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基于DSP的动作传感器信号的在线姿态解算及应用研究

作　者: 赵泽彪
导　师: 常丹华
学　校: 燕山大学
专　业: 电路与系统
关键词: 数字信号处理器姿态角手势识别姿态投影动态时间规整算法
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

姿态测量系统是利用惯性器件来测量载体姿态角的一种惯导系统，从军事导航、地理勘探、石油钻井平台到游戏设备、嵌入式装置等方面有着姿态的广泛应用。针对以往惯性器件较多、体积较大、不能很好的消除坐标误差以及姿态测量系统的实时性较差等不足，本文采用DSP技术，对集成一体化的加速度传感器和地磁传感器的动作信号完成信息的采集、存储、解算、补偿校正及姿态分析，系统发挥了DSP数据计算能力强和实时性好的优势，可初步实现载体姿态在线测量和分析，并将姿态角应用到手势识别中，实现了在线手势识别。首先，DSP通过扩展的异步串口电路进行动作传感器信号的接收，配置DSP的外部存储器接口(EMIFA)和配置CCS软件的.cmd文件进行信号的SDRAM存储；其次，对接收的信号进行格式处理和数据转换，再进行数据的滤波处理，使数据更加平滑和稳定。之后在DSP系统上实现姿态角的快速解算，并进行在线的姿态角补偿校正；再次，在DSP系统上进行在线手势识别研究。运用动态时间规整算法进行手势识别，并通过姿态投影，将匹配的失真距离集中在某一轴分量上，减少了算法匹配的影响因素，提高了手势识别率。另外，采用FLASH存储技术实现模板数据的快速存取，提高了算法识别的运行速度；最后，进行了姿态测试和手势识别实验。实验显示了在DSP系统上经过解算和校正的姿态角数据，结果显示姿态角测量值精度较高、数据稳定；在DSP系统上进行在线手势识别，识别结果通过VC++界面显示，结果表明识别速度快，识别准确率高，并对实验数据进行了姿态投影前后识别效果的对比，手势识别效果相比以往方法有显著的提高。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 姿态测量系统的研究现状及发展趋势  12-13
  1.3 动作姿态在手势识别中的应用  13-14
  1.4 本文研究内容  14-17
第2章系统的软硬件开发平台  17-29
  2.1 系统的硬件组成  17
  2.2 传感器采集模块  17-20
    2.2.1 AMI602 传感器  18-19
    2.2.2 CC1110 微处理器  19-20
  2.3 DSP 系统的硬件开发平台  20-24
    2.3.1 DSP 系统的硬件平台介绍  20-21
    2.3.2 TMS320DM642 芯片介绍  21
    2.3.3 DM642 片外存储空间的扩展  21-23
    2.3.4 串行通信接口的扩展  23-24
  2.4 DSP 系统的软件开发平台  24-27
    2.4.1 CCS 集成开发环境介绍  25-26
    2.4. 2 .cmd 文件的编写  26-27
  2.5 本章小结  27-29
第3章传感器信号的解算和校正  29-45
  3.1 信号的接收和存储  29-32
    3.1.1 信号的接收  29-30
    3.1.2 信号的存储  30-32
  3.2 数据的格式和预处理  32-36
    3.2.1 数据包格式  32-34
    3.2.2 数据类型转换和处理  34-35
    3.2.3 数据滤波处理  35-36
  3.3 姿态角的解算  36-39
    3.3.1 坐标系和姿态角的定义  36-37
    3.3.2 姿态角的解算过程  37-39
  3.4 姿态的误差分析和校正  39-43
    3.4.1 姿态角的误差来源分析  39-40
    3.4.2 姿态角的补偿和校正  40-43
  3.5 在 DSP 系统上实现姿态角的在线测量和校正过程  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第4章基于 DSP 的手势识别算法设计  45-60
  4.1 手势识别概述  45-47
    4.1.1 手势识别技术  45-46
    4.1.2 本文手势识别的总体流程  46-47
  4.2 端点检测  47-48
  4.3 动态时间规整(DTW)算法的基本原理  48-54
    4.3.1 相似度的测量计算  49
    4.3.2 动态时间规整算法  49-51
    4.3.3 改进的 DTW 算法  51-52
    4.3.4 DTW 算法在 DSP 系统上的实现  52-54
  4.4 动作姿态投影  54-56
    4.4.1 加速度姿态投影的方法原理  54-55
    4.4.2 投影公式的推导  55-56
  4.5 模板库的建立  56-59
    4.5.1 常见的模板训练方法介绍  56-57
    4.5.2 本文创建模板的方法和过程  57-59
  4.6 本章小结  59-60
第5章实验结果和分析  60-72
  5.1 姿态的解算和校正结果  60-64
    5.1.1 信号的预处理结果显示  60-61
    5.1.2 姿态角的校正结果  61-63
    5.1.3 姿态角的在线测量结果显示  63-64
  5.2 手势识别结果显示和分析  64-70
    5.2.1 在投影前后的三轴加速度值波形对比  64-67
    5.2.2 在投影前后的加速度值经过算法匹配的失真距离对比  67-68
    5.2.3 在线手势识别的结果显示  68-69
    5.2.4 识别结果  69-70
  5.3 本章小结  70-72
结论  72-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  78-79
致谢  79-80
作者简介  80

基于DSP的动作传感器信号的在线姿态解算及应用研究

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