CN106323326A - 基于加速度的计数装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于速度计的计数装置及方法。该装置包含波形转换单元及回馈单元。波形转换单元所执行的方法，包含选择至少一种转换方式来处理取样序列，以获得转换序列。回馈单元依据该转换序列的特征信息产生回馈信号。该回馈信号用以调整数个用来处理取样数据的相关参数。

Description

基于加速度的计数装置及方法

技术领域

本发明是有关于一种计数装置及计数方法，特别是一种基于加速度的计数装置及方法。

背景技术

随着科技发展，加速度计及陀螺仪的应用已逐渐融入许多电子装置中，赋予电子装置提供不同类型的应用目的。单轴、双轴或三轴加速度计在行动装置上的使用，例如手机、平板计算机等，已经十分普及。举例而言，智能手环或手表等类型的穿戴式计步装置，便是利用加速度计作为传感器来撷取穿戴者的动作信息，藉以进一步计算的移动步伐。

然，这种基于加速度计来进行计数的装置仍存在精准度不足的问题，亦无法适用于各种应用环境。例如，不同装置的配戴方式/位置，以及不同的运动模式(垂直/水平移动)与运动速度。例如，配戴装置会面临包含上/下楼梯、快/慢跑及/或快/慢走等不同的使用情况。

因此，如何使计数装置提升其应用层面(意即满足更多的使用情况)，应为该领域亟待解决的课题。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

为了解决上述的问题，本发明的一个目的就是在提供一种基于加速度的计数装置及方法，以满足多种运动模式的动作计数目的。

根据本发明的目的，所提出的计数装置，包含一波形转换单元及一回馈单元。所述波形转换单元用以处理多个取样序列，该取样序列由数个取样点组成，且该取样序列与一物体的加速度有关。该波形转换单元以数个转换方式中的至少一转换方式将该取样序列转换为一转换序列，该转换序列具有多个波峰及波谷。所述回馈单元，依据该转换序列中的分布特征，产生一回馈信号。

根据本发明的目的，再提出的基于加速度的计数方法，由一处理模块所执行，包含：以数个转换方式中的至少一转换方式，将所述取样序列转换为一转换序列，以及依据该转换序列中的分布特征来产生所述回馈信号。

上述回馈信号被提供至与处理取样序列有关的各个单元及/或步骤中，作为处理参数调整的依据。藉此，赋予该计数装置或执行该计数方法的装置，能够依据用户的装置佩戴状态、运动状态、运动环境等因素，调整装置的处理模式，有助于动作计数的效率。

较佳地，所述转换方式，基于各取样点与该各取样点相邻的其他取样点的加速度分布，将取样序列转换为转换序列。更具体而言，所述转换方式，基于各取样点与该各取样点相邻的其他取样点的加速度的和(与各取样点所关联的一累加值的平均有关)或差(与各取样点所关联的加速度变化的累加值有关)，将取样序列转换为转换序列。

较佳地，所述回馈信号的产生，可进一步依据转换序列中每单位时间的波峰数量，以及依据转换序列与等取样序列中之一的两者波峰数量比例。

本发明前述各方面及其它方面依据下述的非限制性具体实施例详细说明以及参照附随的图式将更趋于明了。

附图说明

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为方块示意图，显示本发明计数装置的一实施例。

图2为方块示意图，显示本发明处理模块中的各处理单元及其处理顺序。

图3A至图三3E为数据图，针对装置于一特定位置(如腰部)，显示根据本发明计数方法所获得的三轴取样序列、第一转换序列(E1)及第二转换序列(E2)以及根据其他习知方法所获得的三轴取样序列(S1、S2)。

图4A至图4E图为数据图，针对装置于另一特定位置(如腕部)，显示根据本发明计数方法所获得的三轴取样序列、第一转换序列(E1)及第二转换序列(E2)以及根据其他习知方法所获得的三轴取样序列(S1、S2)。

图5为方块示意图，显示本发明回馈单元中的各处理区块。

图6为方块流程图，显示本发明计数方法的一实施例。

附图标记：

1 计数装置

10 加速度计

20 处理模块

201 取样单元

202 波形转换单元

203 峰谷侦测单元

204 突波过滤单元

205 回馈单元

2051 步伐侦测单元

2052 位置判断单元

2053 模式判断单元

2054 调整及回馈单元

206 计数单元

30 储存单元

40 无线传输模块

50 显示器

60 输入接口

600至605 步骤

具体实施方式

本发明现将在下面参考形成其部分的附图以更完全描述，且这些附图系经由说明以显示可实施本发明的特定示例性具体实施例。然而，本发明能够以许多不同形式具体实施，且不应该构成对在此提出具体实施例的限制；而是，这些具体实施例提供是要对揭示内容彻底完全了解，并将本发明的范畴完全传达给熟谙此项技术人士。除了其他特点以外，本发明可以方法或装置具体实施。因此，本发明可采用整个硬件具体实施例、整个软件具体实施例、或组合软件和硬体态样的具体实施例的形式。因此，下列详细描述并非以限制性采用。

在整个说明书及申请专利范围中，除非内容清楚声明，否则下列术语采用在此明确关联的意义。如在此使用的叙述语「在一实施例中」，虽可以是指相同的具体实施例，但在此不必然是指相同的具体实施例。此外，如在此使用的叙述语「在另一实施例中」或「在其他实施例中」，虽然可以是指不同的具体实施例，但在此不必然是指不同的具体实施例。因此，如下所述，本发明的各种不同具体实施例可组合，不致脱离本发明的范畴或精神。

此外，如在此的使用，除非内容清楚声明，否则叙述字「或」是一包容「或」，且等同于「及/或」。除非内容清楚声明，否则叙述语「基于」是没有排他性，且允许基于未描述的其他因素。此外，在说明书中，「一」和「该」的意义包括复数意义的参照。「之中」的意义包括「之中」及「之上」。同样地，除非清楚指明，否则叙述「峰值」可指「波峰」或「波谷」。除非以图式为基础，否则叙述「波峰」和「波谷」并未具有特定的上下关系。

图1显示本发明基于加速度的计数装置(以下简称计数装置)的较佳实施例。为实作本发明，并非所有组件皆为必要，同时可在该组件的排置和类型方面加以变化而不致悖离本发明精神或范围。即如所示，图1的计数装置1主要包含一加速度计10、一处理模块20及储存单元30。所述计数装置1可依据装置本身所受到的移动而输出一或多个序列值及一计数结果，所述序列值与装置本身的移动加速度及移动方向有关。该计数装置1可进一步包括无线传输模块40及/或显示器50。所述无线传输模块40可与外部网络及/或装置通讯连接。所述网络可为有线/无线的架构组成一或更多的局域网络(LAN)及/或广域网(WAN)。该网络105可包含LAN、WAN、电话网络等等。无线传输模块40可具有透过TCP协议、HTTP协议或HTTPS协议来建立网络联机的能力，及/或可具有短程通讯和传输数据的能力，例如蓝芽传输、NFC传输。显示器50可依据计数装置1的输出而显示一或多个计数值。

一般说来，计数装置1典型的有智能手机、或平板计算机、智能手环等。计数装置1典型的应用为动态计数，如步伐计算。以下实施例的说明，系以计步器的实施态样为主轴；然，本发明并不仅限于计步器的应用。

加速度计10用以将一物体移动信息转换成与该移动信息有关的加速度信息。加速度计10，典型地，可由可动件、电极、介电材料及IC电路等组成的电容电路所施行。可动件的移动迫使电容产生变化，进而产生与加速度有关的信息。所述加速度信息可为一连续信号。计数装置1可包含一或多个加速度计10，每个加速度计10可为单轴、双轴或多轴的设计，其决定加速度方向取得的数量，例如双轴加速度计可获得物体移动时的水平及垂直加速度。经加速度计10测得的加速可随时间产生的变化，此变化由物体移动的型态而决定。。本发明实施例主要以量测线性加速度的加速度计为说明主轴。加速度计10可包含模拟/数字转换单元(图中未示)，用以输出数字信号供数字电路处理。

处理模块20用以执行一或多个储存单元30中的应用程序及负责数据之计算。处理模块20接收加速度计10所产生的加速度信息，并经由特定的算法及/或应用程序将所述信息转换成特定结果。在本发明其他实施例中，处理模块20可由分散于不同的终端装置所组成，例如与该计数装置1通讯联机的其他远程装置亦可接收加速度计10所收集到的加速度信息并计算。储存单元30用以储存可执行的应用程序及/或算法，并可记录处理模块20的运算结果，如在一时间内与该计数装置1有关的行走步伐计数值。

参阅图2所示，该处理模块20所执行的处理可由复数模块表示，其包含取样单元201、波形转换单元202、峰谷(crest-trough)侦测单元30、突波过滤单元40、回馈单元50及计数单元60，其依序处理从加速度计10所获得的加速度信息。

取样单元201系用以对加速度计10产生的连续信号进行取样。对于连续信号的取样频率可经由输入接口60的设定来决定。例如，取样频率可分为三个等级供用户依据其动作模式来选取。或是，可依据回馈单元205所产生的回馈信号来自发地调整所述取样频率。如图3A图及图4A，其分别显示将本发明计数装置1配置在一特定位置(如腰部)及另一特定位置(如腕部)的三轴加速度取样结果(序列)，其中横轴数值与取样时间有关，纵轴数值(标准化数值)与各轴加速度值有关。值得注意的是，图3A的Z轴加速度相较其他轴来得有变化，而图4A的Y轴加速度相对其他轴来得有变化。原因在于，配戴于腰部及腕部的计数装置1，分别会在主要的一个方向上呈现较剧烈的加速度变化，以至于有明显的峰值落差。当然，X、Y、Z所呈现的序列除了与计数装置1的配戴部位有关，该计数装置1在一部位上配戴的方向也会有所影响。然而，经由波形转换单元202，序列中的重要信息得以被萃取及放大。

波形转换单元202用以将所得到的三轴加速度序列转换为特征明显可供辨识的序列(波形)。为了强化三轴信号波形的变化程度以及弱化三轴波形信号中的地心引力成份，波形转换单元202可采取第一种波形转换方式来处理所接收的三轴序列：

$E1\left(n\right)=E1(n-1)+V1\left(n\right)-\frac{\underset{k=i}{\overset{i+j-1}{\Σ}}V1\left(k\right)}{j},n=1...m,......\[1\]$

其中，n为三轴序列中的第n个取样点；m为三轴序列中的取样总数；i为第i个邻近n的取样点；j为与第n个取样点相邻的取样点数量；V1(n)等于|X|+|Y|+|Z|(即三轴各别绝对值的总和)；E1(n)为经由波形转换后的序列。根据公式[1]的描述，E1(n)的转换值，是基于已知的E1(n-1)、V1(n)、以及与V1(n)有关的累加平均值所计算。

具体而言，所述累加平均值为，在V1(n)中，与第n个取样点相邻的数个取样点(包含此第n个)的累加值，其平均(除以相邻取样数量j)，即

$\frac{\underset{k=i}{\overset{i+j-1}{\Σ}}V1\left(k\right)}{j}.$

其中，第i个取样点为累加的起始点。一般而言，较佳地，i邻近于第n个取样点，例如可设定i等于n±1，意即以序列中的第n个取样点的前或后一个取样点作为累加运算的起始点。或者，在某些状况下，可设定i等于n。

累加运算的终点由相邻取样点的数量j所决定。以j＝16来说，累加运算的终点为第n个点后的第16个点。举例而言，若计算与取样点n＝1有关的累加值，当设定j＝16时，则累加值的平均为

$\frac{\underset{k=i=n=1}{\overset{1+16-1}{\Σ}}V1\left(k\right)}{16}.$

在本发明的其他实施例中，与第n个取样点相关的起点和终点亦可分别设定为，起点i落在所要运算的第n个取样点之前，而终点落在所要运算的第n个取样点之后。举例而言，起点和终点分别为第n-8个及第n+8个，则累加值的平均计算可描述成

$\frac{\underset{k=i=n-16/2}{\overset{n+16/2-1}{\Σ}}V1\left(k\right)}{16}.$

又或是，起点i接落在所要运算的第n个取样点之前，而终点落在所要运算的第n个取样点。举例而言，终点和起点分别为第n-16个及第n个，则累加值的平均计算可描述成

$\frac{\underset{k=i=n-16}{\overset{n}{\Σ}}V1\left(k\right)}{16}.$

应注意，在计算V1(n)的第一个取样点V1(0)时，起点i即为V1(0)，同时公式[1]中的计算项目E1(n-1)不列入考虑。另外，无论累加运算的上下限(起点和终点)分别对应至哪个取样点，上下限中的取样点必须包含第i个(与第n个相近的)取样点。这样的计算意义是在于获得第n个取样点附近的累积数值。所述i和j的数值，可基于所述取样频率与V1(n)的波形分布的关联性，所决定。

经由累加值的平均，原V1(n)序列中的步伐特征得以被强化，同时经由平均计算而弱化地心引力(重力加速度)的特征。

参阅图3A，此为将计数装置1配戴于如腰部所量测的三轴序列。参阅图3D，此显示三轴序列经处理模块20的波形转换单元202，以公式[1]，所产生的转换结果。可发现转换后所得到的E1(n)序列，具有明显的波峰与波谷(与行走步伐的动作有关)，其识别度相较原始序列提升，有助于处理模块20进行后续的计数判断。

本发明所提供的波形转换单元202可采取一或多种波形转换手段，以应付前述计数装置所处的各种使用情境。波形转换单元202可基于三轴中每一轴的加速度变化量来产出新的序列。波形转换单元202可选择经由第二波形转换方式来运算处理三轴序列：

$E2\left(n\right)=\underset{k=n}{\overset{n+q-1}{\Σ}}V\left(k\right),n=1...m,...\[2\]$

其中，V(n)等于Dx(n)+Dy(n)+Dz(n)；n为三轴序列中的第n个取样点；m为三轴序列中的取样总数；q为第n个取样点后的第q个取样点。其中，Dx(n)＝|Xn+1–Xn|；Dy(n)＝|Yn+1–Yn|；Dz(n)＝|Zn+1–Zn|。故，此处V(n)的波形分布可理解为与三轴中各轴相邻加速度的变化有关。具体而言，E2(n)的计算，系以V(n)序列中的第n个点作为起点，而V(n)序列中的第n个点后的第q个点作为终点，并由累加该起点和终点之间的数值所获得。

应注意，q值的设定会影响E2(n)的波形。若q值过大，E2(n)所呈现的波形起伏较小；反之，E2(n)所呈现的波形起伏较大，例如锯齿型。q值的设定可依据所述取样频率的大小而决定，一般而言，q值约为7。

参阅图4A，此为将计数装置1配戴于如腕部所量测的三轴序列。参阅图4E，此显示三轴序列经处理模块20的波形转换单元202，以公式[2]，所产生的可辨识波形。

图3B、3C图及图4B、4C图显示采用两种习知波形转换对两组量测数据的转换结果，其中而S2＝|X|+|Y|+|Z|。比较图3A至三E图，对于腰部配戴式所测得的数据，S1和S2仍呈现可辨识的波形，但辨识特征仍不及于图3D图的E1。又比较图4A至图4E，对于腕部配戴式所测得的数据，S1和S2的波形已经呈现无法辨识的样貌，远不及于图4E的E2。本发明所提供的波形转换E1和E2，相较于一些习知的手段，已明显在波形特征的萃取上有所改进。

比较图3A、3D、3E及图4A、4D、4E的两组测量及对应的转换序列，很明显地，依据转换波形呈现的结果，E1计算方式比起E2来得适用于如腰部配戴式的计数装置；而E2计算方式较E1适用于如腕部配戴式的计数装置。当然，本发明的计数装置可包含甚至更多种波形转换方式以满足各种使用情境。甚至，本发明的波形转换单元202可以数个转换方式中的至少一转换方式来处理取样序列。本发明之计数装置，可经由用户输入，而切换至适合特定配戴方式的波形转换方式；或者，经由回馈单元205的回馈信号来切换所述转换模式。回馈单元205的有关内容将于后续段落描述。

一旦转换出可辨识的波形后，峰谷侦测单元203接着找出波形中的波峰及波谷数值。峰谷侦测单元203为计数序列中波峰及波谷的数目，且可依据波形转换的方式而采取不同的计数方法。

对于一转换的波形E(n)，峰谷侦测单元203依序读取各取样点的数值，即依序读取E(0)、E(1)、E(2)…E(k)...至E(m)。当E(k)的数值小于E(k-1)，则峰谷侦测单元203视E(k)为一最新最小值(Absmin)(但未认定为波谷)。这是因为，当峰谷侦测单元203读取波峰至波谷的取样点时，所述最新最小值会不断地被更新并记录，直到序列上升。若峰谷侦测单元203所量测到的某个取样点E(k)小于一预设最小值，则峰谷侦测单元203即立刻将此E(k)的最新最小值(Absmin)等于该预设最小值，但仍尚未认定为波谷。

获得所述最新最小值(Absmin)后，峰谷侦测单元203仍继续读取后续取样点。当接下来的某个取样点E(k)大于a倍的最新最小值(Absmin)，其中a＞1，或是某个取样点E(k)与所述最新最小值(Absmin)的落差大于一峰谷高度阀值(THgap)，即确认具有所述最新最小值(Absmin)的取样点为波谷；反之，峰谷侦测单元203仍继续读取。另一方面，与确认此波谷有关的某个取样点E(k)即被认定为一最新最大值(Absmax)。寻找波谷的方式可由以下数学描述：

若E(k)<E(k-1)，则E(k)＝最新最小值(Absmin)；

若E(k)<预设最小值，则E(k)＝预设最小值(Absmin)；

若E(k)>a*Absmin或(E(k)-Absmin)>THgap，则Absmin＝波谷且Absmax＝E(k)。

得知序列的最新最大值(Absmax)后，峰谷侦测单元203继续读取后续取样点，寻找波峰。由于此时序列上升，最新最大值(Absmax)会不断地更新，直到序列下降。当峰谷侦测单元203读取某个取样点E(k)的数值小于b倍的最新最大值(Absmax)，其中b＜1，或是某个取样点E(k)与最新最大值(Absmax)的落差大于一峰谷高度阀值(THgap)，则确认具有该最新最大值(Absmax)的取样点为波峰；否则，当峰谷侦测单元203持续读取后续取样点。另一方面，与确认此波峰有关的取样点E(k)即被认定为一最新最小值(Absmin)。寻找波峰的方式可由以下数学描述：

若E(k)<b*Absmax或[Absmax-E(k)]>THgap，则Absmax＝波峰且Absmin＝E(k)。

上述倍数a和b以及峰谷高度阀值(THgap)，可经由回馈单元205来调整，其中峰谷高度阀值(THgap)可依据峰谷侦测单元203判别的对象，E1(n)序列或E2(n)序列，来切换为不同的默认值。

在本发明的另一实施例中，峰谷侦测单元203可以另一方式寻找波峰。当某个取样点E(k)的数值与最新最大值(Absmax)的落差大于一第一落差值(ΔMin)，且E(k)的数值与最新最大值(Absmax)的落差加上最新最大值(Absmax)和最新最小值(Absmin)的差大于一第二落差值(ΔSum)，则确认此最新最大值(Absmax)为波峰。此方式可以数学描述如下：

若(Absmax-E(k))>ΔMin且(Absmax-E(k))+(Absmax-Absmin)>ΔSum,则Absmax＝波峰，同时Absmin＝E(k)。

上述参数ΔMin和ΔSum亦可由回馈单元205调整。由上述说明可知，峰谷侦测单元203经由依序读取及更新序列中的最大值和最小值，并基于最新最小值和最新最大值来轮流确认波峰与波谷所属的位置。一般而言，一个波谷至下一个相邻波峰(或一个波峰至下一个相邻波谷)的区段与一步的动作有关。

突波过滤单元204可设置于该计数装置1中，以过滤存在于序列中的不合理波峰或波谷，也就是所谓的突波。突波的形成通常与正常动作的转变或打断有关，例如受到外力的碰撞，或是闪避动作发生。诸如此类的异常动作，一般而言，与实际的步伐计数无关，故应将其剔除在计数目标之外。每当序列中的波峰或波谷出现时(经由峰谷侦测单元203确认)，突波过滤单元204可根据取样频率的相关信息计算，最新发现的波峰或波谷与前一次出现的波峰或波谷之间的时间间隔(Δt)。当Δt大于等于一周期门坎(ΔT)，则确认此最新的波峰或波谷为可计数的目标；反之，则认定为此新发现的波峰或波谷为突波，不列入计数。所述ΔT可由回馈单元205调整，所述ΔT与用户的动作频率有关，例如走路和跑步的动作频率不同。突波过滤单元204可与峰谷侦测单元203同时运作，并可进一步标记哪些峰谷值属于突波，哪些峰谷值为可计数的波峰和波谷。

回馈单元205接着处理已标记波峰和波谷(或已排除突波)的序列，并基于波峰和波谷的信息判断用户状态，以及依据此状态产生回馈信号。

参阅图5所示，回馈单元205尚包含步伐侦测单元2051、位置判断单元2052、模式判断单元2053、调整及回馈单元2054。步伐侦测单元2051用以判断序列中所呈现的波峰和波谷是否为噪声，而决定该计数装置1是否进行计数状态。一般而言，噪声的形成与装置的额外晃动有关。例如，从口袋拿取物品时，腕部配戴式的计数装置容易因手部的动作而产生非步行行为之晃动，导致加速度计输出相关信号。步伐侦测单元2051根据一持续时间内的数个波峰之间的时间间隔是否小于该持续时间的0.375倍，来决定该计数装置为进行计数状态或是停止状态。举例而言，当连续4秒以上出现数个波峰，且相邻波峰间的时间间隔小于1.5秒，则这4秒内的序列为可计数，装置为计数状态；反之，这4秒内的峰值被视为噪声扰动，不列入计数。虚列可因此被标记为特定区段为可计数，其他为不可计数的区段。被标记为可计数的区段序列，则成为回馈单元205主要处理的部分。

位置判断单元2052用以判断，在计数状态下，该计数装置1所配戴的位置。具体而言，位置判断单元2052依据三轴序列中辨识度较佳之一(如X、Y或Z波形震幅较明显者)与转换后的序列(E1或E2)之间的波峰(或波谷)数量比例，是否落在一预设比例区间，来判断该装置所佩带的位置。举例而言，若两者的波峰数量比例趋近1：1，则计数装置的位在身体上的可能性较大。若两者波峰数量比例趋近1：1.5乃至1：2，则计数装置位在腕部的可能性较大；其原因在于，两步的步伐仅对应一次来回的手部摆动，故X、Y、Z三轴的波峰数量仅约为实际步伐数的一半。所述预设比例区间可关联至特定的配戴位置。所述预设比例区间可有一或多种，且可预先加载于储存单元30，作为各种配戴位置判断的依据。

模式判断单元2053用以判断，在计数状态下，用户正从事的运动模式。具体而言，模式判断单元2053主要基于序列中之相邻波峰波谷间的时间间隔及位置落差(峰值高度落差)，来判断一运动模式。此处所指的运动模式，主要包含至少在一个维度上有周期性特征的运动，例如往复式运动、摆动、转动。所述运动模式与相邻波峰波谷间的时间间隔及位置落差的组合或其运算数值有关。举例而言，可将相邻波峰波谷间的时间间隔及位置落差分别划分为三个等级，如高、中、低，每个等级可与特定的数值有关。举例而言，跑步时，身体上下震动幅度相较走路来得大，且跑步的步伐频率也相较于走路来的大。因此，跑步相关的相邻波峰波谷间的时间间隔及位置可落在「高」等级。储存单元30可预先加载一或多个关联于不同运动模式的等级设定，每个运动模式所属的峰谷间隔及其位置落差可经收集大量的实际量测数据而得知，作为各种配戴位置判断的依据。换言之，回馈单元205可以外部大数据做为训练样本，有助于提升位置判断及/或运动模式判断的能力。

调整及回馈单元2054，至少基于该装置所配戴的位置及/或该装置所应用的运动模式，来产生一回馈信号。如图2所示，该回馈信号回传至取样单元201、波形转换单元202、峰谷侦测单元203及/或突波过滤单元204。所述回馈信号包含一或多个调整指令，用以指派新的调整参数至处理模块20中的各单元201至204。该取样单元201依据该回馈信号调整其取样频率。波形转换单元202依据该回馈信号选择波形转换的方式，如给出一腕部配戴该装置的结果，则波形转换单元202采取公式[2]，并可再依据之后的回馈信号调整q值。峰谷侦测单元203依据该回馈信号调整峰谷倍率值a和b、高度阀值THgap、ΔMin和ΔSum以及时间门坎值ΔT等相关参数。

举例而言，在跑步时，所量测到的序列，甚至是转换得到的序列，其波形振幅及频率均上升。在此状态下，回馈信号应令取样频率、峰谷高度阀值THgap、ΔMin及ΔSum调升，同时令突波的时间门坎值ΔT缩短。

上述回馈信号，较佳地，可于回馈单元205产生新的判断结果时而产生；抑或是，每隔一段时间回馈单元205自动组织一回馈信号并发送至前级处理单元。在本发明的其他实施例中，上述参数亦可透过输入接口60调整。例如，用户可选择跑步模式、快走模式或是散步模式。

针对序列中被标记为可计数的部分，计数单元206则依据该序列中的波峰波谷数量及位置来关联至一计数值。该计数值随着新发现的波峰和波谷而累积，并经由无线传输模块40传送至远程装置(例如智能手机)储存并经由显示器50显示，以达监控目的。

在本发明的某些实施例中，回馈单元205亦可设置于前级处理单元201至204之间，以提早给出需调整的参数，提升计数装置1的应变能力。

参阅图6所示，步骤600至605示范本发明计数装置所执行的方法。本实施例的计数装置可设定为在供电状态下采取这些步骤。一旦计数装置开启，加速度计10依据装置的移动而产生一或多个加速度信号。所述加速度信号经处理模块20取样后获得一或多个加速度序列，如图3A及图4A所示(步骤600)。较佳地，对于三轴的取样频率及取样起始点相同。

经取样的加速序列，其含有重力加速度的成分在内，以及噪声等因素，使其波形辨识度不佳。在步骤601中，处理模块20，基于多个转换方式中的至少一者，对加速度序列中的每个取样点进行转换，以获得一转换序列。处理模块20主要依据该计数装置所套用的运动模式来选择转换方式，如在前述公式[1]及公式[2]择一执行。若运动模式为未知，则处理模块20可从多个转换方式中选择一优先的转换方式；或者，处理模块20可采该计数装置最近一次套用的转换模式来执行步骤601。

在步骤602中，处理模块20依序读取该转换序列中的每个取样点，并基于相邻取样点的数值比较来获得该转换序列的最新最小值(Absmin)及最新最大值(Absmax)的位置。当某个取样点与最新最小值(Absmin)的位置，两者之间高度落差达一阀值，则确认该最新最小值(Absmin)的位置为波谷。当最新最大值(Absmax)的位置与某个取样点，两者的高度落差达一另一阀值，则确认该最新最大值(Absmax)的位置为波峰。上述阀值可设定为相同。

步骤602，可进一步包含过滤转换序列中的突波。处理模块20，基于上述波峰与波峰之间以及波谷与波谷之间的时间间隔，来辨认突波。具体而言，当相邻峰值位置的时间间隔小于及/或大于一时间阀值(如前述ΔT)，则认定该相邻峰值位置的其中一者为突波，并标记为不可计数。

在步骤603中，处理模块20进一步依据该转换序列的峰谷值分布情形来给出一判断结果，其包含该计数装置是否进入计数状态、该计数装置所在位置以及该计数装置所应用的运动模式为何。

步骤603的处理包含，处理模块20基于在一时间内所出现的峰值数量，也就是波峰或波谷在时间轴上的分布密度(如每单位时间的波峰数量)，来决定该时间内的转换序列是否为可计数的状态。当所述峰值分布密度出现不可预期的程度，即太松散或是太密集，则将该时间内的转换序列视为噪声扰动。

步骤603的处理尚包含，处理模块20基于取样序列与转换序列，两者的波峰数量比例，来决定计数装置所呈现的移动方式。移动方式通常与计数装置的设置位置有关，例如以计步器而言，可设置于腰部或腕部，其分别令计数装置主要呈现一维或二维的加速度变化量。这是由于，走路时，腰部主要涉及水平移动，而腕部主要涉及一平面上的摆动。这样的差异会反映在转换前后的序列的波峰数量。如同前述内容，三轴取样序列中的波峰数量仅为实际步伐数量的一半，故转换序列中的波峰数量趋近三轴波峰数量的两倍左右。

步骤603处理又包含，处理模块20至少基于转换序列中相邻波峰与波谷的时间间隔以及其高度落差，来决定该计数装置应套用的运动模式，如跑步、走路、上楼梯或下楼梯等。对于相同的计数装置来说，不同的运动模式套用在该装置上应呈现出不同的序列波形，每种序列波形应不尽相同，尤其是波峰和波谷的分布。甚至序列波形的单一周期内可存在主波峰和次波峰的情形。各种的波形分布情形可利用机器学习的方法来加强装置的应变能力，使装置能够依据波形辨认出所属运动模式。

处理模块20系设定以每隔一段时间启动步骤603，以便能够及时地对于装置的使用环境做出反应。步骤603所处理的判断，需要经由前述步骤累积一定的数据量。若数据量过少(取样点数量不足，序列长度过短)，则可能会影响步骤603给出的判断结果。相对地，累积数据量需要足够时间，但延迟步骤603的起始时间可能影响装置的应变能力。步骤603的起始时间可由已发现的波峰及/或波谷的数量而决定。另外，在本发明的另一实施例中，步骤603所包含的处理可分散于其他步骤中执行。举例而言，计数状态的判断，可于步骤603前启动。

当步骤603给出的判断结果不同于前一次步骤603给出的判断结果，则处理模块20产生一回馈信号，以调整前述步骤600至601所采取的参数值(步骤604)。该回馈信号具有参数调整的指令。例如，处理模块20可基于该回馈信号而调整步骤600中的取样参数(如取样频率)。例如，处理模块20可基于该回馈信号而选择执行步骤601所采取的转换方式及/或与转换方式有关的参数(如前述i值、j值或q值)。例如，处理模块20基于该回馈信号而调整步骤602中判断序列峰谷值的高度阀值(如前述THgap、ΔMin、ΔSum)。

若在步骤603判定序列为可计数的状态，则处理模块20针对序列中的波峰和波谷进行统计(步骤605)，并将统计结果转换成一计数值。例如，相邻的一波峰和一波谷的组合计为一次计数。

综上所述，本发明所提出的基于加速度的计数装置及方法，藉由本发明所赋予的回馈机制及调整机制，本发明计数装置能够适时地选择处理数据的手段，以响应从不同使用条件中所得到的回馈信息，使计数装置能够应付各种运动型态的计数。再者，本发明所提出的计数装置及方法可整合于不同类型的便携设备(包含穿戴式装置)，且该便携设备适用于手持握，以可适于穿戴至身上。

至此，本发明基于加速度的计数装置及方法的较佳实施例，已经由上述说明以及图式加以说明。在本说明书中所揭露的所有特征都可能与其他方法结合，本说明书中所揭露的每一个特征都可能选择性的以相同、相等或相似目的特征所取代，因此，除了特别显著的特征之外，所有的本说明书所揭露的特征仅是相等或相似特征中的一个例子。经过本发明较佳实施例之描述后，熟悉此一技术领域人员应可了解到，本发明实为一新颖、进步且具产业实用性之发明，深具发展价值。本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然不脱如附申请范围所欲保护者。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (21)

1.一种基于加速度的计数装置，其特征在于，包括：

一波形转换单元，用以处理多个取样序列，该取样序列由数个取样点组成，且该取样序列与一物体的加速度有关，该波形转换单元以数个转换方式中的至少一转换方式将该取样序列转换为一转换序列，该转换序列具有多个波峰及波谷；及

一回馈单元，依据该转换序列中与该波峰和波谷间的时间间隔有关的信息以及与该波峰和波谷的高度落差有关的信息，产生一回馈信号，

其中，该波形转换单元，基于该回馈信号，选择该转换方式中的至少一转换方式来处理该取样序列。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该波形转换单元所执行的转换方式，基于各取样点与该各取样点相邻的其他取样点的加速度分布，将该取样序列转换为该转换序列。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该波形转换单元所执行的转换方式，基于各取样点与该各取样点相邻的其他取样点的加速度的和，将该取样序列转换为该转换序列。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该波形转换单元所执行的转换方式，基于各取样点与该各取样点相邻的其他取样点的加速度的差，将该取样序列转换为该转换序列。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该波形转换单元所执行的转换方式，与各取样点所关联的一累加值的平均有关：

$\frac{\underset{k=i}{\overset{i+j-1}{\&Sigma;}}V1\left(k\right)}{j},$

其中，V1(k)序列为各取样序列的绝对值的和；i为V1(k)中的累加运算的起点；j为V1(k)中累加运算的终点；k与该取样序列的取样点相对应，其中所运算的取样点落在i至j的范围内。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，该波形转换单元所执行的转换方式，与各取样点所关联的加速度变化的累加值有关：

$\underset{k=n}{\overset{n+q-1}{\&Sigma;}}V\left(k\right),$

其中，V(k)序列为各取样序列的加速度变化量的绝对值的和；n为V(k)中累加运算的起点；q为V(k)中累加运算的终点；k与该取样序列的取样点相对应，其中所运算的取样点为n。

7.根据权利要求1所述之装置，其特征在于，该回馈单元，又依据该转换序列中每单位时间的波峰数量，产生该回馈信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该回馈单元，又依据该转换序列与该取样序列中之一的波峰数量比例，辨认与该取样序列有关的一运动模式。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，进一步包含一峰谷侦测单元及一突波过滤单元，其中该峰谷侦测单元用以辨认出该转换序列中的波峰和波谷，而该突波过滤单元用以辨认出该转换序列中不可计数的波峰和波谷。

10.一种基于加速度的计数方法，其特征在于，经由一处理模块处理多个取样序列，该取样序列由数个取样点组成，该取样序列与一体的加速度有关，该方法包含：

由该处理模块，以数个转换方式中的至少一转换方式，将该取样序列转换为一转换序列，该转换序列具有多个波峰及波谷；

由该处理模块，依据该转换序列中与该波峰和波谷间的时间间隔有关的信息以及与该波峰和波谷的高度落差有关的信息，产生一回馈信号，

其中，该处理模块，基于该回馈信号，选择该转换方式中的至少一转换方式来处理该取样序列。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，由该处理模块所执行的转换方式，基于各取样点与该各取样点相邻的其他取样点的加速度分布，将该取样序列转换为该转换序列。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，由该处理模块所执行的转换方式，基于各取样点与该各取样点相邻的其他取样点的加速度的和，将该取样序列转换为该转换序列。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，由该处理模块所执行的转换方式，基于各取样点与该各取样点相邻的其他取样点的加速度之差，将该取样序列转换为该转换序列。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，由该处理模块所执行的转换方式，与各取样点所关联的一累加值的平均有关：

$\frac{\underset{k=i}{\overset{i+j-1}{\&Sigma;}}V1\left(k\right)}{j},$

其中，V1(k)序列为各取样序列的绝对值之和；i为V1(k)中的累加运算的起点；j为V1(k)中累加运算的终点；k与该取样序列的取样点相对应，其中所运算的取样点落在i至j的范围内。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，由该处理模块所执行的转换方式，与各取样点所关联的加速度变化的累加值有关：

$\underset{k=n}{\overset{n+q-1}{\&Sigma;}}V\left(k\right),$

其中，V(k)序列为各取样序列的加速度变化量的绝对值之和；n为V(k)中累加运算的起点；q为V(k)中累加运算的终点；k与该取样序列的取样点相对应，其中所运算的取样点为n。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，该处理模块，又依据该转换序列中每单位时间的波峰数量，产生该回馈信号。

17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，该处理模块，又依据该转换序列与该取样序列中之一的波峰数量比例，辨认与该取样序列有关的一运动模式。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该处理模块，又依据该转换序列与该取样序列中之一的波峰数量比例，辨认与该取样序列有关的一运动模式。

19.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包含由该处理模块，至少依据一高度阀值辨认出该转换序列中的波峰和波谷，以及依据一时间门坎值辨认出该转换序列中不可计数的波峰和波谷。

20.一种包含如权利要求1所述装置的便携设备，其特征在于，该便携设备选择性至少穿戴于使用者的腕部及腰部其中之一。

21.一种执行如权利要求10所述方法的便携设备，其特征在于，该便携设备选择性至少穿戴于使用者的腕部及腰部其中之一。