[發(fā)明專利]一種實時頭部行為追蹤監(jiān)控系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810883399.0
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN109194912A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳彥楠
• 申請（專利權(quán)）人: 陳彥楠
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;H04N5/232;G01C21/16
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34107
• 代理人: 朱圣榮

1.一種實時頭部行為追蹤監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)包括主機和從機；

所述主機：設(shè)有獲取頭部轉(zhuǎn)動信息的6軸加速度計，所述6軸加速度計輸出感應信號至處理單元，所述處理單元輸出控制信號至從機；

所述從機：設(shè)有固定在機架上的攝像頭，以及驅(qū)動機架圍繞X軸轉(zhuǎn)動的舵機A、圍繞Y軸轉(zhuǎn)動的舵機B，所述攝像頭輸出視頻信號至主機，控制單元接收主機發(fā)出的控制信號，并輸出驅(qū)動信號至舵機A和舵機B，其特征在于：

所述主機的處理單元包括主機STM32主控芯片和主機無線射頻芯片，所述6軸加速度計輸出四元數(shù)信號至主機STM32主控芯片，所述主機STM32主控芯片輸出舵機所需PWM值信號至主機無線射頻芯片，所述主機無線射頻芯片輸出無線控制信號至從機；

所述從機的控制單元包括從機STM32主控芯片和從機無線射頻芯片，所述從機無線射頻芯片接收主機無線射頻芯片發(fā)出的無線控制信號，所述從機無線射頻芯片將舵機所需PWM值信號輸送至從機STM32主控芯片，所述從機STM32主控芯片分別輸出驅(qū)動信號至舵機A和舵機B。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時頭部行為追蹤監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述主機包括智能手機，所述從機設(shè)有AV轉(zhuǎn)WIFI模塊，所述智能手機通過WIFI信號與從機通信，所述攝像頭輸出的AV信號經(jīng)AV轉(zhuǎn)WIFI模塊輸送至智能手機。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實時頭部行為追蹤監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述主機STM32主控芯片和從機機STM32主控芯片均包括STM32穩(wěn)壓供電模塊，自定義按鍵，自定義指示燈，F(xiàn)lash芯片，USB轉(zhuǎn)串口TTL模塊，JTAG/SWD調(diào)試接口，STM32F103ZET6主控芯片；

所述穩(wěn)壓供電模塊：為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的3.3V直流電壓；

所述自定義按鍵：為模式選擇提供板載輸入口；

所述自定義指示燈：為系統(tǒng)狀態(tài)提供板載狀態(tài)提示；

Flash芯片：存儲需要掉電不丟失的數(shù)據(jù)；

USB轉(zhuǎn)串口TTL模塊：通過USB直接下載程序或通過串口調(diào)試；

JTAG/SWD調(diào)試接口：提供可以在線硬件仿真的接口；

STM32F103ZET6主控芯片：最小系統(tǒng)板核心，作為處理器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實時頭部行為追蹤監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述主機固定在可穿戴設(shè)備上。

5.基于如權(quán)利要求1-4中任一所述實時頭部行為追蹤監(jiān)控系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：

系統(tǒng)工作過程中，攝像頭采集信號后通過AV轉(zhuǎn)WIFI模塊輸出WIFI信號至智能手機，系統(tǒng)工作控制方法：

步驟1、6軸加速度計將實時獲得信號輸送至主機STM32主控芯片；

步驟2、主機STM32主控芯片將得到的歐拉角解析成舵機可用的PWM值，通過主機無線射頻芯片發(fā)送到從機；

步驟3、從機通過從機無線射頻芯片得到PWM值并給予從機STM32主控芯片；

步驟4、從機STM32主控芯片輸出PWM波至舵機，控制舵機轉(zhuǎn)動。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步驟1中，6軸加速度計將采集到的歐拉角通過四元數(shù)進行轉(zhuǎn)換后輸送至主機STM32主控芯片。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的控制方法，其特征在于：所述步驟1處理方法包括：

1)通過6軸加速度計得到某一時間點上頭部當前的XYZ方向上的加速度與角速度；

2)通過陀螺儀增益，陀螺儀靈敏度，陀螺儀零點中值以及角速度計算出XYZ方向上的角速度；

3)同時將加速度單位化，通過融合四元數(shù)的方式計算重力單位向量；

4)融合加速度與重力單位向量得到重力向量誤差；

5)通過融合上一次的Pi與重力向量誤差以及姿態(tài)修正常量，計算誤差積分修正量Pi；

6)融合重力向量誤差以及誤差積分修正量，再一次計算角速度；

7)重新加入陀螺儀零偏以及角速度計算四元數(shù)，隨后單位化；

8)將四元數(shù)轉(zhuǎn)換為歐拉角。