人与计算机交互(hci)，或者更一般地，人机交互，专注于计算机技术的设计和使用以及用户和计算机之间的接口。hci依赖于对人类输入行为的灵敏、直观和准确的测量。鼠标、键盘和触摸屏是传统的输入设备，其需要用户的手动控制。某些输入设备(如microsoftkinect和leapmotioncontroller)能够在没有任何物理接触的情况下跟踪用户的身体和/或手势。
虚拟现实(vr)的最新进展将诸如oculusrift和htcvive的护目镜带入消费者市场。vr护目镜可以为用户创建身临其境的三维(3d)体验。用户可以通过转动头部环顾虚拟世界，就像在现实世界中环顾四周一样。
增强现实(ar)是另一个快速发展的领域。ar和vr之间的一个主要区别是ar在真实场景中实时操作，而不是仅在vr中计算机创建或记录的场景。在vr和ar两者中，系统知道用户正在查看的位置以及用户想要对预期目标采取的操作将非常有用。有效可靠的头部和眼睛跟踪将在这种情况下实现广泛的应用。
如今，自动驾驶车辆也处于前沿阶段。存在这样的情形，由于更新的道路/交通状况或驾驶模式变化等原因，处于其自主模式的汽车可能需要驾驶员的注意力。因此，持续地监视驾驶员正在观察哪里是重要的。
机器学习和人工智能(ai)可以在学习、建模和预测的循环中工作。快速直观地跟踪和确认用户的关注点以用于数据采集和确认的方式可以在此循环中发挥重要作用。
现有的头部和眼睛跟踪系统包括非常复杂的结构，其导致高成本，并且需要用户在校准和操作期间执行许多动作。
因此，需要没有上述缺点的头部和眼睛的运动与姿势跟踪系统以及用于校准和操作的一组工作流程。
1.一种被配置为跟踪头部运动的装置。该装置包括空间方位传感器和计算设备，该计算设备包括处理器和与处理器通信耦合的存储器。空间方位传感器被配置为在用户的头部绕第一轴的第一旋转期间产生第一输出，并且在用户的头部绕第二轴的第二旋转期间产生第二输出，第二轴与第一轴正交的。处理器被配置用于基于第一输出和第二输出确定头部和空间方位传感器之间的方位关系。
2.计算设备包括被配置为基于用户的输入确定计算设备的工作模式的工作模式协调器，其中工作模式是以下中的至少一个：头部校准、头部跟踪和姿势确定。
3.计算设备包括头部校准器，该头部校准器被配置为：获取空间方位传感器的第一输出；基于第一输出计算与第一轴对准的第一旋转向量；获取空间方位传感器的第二输出；基于第二输出计算与第二轴对准的第二旋转向量；基于第一旋转向量和第二旋转向量计算表示头部和空间方位传感器之间的方位关系的一个或多个参数。
4.计算设备包括头部跟踪器，该头部跟踪器被配置为：当头部处于初始方位时，获取空间方位传感器的初始输出；当头部处于最终方位时，获取空间方位传感器的最终输出；以及基于空间方位传感器的初始输出、空间方位传感器的最终输出以及头部和空间方位传感器之间的方位关系，检测从初始方位到最终方位的头部运动。
5.头部跟踪器还被配置为：将最终输出配置为空间方位传感器的新的初始输出；将最终方位配置为头部的新的初始方位，使得将来相对于新的初始方位检测头部运动。
6.计算设备包括姿势确定器，该姿势确定器被配置为：基于检测到的头部运动确定头部姿势，其中，当头部绕第三轴上下运动时，头部姿势是点头，当头部绕与第三轴正交的第四轴左右运动时，头部姿势是摇头，并且，当头部绕与第三轴和第四轴都正交的第五轴运动时，头部姿势是晃头。
7.计算设备包括指令生成器，该指令生成器被配置为基于所确定的头部姿势生成指令，其中该指令对应于用户对机器的输入。
8.由该装置测量的方位基于以下中的至少一个来表示：四元数、欧拉角和矩阵。
9.该装置能够安装到佩戴在头部上的设备上。
10.空间方位传感器是装置中的唯一的空间方位传感器。
镜头旋转可采用24BYJ48步进电机进行驱动，其核心功能：
1.长寿命，电机的寿命不低于1万小时，可长时间运转的减速电机。
2.耐高温，电机内置油可在-40°C至140°C的温度内正常运转，磁环不退磁。长时间运转外部温升控制在70°C~80°C。
3.抗干扰，电机不受电压电流大小或波形温度进行改变步距角，不受各种干扰因素影响丢步。由驱动板控制电机运转。
4.低噪音，电机运转声音低至35分贝以内，扭力小的情况下噪音更低，以实际测试和调整参数匹配。
5.提供需求、转速、扭力、图纸等可在线咨询定制索样。
东莞市博厚电机有限公司专业生产永磁式BYJ系列电机， 用于精准定位，自动瞄准与自动记录等自动化监控领域，品质保证是博厚生存之本。
