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本页目录

  • IMU 型号
  • 功能概述
  • 输出类型
  • 原始数据
  • 未校准
  • 已校准
  • 传感器提供的派生输出
  • IMU 参考系
  • imuExtrinsics
  • 工厂 IMU 校准
  • 噪声特性

IMU

本文档涵盖了 IMU 堆栈的硬件方面：
  • 跨平台使用的传感器
  • 支持的输出系列
  • IMU 与相机的对齐
  • 工厂校准
  • 噪声特性
有关流访问和 API 用法，请参阅 IMU 节点参考。有关可运行的管道，请使用 DepthAI 中的 IMU 示例。

IMU 型号

BNO08X family

9-axis sensor hub used on RVC2 devices, including raw and fused orientation outputs.

BMI270

6-axis accelerometer + gyroscope IMU used on RVC2 platforms as a raw inertial sensor path.

LSM6DSV

6-axis RVC4 IMU with accelerometer, gyroscope, and internal derived outputs.

AK09919

3-axis RVC4 companion magnetometer used when magnetic reference is needed.

功能概述

传感器轴数物理传感器磁力计传感器端派生输出传感器端绝对航向
BNO08X9加速度计、陀螺仪、磁力计是旋转矢量、游戏旋转矢量、地磁旋转矢量、重力、线性加速度是
BMI2706加速度计、陀螺仪否无作为传感器端融合定向输出暴露否
LSM6DSV6加速度计、陀螺仪否游戏旋转矢量、重力矢量、陀螺仪偏差否
AK099193磁力计是无否

输出类型

一个常见的混淆点是将所有 IMU 输出都当作是相同方式生成的。实际上，Luxonis 设备公开了多种 IMU 数据类别，并非所有数据都由相同的处理路径产生。

原始数据

这些是 IMU 本身报告的直接传感器输出，例如传感器原生坐标系中的加速度计、陀螺仪或磁力计采样。原始输出对于用户希望完全控制下游处理的情况很有用，例如在自定义滤波、SLAM、VIO 或主机端传感器融合管道中。

未校准

未校准输出是在应用了将它们对齐到 Luxonis 相机坐标约定的坐标系旋转后，从原始传感器流构建的：
  • +X 向右
  • +Y 向下
  • +Z 向前
因此，这些流仍然基于原始 IMU 测量，但在预期的设备对齐坐标系中表示。在此阶段不应用工厂内部校正。

已校准

已校准输出是在应用了以下内容后，从原始传感器流构建的：
  • 旋转到 Luxonis RDF 坐标系
  • 工厂内部校准项
  • 对确定性传感器误差（如偏差、比例因子误差、剪切/交叉轴项以及组装相关的缺陷，包括 IMU 与 PCB 之间微小的安装或焊接偏差）的补偿
当用户希望获得已针对已知硬件缺陷进行校正的运动数据时，推荐使用这些输出。
IMU 旋转和校准流程

传感器提供的派生输出

某些 IMU 直接从传感器的内部固件或融合引擎提供更高级别的输出。Luxonis 会按原样转发这些输出。这些包括：
  • 重力矢量
  • 线性加速度 / 重力补偿加速度
  • 旋转矢量 / 四元数输出
对于这些输出，Luxonis 不会手动从原始数据重建或重新校准。它们直接取自 IMU 的内部处理。

IMU 参考系

每个 IMU 封装都有其由供应商数据手册定义的本机传感器轴。这些轴不一定与 Luxonis 图像管道使用的相机坐标系匹配。Luxonis 使用校准中存储的 IMU 外参来将 IMU 数据对齐到相机坐标系。

imuExtrinsics

imuExtrinsics 是 IMU 坐标系与相机坐标系之间的刚性变换。实际上：
  • 对于加速度和角速度等矢量，使用变换的旋转部分
  • 对于完整的传感器几何，使用完整的 4x4 变换
实际上，在 IMU 坐标系中测量的矢量使用 imuExtrinsics 的旋转分量旋转到相机坐标系中。

工厂 IMU 校准

Luxonis 执行 IMU 堆栈的工厂校准，以补偿确定性传感器误差，包括：
  • 偏差
  • 比例因子误差
  • 交叉轴/剪切项
  • 组装相关的对齐缺陷
这与 imuExtrinsics 不同：内部 IMU 校准校正传感器本身，而外部校准将 IMU 坐标系与相机坐标系关联起来。

噪声特性

除了确定性校准外，Luxonis 还使用噪声参数来表征支持的 IMU 型号的随机行为。这些参数对于以下方面很有用：
  • VIO
  • EKF / UKF 管道
  • SLAM
  • 仿真
  • 协方差调优
  • Kalibr 等工具
这些参数不用于校正固定的硬件误差。相反，它们描述了测量噪声和随时间变化的偏差漂移。不同的工具使用不同的名称来表示相似的 IMU 噪声项。下表将常见的 IMU 术语映射到 Kalibr 的命名。
概念常见 IMU / Allan 项Kalibr 名称Luxonis 文档名称
加速度计白噪声VRWaccelerometer_noise_densityaccel_noise_density
加速度计偏差漂移偏差随机游走accelerometer_random_walkaccel_bias_random_walk
加速度计偏差稳定性偏差不稳定性-accel_bias_instability
陀螺仪白噪声ARWgyroscope_noise_densitygyro_noise_density
陀螺仪偏差漂移RRW / 偏差随机游走gyroscope_random_walkgyro_bias_random_walk
陀螺仪偏差稳定性偏差不稳定性-gyro_bias_instability
每个传感器的特征值记录在各个 IMU 页面上。