轴陀螺仪以及所述三轴磁力计采集目标对象的传感器信息，并将所述传感器信息通过所述发送蓝牙单元发送至所述接收蓝牙单元；

所述终端模块被配置为：通过所述接收蓝牙单元接收所述传感器信息，采用ahrs算法对所述传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息。

可选的，所述传感器模块包括体感手环和体感腰带，所述体感手环和所述体感腰带上均设置有发送蓝牙单元、三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计以及数字运动处理器。

可选的，所述发送蓝牙单元和所述接收蓝牙单元均采用da14580蓝牙芯片。

可选的，所述终端模块还包括显示单元，所述显示单元用于将所述目标对象的姿态和运动方向的数据信息以三维立体图像动态显示。

可选的，所述传感器模块采用型号为mpu9250的传感器。

可选的，所述终端模块被进一步配置为：通过所述接收蓝牙单元接收所述传感器信息，采用ahrs算法并结合四元数算法以及卡尔曼滤波算法对所述传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息。

可选的，所述终端模块为智能手机、平板电脑或智能电视其中任意一种。

本申请的第二方面，提供一种基于ahrs算法的动作识别方法，采用上述任意一项所述的基于ahrs算法的动作识别装置，包括以下步骤：

传感器模块利用三轴加速度仪、三轴陀螺仪以及三轴磁力计采集目标对象的传感器信息；

传感器模块将传感器信息通过发送蓝牙单元发送至接收蓝牙单元；

接收蓝牙单元接收传感器信息，并将传感器信息传输至终端模块；

终端模块采用ahrs算法对传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息。

可选的，在所述终端模块采用ahrs算法对传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息的步骤中，还包括：

采用ahrs算法并结合四元数算法以及卡尔曼滤波算法对所述传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息。

可选的，在所述终端模块采用ahrs算法对传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息的步骤之后，还包括：

终端模块利用显示单元将所述目标对象的姿态和运动方向的数据信息以三维立体图像动态显示。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

本申请的基于ahrs算法的动作识别装置，包括传感器模块和终端模块，由于传感器模块与终端模块采用蓝牙传输数据，保证数据精确且功耗更低；传感器模块配置三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计以及数字运动处理器，数据采集更加全面和精细；终端模块通过ahrs算法对数据进行处理，降低了硬件配置包括芯片的门槛，使得本申请的适配性更好，能够兼容智能手机、平板电脑以及智能电视，从而使本申请更加便携；另外，da14580蓝牙芯片是目前公认的低功耗小体积蓝牙芯片；采用ahrs算法并结合四元数算法以及卡尔曼滤波算法对传感器信息进行数据处理，有利于保证识别精度；将目标对象的姿态和运动方向的数据信息以三维立体图像动态显示，进一步提升了三维动态识别的趣味性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请第一方面提供的一个实施例的结构示意图；

图2为本申请第一方面提供的另一个实施例的结构示意图；

图3为本申请第二方面提供的一个实施例的流程框图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，本申请第一方面提供的一个实施例的结构示意图，便于理解下述实施例的技术方案。

本申请的第一方面，提供一种基于ahrs算法的动作识别装置，包括传感器模块和终端模块，所述传感器模块包括发送蓝牙单元、三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计以及数字运动处理器；所述终端模块包括信号处理单元和接收蓝牙单元；所述传感器模块设置在目标对象上，所述传感器模块与所述终端模块通过蓝牙连接；

所述传感器模块被配置为：通过利用所述三轴加速度、所述三轴陀螺仪以及所述三轴磁力计采集目标对象的传感器信息，并将所述传感器信息通过所述发送蓝牙单元发送至所述接收蓝牙单元；

所述终端模块被配置为：通过所述接收蓝牙单元接收所述传感器信息，采用ahrs算法对所述传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息。

本实施例中，通过在传感器模块中设置三轴加速度、三轴陀螺仪、三轴磁力计，充分获取ahrs算法中所需数据，有利于保证算法的准确性；传感器模块与终端模块通过蓝牙连接，数据传输准确且功耗较低；数字运动处理器将三轴加速度、三轴陀螺仪、三轴磁力计采集的数据进行整合处理，形成发送蓝牙单元可发送的数据包，在传感器就对数据进行了初步处理，大大减轻了对终端模块的依赖，从而使本申请可广泛适配智能手机、平板电脑以及智能电视等设备。当然，这里所说的智能手机、平板电脑以及智能电视均具备处理芯片以及蓝牙模块，具备基本的数据处理能力和蓝牙收发功能。

可选的，所述传感器模块包括体感手环和体感腰带，所述体感手环和所述体感腰带上均设置有发送蓝牙单元、三轴加速度、三轴陀螺仪、三轴磁力计以及数字运动处理器。

本实施例中，由于现有的体感手环和体感腰带较为普及，成本较低，装配本申请所需要的发送蓝牙单元、三轴加速度、三轴陀螺仪、三轴磁力计以及数字运动处理器，比较经济实用。

可选的，所述发送蓝牙单元和所述接收蓝牙单元均采用da14580蓝牙芯片。

本实施例中，da14580蓝牙芯片是目前公认的小体积低功耗蓝牙芯片，采用此芯片更加有利于本申请的便携性。

可选的，所述终端模块还包括显示单元，所述显示单元用于将所述目标对象的姿态和运动方向的数据信息以三维立体图像动态显示。

参见图2，本实施例中，为了实现可视化，将目标对象的姿态和运动方向的数据信息以三维立体图像在显示单元上进行动态显示，有利于增加设备的交互性，同时也增添本申请的趣味性。

可选的，所述传感器模块采用型号为mpu9250的传感器。

本实施例中，型号为mpu9250的传感器作为一种低功耗传感器被普遍采用，可以获取传感芯片的加速度、角速度、以及磁力值。角速度可以知芯片的转动速度，加速度可以知道芯片运动的距离、速度情况，而磁力计可以知道物芯片的运动方向。mpu9250芯片内置dmp姿态融合器，可以在不涉及算法的情况下，直接读取出描述物体状态的四元数，从而得出物体的三维角度--航向角、翻滚角、俯仰角。

可选的，所述终端模块被进一步配置为：通过所述接收蓝牙单元接收所述传感器信息，采用ahrs算法并结合四元数算法以及卡尔曼滤波算法对所述传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息。

本实施例中，在ahrs算法的基础之上，结合四元数算法以及卡尔曼滤波算法，可使传感器信息数据的计算和调校更加精确。

可选的，所述终端模块为智能手机、平板电脑或智能电视其中任意一种。

本实施例中，由于当前智能手机、平板电脑或智能电视均具备处理芯片以及蓝牙模块，也就具备基本的数据处理能力和蓝牙收发功能，能够满足本申请对终端模块的硬件要求，故本实施例直接给出了本申请的适配范围，弥补了当前体感设备严重依赖硬件的不足。

参见图3，为本申请第二方面提供的一个实施例的流程框图。便于理解下述实施例的技术方案。

本申请的第二方面，提供一种基于ahrs算法的动作识别方法，采用上述任意一项所述的基于ahrs算法的动作识别装置，包括以下步骤：

s1001，传感器模块利用三轴加速度仪、三轴陀螺仪以及三轴磁力计采集目标对象的传感器信息；

s1002，传感器模块将传感器信息通过发送蓝牙单元发送至接收蓝牙单元；

s1003，接收蓝牙单元接收传感器信息，并将传感器信息传输至终端模块；

s1004，终端模块采用ahrs算法对传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息。

可选的，在所述终端模块采用ahrs算法对传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息的步骤中，还包括：

采用ahrs算法并结合四元数算法以及卡尔曼滤波算法对所述传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息。

可选的，在所述终端模块采用ahrs算法对传感器信息进行处理，计算获得目标对象的姿态和运动方向的数据信息的步骤之后，还包括：

终端模块利用显示单元将所述目标对象的姿态和运动方向的数据信息以三维立体图像动态显示。

本申请的基于ahrs算法的动作识别装置，包括传感器模块和终端模块，由于传感器模块与终端模块采用蓝牙传输数据，保证数据精确且功耗更低；传感器模块配置三轴加速度仪、三轴陀螺仪、三轴磁力计以及数字运动处理器，数据采集更加全面和精细；终端模块通过ahrs算法对数据进行处理，降低了硬件配置包括芯片的门槛，使得本申请的适配性更好，能够兼容智能手机、平板电脑以及智能电视，从而使本申请更加便携；另外，da14580蓝牙芯片是目前公认的低功耗小体积蓝牙芯片；采用ahrs算法并结合四元数算法以及卡尔曼滤波算法对传感器信息进行数据处理，有利于保证识别精度；将目标对象的姿态和运动方向的数据信息以三维立体图像动态显示，进一步提升了三维动态识别的趣味性。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。