CN104939835B - 步角测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种步角测量方法和装置，属于惯性测量领域。所述方法包括：对于被测目标的每一个运动周期，获取所述被测目标在所述运动周期内的第一方向，所述第一方向用于表示所述被测目标所指的方向；获取所述被测目标在所述运动周期内的第二方向，所述第二方向用于表示所述被测目标在所述运动周期内的行进方向；根据所述第一方向和所述第二方向，获取所述被测目标在所述运动周期内的步角。本发明测量的步角可以直观地表示该第一方向与实际行进方向之间的夹角，且并未引入该被测目标的其他的姿态变化因素，大大提高了步角测量的准确度。

Description

步角测量方法和装置

技术领域

本发明涉及惯性测量领域，特别涉及一种步角测量方法和装置。

背景技术

在医疗检查和步态矫正领域，经常会需要测量步角，步角是指被测目标在落地时所指的方向与行进方向之间的夹角。在测量步角时，可以先为被测目标规定一个行进方向，让被测目标沿着该规定的行进方向移动，得到运动轨迹后，根据该运动轨迹可以确定被测目标在每一次落地时所指的方向与该规定的行进方向之间的夹角，即为步角。如测量人脚的步角时，让人脚沿着一条指向北方的直线移动，获取人脚落地时的脚印，如果人脚一次落地时的脚印指向北偏东30°时，可以确定本次落地时的步角为30°。

测量步角时可以使用惯性测量，惯性测量是指利用陀螺、加速度计等惯性敏感元件，实时测量与惯性敏感元件固定连接的被测目标相对于地面运动的角速度、加速度等运动参数，从而根据速度公式、距离公式以及角度公式等计算被测目标的运动轨迹，根据该运动轨迹得到被测目标的步角。

在申请日为2012年7月25日、申请号为201210268628.0的中国专利《一种三维人体步态定量分析系统和方法》提供了下述步角测量的方法：为被测目标规定一个行进方向，让被测目标沿着规定的行进方向移动，且被测目标每结束一个运动周期发生一次停车（即静止），当停车到达一定时长时，开始下一个运动周期；对于每个运动周期，利用被测目标上固定连接的陀螺，按照预设的采样周期获取被测目标的运动参数，得到被测目标在该运动周期内的每个采样周期的运动参数，根据获取到的运动参数，计算出用于表示被测目标在每个采样周期的姿态的角度测量值，将得到的角度测量值投影至被测目标落地时所在的行进平面上，以得到被测目标与该规定的行进方向之间的平面角度测量值，从得到的多个平面角度测量值中选取最大值和最小值，将最大值和最小值之差作为被测目标在该运动周期内的步角。

当前的测量步角方法以该角度测量值的最大值与最小值之间的差作为步角，不能直观的体现实际步角的大小，因此，测量的准确度较低。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种步角测量方法和装置。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种步角测量方法，所述方法包括：

对于被测目标的每一个运动周期，获取所述被测目标在所述运动周期内的第一方向，所述第一方向用于表示所述被测目标所指的方向；

获取所述被测目标在所述运动周期内的第二方向，所述第二方向用于表示所述被测目标在所述运动周期内的行进方向；

根据所述第一方向和所述第二方向，获取所述被测目标在所述运动周期内的步角。

第二方面，提供了一种步角测量装置，所述装置包括：

第一方向获取模块，用于对于被测目标的每一个运动周期，获取所述被测目标在所述运动周期内的第一方向，所述第一方向用于表示所述被测目标所指的方向；

第二方向获取模块，用于获取所述被测目标在所述运动周期内的第二方向，所述第二方向用于表示所述被测目标在所述运动周期内的行进方向；

步角获取模块，用于根据所述第一方向和所述第二方向，获取所述被测目标在所述运动周期内的步角。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的方法和装置，通过获取该被测目标在该运动周期内的第一方向和第二方向，该第一方向表示该被测目标在获取该第一方向这一时刻所指的方向，该第二方向表示该被测目标在该运动周期的实际行进方向，根据该第一方向和该第二方向，获取该被测目标在该运动周期内的步角，该步角可以直观地表示该第一方向与实际行进方向之间的夹角，且并未引入该被测目标的其他的姿态变化因素，大大提高了步角测量的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种步角测量方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种步角测量方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的人脚的长轴所在的竖直平面示意图；

图4是本发明实施例提供的获取步角的示意图；

图5是本发明实施例提供的步角修正示意图；

图6是本发明实施例提供的一种步角测量装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的一种步角测量方法的流程图，参见图1，该方法包括：

101、对于被测目标的每一个运动周期，获取该被测目标在该运动周期内的第一方向，该第一方向用于表示该被测目标所指的方向。

102、获取该被测目标在该运动周期内的第二方向，该第二方向用于表示该被测目标在该运动周期内的行进方向。

103、根据该第一方向和该第二方向，获取该被测目标在该运动周期内的步角。

本发明实施例提供的方法，通过获取该被测目标在该运动周期内的第一方向和第二方向，该第一方向表示该被测目标在获取该第一方向这一时刻所指的方向，该第二方向表示该被测目标在该运动周期的实际行进方向，根据该第一方向和该第二方向，获取该被测目标在该运动周期内的步角，该步角可以直观地表示该第一方向与实际行进方向之间的夹角，且并未引入该被测目标的其他的姿态变化因素，大大提高了步角测量的准确度。

可选地，获取该被测目标在该运动周期内的第一方向包括：

获取该被测目标在该运动周期的开始时刻的姿态；

根据该开始时刻的姿态，确定该被测目标在该开始时刻所指的方向；

将该开始时刻所指的方向作为该被测目标的第一方向。

可选地，获取该被测目标在该运动周期内的第一方向包括：

获取该被测目标在该运动周期的结束时刻的姿态；

根据该结束时刻的姿态，确定该被测目标在该结束时刻所指的方向；

将该结束时刻所指的方向作为该被测目标的第一方向。

可选地，根据该第一方向和该第二方向，获取该被测目标在该运动周期内的步角包括：

计算该第一方向与该第二方向之间的夹角，将该夹角作为该被测目标在该运动周期内的步角。

可选地，获取该被测目标在该运动周期内的第二方向包括：

获取该被测目标在该运动周期的开始时刻的位置和结束时刻的位置；

根据该开始时刻的位置和该结束时刻的位置，获取该被测目标在该运动周期内的行进向量；

将该行进向量的方向作为该第二方向。

可选地，根据该开始时刻的位置和该结束时刻的位置，获取该被测目标在该运动周期内的行进向量包括：

将该开始时刻的位置作为向量的起点，将该结束时刻的位置作为向量的终点，得到该被测目标在该运动周期内的行进向量。

可选地，获取该被测目标在该运动周期的开始时刻的位置和结束时刻的位置包括：

获取该被测目标在该运动周期的开始时刻的位置；

基于该开始时刻的位置，根据该被测目标在该运动周期内多个采样周期的运动参数，计算该被测目标在该运动周期的结束时刻的位置。

可选地，基于该开始时刻的位置，根据该被测目标在该运动周期内多个采样周期的运动参数，计算该被测目标在该运动周期的结束时刻的位置包括：

根据该开始时刻的位置和该被测目标在该运动周期内多个采样周期的运动参数，计算该被测目标在该运动周期内第一个采样周期的终止位置；

基于该被测目标在该运动周期内第一个采样周期的终止位置，以该被测目标在上一个采样周期的终止位置为下一个采样周期的初始位置，计算该被测目标在该运动周期内多个采样周期的终止位置；

将该被测目标在该运动周期内最后一个采样周期的终止位置作为该被测目标在该运动周期的结束时刻的位置。

可选地，根据该第一方向和该第二方向，获取该被测目标在该运动周期内的步角之后，该方法还包括：

对该被测目标在每一个运动周期内的步角进行统计，得到该被测目标运动过程中的步角统计数据。

可选地，对该被测目标在每一个运动周期内的步角进行统计，得到该被测目标运动过程中的步角统计数据包括：

对该被测目标在每一个运动周期内的步角进行求平均值计算，得到该被测目标运动过程中的步角平均值；或，

分析该被测目标在每一个运动周期内的步角的分布，得到该被测目标运动过程中的步角变化曲线；或，

根据该被测目标在每一个运动周期内的步角，确定该被测目标运动过程中步角的最大值和最小值。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

图2是本发明实施例提供的一种步角测量方法的流程图，参见图2，该方法包括：

201、对于被测目标的每一个运动周期，获取该被测目标在该运动周期内的第一方向。

其中，该被测目标可以为人脚、机器人脚、动物脚等按步运动的目标，在运动过程中，该被测目标会从停车（即静止）到起步到再次停车。运动周期是指被测目标在两次停车之间的运动区间，在被测目标运动过程中，具有多个运动周期，该被测目标每结束一个运动周期发生一次停车，当停车到达一定时长时，再开始下一个运动周期。对于两个相邻的运动周期来说，前一个运动周期的结束点即为后一个运动周期的停车的起始点，记为该后一个运动周期的停车时刻。如，以人脚的步角测量场景为例，人脚按步移动，人脚从静止到起步到再次静止之间的运动区间可以看做步角测量的一个运动周期，而静止即可以看做停车。

另外，该被测目标固定连接陀螺、加速度计等传感设备，根据该传感设备可以实时测量该被测目标的角速度、加速度等运动参数，根据测量的角速度可以获取该被测目标的姿态，以便后续根据该被测目标的姿态确定该被测目标当前所指的方向，该方向可以用向量的形式表示。

以下将对根据该被测目标的角速度获取该被测目标的姿态的过程进行说明：

以第n个采样周期为例，第n-1个采样周期的姿态为T_n-1。ΔT_n-1为第n-1个采样周期的姿态变化。其中，T_n-1=（α_n-1，β_n-1，_γn-1）。第n个采样周期的姿态为T_n。

[Δα_n-1Δβ_n-1Δγ_n-1]=[ω_x,n-1ω_y,n-1ω_z,n-1]*dt

ΔT_n-1=f([ΔαΔβΔγ])

T_n=T_n-1*ΔT_n-1

其中，ω表示角速度，ω_x,n-1表示n-1时刻的ω的x轴分量，ω_y,n-1表示n-1时刻的ω的y轴分量，ω_z,n-1表示n-1时刻的ω的z轴分量；dt是采样周期，f(x)用于表示姿态矩阵，可以看做是三轴姿态角变化的函数。

可选地，该被测目标固定连接三轴加速度计和三轴陀螺。以三轴加速度计为例，三轴加速度计包括三个敏感轴：X轴、Y轴和Z轴，通过三轴加速度计可以采集任一敏感轴所测量到的加速度。为了获取该被测目标的加速度，需要将三轴加速度计的其中一个敏感轴指向该被测目标所指的方向，即让其中一个敏感轴的方向与该被测目标所指的方向平行。同理地，将陀螺的其中一个敏感轴指向该被测目标所指的方向。

仍以人脚的步角测量场景为例，人脚所指的方向可以人脚的长轴方向表示，将人脚与三轴加速度计固定连接，使得三轴加速度计中的X轴（或Y轴或Z轴）指向人脚的长轴方向，以采集人脚的加速度。其中，人脚的长轴是指人脚在左右滚动时所围绕的对称轴，人脚的长轴方向是指沿着人脚的长轴由人脚脚跟指向人脚脚趾的方向。

在本发明实施例中，该第一方向为获取该第一方向这一时刻该被测目标所指的方向。具体地，获取该被测目标在该运动周期内的第一方向包括但不限于下述步骤201a和201b中的任一项：

201a、对于被测目标的每一个运动周期，获取该被测目标在该运动周期的开始时刻的姿态，根据该开始时刻的姿态，确定该被测目标在该开始时刻所指的方向，将该开始时刻所指的方向作为该被测目标的第一方向。

以根据该开始时刻的姿态获取该第一方向为例，对于该被测目标的每一个运动周期，获取该被测目标在该运动周期的开始时刻的姿态，根据该开始时刻的姿态，确定该被测目标在该开始时刻所指的方向，将该开始时刻所指的方向作为该第一方向。

其中，该被测目标的姿态以该被测目标在地球坐标系内X、Y和Z轴上的角度表示，则根据在该运动周期的开始时刻，该被测目标在X、Y和Z轴上的角度在该被测目标的行进平面上的投影，可以确定该被测目标在该开始时刻所指的方向。

201b、对于被测目标的每一个运动周期，获取该被测目标在该运动周期的结束时刻的姿态，根据该结束时刻的姿态，确定该被测目标在该结束时刻所指的方向，将该结束时刻所指的方向作为该被测目标的第一方向。

以根据该结束时刻的姿态获取该第一方向为例，对于该被测目标的每一个运动周期，获取该被测目标在该运动周期的结束时刻的姿态，根据该结束时刻的姿态，确定该被测目标在该结束时刻所指的方向，将该结束时刻所指的方向作为该第一方向。与开始时刻类似，根据在该运动周期的结束时刻，该被测目标在X、Y和Z轴上的角度在该被测目标的行进平面上的投影，可以确定该被测目标在该结束时刻所指的方向。

对于该被测目标的一个运动周期来说，该被测目标在该运动周期的开始时刻的姿态和结束时刻的姿态差别并不是很大。因此，可以根据该被测目标在该运动周期的开始时刻的姿态获取该第一方向，也可以根据该被测目标在该运动周期的结束时刻的姿态获取该第一方向。

需要说明的是，本发明实施例中，由于敏感轴的方向与该被测目标所指的方向平行，根据敏感轴的方向即可确定该被测目标所指的方向，从而确定该第一方向。但在实际应用过程中，敏感轴的方向与被测目标所指的方向却很难完全平行，此时就需要根据敏感轴的方向与该被测目标所指的方向之间的角度关系，获取该被测目标所指的方向。

可选地，确定该被测目标的行进平面，将敏感轴投影至该行进平面，将该敏感轴在该行进平面上的投影的方向确定为该被测目标所指的方向。其中，该被测目标的行进平面是指该被测目标运动过程中发生停车时所在的平面，如人脚在静止时所在的地面。该行进平面一般为水平面，当该行进平面不是水平面时，可以默认该行进平面为水平面，直接将该敏感轴投影至水平面，或者根据该行进平面与水平面之间的坐标变换关系，将敏感轴投影至该行进平面。

图3为人脚的长轴所在的竖直平面示意图，参见图3，人脚的行进平面为水平面，人脚的行进方向向右，当人脚固定连接传感设备时，传感设备的敏感轴的方向可能会指向右下方，虽然敏感轴所在的竖直平面与人脚的长轴所在的竖直平面共面，但是敏感轴的方向与人脚所指的方向并不相同，此时可以将敏感轴投影至该行进平面，将该敏感轴在该行进平面上的投影的方向确定为人脚所指的方向。

在本发明实施例中，为了减小计算量，该步骤201可以由以下步骤代替：对于该被测目标的每一个运动周期，将该第一方向设置为预设方向。由于所测量的步角为该第一方向与该第二方向之间的夹角，是一个相对值，因此，可以直接将该第一方向设置为预设方向，而无需获取绝对的第一方向。当后续计算得到第二方向时，该第一方向与该第二方向之间的夹角即为步角。可选地，将该第一方向设置为0。

需要说明的是，为了后续便于计算该第一方向与该第二行进向量的方向之间的夹角，可以根据该第一方向和设置的长度，获取第一行进向量，后续即可直接计算该第一行进向量与该第二行进向量之间的夹角。

在本发明实施例中，获取该第一方向的目的在于计算该第一方向与该第二方向之间的夹角，以得到该被测目标在该运动周期内的步角。该第一方向会对步角造成影响，当该第一方向不同时，得到的步角也不同，但是该第一行进向量的长度并不会对步角造成影响，因此，只需关注该第一方向即可，该第一行进向量的长度可以为任意长度值，本发明实施例对该第一行进向量的长度不做限定。

参见图4，对于第n个运动周期，当三轴加速度计的X轴与该被测目标所指的方向平行时，将该第一行进向量设置为r₁=[1，0，0]。

202、获取该被测目标在该运动周期的开始时刻的位置。

在本发明实施例中，每当到达每一个运动周期的停车时刻，通过初始对准获取该运动周期的停车时刻的位置，即为该运动周期的开始时刻的位置。其中，初始对准是指确定该被测目标固定连接的坐标系和地球坐标系之间的位置关系，以获知该被测目标当前的姿态。

在本发明实施例中，在计算该被测目标在该运动周期内的步角时，只需计算出该开始时刻的位置与该结束时刻的位置之间的相对位置，以获取该第二行进向量，而无需计算该被测目标在该运动周期的开始时刻的实际位置和结束时刻的实际位置。因此，为了减小计算量，可以将该被测目标在该运动周期的开始时刻的位置设置为预设坐标，基于该预设坐标计算该被测目标在该运动周期的结束时刻的位置。参见图4，将人脚在第n个运动周期的开始时刻的位置P_n设置为（0，0，0）。

进一步地，由于计算该被测目标在两个运动周期的步角时，两个运动周期互不影响，则可以将该被测目标在每一个运动周期的开始时刻的位置均设置为预设坐标。以第二运动周期为第一运动周期的下一个运动周期为例，在计算该被测目标在第一运动周期内的步角时，将该被测目标在该第一运动周期的开始时刻的位置设置为预设坐标，基于该预设坐标计算出该被测目标在该第一运动周期内的步角，而在计算该被测目标在该第二运动周期内的步角时，再将该被测目标在该第二运动周期的开始时刻的位置也设置为该预设坐标，继续基于该预设坐标计算该被测目标在该第二运动周期内的步角即可。

203、基于该开始时刻的位置，根据该被测目标在该运动周期内多个采样周期的运动参数，计算该被测目标在该运动周期的结束时刻的位置。

其中，采样周期是指与被测目标固定连接的陀螺以及加速度计等传感设备的采样间隔，如加速度计的采样频率为600Hz，则该采样周期约为1s/600=0.00167s。且，该采样周期的时长小于该运动周期的时长，该运动周期内包括至少一个采样周期。

具体地，该步骤203包括但不限于下述步骤203a-203c：

203a、根据该开始时刻的位置和该被测目标在该运动周期内多个采样周期的运动参数，计算该被测目标在该运动周期内第一个采样周期的终止位置。

其中，该被测目标在该运动周期开始时刻的位置、姿态可以根据初始对准确定，而初始速度可以认为是0，在对被测目标在第一个采样周期的终止位置进行计算时，可以根据该开始时刻的位置、采样周期的时长、采集到的被测目标的加速度和角速度，通过速度公式以及距离公式等进行计算，获取第一个采样周期的终止位置。

203b、基于该被测目标在该运动周期内第一个采样周期的终止位置，以该被测目标在上一个采样周期的终止位置为下一个采样周期的初始位置，计算该被测目标在该运动周期内多个采样周期的终止位置。

对于第一个采样周期后的每一个采样周期来说，均以该被测目标在该采样周期的上一个采样周期的终止位置作为该采样周期的初始位置，从而获取到该运动周期内多个采样周期的终止位置。

其中，以被测目标在上一个采样周期的终止位置、速度测量值和姿态测量值为下一个采样周期的初始位置、初始速度和初始姿态，计算该被测目标在该运动周期内多个采样周期的终止位置的具体过程表示如下：

以第n个采样周期为例，第n-1个采样周期的终止位置为P_n-1、速度测量值为V_n-1和姿态测量值为T_n-1。ΔT_n-1为第n-1个采样周期的姿态变化。其中，T_n-1=（α_n-1，β_n-1，_γn-1）。第n个采样周期的终止位置为P_n、速度测量值为V_n和姿态测量值为T_n。

[Δα_n-1Δβ_n-1Δγ_n-1]=[ω_x,n-1ω_y,n-1ω_z,n-1]*dt

ΔT_n-1=f([ΔαΔβΔγ])

T_n=T_n-1*ΔT_n-1

a_gravity=g*T_n

a_motion=a_sensor–a_gravity

V_n=V_n-1+a_motion*dt

S_n=S_n-1+V_n-1*dt+0.5*a_motion*dt^2

P_n=P_n-1+S_n

其中，ω表示角速度，ω_x,n-1表示n-1时刻的ω的x轴分量，ω_y,n-1表示n-1时刻的ω的y轴分量，ω_z,n-1表示n-1时刻的ω的z轴分量；dt是采样周期，g是重力加速度，a_motion表示惯性系下的纯运动加速度；a_sensor表示与该被测目标固定连接的传感设备输出的原始加速度；a_gravity表示重力分量，S_n为第n个采样周期的位移，S_n-1为第n-1个采样周期的位移；f(x)用于表示姿态矩阵，可以看做是三轴姿态角变化的函数。

结合上述公式，根据该采样周期的初始姿态和该传感设备输出的原始加速度，可以得到纯运动加速度；根据该采样周期的初始速度、该采样周期的时长、该纯运动加速度，可以得到该采样周期的位移；根据该采样周期的初始位置和该采样周期的位移，可以得到该采样周期的终止位置。

需要说明的是，由于在被测目标运动过程中所采集到的运动参数所依据的坐标系均为被测目标坐标系，因此，为了保证数据一致性，可以将采集到的该运动周期内多个采样周期的运动参数，从被测目标坐标系转化为地球坐标系，再根据转化后的运动参数进行终止位置的计算过程。

203c、将该被测目标在该运动周期内最后一个采样周期的终止位置作为该被测目标在该运动周期的结束时刻的位置。

在本发明实施例中，当检测到该被测目标发生停车时，表示已到达该运动周期的结束时刻，则将获取到的最后一个采样周期的终止位置作为该被测目标在该运动周期的结束时刻的位置。参见图4，根据该开始时刻的位置P_n（0，0，0）和该被测目标在该运动周期内多个采样周期的运动参数，得到该被测目标在该运动周期内多个采样周期的终止位置，在该被测目标发生停车时，将获取到的最后一个终止位置（x，y，z）作为该被测目标在该运动周期的结束时刻的位置P_n+1。

204、根据该开始时刻的位置和该结束时刻的位置，获取该被测目标在该运动周期内的第二行进向量。

具体地，将该开始时刻的位置作为向量的起点，将该结束时刻的位置作为向量的终点，得到该被测目标在该运动周期内的第二行进向量。该第二行进向量的方向由该开始时刻的位置指向该结束时刻的位置，则该第二行进向量可以用于表示该被测目标从该运动周期的开始时刻到结束时刻的实际行进方向。

参见图4，根据该开始时刻的位置P_n（0，0，0）和该结束时刻的位置P_n+1（x，y，z），得到该第二行进向量r₂=[x，y，z]。

205、计算该第一方向与该第二行进向量的方向之间的夹角，将该夹角作为该被测目标在该运动周期内的步角。

在本发明实施例中，该第一方向可以表示该被测目标在获取该第一方向这一时刻所指的方向，该第二行进向量的方向可以表示该被测目标从该运动周期的开始时刻到结束时刻的行进方向，则该第一方向与该第二行进向量的方向之间的夹角即为该被测目标在该运动周期内的步角。

可选地，计算该第一行进向量与该第二行进向量之间的夹角，将该夹角作为该被测目标在该运动周期内的步角。参见图4，计算该第一行进向量r₁与该第二行进向量r₂之间的夹角，作为该被测目标在该运动周期内的步角。

需要说明的是，本发明实施例以该被测目标固定连接加速度计和陀螺，且该加速度计的敏感轴和该陀螺的敏感轴均指向该被测目标所指的方向为例进行说明，而当该加速度计的敏感轴和该陀螺的敏感轴不指向该被测目标所指的方向时，该加速度计的敏感轴采集到的加速度以及该陀螺的敏感轴采集到的角速度并不是该被测目标的加速度和角速度，则基于采集到的加速度和角速度计算的步角仅是敏感轴对应的步角，而不是该被测目标的步角，因此，在根据该第一方向和该第二行进向量的方向，获取该被测目标在该运动周期内的步角时，需要先计算该第一方向与该第二行进向量的方向之间的夹角，再对计算得到的夹角进行修正，才能得到该被测目标在该运动周期内的步角。

相应的，在本发明实施例提供的另一实施例中，该步骤205可以由以下步骤代替：获取敏感轴方向与该被测目标所指的方向之间的夹角，作为角度参考值；计算该第一方向与该第二行进向量的方向之间的夹角，作为角度测量值，将该角度测量值与该角度参考值之差作为该被测目标在该运动周期内的步角。其中，获取该敏感轴方向与该被测目标所指的方向之间的夹角作为角度参考值的步骤可以在固定连接该被测目标、该加速度计和该陀螺时执行。

参见图5，仍以人脚的步角测量场景为例，另敏感轴在人脚的长轴的右侧时角度方向为正，则当人脚与三轴加速度计固定连接后，三轴加速度计中的X轴与人脚的长轴方向的夹角为θ₁，且计算出该第一行进向量与该第二行进向量之间的夹角为θ₂时，人脚在该运动周期内的步角为θ₂-θ₁。

当然，当该加速度计的敏感轴和该陀螺的敏感轴不指向该被测目标所指的方向时，还可以获取该角度参考值，在通过加速度计和陀螺采集到加速度和角速度时，根据该角度参考值，计算该被测目标本身的加速度和角速度，基于该被测目标本身的加速度和角速度，获取该第一方向和该第二行进向量，从而得到该被测目标在该运动周期内的步角。

206、对该被测目标在每一个运动周期内的步角进行统计，得到该被测目标运动过程中的步角统计数据。

上述步骤201-205中说明了获取该被测目标在每一个运动周期内的步角的具体过程，而在获取到该被测目标在多个运动周期内的步角后，还可以对该被测目标在每一个运动周期内的步角进行统计，得到该被测目标运动过程中的步角统计数据。

其中，该步角统计数据可以包括步角平均值、步角变化曲线、步角最大值和最小值等多种类型，具体可以根据测量步角的需求确定，本发明实施例对此不做限定。

而对应于上述列举的三种步角统计数据，该步骤206包括但不限于下述步骤206a-206c中的任一项或多项：

206a、对该被测目标在每一个运动周期内的步角进行求平均值计算，得到该被测目标运动过程中的步角平均值。该步角平均值用于度量该被测目标运动过程中的步角。

206b、分析该被测目标在每一个运动周期内的步角的分布，得到该被测目标运动过程中的步角变化曲线。

分析该被测目标在每一个运动周期内的步角的分布，以运动周期为横轴，以该被测目标的步角为纵轴，可以得到该被测目标运动过程中的步角变化曲线，根据该被测目标运动过程中的步角变化曲线，可以直观地获知该被测目标在每一个运动周期内的步角以及在不同运动周期内的步角变化趋势。

206c、根据该被测目标在每一个运动周期内的步角，确定该被测目标运动过程中步角的最大值和最小值。根据该被测目标运动过程中步角的最大值和最小值，可以确定该被测目标的摆动幅度、步角最大值所在的运动周期和步角最小值所在的运动周期等等。

本发明实施例提供的方法所测量的步角可以直观地表示该被测目标在获取该第一方向时所指的方向与实际行进方向之间的夹角，且并未引入该被测目标的其他的姿态变化因素，大大提高了步角测量的准确度。进一步地，通过对该被测目标在每一个运动周期内的步角进行统计，可以得到该被测目标运动过程中的步角统计数据，提高了步角统计的准确度。

以下将提出一种固定连接传感设备的方式：

在固定连接该被测目标和传感设备时，为了保证该传感设备的敏感轴方向与该被测目标所指的方向平行，可以将传感设备固定在多档位拨码盘上，将拨码盘固定在该被测目标的正上方，使得拨码盘与该被测目标之间没有相对移动。固定之后，拨动拨码盘的指针，使得从俯视方向上看，该传感设备的敏感轴与该被测目标所指的方向保持一致。由于拨码盘的精确度很高，通过拨打拨码盘的指针，可以进一步保证传感设备的敏感轴方向与该被测目标所指的方向保持一致。

图6是本发明实施例提供的一种步角测量装置结构示意图，参见图6，该装置包括：

第一方向获取模块601，用于对于被测目标的每一个运动周期，获取该被测目标在该运动周期内的第一方向，该第一方向用于表示该被测目标所指的方向；

第二方向获取模块602，用于获取该被测目标在该运动周期内的第二方向，该第二方向用于表示该被测目标在该运动周期内的行进方向；

步角获取模块603分别与第一方向获取模块601和第二方向获取模块602连接，用于根据该第一方向和该第二方向，获取该被测目标在该运动周期内的步角。

可选地，该第一方向获取模块601包括：

第一姿态获取单元，用于获取该被测目标在该运动周期的开始时刻的姿态；

第一方向确定单元，用于根据该开始时刻的姿态，确定该被测目标在该开始时刻所指的方向；将该开始时刻所指的方向作为该被测目标的第一方向。

可选地，该第一方向获取模块601包括：

第二姿态获取单元，用于获取该被测目标在该运动周期的结束时刻的姿态；

第二方向确定单元，用于根据该结束时刻的姿态，确定该被测目标在该结束时刻所指的方向；将该结束时刻所指的方向作为该被测目标的第一方向。

可选地，该步角获取模块603用于计算该第一方向与该第二方向之间的夹角，将该夹角作为该被测目标在该运动周期内的步角。

可选地，该第二方向获取模块602包括：

位置获取单元，用于获取该被测目标在该运动周期的开始时刻的位置和结束时刻的位置；

方向获取单元，用于根据该开始时刻的位置和该结束时刻的位置，获取该被测目标在该运动周期内的行进向量；将该行进向量的方向作为该第二方向。

可选地，该方向获取单元用于将该开始时刻的位置作为向量的起点，将该结束时刻的位置作为向量的终点，得到该被测目标在该运动周期内的行进向量。

可选地，该位置获取单元包括：

开始位置获取子单元，用于获取该被测目标在该运动周期的开始时刻的位置；

结束位置获取子单元，用于基于该开始时刻的位置，根据该被测目标在该运动周期内多个采样周期的运动参数，计算该被测目标在该运动周期的结束时刻的位置。

可选地，该结束位置获取子单元用于根据该开始时刻的位置和该被测目标在该运动周期内多个采样周期的运动参数，计算该被测目标在该运动周期内第一个采样周期的终止位置；基于该被测目标在该运动周期内第一个采样周期的终止位置，以该被测目标在上一个采样周期的终止位置为下一个采样周期的初始位置，计算该被测目标在该运动周期内多个采样周期的终止位置；将该被测目标在该运动周期内最后一个采样周期的终止位置作为该被测目标在该运动周期的结束时刻的位置。

可选地，该装置还包括：

步角统计模块，用于对该被测目标在每一个运动周期内的步角进行统计，得到该被测目标运动过程中的步角统计数据。

可选地，该步角统计模块包括：

第一统计单元，用于对该被测目标在每一个运动周期内的步角进行求平均值计算，得到该被测目标运动过程中的步角平均值；或，

第二统计单元，用于分析该被测目标在每一个运动周期内的步角的分布，得到该被测目标运动过程中的步角变化曲线；或，

第三统计单元，用于根据该被测目标在每一个运动周期内的步角，确定该被测目标运动过程中步角的最大值和最小值。

本发明实施例提供的装置，通过获取该被测目标在该运动周期内的第一方向和第二方向，该第一方向表示该被测目标在获取该第一方向这一时刻所指的方向，该第二方向表示该被测目标在该运动周期的实际行进方向，根据该第一方向和该第二方向，获取该被测目标在该运动周期内的步角，该步角可以直观地表示该第一方向与实际行进方向之间的夹角，且并未引入该被测目标的其他的姿态变化因素，大大提高了步角测量的准确度。

需要说明的是：上述实施例提供的步角测量装置在测量步角时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的步角测量装置与步角测量方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种步角测量方法，其特征在于，所述方法包括：

对于被测目标的每一个运动周期，根据所述被测目标固定连接的三轴加速度计和三轴陀螺，测量角速度和加速度，其中，所述三轴加速度计的一个敏感轴的方向、所述三轴陀螺的一个敏感轴的方向均与所述被测目标所指的方向保持平行；

根据所述角速度和所述加速度，获取所述三轴加速度计以及所述三轴陀螺的一个敏感轴的方向，作为所述被测目标在所述运动周期内的第一方向，所述第一方向用于表示所述被测目标所指的方向；

获取所述被测目标在所述运动周期内的第二方向，所述第二方向用于表示所述被测目标在所述运动周期内的行进方向；

计算所述第一方向与所述第二方向之间的夹角，将所述夹角作为所述被测目标在所述运动周期内的步角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述被测目标在所述运动周期内的第二方向包括：

获取所述被测目标在所述运动周期的开始时刻的位置和结束时刻的位置；

根据所述开始时刻的位置和所述结束时刻的位置，获取所述被测目标在所述运动周期内的行进向量；

将所述行进向量的方向作为所述第二方向。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述开始时刻的位置和所述结束时刻的位置，获取所述被测目标在所述运动周期内的行进向量包括：

将所述开始时刻的位置作为向量的起点，将所述结束时刻的位置作为向量的终点，得到所述被测目标在所述运动周期内的行进向量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述被测目标在所述运动周期的开始时刻的位置和结束时刻的位置包括：

获取所述被测目标在所述运动周期的开始时刻的位置；

基于所述开始时刻的位置，根据所述被测目标在所述运动周期内多个采样周期的运动参数，计算所述被测目标在所述运动周期的结束时刻的位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述开始时刻的位置，根据所述被测目标在所述运动周期内多个采样周期的运动参数，计算所述被测目标在所述运动周期的结束时刻的位置包括：

根据所述开始时刻的位置和所述被测目标在所述运动周期内多个采样周期的运动参数，计算所述被测目标在所述运动周期内第一个采样周期的终止位置；

基于所述被测目标在所述运动周期内第一个采样周期的终止位置，以所述被测目标在上一个采样周期的终止位置为下一个采样周期的初始位置，计算所述被测目标在所述运动周期内多个采样周期的终止位置；

将所述被测目标在所述运动周期内最后一个采样周期的终止位置作为所述被测目标在所述运动周期的结束时刻的位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述夹角作为所述被测目标在所述运动周期内的步角之后，所述方法还包括：

对所述被测目标在每一个运动周期内的步角进行统计，得到所述被测目标运动过程中的步角统计数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述被测目标在每一个运动周期内的步角进行统计，得到所述被测目标运动过程中的步角统计数据包括：

对所述被测目标在每一个运动周期内的步角进行求平均值计算，得到所述被测目标运动过程中的步角平均值；或，

分析所述被测目标在每一个运动周期内的步角的分布，得到所述被测目标运动过程中的步角变化曲线；或，

根据所述被测目标在每一个运动周期内的步角，确定所述被测目标运动过程中步角的最大值和最小值。

8.一种步角测量装置，其特征在于，所述装置包括：

第一方向获取模块，用于对于被测目标的每一个运动周期，根据所述被测目标固定连接的三轴加速度计和三轴陀螺，测量角速度和加速度，其中，所述三轴加速度计的一个敏感轴的方向、所述三轴陀螺的一个敏感轴的方向均与所述被测目标所指的方向保持平行；

所述第一方向获取模块，还用于根据所述角速度和所述加速度，获取所述三轴加速度计以及所述三轴陀螺的一个敏感轴的方向，作为所述被测目标在所述运动周期内的第一方向，所述第一方向用于表示所述被测目标所指的方向；

第二方向获取模块，用于获取所述被测目标在所述运动周期内的第二方向，所述第二方向用于表示所述被测目标在所述运动周期内的行进方向；

步角获取模块，用于计算所述第一方向与所述第二方向之间的夹角，将所述夹角作为所述被测目标在所述运动周期内的步角。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二方向获取模块包括：

位置获取单元，用于获取所述被测目标在所述运动周期的开始时刻的位置和结束时刻的位置；

方向获取单元，用于根据所述开始时刻的位置和所述结束时刻的位置，获取所述被测目标在所述运动周期内的行进向量；将所述行进向量的方向作为所述第二方向。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述方向获取单元用于将所述开始时刻的位置作为向量的起点，将所述结束时刻的位置作为向量的终点，得到所述被测目标在所述运动周期内的行进向量。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述位置获取单元包括：

开始位置获取子单元，用于获取所述被测目标在所述运动周期的开始时刻的位置；

结束位置获取子单元，用于基于所述开始时刻的位置，根据所述被测目标在所述运动周期内多个采样周期的运动参数，计算所述被测目标在所述运动周期的结束时刻的位置。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述结束位置获取子单元用于根据所述开始时刻的位置和所述被测目标在所述运动周期内多个采样周期的运动参数，计算所述被测目标在所述运动周期内第一个采样周期的终止位置；基于所述被测目标在所述运动周期内第一个采样周期的终止位置，以所述被测目标在上一个采样周期的终止位置为下一个采样周期的初始位置，计算所述被测目标在所述运动周期内多个采样周期的终止位置；将所述被测目标在所述运动周期内最后一个采样周期的终止位置作为所述被测目标在所述运动周期的结束时刻的位置。

13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

步角统计模块，用于对所述被测目标在每一个运动周期内的步角进行统计，得到所述被测目标运动过程中的步角统计数据。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述步角统计模块包括：

第一统计单元，用于对所述被测目标在每一个运动周期内的步角进行求平均值计算，得到所述被测目标运动过程中的步角平均值；或，

第二统计单元，用于分析所述被测目标在每一个运动周期内的步角的分布，得到所述被测目标运动过程中的步角变化曲线；或，

第三统计单元，用于根据所述被测目标在每一个运动周期内的步角，确定所述被测目标运动过程中步角的最大值和最小值。