就在過去兩年中，運(yùn)動傳感技術(shù)已經(jīng)開始遍地開花——視頻控制臺、智能手機(jī)、電視遙控器和個(gè)人訓(xùn)練設(shè)備——就在我們給手機(jī)照片打上地理標(biāo)簽、玩視頻游戲以及通過電視機(jī)和有線電視機(jī)頂盒進(jìn)行頻道沖浪之時(shí)。這些東西知道我們身處何方、我們的目標(biāo)是什么、我們向哪里移動——上、下、四周和側(cè)面。使這些成為可能的是大量更小、更便宜和更快的新型傳感器。在經(jīng)過最佳集成后，它們能通過空間和時(shí)間精確地跟蹤我們的運(yùn)動。這些傳感器套件(加速度計(jì)、陀螺儀和磁力傳感器)在跟蹤運(yùn)動方面具有令人吃驚的能力，特別是與如今無所不在的GPS結(jié)合在一起之后。

　　但這些微型傳感器的潛力仍未被充分發(fā)掘，這里兩個(gè)簡單的原因。首先，提取出它們的數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)整合成精確可靠的指向和跟蹤信息是一種比大多數(shù)人想象的更具挑戰(zhàn)性的算法操作，經(jīng)常需要耗費(fèi)大量人力時(shí)間。其次，在硬件和應(yīng)用工程師之間有一個(gè)普遍(但錯(cuò)誤)的假設(shè)，即大多數(shù)傳感器提供相似的性能水平，因此通常來自傳感器的數(shù)據(jù)不能滿足他們的應(yīng)用需求。

　　一般集成進(jìn)消費(fèi)產(chǎn)品的運(yùn)動檢測傳感器包括3軸陀螺儀、3軸加速度計(jì)和3軸地磁傳感器。在運(yùn)動跟蹤和絕對方向方面每種傳感器都有自己固有的強(qiáng)項(xiàng)和弱點(diǎn)。最近，傳感器“融合”正在進(jìn)入廣大消費(fèi)產(chǎn)品，成為一種克服單種傳感器弱點(diǎn)的有效方法。傳感器融合是一種復(fù)雜的軟件，它將來自各種傳感器的輸入組合在一起，產(chǎn)生一個(gè)更加精確的運(yùn)動檢測結(jié)果。這種軟件通常包含復(fù)雜的算法，如果正確實(shí)現(xiàn)的話可以綜合考慮幾百個(gè)變量。

　　3軸加速度傳感器

　　加速度計(jì)通過測量給定直線軸向的彈簧上的力來檢測直線加速度和重力矢量。加速度計(jì)是第一種出現(xiàn)在大批量應(yīng)用中的MEMS傳感器，可以用來實(shí)現(xiàn)汽車中的氣囊部署、照相機(jī)中的圖像防抖和筆記本中的自由落體檢測等功能。任天堂的Wii游戲機(jī)是第一種引入加速度計(jì)作為用戶輸入設(shè)備的主要消費(fèi)產(chǎn)品，可以提供手勢識別、基本的運(yùn)動跟蹤和控制器定位等功能?，F(xiàn)在基于許多理由，加速度計(jì)已經(jīng)在智能手機(jī)和平板電腦中十分普及，包括檢測設(shè)備朝向、將屏幕從豎屏調(diào)整到橫屏然后再調(diào)整回來等功能。

　　加速度計(jì)在運(yùn)動跟蹤方面有兩個(gè)主要的缺點(diǎn)，即：

　　加速度計(jì)不能建立絕對或相對的航向。當(dāng)安裝在一個(gè)固定的設(shè)備中時(shí)，3軸加速度計(jì)可以測量單個(gè)加速度軸上的加速度。如圖1所示，當(dāng)處于固定狀態(tài)時(shí)，可以根據(jù)垂直重力加速度矢量計(jì)算出滾動和傾斜角度。然而，航向是圍繞Z軸得到的，無法從重力矢量計(jì)算出航向。因此，加速度計(jì)不能提供航向。

圖1：重力矢量和圍繞軸的航向、傾斜和滾動。

　　加速度計(jì)對運(yùn)動太過敏感，極易導(dǎo)致手的抖動。在短時(shí)間內(nèi)這是非常令人惱火的，因?yàn)樗馕吨鈽?biāo)或屏幕渲染的目標(biāo)也會抖動。幾分鐘以上的抖動將導(dǎo)致顯著的累積方向或位置誤差，特別是當(dāng)加速度計(jì)的噪聲與抖動在相同數(shù)量級時(shí)。目前廣泛使用的低成本消費(fèi)級加速度計(jì)的噪聲要比價(jià)格更高、體積更大、功耗更高的工業(yè)級加速度計(jì)大得多，如圖2所示。

圖2：消費(fèi)級和工業(yè)級加速度計(jì)噪聲

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