在世界坐标系中使用移动装置中的加速度计估计重力向量的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本文中揭示的标的物一般来说涉及用于测量重力向量的加速度计的使用。
[0002]加速度计(还被称作运动传感器)测量固有加速度，固有加速度为所述加速度计相对于自由下落(或惯性)经历的加速度。固有加速度与驻留于加速度计的参考坐标系中的质量块(proof mass)所经历的重量现象相关联。加速度计测量每单位质量块的重量--
还被称为比力(specific force)或重力的量。在概念上，加速度计表现为阻尼质量弹簧。当加速度计经历加速度时，质量块的位置相对于坐标系移位。测量位移以确定加速度。
[0003]回转仪(还被称作旋转传感器)测量惯性参考坐标系中的系统的角速度。通过将惯性参考坐标系中的系统的原始定向用作初始条件且对角速度求积分，可知道系统的当前定向。在概念上，回转仪为基于角动量守恒原理维持其定向的转动转子。此现象可用于在例如飞机及太空飞行器中的罗盘及稳定器等许多应用中测量及维持定向。
[0004]加速度计及回转仪已并入到多种消费型电子装置中。加速度计及回转仪的集成允许更准确且稳健的扩增实境(AR)应用、同时定位与绘制地图(SLAM)应用、计算机视觉应用、导航应用、稳定性控制应用，及广泛范围的其它应用。
[0005]对于上文提及的应用中的许多应用，例如，对于AR及计算机视觉应用，假设中的一者为:已知目标坐标系中的重力向量。目标坐标系的实例为将显示AR目标的坐标系。然而，此重力向量一般实际上未知，且一般响应于来自例如AR或SLAM应用等应用的请求而进行测量。对测量的准确性要求相当高(例如，小于一度)；否则，测量将不合用。较高准确性将导致更好地执行应用或更高要求的使用情况。用于测量目标坐标系中的重力向量的现有加速度计辅助技术通常归因于多个变换步骤(其中每一步骤可引入误差)中的误差累积而具有低准确性。
【发明内容】
[0006]一种位于移动装置内的加速度计用以估计世界坐标系中的目标平面上的重力向量。在一个实施例中，所述移动装置的处理器从所述加速度计接收多个测量。所述测量中的每一者是在所述移动装置静止地固持在所述目标平面上且所述移动装置的表面面向所述目标平面的平坦部分并接触所述平坦部分时进行。所述处理器计算所述测量的平均值，且从所述移动装置中的存储器检索加速度计坐标系与装置坐标系之间的旋转变换，其中所述装置坐标系与所述移动装置的所述表面对准。将所述旋转变换应用于所述经平均化的测量，以获得通过所述目标平面界定的世界坐标系中的所估计的重力向量。
[0007]在另一实施例中，一种移动装置包括:加速度计；存储器，其存储所述加速度计的坐标系与所述移动装置的坐标系之间的旋转变换；及处理器，其耦合到所述存储器及所述加速度计。所述处理器经配置以:从所述加速度计接收多个测量，所述测量中的每一者是在所述移动装置静止地固持在目标平面上且所述移动装置的表面面向所述目标平面的平坦部分并接触所述平坦部分时进行；计算所述测量的平均值；从所述存储器检索所述旋转变换，其中所述移动装置的所述坐标系与所述移动装置的所述表面对准；及将所述旋转变换应用于所述平均值以获得通过所述目标平面界定的世界坐标系中的所估计的重力向量。
[0008]在另一实施例中，一种计算机程序产品包括计算机可读媒体，所述计算机可读媒体包括用于进行以下操作的代码:从加速度计接收多个测量，所述测量中的每一者是在所述移动装置静止地固持在目标平面上且所述移动装置的表面面向所述目标平面的平坦部分并接触所述平坦部分时进行；计算所述测量的平均值；从所述移动装置中的存储器检索所述加速度计的坐标系与所述移动装置的坐标系之间的旋转变换，其中所述移动装置的所述坐标系与所述移动装置的所述表面对准；及将所述旋转变换应用于所述平均值以获得通过所述目标平面界定的世界坐标系中的所估计的重力向量。
[0009]在又一实施例中，一种移动装置包括:用于从加速度计接收多个测量的装置，所述测量中的每一者是在所述移动装置静止地固持在目标平面上且所述移动装置的表面面向所述目标平面的平坦部分并接触所述平坦部分时进行；用于计算所述测量的平均值的装置；用于从所述移动装置中的存储器检索所述加速度计的坐标系与所述移动装置的坐标系之间的旋转变换的装置，其中所述移动装置的所述坐标系与所述移动装置的所述表面对准；及用于将所述旋转变换应用于所述平均值以获得通过所述目标平面界定的世界坐标系中的所估计的重力向量的装置。
【附图说明】
[0010]图1为可实践本发明的实施例的移动装置的框图。
[0011]图2A及图2B说明图1的移动装置的侧视剖面的实例。
[0012]图3A、图3B、图3C及图3D说明估计重力向量所相对于的目标平面的实例。
[0013]图4为说明根据一个实施例的用于在世界坐标系中使用移动装置内的加速度计估计重力向量的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]词“示范性”或“实例”在本文中用以意味着“用作实例、例子，或说明”。本文中描述为“示范性”或描述为“实例”的任何方面或实施例未必应解释为相比其它方面或实施例优选或有利。
[0015]本发明的实施例提供一种用于使用例如移动电话等移动装置中的加速度计估计相对于目标平面的重力向量的方法。对于AR应用，目标平面为将显示AR目标的特征平面。目标平面可具有任何定向；例如，目标平面可与水平轴线对准，与垂直轴线对准，或相对于水平轴线或垂直轴线倾斜。此目标平面界定用于AR应用的世界坐标系。移动装置可用作用于估计或测量世界坐标系中的重力向量的便利工具。应了解，本文中描述的估计技术不限于AR应用；其适用于目标平面可为一特定平面的广泛范围的应用，相对于所述特定平面的重力向量为未知的且需要进行测量。
[0016]如本文中使用的术语“世界坐标系”、“跟踪坐标系”或“目标坐标系”是指具有通过目标平面界定的2-D坐标平面的坐标系。即，世界坐标系的χ-y (或x-z或y-ζ)坐标平面平行于目标平面。术语“加速度计坐标系”是指移动装置内的加速度计的坐标系。术语“装置坐标系”或“表面坐标系”是指具有通过移动装置的表面界定的2-D坐标平面的坐标系。在一个实施例中，移动装置可具有通过移动装置的一个表面(前表面或背表面)界定的仅一个装置坐标系。此表面被称作移动装置的“坐标表面”。对于前表面平行于背表面的移动装置，所述移动装置的前表面与背表面两者可为坐标表面。如果移动装置的前表面并非平行于背表面，那么仅移动装置的界定装置坐标系的一个表面(前表面或背表面)为坐标表面。在另一实施例中，移动装置可具有两个装置坐标系；一个装置坐标系是通过前表面界定，且另一装置坐标系是通过背表面界定。移动装置可选择前表面或背表面作为坐标表面。在一个实施例中，移动装置可经配置以从存储器检索两个旋转变换中的一者，以用于与前表面或背表面对准，其中所述两个旋转变换包含加速度计的坐标系与移动装置的前表面之间的第一变换，及加速度计的坐标系与移动装置的背表面之间的第二变换。
[0017]在一个实施例中，用户将移动装置的坐标表面稳固地放置在目标平面上，使得坐标表面平行于目标平面。在移动装置经稳固地放置且无运动时，所述移动装置内的加速度计进行一或多个测量。每一测量为加速度计坐标系中的所测量的重力向量。如果已知装置坐标系与加速度计坐标系之间的旋转变换，那么移动装置中的转换引擎可将重力测量从加速度计坐标系转换成装置坐标系。因为移动装置的坐标表面平行于目标平面，所以装置坐标系中的重力测量与世界坐标系中的重力测量相同。可在时间窗口内将重力测量平均化，以获得世界坐标系中的相对于目标平面的重力向量的准确估计。
[0018]在世界坐标系中测量的重力向量可用于AR、SLAM及各种其它应用。在一个实施例中，加速度计是在工厂加以校准，使得加速度计的坐标系与移动装置的表面对准。还可使用其它校准技术，例如用户执行的校准。对准结果为旋转变换，其可存储在移动装置的存储器中。因此，可将移动装置对准(校准)一次，且可将对准结果用于后续测量。
[0019]图1为说明可实践本发明的实施例的系统的框图。所述系统可为移动装置100，其可包含处理器110、存储器120、接口 160，及例如加速度计130及回转仪140等一或多个传感器。在一个实施例中，移动装置100可包含加速度计130与回转仪140两者；在替代性实施例中，移动装置100可仅包含加速度计130。应了解，移动装置100还可包含显示装置、用户接口(例如，键盘、触摸