IMU (инерциальный измерительный блок) — это один из распространенных датчиков, который предоставляет данные о движении в формате временных рядов. В этой статье мы рассмотрим его.
Введение
Датчики IMU (инерциальный измерительный блок) предоставляют данные временного ряда для задач распознавания человеческой деятельности, задач отслеживания и навигации и многого другого. В эпоху искусственного интеллекта такие дешевые и надежные датчики могут предоставить большой объем данных, поэтому их можно обобщить с помощью машинного/глубокого обучения, что приведет к множеству полезных идей в различных областях.
Где мы можем найти датчики IMU?
На самом деле почти везде!Начнем с наших смартфонов. Большинство смартфонов имеют внутри датчик IMU, который представляет собой технологию MEMS (микроэлектромеханическая система). Он также установлен во многих планшетных устройствах. IMU очень распространены в автомобильной и аэрокосмической промышленности, поскольку они позволяют лучше определять положение и ориентацию транспортного средства.
Общее описание
Инерциальные измерительные устройства — один из распространенных (но не единственных) датчиков в навигации. Он содержит акселерометр и гироскоп (иногда магнитометр, реже барометр). Первый отвечает за измерение ускорения, а второй — за измерение угловой скорости. Каждое измерение представлено в трехосной системе координат, поэтому в целом они вместе образуют 6-мерный поток временных рядов измерений.
Изображение предоставлено автором
Как это работает?
Итак, давайте разделим обсуждение на 4 части для 4 разных датчиков.
1. Акселерометр — это датчик, который измеряет удельную силу (масса тела нормализует силу). Он обеспечивает ускорение по осям x, y, z в пределах своей локальной системы отсчета.
2. Гироскоп – это датчик, который измеряет угловую скорость вокруг осей x, y и z в своей локальной системе отсчета. Как правило, измерения интегрируются для получения самого угла.
3. Магнитометр — это датчик, который измеряет магнитное поле Земли и определяет курс (компас — одно из таких устройств). Если он включен в IMU, мы обычно описываем его как «9-осевой IMU».
4. Барометр — это датчик, который измеряет атмосферное давление и может определять высоту.
Аполлон-11 ИДУ(Wiki)
Отслеживание отношений и ключевых слабых сторон
Одним из основных недостатков IMU является их накопленная ошибка при интеграции только с навигационными уравнениями для определения местоположения. Например, двойное интегрирование шумных ускорений может привести к неточным решениям о местоположении и, в конечном счете, к большим дрейфам. Поэтому многие приложения для отслеживания/навигации используют дополнительные датчики, такие как приемники и камеры GNSS. Эти датчики предоставляют информацию о местоположении с более низкой частотой и обеспечивают сброс накопленных ошибок.
Изображение предоставлено автором
Важное использование проблемы HAR в качестве данных датчика IMU.
Одним из известных наборов данных временных рядов является Human Activity Recognition, опубликованный в 2014 году, который содержит записанные сигналы IMU. Некоторые активные наборы помечаются и сохраняются с частотой 50 [Гц]. Он широко используется для оценки современных алгоритмов классификации временных рядов. Чтобы узнать больше, вы можете обратиться к оригинальной статье. Было создано множество алгоритмов для идентификации деятельности человека исключительно на основе сигналов IMU, поскольку это можно сформулировать как задачу классификации. Основным преимуществом использования распознавания сигналов IMU по сравнению с изображениями/видео и т. д. является небольшой размер данных. Это преимущество делает представление HAR-классификатора более компактным.
Резюме и личное заявление
IMU являются одними из распространенных датчиков в мире и используются практически повсеместно для различных задач. В 2021 году я основал компанию ALMA Tech, а в 2021 году — компанию ALMA Tech Co., Ltd., чтобы предоставлять навигационные решения только для IMU. Я приглашаю вас подписаться на нас в LinkedIn: https://woowowoo.LinkedIn.com/company/alma-specialty-Ltd/. Спасибо, за то что прочитали эту статью.