作者 | 木一@木亦有知 编辑 | 3D视觉开发者社区
IMU(inertia measurement unit)惯性传感器是指由3个加速度计和3个陀螺仪组成的组合单元，陀螺仪用来检测三个方向的角速度，加速度计用来检测三个方向的加速度。
根据IMU传感器能否相对于被检测物体进行旋转，IMU可以分为以下两类：stable platform system IMU和strapdown system IMU。
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stable platform system IMU
stable platform system之所以叫做stable platform，是因为加速度计和陀螺仪被固定在一个可旋转的平台上。如上图所示，当陀螺仪感受到被检测物体的角度旋转后，旋转的角度会反馈给马达，进行反向旋转补偿抵消角度的变化，从而使得传感器平台所处的平面不发生角度的变化。
因此stable system IMU可以采用以上的方式进行位置的计算。加速度计得到的信号在校正完重力影响后，积分可得到速度信息，再次积分后，可得到位置信息。
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strapdown system IMU
和stable platform system IMU最大的区别是此类IMU传感器被固定在需要检测的物体上，传感器平台所处的平面会发生角度的变化。
随着被检测物体的角度变化，加速度计检测的加速度变化也就不是初始状态下3个方向的加速度。故此类传感器需采用上图所示的方式进行位置的计算。通过陀螺仪实时积分出角度信息，用得到的角度信息对加速度信息进行坐标轴转换。在坐标轴转换后再进行重力影响校正，最后再两次积分得到位置信息。
相较于stable platform system IMU，strapdown system IMU减少了旋转部件以及驱动电机，大大降低了机械设计的难度，同时也获得了更小的尺寸和重量。因此strapdown system IMU获得了更广泛的应用。
IMU被广泛应用于消费电子，汽车电子，航空航天以及军事领域，用来进行方向/速度/位置检测。下面就2个方面具体展开IMU传感器的应用。
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IMU在自动驾驶中的应用
自动驾驶是建立在若干重要传感技术的基础上，这些传感器技术实现了高安全率和精确定位能力。例如：LIDAR(light detection and ranging)用于建立周围环境的精确3D图像；摄像头用于识别路标和检测颜色；高分辨率地图用于定位等等。上述每种技术都需要获得外部环境数据，并将数据提供给软件用于定位、识别和控制，这也就意味着在外部环境改变的时候它们的性能可能受到干扰。比如在经过隧道区域时，GPS的定位精度会急剧下降。
而IMU是通过对内置加速度计和陀螺仪的信号进行积分处理来实现定位功能，不受天气和其他环境条件的影响。例如：在城市峡谷或森林道路中，IMU不会受到多路径效应或信号衰减的影响。因此IMU的“独立性”使其成为自动驾驶中的关键技术之一。IMU数据与GNSS(global navigation satellite system)、视觉和其他探测测距系统融合，以填补GNSS更新之间的空隙，并在GNSS或其他传感器受到影响时进行短时导航。
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IMU在消费电子中的应用
在手机中，通常会加入IMU来感受手机的姿态。比如手机翻转亮屏，赛车游戏中通过倾斜手机来调整方向，这些交互的实现都应用了IMU传感器。
手持云台都内置有IMU，同时还配有 X、Y、Z 三个轴向的电机。通过IMU来检测手柄部分出现的抖动或者转动，在内置算法的控制下，手持云台通过电机反向旋转补偿抵消手柄部分抖动对录制画面造成的影响。
针对一些未加入电机的手机摄像头，也可以利用IMU侦测手机抖动的幅度来对成像进行动态修正（即EIS电子防抖）：只有位于取景框中心的画面才是有效内容，边缘部分的画面则被自动“剪裁”，需要注意的是，裁切的画面内容并没有被“丢掉”，相机APP会根据陀螺仪记录的手机姿态数据对摄像头的抖动进行反向补偿，而被剪裁掉的画面内容就是用于补偿的素材。很多手机的“手持超级夜景”，在没有三角架的情况下也能拍摄出更亮更具细节的夜景照片，就是IMU在电子防抖技术的一种应用。
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