CN105030246B - 一种测量人体在运动中消耗能量的方法、装置及计步器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量人体在运动中消耗能量的方法，包括以下步骤：确定用户的运动类型及用户的人体特征信息，通过运动传感器获取用户的三维运动信息，根据三维运动信息、运动类型以及用户的人体特征信息，得到用户在运动中消耗的总能量，为水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量之和。本发明还提供了一种测量人体在运动中消耗能量的装置及计步器，可按照不同类型的运动，测量用户在该项运动中消耗的能量，以提高测量准确度，进而提高测量结果对用户在该项运动中的科学指导性；同时因包括更多的运动类型，能全面测量用户在一天中总的运动量。

Description

一种测量人体在运动中消耗能量的方法、装置及计步器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种测量人体在运动中消耗能量的方法、装置及计步器。

背景技术

运动与健康的关系日益受到人们的高度重视，在重视身体健康的同时，越来越多的人加入到健身运动的行列中。为了在了解自己身体状况的基础上更加有计划有科学地运动，各种运动监测技术应运而生。人们通常通过运动检测设备来检测自己的运动状况，运动检测设备包括计步器、智能手环等。

在现有技术中，计步器通过统计步数、距离、速度、时间等数据，测算人体消耗的热量，使得用户根据测量结果掌控运动量。计步器主要是电子计步器或内置计步器功能软件的智能手机，其中后者通过手机内的陀螺仪和加速度计，使用相应的应用软件进行记步，以统计用户散步及跑步的步数。而智能手环是一种穿戴式智能设备，可以记录用户日常生活中的锻炼、睡眠及饮食等实时数据，并将这些数据与手机、平板电脑等移动终端同步，起到通过数据指导健康生活的作用。智能手环具有计步以及测量距离、卡里路、脂肪等功能，同时还具有睡眠监测、高档防水和疲劳提醒等功能。

目前的计步器和智能手环等运动检测设备仅能测量散步、跑步和爬山等的步数、运动距离等数据，并根据此类数据测量出运动中消耗的能量。然而，当用户进行球类等体育运动时，例如，羽毛球，网球，篮球，足球，高尔夫球，兵乓球等类运动，由于这些运动更多涉及四肢的运动，或者，上下弹跳，而并不产生有规律的位移，因此，仅仅测量步数及运动距离是无法全面地测量出用户在一天中的运动中消耗的全部能量的，而且当针对特定的运动项目时，更无法提供专业的在运动中消耗能量的测量方法，在使用中具有局限性。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种测量人体在运动中消耗能量的方法、装置及计步器，可按照不同类型的运动，测量用户在该项运动中消耗的能量，以提高测量准确度，进而提高测量结果对用户在该项运动中的科学指导性。

本发明提供一种测量人体在运动中消耗能量的方法，包括：

确定用户的运动类型及所述用户的人体特征信息；通过运动传感器获取所述用户的三维运动信息；根据所述三维运动信息、所述运动类型以及所述用户的人体特征信息，通过预置算法得到所述用户在运动中消耗的总能量。

本发明提供一种测量人体在运动中消耗能量的装置，包括：

确定模块，用于确定用户的运动类型及所述用户的人体特征信息；获取模块，用于通过运动传感器获取所述用户的三维运动信息；计算模块，用于根据所述三维运动信息，所述运动类型以及所述用户的人体特征信息，通过预置算法得到所述用户在运动中消耗的总能量。

本发明提供一种计步器，包括：

电源、微处理器、运动传感器以及显示屏；其中，所述电源，用于为所述计步器供电；所述微处理器，用于确定用户的运动类型及所述用户的人体特征信息；所述运动传感器，用于获取用户的三维运动信息；所述微处理器，还用于根据所述三维运动信息，所述运动类型以及所述用户的人体特征信息，通过预置算法得到所述用户在运动中消耗的总能量；所述显示屏，用于向用户显示各种信息。

从上述本发明实施例可知，一方面，本发明通过运动传感器获得用户的三维运动信息，并根据运动类型、三维运动信息以及该用户的人体特征信息，综合得到用户在水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量，提高测量准确率；第二方面，由于在测量之前，对用户的运动类型进行了确定，因此，当针对特定的运动项目时，可提供更为专业的、更为准确的消耗能量的测量结果，使得用户可有针对性地提高运动成绩，在实用过程中具有更广的适用性；第三方面，由于加入了比步行，跑步和爬山等更多的运动类型，克服了现有计步器不能全面测量用户在一天中总的运动量的缺点。

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个实施例，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为本发明第一实施例提供的测量人体在运动中消耗能量的方法流程示意图；

图2为本发明第二实施例提供的测量人体在运动中消耗能量的方法流程示意图；

图3为本发明第三实施例提供的测量人体在运动中消耗能量的方法流程示意图；

图4为本发明第四实施例提供的测量人体在运动中消耗能量的装置结构示意图；

图5为本发明第五实施例提供的测量人体在运动中消耗能量的装置结构示意图；

图6为本发明第六实施例提供的计步器的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

请参阅附图1，本发明第一实施例提供的测量人体在运动中消耗能量的方法，可通过测量人体在运动中消耗能量的装置(以下简称测量装置)测量人体在运动中消耗的能量，热量(能量)的计量单位通常为卡路里(calorie)。包括以下步骤S101至步骤S103：

S101，确定用户的运动类型及该用户的人体特征信息。

将测量装置佩戴在待测量的用户的重心位置，重心位置测量人体各部分的运动信息最为准确。人体的重心在腰部附近，所以将该测量装置放在腰部最为适宜。

测量装置可通过液晶屏采用文字信息或语音提示的方式，向用户显示运动的类型选择界面，并接收用户发送的选择运动的类型的指令，从而确定用户进行运动的类型，完成关于运动的类型的设置。

测量装置还可通过液晶屏采用文字信息或语音提示的方式，向用户显示用户的人体特征输入界面，并接收用户输入的人体特征信息，从而获得用户的人体特征。

其中，运动类型是指运动内容的类型，根据运动的内容划分的类型。例如，球类运动，包括羽毛球，网球，篮球，足球，高尔夫球，兵乓球等，或者非球类运动，包括步行，跑步，跳绳运动。该用户的人体特征信息是指人体的质量(体重)、身高等与人体特质有关的信息。

S102，通过运动传感器获取该用户的三维运动信息。

测量装置中内置运动传感器，该运动传感器可包括：三轴加速度传感器，三轴陀螺仪以及三轴磁力计。该三维运动信息包括：三维线性加速度、三维角速度以及方位角。

三轴加速度传感器是基于加速度的基本原理进行工作，加速度是空间矢量，一方面，要准确了解目标物体的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量；另一方面，在预先不知目标物体运动方向时，可通过三轴加速度传感器来检测其加速度信号。

三轴陀螺仪可同时测定6个方向的位置、移动轨迹、加速等信息，三轴陀螺仪最大的作用就是测量三维角速度，以判别物体的运动状态，可以让被测量的目标物体可知自己“在哪儿和去哪儿”。

三轴磁力计是测量磁场的仪器，可测得地球磁场的方向。

该用户在运动中消耗的总能量还包括肢体运动消耗的能量，肢体运动消耗的能量与运动类型以及人体的特征有直接关系。该人体特征信息可以通过接收用户输入的相关信息而获得。

首先，为了测量人体相对于地球表面的运动，要设立与地球表面的坐标系相参照的测量装置自身的坐标系。那么，基于地球表面设立一个固定的参考坐标系，该坐标系是正交坐标系O-xyz，其中z轴正方向竖直向上，由于重力加速度总是持续存在且其方向总是竖直地面向下的，其方向为参考坐标系的z轴反方向。同时将测量装置自身的坐标系定义为载体坐标系，该载体坐标系是正交坐标系O-x’y’z’，这个载体坐标系也是运动传感器的固定坐标系。用户运动时，测量装置也随之运动，此时载体坐标系相对参考坐标系会发生变化。

其次，在对人体运动所消耗能量的测量开始之前，根据用户的设置确定运动的类型之后，将与测量相关的数据进行初始化。

测量装置通过运动传感器实时地获取该用户的三维运动信息。具体地，通过三轴加速度传感器实时获取三维线性加速度，通过三轴陀螺仪实时获取三维角速度，通过三轴磁力计实时获取方位角，即地球磁场的方向。

S103，根据该三维运动信息、该运动类型以及该用户的人体特征信息，通过预置算法得到该用户在运动中消耗的总能量。

该用户在运动中消耗的总能量还包括在水平运动方向上消耗的能量以及在高度运动方向上消耗的能量，其中，水平运动方向是指在与重力方向垂直的平面进行运动的方向，高度运动方向是指在与重力方向平行的平面进行运动的方向。此两部分消耗的能量可以根据实时获取的三维运动信息获得。

进一步地，在本时间窗结束后，在下一个时间窗开始时重复上述测量过程。

若用户改变了运动类型，测量装置根据用户指令重新设置运动类型，则根据新的运动类型重复上述测量过程，以获取用户在改变后的运动类型中消耗的能量。

本发明实施例中，一方面，通过运动传感器获得用户的三维运动信息，并根据运动类型、三维运动信息以及该用户的人体特征信息，综合得到用户在水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量，提高测量准确率；第二方面，由于在测量之前，对用户的运动类型进行了确定，因此，当针对特定的运动项目时，可提供更为专业的、更为准确的消耗能量的测量结果，使得用户可有针对性地提高运动成绩，在实用过程中具有更广的适用性；第三方面，由于加入了比步行，跑步和爬山等更多的运动类型，能全面测量用户在一天中总的运动量。

请参阅附图2，本发明第二实施例提供一种测量人体在运动中消耗能量的方法，该方法包括以下步骤S201至步骤S205：

S201，确定用户的运动类型及该用户的人体特征信息。

测量装置可通过液晶屏采用文字信息或语音提示的方式，向用户显示运动的类型选择界面，并接收用户发送的选择运动的类型的指令，从而确定用户进行运动的类型，完成关于运动的类型的设置。

测量装置还可通过液晶屏采用文字信息或语音提示的方式，向用户显示人体特征信息输入界面，并接收用户输入的人体特征信息，从而获得用户的人体特征信息。

其中，运动类型是指运动内容的类型，根据运动的内容划分的类型。例如划分为球类运动和非球类运动。

S202，通过三轴加速度传感器实时获取三维线性加速度，通过三轴陀螺仪实时获取三维角速度，通过三轴磁力计实时获取方位角。

该运动传感器可包括：三轴加速度传感器，三轴陀螺仪以及三轴磁力计。

该三维运动信息包括：三维线性加速度、三维角速度以及方位角。

该用户的人体特征信息是指人体的质量(体重)、身高等与人体特质有关的信息。

首先，为了测量人体相对于地球表面的运动，要设立与地球表面的坐标系相参照的测量装置自身的坐标系。参见前述图1所示第一实施例，设立参考坐标系以及载体坐标系。

其次，在对人体运动所消耗能量的测量开始之前，根据用户的设置确定运动的类型之后，将与测量相关的数据进行初始化。当用户设置运动类型时，此时用户应是相对静止而无运动加速度的，那么，此时只有重力加速度是持续存在的，加速度传感器所测的加速度值就是重力加速度在载体坐标系上的初始三轴投影值。

测量装置通过运动传感器实时地获取该用户的三维运动信息。本实施例适用于同时存在直线运动和旋转运动的场景，因此需要同时使用以上三种运动传感器。具体地，通过三轴加速度传感器实时获取三维线性加速度，通过三轴陀螺仪实时获取三维角速度，通过三轴磁力计实时获取方位角，即地球磁场的方向。

S203，根据该用户的人体特征信息、三维线性加速度、三维角速度以及方位角，通过第一预置算法得到该用户水平方向运动消耗的能量以及该用户高度方向运动消耗的能量。

将实时获取的三维线性加速度、三维角速度以及方位角，通过预置算法计算得到载体坐标系和参考坐标系的当前相对姿态角度。

具体地，根据实时获取的三维线性加速度、三维角速度及方位角，通过姿态数据融合算法(确定姿态的相关算法)，例如四元数法，计算出该用户当前姿态角度，即校正后的三轴欧拉角(包括章动角、旋进角和自转角)，章动角为轴Oz到轴Oz'之间的角度。需要说明的是，四元数法等姿态数据融合算法为飞控和惯性导航领域的现有技术，此处不再赘述。

由于重力加速度方向是参考坐标系的z轴反方向，根据校正后的三轴欧拉角中的章动角，可以持续获得重力加速度在载体坐标系上实时的新的三轴投影值，进而在载体坐标系中可以持续计算水平运动方向和高度运动方向的运动情况。

人体的运动加速度在水平运动方向以及高度运动方向的投影即是水平方向以及高度方向的运动加速度。具体是当已知相对载体坐标系的三轴重力加速度(在坐标系中可用矢量表示)，那么三轴加速度传感器输出的相对载体坐标系的合成加速度(在坐标系中可用矢量表示)相对三轴重力加速度的余弦分量就是高度方向的合成加速度，高度方向的运动加速度等于高度方向的合成加速度减去重力加速度。而三轴加速度传感器输出的相对载体坐标系的合成加速度相对三轴重力加速度的正弦分量就是水平方向的运动加速度。

进一步地，计算水平方向运动消耗的能量，将水平方向的运动加速度进行积分获得用户在水平方向上的速度，并将水平方向的速度进行积分获得用户在水平方向上的位移，根据水平方向上的运动加速度、水平方向上的位移、用户的质量以及运动时间，计算得到水平方向运动消耗的能量。其中，用户的运动时间由测量装置中设置的计时器测量得到。

同理地，计算高度方向运动消耗能量的方式同上，即，将高度方向的运动加速度进行积分获得用户在高度方向上的速度，将高度方向的速度进行积分获得用户在高度方向上的位移，综合高度方向上的运动加速度(即，高度方向的合成加速度减去重力加速度)、高度方向上的位移以及用户的质量以及运动时间，计算高度方向运动消耗的能量，其中还包括因克服重力而消耗的势能。

S204，根据运动类型、该用户的人体特征信息、三维线性加速度、三维角速度以及方位角，通过第二预置算法得到肢体运动消耗的能量。

需要说明的是，测量人体在运动中消耗的能量除了人体在水平方向的运动和在高度方向的运动中消耗的能量之外，还要测量出肢体运动消耗的能量。肢体运动是指参与运动的肢体进行的相对于载体坐标系的运动，包括自转，通常是与球类或体育器具发生接触的肢体进行的运动，肢体包括四肢、头部、部位。

具体地，根据用户当前进行的运动类型，设定运动器具的质量。根据用户的质量和身高，设定用户肢体部位的质量。进一步地，根据人体当前在水平和高度方向的运动加速度判断肢体和球类或体育器具存在运动，并根据测量到的三维角速度判断肢体的自转运动，根据人体的运动加速度及身高设定运动器具和肢体的加速度，最后，根据运动器具的质量、用户肢体部位的质量、运动器具和肢体的加速度以及运动时间计算使用该运动器具时肢体运动消耗的能量。大部分球类和非球类运动中躯干和肢体的自转运动量通常比较小，也可以忽略不计。以上的设定均为测量装置根据上述相关参数确定。

一个实例中，球类运动时，人体的消耗能量还应包括球类因转变原先的反向运动需多消耗的能量。例如，用户打篮球，在测量装置中设定篮球的质量，根据用户的质量和身高设定用户手臂的质量，根据人体当前在水平和高度方向的加速度设定篮球和手臂的加速度，根据这些数据可以计算出用户在打篮球时手臂、手掌消耗的能量。

S205，将水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量累加后得到用户在运动中消耗的总能量。

将上述测量出的人体在一项运动中水平方向的运动、在高度方向的运动、以及肢体运动消耗的能量的总和，即为该项运动消耗的总能量，此总能量同时可累加到该用户全天各项运动中消耗的总能量。

本发明实施例中，一方面，通过运动传感器获得用户的三维运动信息，并根据运动类型、三维运动信息以及该用户的人体特征信息，综合得到用户在水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量，提高测量准确率；第二方面，由于在测量之前，对用户的运动类型进行了确定，因此，当针对特定的运动项目时，可提供更为专业的、更为准确的消耗能量的测量结果，使得用户可有针对性地提高运动成绩，在实用过程中具有更广的适用性；第三方面,由于加入了比步行，跑步和爬山等更多的运动类型,克服了现有计步器不能全面测量用户在一天中总的运动量的缺点。

请参阅附图3，本发明第三实施例提供一种测量人体在运动中消耗能量的方法，该方法包括以下步骤S301至步骤S307：

S301、确定用户的运动类型及该用户的人体特征信息。

测量装置可通过液晶屏采用文字信息或语音提示的方式，向用户显示运动的类型选择界面，并接收用户发送的选择运动的类型的指令，从而确定用户进行运动的类型，完成关于运动的类型的设置。

测量装置还可通过液晶屏采用文字信息或语音提示的方式，向用户显示人体特征信息输入界面，并接收用户输入的人体特征信息，从而获得用户的人体特征信息。

该用户的人体特征信息是指人体的质量(体重)、身高等与人体特质有关的信息。

其中，运动类型是指运动内容的类型，根据运动的内容划分的类型。例如划分为球类运动和非球类运动。

S302，通过三轴加速度传感器实时获取三维线性加速度。

首先，为了测量人体相对于地球表面的运动，要设立与地球表面的坐标系相参照的测量装置自身的坐标系。参见前述图1所示第一实施例，设立参考坐标系以及载体坐标系。

其次，在对人体运动所消耗能量的测量开始之前，根据用户的设置确定运动的类型之后，将与测量相关的数据进行初始化。当用户设置运动类型时，此时用户应是相对静止而无运动加速度的，那么，此时只有重力加速度是持续存在的，加速度传感器所测的加速度值就是重力加速度在载体坐标系上的初始三轴投影值。

测量装置通过运动传感器实时地获取该用户的三维运动信息。本实施例适用于存在线性运动或倾斜运动，但旋转运动限制在一定范围内的场景，因此只需要使用三轴加速度传感器。即，通过三轴加速度传感器实时获取三维线性加速度。

S303，从实时获取的三维线性加速度中，提取出该用户的运动加速度的三轴分量以及重力加速度三轴分量。

从实时获取的三维线性加速度中，提取重力加速度三轴分量即分离出叠加在三维线性加速度分量上的重力加速度三轴分量。

具体地，从三轴加速度传感器输出的三轴加速度检测结果中分离出重力加速度三轴分量的方法可以但不限于包括：低通滤波法，以及，去除均值法。

其中，低通滤波法的理论依据是人体运动的频率在15Hz以下，重力加速度变化频率在0.2～0.5Hz之间，因此可以采用0.25～35Hz的带通滤波器从三轴加速度传感器实时获取的三维线性加速度中提取运动加速度分量以及重力加速度的三轴分量。

去除均值法的理论依据是人体在运动中，特别是在球类运动中，身体上佩戴的三轴加速度计的载体坐标系与参考坐标系的相对位置在一段时间内一般不会发生较大的变化。去除均值法，是将一段时间内的三轴加速度分量的平均值分别设为重力加速度在各自对应轴向的三个分量，即将时间窗内加速度传感器某轴上的平均值作为在该轴上的重力加速度三轴分量(即，相对载体坐标系的三轴重力加速度分量)。

S304，根据该运动加速度的三轴分量以及重力加速度三轴分量，得到水平方向上的运动加速度和速度以及高度方向上的运动加速度和速度。

根据步骤S303中提取的载体坐标系的三轴重力加速度分量计算得到该载体坐标系的三轴重力加速度矢量，那么，三轴加速度传感器输出的检测结果，即输出的该载体坐标系的合成加速度矢量，相对三轴重力加速度矢量的余弦分量，就是高度方向的合成加速度值，相对三轴重力加速度矢量的正弦分量就是水平方向的运动加速度值。高度方向的运动加速度等于高度方向的合成加速度值减去重力加速度。

S305，通过第三预置算法得到该用户水平方向运动消耗的能量以及该用户高度方向运动消耗的能量。

进一步地，计算水平方向运动消耗的能量，将水平方向的运动加速度进行积分获得用户在水平方向上的速度，并将水平方向的速度进行积分获得用户在水平方向上的位移，根据水平方向上的运动加速度、水平方向上的位移、用户的质量以及运动时间，计算得到水平方向运动消耗的能量。其中，用户的运动时间由测量装置中设置的计时器测量得到。

同理地，计算高度方向运动消耗能量的方式同上，即，将高度方向的运动加速度进行积分获得用户在高度方向上的速度，将高度方向的速度进行积分获得用户在高度方向上的位移，综合高度方向上的运动加速度(即，高度方向的合成加速度减去重力加速度)、高度方向上的位移、用户的质量以及运动时间，计算高度方向运动消耗的能量，其中还包括因克服重力而消耗的势能。

S306，根据运动类型、该用户的人体特征信息，该运动加速度的三轴分量以及该重力加速度三轴分量，通过第四预置算法得到肢体运动消耗的能量。

根据用户当前进行的运动类型，设定运动器具的质量。根据用户的质量和身高，设定用户肢体部位的质量。根据人体当前在水平和高度方向的运动加速度判断肢体和球类或体育器具存在运动，根据人体的运动加速度及身高设定运动器具和肢体的加速度，对于旋转运动较小的球类和非球类运动，躯干和肢体的自转运动量通常比较小，可以忽略不计。最后，根据运动器具的质量、用户肢体部位的质量、运动器具和肢体的加速度以及运动时间计算使用该运动器具时肢体运动消耗的能量。以上的设定均为测量装置根据上述相关参数确定。

S307，将水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量累加后得到用户在运动中消耗的总能量。

将上述测量出的人体在一项运动中水平方向的运动、在高度方向的运动、以及肢体运动消耗的能量的总和，即为该项运动消耗的总能量，此总能量同时可累加到该用户全天各项运动中消耗的总能量。

本发明实施例中，一方面，通过运动传感器获得用户的三维运动信息，并根据运动类型、三维运动信息以及该用户的人体特征信息，综合得到用户在水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量，提高测量准确率；第二方面，由于在测量之前，对用户的运动类型进行了确定，因此，当针对特定的运动项目时，可提供更为专业的、更为准确的消耗能量的测量结果，使得用户可有针对性地提高运动成绩，在实用过程中具有更广的适用性；第三方面，由于加入了比步行，跑步和爬山等更多的运动类型,克服了现有计步器不能全面测量用户在一天中总的运动量的缺点。

请参阅附图4，本发明第四实施例提供的测量人体在运动中消耗能量的装置，用于实现上述实施例中的测量人体在运动中消耗能量的方法，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图4示例的测量人体在运动中消耗能量的装置可以是前述实施例提供的测量人体在运动中消耗能量的方法的执行主体，其可以是计步器或者其中的一个功能模块。附图4示例的测量人体在运动中消耗能量的装置主要包括：确定模块401、获取模块402以及计算模块403。

其中，确定模块401，用于确定用户的运动类型和该用户的人体特征信息；

获取模块402，用于通过运动传感器获取该用户的三维运动信息；

计算模块403，用于根据该三维运动信息，该运动类型以及该用户的人体特征信息，通过预置算法得到该用户在运动中消耗的总能量。

本实施例对测量人体在运动中消耗能量的装置的各功能模块实现各自功能的具体过程，请参见上述附图1所示实施例中描述的具体内容，此处不再赘述。

本发明实施例中，一方面，通过运动传感器获得用户的三维运动信息，并根据运动类型、三维运动信息以及该用户的人体特征信息，综合得到用户在水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量，提高测量准确率；第二方面，由于在测量之前，对用户的运动类型进行了确定，因此，当针对特定的运动项目时，可提供更为专业的、更为准确的消耗能量的测量结果，使得用户可有针对性地提高运动成绩，在实用过程中具有更广的适用性；第三方面，由于加入了比步行，跑步和爬山等更多的运动类型，克服了现有计步器不能全面测量用户在一天中总的运动量的缺点。

请参阅附图5，本发明第五实施例提供的测量人体在运动中消耗能量的装置，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图5示例的测量人体在运动中消耗能量的装置可以是前述实施例提供的测量人体在运动中消耗能量的方法的执行主体，其可以是计步器或者其中的一个功能模块。附图5示例的测量人体在运动中消耗能量的装置主要包括：确定模块501、获取模块502以及计算模块503。计算模块503进一步包括：第一计算子模块5031、提取模块5032以及第二计算子模块5033。

其中，确定模块501，用于确定用户的运动类型和该用户的人体特征信息；

获取模块502，用于通过运动传感器获取该用户的三维运动信息；

计算模块503，用于根据该三维运动信息，该运动类型以及该用户的人体特征信息，通过预置算法得到该用户在运动中消耗的总能量。

其中，当运动传感器包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪以及三轴磁力计时，获取模块502，还用于通过该三轴加速度传感器实时获取的三维线性加速度，通过该三轴陀螺仪实时获取的三维角速度，以及，通过所述三轴磁力计获取方位角。

计算模块503还进一步包括：

第一计算模块5031，用于根据该用户的人体特征信息、该三维线性加速度、该三维角速度及该方位角，通过第一预置算法得到该用户水平方向运动消耗的能量以及该用户高度方向运动消耗的能量，并根据该运动类型、该用户的人体特征信息、该三维线性加速度、该三维角速度以及该方位角，通过第二预置算法得到该肢体运动消耗的能量，以及将该水平方向运动消耗的能量、该高度方向运动消耗的能量以及该肢体运动消耗的能量累加后得到该用户在运动中消耗的总能量。

进一步地，当运动传感器为三轴加速度传感器时，获取模块502还用于通过该三轴加速度传感器实时获取三维线性加速度。

计算模块503还包括：

提取模块5032，用于从该实时获取的三维线性加速度中，提取出该用户的运动加速度的三轴分量以及重力加速度三轴分量；

第二计算子模块5033，用于根据该运动加速度的三轴分量以及重力加速度三轴分量，得到水平方向上的运动加速度和速度以及高度方向上的运动加速度和速度，通过第三预置算法得到该用户水平方向运动消耗的能量以及该用户高度方向运动消耗的能量，根据该运动类型、该用户的人体特征信息、该运动加速度的三轴分量以及该重力加速度三轴分量，通过第四预置算法得到该肢体运动消耗的能量，以及，将该水平方向运动消耗的能量、该高度方向运动消耗的能量以及该肢体运动消耗的能量累加后得到该用户在运动中消耗的总能量。

本实施例对测量人体在运动中消耗能量的装置的各功能模块实现各自功能的具体过程，请参见上述附图1至附图3所示实施例中描述的具体内容，此处不再赘述。

本发明实施例中，一方面，通过运动传感器获得用户的三维运动信息，并根据运动类型、三维运动信息以及该用户的人体特征信息，综合得到用户在水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量，提高测量准确率；第二方面，由于在测量之前，对用户的运动类型进行了确定，因此，当针对特定的运动项目时，可提供更为专业的、更为准确的消耗能量的测量结果，使得用户可有针对性地提高运动成绩，在实用过程中具有更广的适用性；第三方面，由于加入了比步行，跑步和爬山等更多的运动类型，克服了现有计步器不能全面测量用户在一天中总的运动量的缺点。

请参阅附图6，附图6为本发明第六实施例提供的计步器结构示意图，该计步器中可运行上述附图4或附图5所示的测量人体在运动中消耗能量的装置，该装置用于实现上述第一实施例至第三实施例中的测量人体在运动中消耗能量的方法，该计步器包括：

电源601、微处理器602、运动传感器603以及显示屏604。

其中，电源601，用于为计步器中各部分装置供电，电源601可以为锂聚合物电池。

微处理器602，用于确定用户的运动类型和用户的人体特征信息；

运动传感器603，集成了三轴加速度传感器、三轴陀螺仪以及三轴磁力计，用于获取用户的三维运动信息。

微处理器603，还用于根据该三维运动信息，该运动类型以及该用户的人体特征信息，通过预置算法得到该用户在运动中消耗的总能量，该消耗的总能量为水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量之和。

显示屏604为输出单元，用于向用户显示各种信息。包括显示提供用户选择运动类型的信息，提示设置成功的信息，在运动中消耗能量的测量值，每小时消耗的卡里路能量，用户在该项运动中的最大加速度、最大速度等运动信息。

显示屏604可以是触摸屏，在触摸屏上设置有按键，也可以不是触摸屏，在计步器上设置有实体按键605，按键605用于供用户通过输入信息对计步器进行设置，例如，设置运动类型，设置用户的体重、身高等。

本实施例中微处理器602、运动传感器603以及显示屏604的执行过程，请参阅前述附图1至附图5的描述，此处不再赘述。

本发明实施例中，一方面，通过运动传感器获得用户的三维运动信息，并根据运动类型、三维运动信息以及该用户的人体特征信息，综合得到用户在水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量以及肢体运动消耗的能量，提高测量准确率；第二方面，由于在测量之前，对用户的运动类型进行了确定，因此，当针对特定的运动项目时，可提供更为专业的、更为准确的消耗能量的测量结果，使得用户可有针对性地提高运动成绩，在实用过程中具有更广的适用性；第三方面，由于加入了比步行，跑步和爬山等更多的运动类型，克服了现有计步器不能全面测量用户在一天中总的运动量的缺点。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的测量人体在运动中消耗能量的方法、装置及计步器的描述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种测量人体在运动中消耗能量的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定用户的运动类型及所述用户的人体特征信息；

通过运动传感器获取所述用户的三维运动信息；所述运动传感器设置在待测量的用户的重心位置；

根据所述三维运动信息、所述运动类型以及所述用户的人体特征信息，通过预置算法得到所述用户在运动中消耗的总能量；其中，用户在运动中消耗的总能量包括水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量和肢体运动消耗的能量；

所述肢体运动消耗的能量的获取方法为：根据所述用户的运动类型设定运动器具的质量，根据所述用户的身高和体重设定用户肢体部位的质量，根据人体当前在水平和高度方向的运动加速度判断肢体和运动器具存在运动，根据人体水平和高度方向的运动加速度及身高设定运动器具和肢体的加速度；以上的设定均为测量装置根据上述相关参数确定，所述上述相关参数指的是用户的运动类型、用户的身高和体重和人体当前在水平和高度方向的运动加速度及身高；根据所述运动器具的质量、用户肢体部位的质量以及运动器具及肢体的加速度信息得到所述用户在运动中肢体运动消耗的能量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动传感器包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪以及三轴磁力计，则所述通过运动传感器获取所述用户的三维运动信息包括：

通过所述三轴加速度传感器实时获取三维线性加速度，通过所述三轴陀螺仪实时获取三维角速度，以及，通过所述三轴磁力计获取方位角。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述三维运动信息、所述运动类型以及所述用户的人体特征信息，通过预置算法得到所述用户在运动中消耗的总能量包括：

根据所述用户的人体特征信息、所述三维线性加速度、所述三维角速度及所述方位角，通过第一预置算法得到所述用户水平方向运动消耗的能量以及所述用户高度方向运动消耗的能量；

根据所述运动类型、所述用户的人体特征信息、所述三维线性加速度、所述三维角速度以及所述方位角，通过第二预置算法得到所述肢体运动消耗的能量；

将所述水平方向运动消耗的能量、所述高度方向运动消耗的能量以及所述肢体运动消耗的能量累加后得到所述用户在运动中消耗的总能量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动传感器为三轴加速度传感器，则所述通过运动传感器获取所述用户的三维运动信息包括：通过所述三轴加速度传感器实时获取三维线性加速度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述三维运动信息、所述运动类型以及所述用户的人体特征信息，通过预置算法得到所述用户在运动中消耗的总能量包括：

从所述实时获取的三维线性加速度中，提取出所述用户的运动加速度的三轴分量以及重力加速度三轴分量；

根据所述运动加速度的三轴分量以及重力加速度三轴分量，得到水平方向上的运动加速度和速度以及高度方向上的运动加速度和速度；

通过第三预置算法得到所述用户水平方向运动消耗的能量以及所述用户高度方向运动消耗的能量；

根据所述运动类型、所述用户的人体特征信息、所述运动加速度的三轴分量以及所述重力加速度三轴分量，通过第四预置算法得到所述肢体运动消耗的能量；

将所述水平方向运动消耗的能量、所述高度方向运动消耗的能量以及所述肢体运动消耗的能量累加后得到所述用户在运动中消耗的总能量。

6.一种测量人体在运动中消耗能量的装置，其特征在于，所述装置包括：

确定模块，用于确定用户的运动类型及所述用户的身高和体重；

还用于根据用户的运动类型确定运动器具的质量，根据用户的身高和体重确定用户肢体部位的质量；

获取模块，用于通过运动传感器获取所述用户的三维运动信息；所述运动传感器设置在待测量的用户的重心位置；

计算模块，用于根据所述三维运动信息，所述运动类型以及所述用户的人体特征信息，通过预置算法得到所述用户在运动中消耗的总能量；其中，用户在运动中消耗的总能量包括水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量和肢体运动消耗的能量；

计算模块，还用于根据人体当前在水平和高度方向的运动加速度判断肢体和运动器具存在运动，根据人体水平和高度方向的运动加速度及身高设定运动器具和肢体的加速度；以上的设定均为测量装置根据上述相关参数确定，所述上述相关参数指的是用户的运动类型、用户的身高和体重和人体当前在水平和高度方向的运动加速度及身高；根据所述运动器具的质量、用户肢体部位的质量以及运动器具及肢体的加速度信息得到所述用户在运动中肢体运动消耗的能量。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述运动传感器为三轴加速度传感器、三轴陀螺仪以及三轴磁力计；

所述获取模块，还用于通过所述三轴加速度传感器实时获取三维线性加速度，通过所述三轴陀螺仪实时获取三维角速度，以及，通过所述三轴磁力计获取方位角；

所述计算模块还包括：

第一计算子模块，用于根据所述用户的人体特征信息、所述三维线性加速度、所述三维角速度及所述方位角，通过第一预置算法得到所述用户水平方向运动消耗的能量以及所述用户高度方向运动消耗的能量，并根据所述运动类型、所述用户的人体特征信息、所述三维线性加速度、所述三维角速度以及所述方位角，通过第二预置算法得到所述肢体运动消耗的能量，以及将所述水平方向运动消耗的能量、所述高度方向运动消耗的能量以及所述肢体运动消耗的能量累加后得到所述用户在运动中消耗的总能量。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述运动传感器包括三轴加速度传感器；

所述获取模块，还用于通过所述三轴加速度传感器实时获取三维线性加速度；

所述计算模块还包括：

提取模块，用于从所述实时获取的三维线性加速度中，提取出所述用户的运动加速度的三轴分量以及重力加速度三轴分量；

第二计算子模块，用于根据根据所述运动加速度的三轴分量以及重力加速度三轴分量，得到水平方向上的运动加速度和速度以及高度方向上的运动加速度和速度，通过第三预置算法得到所述用户水平方向运动消耗的能量以及所述用户高度方向运动消耗的能量，根据所述运动类型、所述用户的人体特征信息、所述运动加速度的三轴分量以及所述重力加速度三轴分量，通过第四预置算法得到所述肢体运动消耗的能量，以及，将所述水平方向运动消耗的能量、所述高度方向运动消耗的能量以及所述肢体运动消耗的能量累加后得到所述用户在运动中消耗的总能量。

9.一种计步器，其特征在于，包括：

电源、微处理器、运动传感器以及显示屏；

其中，所述电源，用于为所述计步器供电；

所述微处理器，用于确定用户的运动类型及所述用户的身高和体重；

所述运动传感器，用于获取用户的三维运动信息；所述运动传感器设置在待测量的用户的重心位置；

所述微处理器，还用于根据所述三维运动信息，所述运动类型以及所述用户的人体特征信息，通过预置算法得到所述用户在运动中消耗的总能量；其中，用户在运动中消耗的总能量包括水平方向运动消耗的能量、高度方向运动消耗的能量和肢体运动消耗的能量；

所述微处理器，还用于根据所述用户的运动类型设定运动器具的质量，根据所述用户的身高和体重设定用户肢体部位的质量，根据人体当前在水平和高度方向的运动加速度判断肢体和运动器具存在运动，根据人体水平和高度方向的运动加速度及身高设定运动器具和肢体的加速度；以上的设定均为测量装置根据上述相关参数确定，所述上述相关参数指的是用户的运动类型、用户的身高和体重和人体当前在水平和高度方向的运动加速度及身高；根据所述运动器具的质量、用户肢体部位的质量以及运动器具及肢体的加速度信息得到所述用户在运动中肢体运动消耗的能量；

所述显示屏，用于向用户显示各种信息。