讨论0924

头部追踪系统

系统组成

耳机定位

在环境中部署若干个接收端，在左右耳机各部署一个发射端。两发射端发射不同的zc超声信号，接收端接收信号。参考GPS卫星定位的思想，每次都选择信号质量最好的三个接收端来计算与耳机的距离，然后根据三个距离用牛顿迭代解方程计算出耳机的位置（自己手写了牛顿迭代的代码解决了matlab里solve函数计算太慢的问题）。

存在的问题：
1. 计算距离时用相位好像比不用相位效果更差。因为不用相位的精度是声速除以采样率（96k）精度为3.5mm左右，但是用相位要把距离先对波长取整，而波长是8.5mm左右，虽然可以用相位进行补偿，但是实验看起来补偿效果不是太好，用相位的测得的距离波动更大一些。
2. 计算位置过程中因为每次都要选择三个信号最好的接收端，导致一旦接收端切换位置就可能会出现比较大的偏移。
头部动作识别

把头部的动作进行分类（目前分成了六类，分别是：前后移动，左右移动，上下移动，旋转，俯仰，倾斜），然后利用耳机的位置数据来判断头部正在做哪个动作。

采用LSTM作为分类模型，用左右耳机的轨迹完成头部动作分类。每秒对耳机定位10次，把两耳机2s的轨迹作为训练数据，因为每个耳机的位置是3维，所以构造特征维度为6长度为20的数据输入LSTM训练，六分类的平均准确率达到了97%以上。

构造了一个数据集，六类动作每一类大概1000条数据，训练LSTM的效果如下。
头部朝向计算

左右耳机的位置可以看成左右耳的位置，但是只知道两个点的坐标没办法计算出头部的朝向。我们知道头部的动作近似是围绕着脖子处的一个轴点进行的，有的动作会导致轴点位置改变（比如前后左右上下移动），而有的动作不会导致轴点位置改变（比如旋转俯仰倾斜）。

在第二步识别出头部动作的基础上，如果是转动类型的动作（旋转，俯仰，倾斜），则轴点不变，如果是移动类型的动作（前后移动，左右移动，上下移动），虽然轴点发生变化了，但是轴点与两耳的相对位置基本可以认为是不变的，所以可以直接根据两耳的位置推算出轴点的位置，这里暂时只考虑了这些简单动作，没考虑复杂的移动，比如低着头移动等。最后根据两耳位置和轴点位置即可得到头部的姿态。