从设备坐标系到绝对坐标系的加速度

Question

从我的 Android 设备中，我可以读取一组线性加速度值（在设备的坐标系中）和一组绝对方向值（在地球坐标系中）。我需要的是在后一个坐标中获得线性加速度值。系统。

如何转换它们？

EDIT在阿里回复评论后：

好吧，如果我理解正确的话，当我测量线性加速度时，手机的位置完全无关紧要，因为读数是在地球坐标系中给出的。对吧？

但我刚刚做了一个测试，我将手机放在不同的位置，并在不同的轴上获得加速度。有 3 对图片 - 第一张显示我是如何放置设备的（对不起我的 Paint “大师技能”），第二张显示来自线性 acc 提供的数据的读数。传感器：

1. 设备放在左侧

1. 设备仰卧

1. 设备站立

现在 - 为什么在第三种情况下加速度发生在 Z 轴（而不是 Y），因为设备位置无关紧要？

Answer 1

我终于设法解决了！因此，要在地球坐标系中获得加速度矢量，您需要：

1. 从SensorManager.getRotationMatrix() （使用SENSOR.TYPE_GRAVITY 和SENSOR.TYPE_MAGNETIC_FIELD 传感器值作为参数）获取旋转矩阵（float[16] 以便稍后由android.opengl.Matrix 类使用），
2. 在旋转矩阵上使用android.opengl.Matrix.invertM() 来反转它（不是转置！），
3. 使用Sensor.TYPE_LINEAR_ACCELERATION 传感器获取线性加速度矢量（在设备的坐标系中），
4. 使用android.opengl.Matrix.multiplyMV() 将旋转矩阵乘以线性加速度向量。

你有它！我希望我能为别人节省一些宝贵的时间。

感谢 Edward Falk 和 Ali 的提示！！

Answer 2

根据@alex 的回答，这里是代码sn-p：

private float[] gravityValues = null;
private float[] magneticValues = null;

 @Override
    public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
        if ((gravityValues != null) && (magneticValues != null) 
            && (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER)) {

            float[] deviceRelativeAcceleration = new float[4];
            deviceRelativeAcceleration[0] = event.values[0];
            deviceRelativeAcceleration[1] = event.values[1];
            deviceRelativeAcceleration[2] = event.values[2];
            deviceRelativeAcceleration[3] = 0;

            // Change the device relative acceleration values to earth relative values
            // X axis -> East
            // Y axis -> North Pole
            // Z axis -> Sky

            float[] R = new float[16], I = new float[16], earthAcc = new float[16];

            SensorManager.getRotationMatrix(R, I, gravityValues, magneticValues);

            float[] inv = new float[16];

            android.opengl.Matrix.invertM(inv, 0, R, 0);
            android.opengl.Matrix.multiplyMV(earthAcc, 0, inv, 0, deviceRelativeAcceleration, 0);
           Log.d("Acceleration", "Values: (" + earthAcc[0] + ", " + earthAcc[1] + ", " + earthAcc[2] + ")");                

        } else if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_GRAVITY) {
            gravityValues = event.values;
        } else if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD) {
            magneticValues = event.values;
        } 
   }

Answer 3

According to the documentation你得到手机坐标系中的线性加速度。

您可以将任何矢量从手机坐标系转换为地球坐标系，方法是将其与旋转矩阵相乘。可以从getRotationMatrix()获取旋转矩阵。

（也许已经有一个函数为你做这个乘法，但我不做 Android 编程，我不熟悉它的 API。）

关于旋转矩阵的一个很好的教程是Direction Cosine Matrix IMU: Theory 手稿。祝你好运！

Answer 4

好的，首先，如果您想在 Android 上进行实际的惯性导航，那么您的工作已经完成。智能手机中使用的廉价小传感器不够精确。虽然，在小距离的内部导航方面已经完成了一些有趣的工作，例如在建筑物内。可能有关于你可以挖掘的主题的论文。谷歌“Motion Interface Developers Conference”，你可能会发现一些有用的东西——这是 Invensense 几个月前举办的一次会议。

第二，不，线性加速度在设备坐标中，而不是世界坐标中。你必须自己转换，这意味着知道设备的 3-d 方向。

您要做的是使用支持虚拟传感器 TYPE_GRAVITY 和 TYPE_LINEAR_ACCELERATION 的 Android 版本。您需要一个带有陀螺仪的设备才能获得相当准确和精确的读数。

在内部，系统结合了陀螺仪、加速度计和磁力计，以便为设备方向提供真实值。这有效地将加速度计设备拆分为重力和加速度分量。

所以您要做的是为 TYPE_GRAVITY、TYPE_LINEAR_ACCELERATION 和 TYPE_MAGNETOMETER 设置传感器侦听器。使用重力和磁力计数据作为 SensorManager 的输入。 getRotationMatrix() 以获取将世界坐标转换为设备坐标的旋转矩阵，反之亦然。在这种情况下，您需要“反之”部分。即通过将线性加速度输入乘以方向矩阵的转置，将其转​​换为世界坐标。