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應(yīng)用先進(jìn)的傳感器和算法進(jìn)行低成本運(yùn)動(dòng)跟蹤

2513670 2022-11-28 | pdf | 264.55KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

高性能運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)已經(jīng)從深?yuàn)W的軍事、航空電子、海洋和工業(yè)應(yīng)用遷移到范圍不斷擴(kuò)大的消費(fèi)應(yīng)用中。盡管如此，將高性能運(yùn)動(dòng)跟蹤引入消費(fèi)市場(chǎng)通常會(huì)迫使設(shè)計(jì)人員協(xié)調(diào)相互沖突的目標(biāo)，尤其是在成本、功耗和計(jì)算資源方面。高性能運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)已經(jīng)從深?yuàn)W的軍事、航空電子、海洋和工業(yè)應(yīng)用遷移到范圍不斷擴(kuò)大的消費(fèi)應(yīng)用中。盡管如此，將高性能運(yùn)動(dòng)跟蹤引入消費(fèi)市場(chǎng)通常會(huì)迫使設(shè)計(jì)人員協(xié)調(diào)相互沖突的目標(biāo)，尤其是在成本、功耗和計(jì)算資源方面。然而，由于 MEMS 設(shè)計(jì)和制造工藝的進(jìn)步，新一代慣性測(cè)量單元 (IMU) 正在幫助設(shè)計(jì)人員提供更高水平的性能，同時(shí)減少妥協(xié)。然而，由于 MEMS 設(shè)計(jì)和制造工藝的進(jìn)步，新一代慣性測(cè)量單元 (IMU) 正在幫助設(shè)計(jì)人員提供更高水平的性能，同時(shí)減少妥協(xié)。在介紹新的 6 軸 IMU 之前，本文將概述設(shè)計(jì)問(wèn)題和權(quán)衡，該 IMU 有望從主機(jī)處理器卸載計(jì)算密集型操作。它還將討論新的計(jì)算分區(qū)策略，這些策略可幫助設(shè)計(jì)人員以顯著降低的系統(tǒng)功率水平實(shí)現(xiàn)更高水平的運(yùn)動(dòng)跟蹤精度。最后，將討論新的最優(yōu)估計(jì)算法和開(kāi)發(fā)套件，使開(kāi)發(fā)人員能夠構(gòu)建更高效的傳感器融合解決方案。在介紹新的 6 軸 IMU 之前，本文將概述設(shè)計(jì)問(wèn)題和權(quán)衡，該 IMU 有望從主機(jī)處理器卸載計(jì)算密集型操作。它還將討論新的計(jì)算分區(qū)策略，這些策略可幫助設(shè)計(jì)人員以顯著降低的系統(tǒng)功率水平實(shí)現(xiàn)更高水平的運(yùn)動(dòng)跟蹤精度。最后，將討論新的最優(yōu)估計(jì)算法和開(kāi)發(fā)套件，使開(kāi)發(fā)人員能夠構(gòu)建更高效的傳感器融合解決方案。傳感器性能權(quán)衡傳感器性能權(quán)衡通常，消費(fèi)類設(shè)備必須針對(duì)低成本進(jìn)行優(yōu)化。傳統(tǒng)上，使用 MEMS 運(yùn)動(dòng)感測(cè)的消費(fèi)類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員選擇在對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行進(jìn)一步處理之前，將加速度計(jì)和陀螺儀樣本從 IMU 流式傳輸?shù)綉?yīng)用處理器 (AP) 或傳感器集線器控制器。通常，消費(fèi)類設(shè)備必須針對(duì)低成本進(jìn)行優(yōu)化。傳統(tǒng)上，使用 MEMS 運(yùn)動(dòng)感測(cè)的消費(fèi)類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員選擇在對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行進(jìn)一步處理之前，將加速度計(jì)和陀螺儀樣本從 IMU 流式傳輸?shù)綉?yīng)用處理器 (AP) 或傳感器集線器控制器。然而，精確運(yùn)動(dòng)跟蹤需要大量計(jì)算資源才能與當(dāng)前可用的 6 軸和 9 軸 IMU 執(zhí)行傳感器融合。在這些應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員必須支持至少數(shù)百赫茲或更高的采樣率。設(shè)計(jì)人員一直在努力以低成本提供高水平的性能，同時(shí)又不使系統(tǒng)處理器過(guò)載和破壞用戶體驗(yàn)。然而，精確運(yùn)動(dòng)跟蹤需要大量計(jì)算資源才能與當(dāng)前可用的 6 軸和 9 軸 IMU 執(zhí)行傳感器融合。在這些應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員必須支持至少數(shù)百赫茲或更高的采樣率。設(shè)計(jì)人員一直在努力以低成本提供高水平的性能，同時(shí)又不使系統(tǒng)處理器過(guò)載和破壞用戶體驗(yàn)。設(shè)計(jì)人員面臨的另外兩個(gè)問(wèn)題是上市時(shí)間和最小化功耗。鑒于所有傳感器都會(huì)隨時(shí)間漂移，校準(zhǔn)是開(kāi)發(fā)高度準(zhǔn)確和一致的運(yùn)動(dòng)跟蹤子系統(tǒng)的關(guān)鍵。編寫(xiě)自動(dòng)校準(zhǔn)算法是一種選擇，但它所花費(fèi)的時(shí)間通常與消費(fèi)市場(chǎng)中常見(jiàn)的較短的上市時(shí)間窗口相沖突。隨著高性能跟蹤逐漸進(jìn)入便攜式和無(wú)線系統(tǒng)，系統(tǒng)功耗的限制提供了額外的障礙。開(kāi)發(fā)人員努力提供高精度運(yùn)動(dòng)跟蹤所需的大量計(jì)算資源，同時(shí)優(yōu)化電池壽命。設(shè)計(jì)人員面臨的另外兩個(gè)問(wèn)題是上市時(shí)間和最小化功耗。鑒于所有傳感器都會(huì)隨時(shí)間漂移，校準(zhǔn)是開(kāi)發(fā)高度準(zhǔn)確和一致的運(yùn)動(dòng)跟蹤子系統(tǒng)的關(guān)鍵。編寫(xiě)自動(dòng)校準(zhǔn)算法是一種選擇，但它所花費(fèi)的時(shí)間通常與消費(fèi)市場(chǎng)中常見(jiàn)的較短的上市時(shí)間窗口相沖突。隨著高性能跟蹤逐漸進(jìn)入便攜式和無(wú)線系統(tǒng)，系統(tǒng)功耗的限制提供了額外的障礙。開(kāi)發(fā)人員努力提供高精度運(yùn)動(dòng)跟蹤所需的大量計(jì)算資源，同時(shí)優(yōu)化電池壽命。最近的一些技術(shù)進(jìn)步有望使開(kāi)發(fā)人員的工作更加輕松。新的 6 軸 IMU 現(xiàn)在配備了先進(jìn)的矢量數(shù)字信號(hào)處理 (DSP) 協(xié)處理器，有望從主機(jī)處理器卸載計(jì)算密集型操作。與此同時(shí)，新的計(jì)算分區(qū)策略正在幫助設(shè)計(jì)人員以顯著降低的系統(tǒng)功率水平實(shí)現(xiàn)更高水平的運(yùn)動(dòng)跟蹤精度。最后，基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器理論的新最優(yōu)估計(jì)算法現(xiàn)在允許開(kāi)發(fā)人員構(gòu)建更高效的傳感器融合解決方案。最近的一些技術(shù)進(jìn)步有望使開(kāi)發(fā)人員的工作更加輕松。新的 6 軸 IMU 現(xiàn)在配備了先進(jìn)的矢量數(shù)字信號(hào)處理 (DSP) 協(xié)處理器，有望從主機(jī)處理器卸載計(jì)算密集型操作。與此同時(shí)，新的計(jì)算分區(qū)策略正在幫助設(shè)計(jì)人員以顯著降低的系統(tǒng)功率水平實(shí)現(xiàn)更高水平的運(yùn)動(dòng)跟蹤精度。最后，基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器理論的新最優(yōu)估計(jì)算法現(xiàn)在允許開(kāi)發(fā)人員構(gòu)建更高效的傳感器融合解決方案。智能IMU