CN102954803A - 自适应计步处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种计步处理系统及方法，通过将计步过程划分为搜索规则阶段和确定规则阶段，实现随使用者步行状态变化而自适应地计步的功能。计步处理初始默认进入搜索规则阶段，每当检测到步行信号满足搜索规则阶段的判定规则时，就将搜索规则计数器加一，当其累加到搜索规则计数器上限值时，将该上限值计入总计数器中，且自动进入确定规则阶段。进入到确定规则阶段后，每当检测到步行信号满足确定规则阶段的判定规则时，就将确定规则计数器和总计数器加一。其中用于确定各阶段判定规则的判定参数能随使用者步行状态变化做自适应调整。且当检测到步行信号满足重新搜索规则的要求时，便重新进入到搜索规则阶段。
Description
技术领域
本发明涉及一种个人计步处理技术，特别涉及使用加速度传感器等运动传感器检测使用者的一步的计步处理技术。
背景技术
以往的计步器，一般通过加速度传感器测量到的物理量(加速度)与规定阈值的比较来对使用者的一步进行检测。然而传感器探测到的除了行走信号还有由日常生活的运动引起的各种噪声，从而不能对步数进行精确的测量。当然可以通过设置一个预定的时间周期以避免由于噪声引起的误探测(JP 56-86309A和CN101354265A)，或者通过探测到特征点以预定次数连续输出时才将特征点计作步数(JP63-262784A和JP 3,017,529B)。
然而，加速度不仅仅由行走引起，还可以由日常生活中的运动引起。将行走的加速度从来自规则持续的加速度中区分出来是不可能的。而且不同的人，不同的运动状态下(快慢走，快慢跑，上下楼梯)探测到得步行信号的特征差别很大。此时，使用预定的恒定不变的阈值或者时间周期作为判定条件计数是不准确的。
现有一些计步器已经考虑到了行走周期改变的情况(CN1690662A)，使得在行走周期改变的情况下也能准确计数。但有些干扰信号也能呈现规律性的重复(周期性)。如坐在摇晃的车里。这样就难以区分是步行状态的变化还是由于干扰信号引起探测信号的周期改变。
发明内容
本发明是鉴于以上问题而做出的，其目的在于提供能够随使用者步行状态的变化而自适应地调整相应的判定参数从而实现不取决于使用者步行状态就能准确计数的功能的技术。
本发明的目的是通过如下措施来达到的。
一种计步处理系统，其特征在于，具有：
运动传感器单元，输出表示伴随运动而产生的物理量的信号；
特征点检测单元，对上述运动传感器单元的输出信号进行解析，检测周期性地显现在上述物理量的时间波形中的特征点；
搜索规则阶段判定单元，将由上述特征点检测单元检测到的特征点前一个采样点处的上述物理量的大小减去该特征点处的上述物理量的大小，得到的差值与预定精度进行比较，并且，判断上述特征点检测单元对于该特征点和在该特征点之前一个显现的特征点的检测定时之间的时间间隔是否在时间窗口范围内，将该时间间隔内的上述物理量的最大值与动态峰值阈值比较，将该时间间隔内的上述物理量的最大值和最小值之差与预定跨度进行比较，判定是否要对搜索规则阶段计数器进行计数；
确定规则阶段判定单元，判断上述特征点检测单元对于该特征点和在该特征点之前一个显现的特征点的检测定时之间的时间间隔是否在时间窗口范围内，将该时间间隔内的上述物理量的最大值与动态峰值阈值比较，将该时间间隔内的上述物理量的最大值和最小值之差与预定跨度进行比较，将由上述特征点检测单元检测到的特征点前一个采样点处的上述物理量的大小减去该特征点处的上述物理量的大小，得到的差值与预定精度进行比较，判定是否要对确定规则阶段计数器进行计数；
计数单元，在搜索规则阶段，对于由搜索规则阶段判定单元判定为一步的特征点，将搜索规则计数器加1，当搜索规则计数器达到搜索规则计数器上限值时，将该上限值加入总计数器中，搜索规则计数器清零；在确定规则阶段，关于由确定规则阶段判定单元判定为一步的特征点，将确定规则计数器和总计数器加1，当确定规则计数器达到判定参数更新步数时，确定规则计数器清零；当由搜索规则阶段或确定规则阶段重新进入搜索阶段时，搜索规则计数器和确定规则计数器都清零。
上述的计步处理系统，其特征在于，上述特征点是上述运动传感器单元的输出波形中具有这样特征的点，该特征点本身的上述物理量 的大小比动态阈值小，而其前一个采样点处的上述物理量的大小比动态阈值大。
上述的计步处理系统，其特征在于，上述运动传感器单元输出表示相互正交的三个轴向的上述物理量的分量的信号，在合成上述三个轴向的分量而得到的上述物理量的大小从大变小且跨过动态阈值下方的情况下，上述特征点检测单元检测作为上述特征点。
上述的计步处理系统，其特征在于，上述特征点检测单元在对上述运动传感器单元的输出信号进行模数转换和滤波之后再进行上述特征点的检测。
上述的计步处理系统，其特征在于，还设有阶段转换控制单元，该阶段转换控制单元控制搜索规则阶段和确定规则阶段之间的转换，以及是否重新进入搜索规则阶段，
上所述的计步处理系统，其特征在于，上述阶段转换控制单元功能是，在处于搜索规则阶段时，当搜索规则计数器达到其上限值时控制进入确定规则阶段；在处于搜索规则阶段或者确定规则阶段时，当满足重新搜索规则的要求时，控制重新进入搜索规则阶段。
上述的计步处理系统，其特征在于，满足上述重新搜索规则的要求的情况有：当处于搜索规则阶段或者确定规则阶段，有预定时间没有检测到满足搜索规则阶段或者确定规则阶段的判定规则的特征点时，或者有连续预定次数检测到的特征点都不满足搜索规则阶段或者确定规则阶段的判定规则时。
上述的计步处理系统，其特征在于，还设有判定参数更新控制单元，该判定参数更新控制单元保存上次更新到此次更新这段时间内的所有采样点的上述物理量的大小，当需要更新判定参数时，根据上述保存的值计算并更新判定参数的值。
上述的计步处理系统，其特征在于，上述判定参数包括动态阈值和动态峰值阈值。
上述的计步处理系统，其特征在于，当需要更新判定参数时，上述判定参数更新控制单元计算上述保存的所有采样点的上述物理量的大小的平均值作为动态阈值的更新值，将动态阈值的更新值与预定 跨度的一半的和作为动态峰值阈值的更新值。
上述的计步处理系统，其特征在于，上述判定参数更新控制单元更新判定参数的时刻是在由搜索规则阶段变为确定规则阶段时，重新进入搜索规则阶段时以及当处于确定规则阶段时，确定规则计数器达到预定的判定参数更新步数时。
上述的计步处理系统，其特征在于，上述物理量是加速度，并且，上述运动传感器单元是加速度传感器。
一种计步处理方法，其特征在于包括以下步骤：
感测由于人体行走产生的表示伴随运动而产生的物理量的信号并输出；
对上述信号进行解析，检测周期性地显现在上述信号波形中的特征点；
由标志位判断是进入搜索规则阶段还是确定规则阶段；
若标志位标志进入搜索规则阶段，使用搜索规则阶段的判定规则进行判定，即将由上述检测到的特征点前一个采样点处的上述物理量的大小减去该特征点处的上述物理量的大小，得到的差值与预定精度进行比较，并且，判断该特征点和在该特征点之前一个显现的特征点的检测定时之间的时间间隔是否在时间窗口范围内，将该时间间隔内的上述物理量的最大值与动态峰值阈值比较，将该时间间隔内的上述物理量的最大值和最小值之差与预定跨度进行比较，判定是否要对搜索规则阶段计数器进行计数；
若标志位标志进入确定规则阶段，使用确定规则阶段的判定规则进行判定，即判断上述特征点和在该特征点之前一个显现的特征点的检测定时之间的时间间隔是否在时间窗口范围内，将该时间间隔内的上述物理量的最大值与动态峰值阈值比较，将该时间间隔内的上述物理量的最大值和最小值之差与预定跨度进行比较，将由上述检测到的特征点前一个采样点处的上述物理量的大小减去该特征点处的上述物理量的大小，得到的差值与预定精度进行比较，判定是否要对确定规则阶段计数器进行计数；
由判定结果进行计数，在搜索规则阶段，对于由搜索规则阶段的 判定规则判定为一步的特征点，将搜索规则计数器加1，当搜索规则计数器达到搜索规则计数器上限值时，将该上限值加入总计数器中，更新判定参数，将标记位标记为确定规则阶段，且搜索规则计数器清零；在确定规则阶段，关于由确定规则阶段的判定规则判定为一步的特征点，将确定规则计数器和总计数器加1，当确定规则计数器达到预定的判定参数更新步数时，更新判定参数，且确定规则计数器清零。
上述的计步处理方法，其特征在于，还包括一个步骤，即保存上次更新到此次更新这段时间内的所有采样点的上述物理量的大小，当需要更新判定参数时，根据上述保存的值计算并更新判定参数的值。
上述的计步处理方法，其特征在于，上述判定参数包括动态阈值和动态峰值阈值，上述更新判定参数的方法是，计算上述保存的所有采样点的上述物理量的大小的平均值作为动态阈值的更新值，将动态阈值的更新值与预定跨度的一半的和作为动态峰值阈值的更新值。
上述的计步处理方法，其特征在于，当满足重新搜索规则的要求时，将更新判定参数，将标记位标记为搜索规则阶段，并将搜索规则计数器和确定规则计数器都清零。
上述的计步处理方法，其特征在于，满足上述重新搜索规则的要求的情况有：当处于搜索规则阶段或者确定规则阶段，有预定时间没有检测到满足搜索规则阶段或者确定规则阶段的判定规则的特征点时，或者有连续预定次数检测到的特征点都不满足搜索规则阶段或者确定规则阶段的判定规则时。
上述的计步处理方法，其特征在于，搜索规则阶段的判定规则比确定规则阶段的判定规则更为严格，如，与可容忍的连续出现不满足确定阶段的判定规则的特征点的次数相比，可容忍的连续出现不满足搜索阶段的判定规则的特征点的次数要更小。
本发明中对步数的判定同时涉及到了步行信号的周期和幅度，这就更好地排除了其他可能呈现周期性的干扰信号，这是因为干扰信号要同时满足时间上的周期重复和幅度大小要求的几率是很小的。且通过搜索规则阶段较为严格的判定规则，能比以往的方法更好地排除步行以外的其他干扰信号。而且本发明中的用于判定的判定参数是随着 步行过程动态更新的，这样无论被计步的使用者的步行速度(快走，慢走，快慢结合走，或者走走停停)和步行环境(上下坡，上下楼梯)如何，都能对其进行准确的计数。
附图说明
图1显示本发明的计步处理系统的基本构架方块示意图。
具体实施方式
图1显示本发明的计步处理系统的基本构架方块示意图。
图1显示本发明的计步处理系统的基本构架方块示意图，该计步处理系统可配备于人体例如腰间、手持、所穿着衣物上或携带的包袋内等。如图所示，该计步处理系统包括：运动传感器单元101，特征点检测单元102，搜索规则阶段判定单元103，确定规则阶段判定单元104，，计数单元105，阶段转换控制单元106和判定参数更新控制单元107。以下即对本发明的计步处理系统进行详细说明。
运动传感器单元101例如为三轴加速度传感器，用以感测当前时刻人体由于行走过程中人体的摆动而产生的加速度信号，并将所感测到的加速度信号输出。
特征点检测单元102对上述运动传感器单元的输出信号进行合成获得合成加速度并对其进行解析，检测周期性地显现在上述输出信号的时间波形中的特征点，需要注意的是：上述特征点检测单元在对上述合成加速度信号进行模数转换和滤波之后再进行上述特征点的检测。
搜索规则阶段判定单元103将由上述特征点检测单元检测到的特征点前一个采样点处的加速度的大小减去该特征点处的加速度的大小，得到的差值与预定精度进行比较，并且，判断上述特征点检测单元对于该特征点和在该特征点之前一个显现的特征点的检测定时之间的时间间隔是否在时间窗口范围内，将该时间间隔内的加速度的 最大值与动态峰值阈值比较，将该时间间隔内的加速度的最大值和最小值之差与预定跨度进行比较，判定是否要对搜索规则阶段计数器进行计数。
确定规则阶段判定单元104，判断上述特征点检测单元对于该特征点和在该特征点之前一个显现的特征点的检测定时之间的时间间隔是否在时间窗口范围内，将该时间间隔内的加速度的最大值与动态峰值阈值比较，将该时间间隔内的加速度的最大值和最小值之差与预定跨度进行比较，将由上述特征点检测单元检测到的特征点前一个采样点处的加速度的大小减去该特征点处的加速度的大小，得到的差值与预定精度进行比较，判定是否要对确定规则阶段计数器进行计数。
计数单元105，在搜索规则阶段，对于由搜索规则阶段判定单元判定为一步的特征点，将搜索规则计数器加1，当搜索规则计数器达到搜索规则计数器上限值时，将该上限值加入总计数器中，在确定规则阶段，关于由确定规则阶段判定单元判定为一步的特征点，将确定规则计数器和总计数器加1。
阶段转换控制单元106，该阶段转换控制单元控制搜索规则阶段和确定规则阶段之间的转换，以及是否重新进入搜索规则阶段。上述阶段转换控制单元功能是，在处于搜索规则阶段时，当搜索规则计数器达到其上限值时控制进入确定规则阶段；在处于搜索规则阶段或者确定规则阶段时，当满足重新搜索规则的要求时，控制重新进入搜索规则阶段。其中满足上述重新搜索规则的要求的情况有：当处于搜索规则阶段或者确定规则阶段，有预定时间没有检测到满足搜索规则阶段或者确定规则阶段的判定规则的特征点时，或者有连续预定次数检测到的特征点都不满足搜索规则阶段或者确定规则阶段的判定规则时。
判定参数更新控制单元107，该判定参数更新控制单元保存上次更新到此次更新这段时间内的所有采样点的加速度的大小，当需要更新判定参数时，根据上述保存的值计算并更新判定参数的值。上述判定参数包括动态阈值和动态峰值阈值。当需要更新判定参数时，上述判定参数更新控制单元计算上述保存的所有采样点的加速度的大小 的平均值作为动态阈值的更新值，将动态阈值的更新值与预定跨度的一半的和作为动态峰值阈值的更新值。上述判定参数更新控制单元更新判定参数的时刻是在由搜索规则阶段变为确定规则阶段时，重新进入搜索规则阶段时以及当处于确定规则阶段时，确定规则计数器达到预定的判定参数更新步数时。
通过本发明的计步处理系统执行本发明的计步处理方法的流程如图2所示。该计步处理方法包括如下实施步骤。
于步骤S201中，初始化各判定参数，各判定参数的初始值大致可由一般常人的行走特征确定，它的设定对于最初的计步有一定的影响，但是由于本发明有自适应的能力，因此对经过一定时间后计步的影响很小。将标志位置searching，表示初始默认进入搜索规则阶段。
于步骤S202中，读取步行信号数据。该步骤中应包括如下步骤：对加速度传感器的输出信号进行模数转换(如果加速度传感器的输出时模拟信号)，计算加速度传感器输出的合成加速度，对合成加速度信号进行滤波。
于步骤S203中，判断当前读取的信号数据是否是特征点。上述特征点是上述步行信号波形中具有这样特征的点，该特征点本身的加速度的大小比动态阈值小，而其前一个采样点处的加速度的大小比动态阈值大。
于步骤S204中，判断当前标志位是searching还是counting。其中searching表示目前处于搜索规则阶段，counting表示目前处于确定规则阶段。通过判断标志位，来决定是采用搜索阶段判定规则还是确定阶段判定规则对检测到的特征点进行判定。
于步骤S205中，判断当前检测当的特征点是否满足搜索规则阶段的判定规则，如果满足，则执行步骤S206，即将搜索规则计数器加1，然后执行步骤S207，即判断搜索规则计数器是否达到搜索规则计数器上限值时，若达到了上限值，就执行步骤S208，即将该上限值加入总计数器中，更新判定参数，将标记位标记为确定规则阶段，且搜索规则计数器清零；若不满足搜索规则阶段的判定规则，则执行步骤S213判定是否满足重新搜索规则的要求，以决定是否重新进入 搜索规则阶段。
于步骤S209中，判断当前检测当的特征点是否满足确定规则阶段的判定规则，如果满足，则执行步骤S210，即将确定规则计数器和总计数器都加1，然后执行步骤S211，即判断确定规则计数器是否达到判定参数更新步数，若已经达到，则执行步骤S212，即抽取从上次更新到当前时刻保存的信息的特征用来更新判定参数，确定规则计数器清零。若不满足确定规则阶段的判定规则，则执行步骤S213判断是否满足重新搜索规则的要求，以决定是否重新进入搜索规则阶段。
于步骤S213中，判断是否满足重新搜索规则的要求。当满足时，将更新判定参数，将标记位标记为搜索规则阶段，并将搜索规则计数器和确定规则计数器都清零；否则继续读取下一个步行信号数据。
须提出说明的是，在步骤S202中，每读取一个步行信号数据，都会将其保存起来，直到下一个判定参数更新时刻的到来，就删除掉原来保存的信息，然后继续保存接下来读取的步行信号数据。而这些保存起来的信号数据都将用于更新判定参数，上述判定参数包括动态阈值和动态峰值阈值，当需要更新时，计算上述保存的所有步行信号数据大小的平均值作为动态阈值的更新值，将动态阈值的更新值与预定跨度的一半的和作为动态峰值阈值的更新值。
此外，步骤S213判断是否满足重新搜索规则的要求，其中满足上述重新搜索规则的要求的情况有：当处于搜索规则阶段或者确定规则阶段，有预定时间没有检测到满足搜索规则阶段或者确定规则阶段的判定规则的特征点时，或者有连续预定次数检测到的特征点都不满足搜索规则阶段或者确定规则阶段的判定规则时。
Claims (6)
1.具有运动传感器单元和特征点检测单元，运动传感器输出表示伴随运动而产生的物理量的信号；特征点检测单元，对上述运动传感器单元的输出信号进行解析，检测周期性地显现在上述物理量的时间波形中的特征点。
2.如权利要求1所述的计步处理系统，其特征在于，上述特征点检测单元在对上述运动传感器单元的输出信号进行模数转换和滤波降低高频干扰之后再进行上述特征点的检测。
3.如权利要求1所述的计步处理系统，其特征在于，检测单元分为搜索规则阶段和确定规则阶段，还设有阶段转换控制单元，该阶段转换控制单元控制搜索规则阶段和确定规则阶段之间的转换，以及是否重新进入搜索规则阶段。
4.如权利要求1所述的计步处理系统，其特征在于，上述阶段转换控制单元功能是，在处于搜索规则阶段时，当搜索规则计数器达到其上限值时控制进入确定规则阶段；在处于搜索规则阶段或者确定规则阶段时，当满足重新搜索规则的要求时，控制重新进入搜索规则阶段。
5.如权利要求1所述的计步处理系统，其特征在于，可以自适应调整判定参数以使系统在不同的使用环境中提高精度，系统设有判定参数更新控制单元，该判定参数更新控制单元保存上次更新到此次更新这段时间内的所有采样点的上述物理量的大小，当需要更新判定参数时，根据上述保存的值计算并更新判定参数的值。
6.如权利要求1所述的计步处理方法，其特征在于包括以下步骤：
感测由于人体行走产生的表示伴随运动而产生的物理量的信号并输出；
对上述信号进行解析，检测周期性地显现在上述信号波形中的特征点；
由标志位判断是进入搜索规则阶段还是确定规则阶段；
若标志位标志进入搜索规则阶段，使用搜索规则阶段的判定规则 进行判定；
若标志位标志进入确定规则阶段，使用确定规则阶段的判定规则进行判定；
由判定结果进行计数，在搜索规则阶段，对于由搜索规则阶段的判定规则判定为一步的特征点，将搜索规则计数器加1，当搜索规则计数器达到搜索规则计数器上限值时，将该上限值加入总计数器中，更新判定参数，将标记位标记为确定规则阶段，且搜索规则计数器清零；在确定规则阶段，关于由确定规则阶段的判定规则判定为一步的特征点，将确定规则计数器和总计数器加1，当确定规则计数器达到预定的判定参数更新步数时，更新判定参数，且确定规则计数器清零。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130306 |