CN109425364B

CN109425364B - 利用假阳性拒绝的用于执行计步的电子设备

Info

Publication number: CN109425364B
Application number: CN201810837767.8A
Authority: CN
Inventors: M·利奥; A·卡吉迪亚克; M·卡斯特拉诺
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2018-07-26
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2038-07-26
Also published as: US11112268B2; US20190063948A1; CN109425364A

Abstract

本公开的实施例涉及利用假阳性拒绝的用于执行计步的电子设备。本文所公开的是一种方法，方法包括接收多轴加速计数据，其表示电子设备的用户迈出的潜在步伐。方法还包括确定由多轴加速计数据表示的潜在步伐是否是错误的。这个确定是通过从多轴加速计数据计算统计数据，并向统计数据应用决策树，以执行确定潜在步伐是否是假阳性的互相关得到的。如果潜在步伐不是假阳性，则步伐检测过程被执行，以确定该潜在步伐是否是可计数的步伐，并且如果该潜在步伐被发现是可计数的步伐，则使步伐计数器递增。

Description

利用假阳性拒绝的用于执行计步的电子设备

技术领域

本公开是针对能够对用户迈出的步伐进行计数的便携式电子设备(诸如智能电话和可穿戴设备)的领域。更特别地，本公开涉及由这种电子设备使用以在计步期间拒绝假阳性，从而提供准确的结果的技术。

背景技术

电子设备(诸如智能电话、智能手表和其他可穿戴设备)在当今社会无处不在。除了这种设备能够执行的各种各样的通信和娱乐功能之外，一些设备能够用作计步器，以追踪用户所迈出的步伐。此功能可以由用户来追踪他们在给定的天和给定时间段内行走或跑了多少步伐。

不幸的是，目前的电子设备在执行计步功能时经常记录假阳性。例如，用户手动地或者由于用户的环境(例如乘坐火车、开车颠簸)而不自觉地引起电子设备的晃动，可以导致电子设备记录没有迈出的步伐。由于这种计步器功能在其结果是准确一致时更加有用，该领域的进一步发展是需要的。

发明内容

本文所公开的是一种方法，包括接收多轴加速计数据，其表示电子设备的用户迈出的潜在步伐。方法还包括确定由多轴加速计数据表示的潜在步伐是否是错误的。这个确定是通过从多轴加速计数据来计算统计数据，并向统计数据应用决策树，以执行确定潜在步伐是否是假阳性的互相关得到的。如果潜在步伐不是假阳性，则步伐检测过程被执行，以确定该潜在步伐是否是可计数的步伐，并且如果该潜在步伐被发现是可计数的步伐，则使步伐计数器递增。

统计数据可以包括以下中的至少一个：多轴加速计数据的均值、方差、带内能量、过零点计数、最大值和最小值。

这个方法还可以包括在确定由多轴加速计数据表示的潜在步伐是否是假阳性之前，电子设备执行配置阶段。配置阶段可以包括针对用户迈出的配置步伐为假阳性的情况和用户迈出的配置步伐为实际步伐的情况收集多个多轴加速计数据并使用互相关机制来更新决策树。

互相关机制可以包括机器学习过程。

更新的决策树可以存储到专用集成处理器，其至少执行假阳性的确定以及配置阶段的执行。

电子设备的位置可以由多轴加速计数据确定。决策树也可以应用于电子设备的位置。

执行步伐检测过程可以包括确定多轴加速计数据的量级(magnitude)以产生第一中间数据，对第一中间数据滤波以产生第二中间数据，检测第二中间数据中的峰值以产生第三中间数据、对第三中间数据执行细化以产生第四中间数据，对第四中间数据执行去抖动步骤以确定该潜在步伐是否是可计数步伐，以及如果潜在步伐是可计数步伐则递增步伐计数器。

去抖动步骤的执行可以包括对在给定时间段内记录的步伐的数目进行计数，并且如果记录的步伐的数目等于或者超过了阈值数目，那么该潜在步伐是可计数步伐。

阈值数目和给定时间段可以基于用户输入来设置。

去抖动步骤的执行可以包括对记录的步伐的数目进行计数，并且如果记录的步伐的数目等于或者超过了阈值数目，那么该潜在步伐是可计数步伐。

在步伐检测过程是使用定点值执行的情况下，滤波可以包括使用二阶带通滤波器。

在步伐检测过程是使用浮点值执行的情况下，滤波可以包括使用五阶带通滤波器。

五阶带通滤波器的滤波器系数和滤波器类型可以基于用户输入来设置。

确定多轴加速计数据的量级可以包括对多轴加速计数据应用坐标旋转数字计算。

对第三中间数据执行细化也可以包括基于用户输入来设置初始阈值、渐进阈值和细化系数。

附图说明

图1是可以用于执行本公开的技术和方法的电子设备的框图。

图2是用于在计步器模式操作图1的电子设备的技术的流程图。

图3是显示图2的步伐检测块的更多细节的流程图。

图4是显示校准过程的流程图，校准过程可以先于图2的步伐检测或在图2步伐检测的间歇期间执行。

具体实施方式

附图和以下描述仅通过图示的方式涉及优选的实施例。应当注意，从以下讨论中，本文所公开的结构和方法的备选实施例将被容易识别为在没有偏离实施例的原理的情况下可以被采用的可行的备选。

现在详细参考若干实施例，实施例的示例在附图中被图示。注意，只要可行，相似或类似的附图标记可以在附图中使用，并且可以指示相似或类似的功能。附图仅出于图示的目的来描绘实施例。

首先参照图1，现在描述可以用于执行本公开的方法和技术的电子设备50。电子设备50可以是智能电话、智能手表、健身追踪器或者其他可穿戴的或可携带的电子设备。电子设备50包括传感器单元52，传感器单元52包括加速计56和陀螺仪58，加速计56和陀螺仪58耦合到专用集成电路(ASIC)54。ASIC 54包括存储器53。在一些应用中，加速计56和陀螺仪58可以是微机电系统(MEMS)设备，并且可以提供三轴数据。传感器单元52经由导电迹线(为简单起见，显示了一个这样的导电迹线57)耦合到片上系统(SOC)60。显示器62和无线收发器64也被耦合到SOC。显示器62可以是触敏显示器，并且无线收发器64可以是蜂窝数据收发器、蓝牙数据收发器、wifi数据收发器或任何适当类型的无线数据收发器。此外，无线收发器64可以实际包括多个不同的无线收发器64，以便允许使用不同信号和不同标准进行无线通信。

在操作中，ASIC 54从加速计56和陀螺仪58接收数据，并且是专门编程和计划为处理该数据以向SOC 60提供步伐计数。因此，应当理解，传感器单元52是单个封装，并且使用其ASIC 54而非SOC 60来执行计步器的功能。

可以在其上执行本文所描述的技术和方法的可配置的传感器的进一步细节可以在2016年9月1日提交的、题为RECONFIGURABLESENSOR UNIT FOR ELECTRONIC DEVICE的、美国专利申请2016/0255017中找到，其内容以整体内容通过引用并入于此。

另外参照图2的流程图100，现在描述了根据本公开的在计步器模式操作图1的电子设备50的技术。在计步器操作模式中，加速计56生成三轴加速计数据(块102)，并将其发送到ASIC 54。类似地，陀螺仪58生成三轴陀螺仪数据(块104)，并将其发送到ASIC 54。然后，ASIC 54从三轴加速计数据和三轴陀螺仪数据计算统计数据，并且使用存储在其存储器53中的决策树，对该数据(三轴加速计数据、三轴陀螺仪数据或者二者的组合)执行假阳性抑制(块106)。计算出的作为输入馈送到决策树的统计数据可以是以下中的一个或多个：三轴加速计数据和三轴陀螺仪数据的均值、方差、带内能量、过零点计数、最大值和最小值。

当决策树达成如下结论时，假阳性抑制用于生成标记或指示，该结论为统计数据表示可以被解释为步伐，但是由于实际上没有迈步，因而不能这样解释的事件，诸如由于列车运动导致的电子设备50的震动。如果假阳性被发现，进一步的步伐没有迈出，并且ASIC54回到接收三轴加速计数据和陀螺仪数据104。如果假阳性没有被发现，那么ASIC 54继续进行步伐检测(块108)，并基于步伐检测使步伐计数器递增(块110)。

现在参考图3的流程图150来描述步伐检测的细节。步伐检测包括确定三轴加速计数据的量级(块152)。这可以使用定点操作(例如使用坐标旋转数字计算(CORDIC))来完成，或者使用浮点计算来完成。该量级确定是可配置的。例如，当执行浮点计算时，用户输入可能导致量级确定的不同的尾数和指数设置，允许在计算中使用的精度和处理能力之间的折中。

随后，在量级确定之后，对数据进行滤波(块154)。在采用定点操作来确定量级的情况下，可以采用二阶滤波器，诸如在1-3Hz的量级上的带通滤波器。在采用浮点操作来确定量级的情况下，可以采用五阶滤波器。这些滤波器可以是可配置的，但是应注意，用于定点操作的滤波器比用于浮点操作的滤波器更低阶，这有助于减少对ASIC54的需求。配置可以具有使滤波器的频带和增益改变的抽头系数，或者可以是一般的(例如对称的、反对称的)滤波器类型，并且该配置可以经由用户输入来执行。

然后，对数据执行峰值检测(块156)，继而执行阈值细化(块158)。基于数据中识别的用户特性或条件，阈值细化可以在不同渐进阈值间切换，例如，高个子的用户可以具有比矮个子的人显著不同的步态，等。渐进阈值可以是能够通过用户输入来设置的。此外，初始阈值、最小阈值和不同的系数也可以是能够通过用户输入来设置的。

随后，执行步伐去抖动(块160)。步伐去抖动包括对记录的步伐数目进行计数，并且如果记录的步伐的数目等于或者超过了阈值数目，那么该潜在步伐是可计数步伐。因此，例如，阈值可以是七步，这样在迈出连续第七步后，计步从那里开始，或者计入迈出的之前的步伐。在某些情况下，阈值可以是在给定的时间段内。例如，阈值可以是在20秒内七步。应当理解，任何步数可以被设为阈值数目，任意给定的时间也可以被设置为阈值数目，而且二者都可以是能够通过用户输入来设置的。

进一步参照图4的流程图200，描述用于错误位置检测的决策树的生成。在一些情况下，ASIC 54的存储器53可以预加载有通用决策树，通用决策树可以继而在配置过程中被更新。在其他情况下，ASIC54的存储器53可以不具有本文中预加载的通用决策树，并且决策树可以反而在配置过程中从零开始生成。

配置过程从尚未执行假阳性抑制的ASIC 54开始(块202)。继而，针对已知的实际步伐(块204)，以及针对已知的假阳性(块206)，ASIC 54从加速计56和陀螺仪58收集数据。继而，互相关工具(诸如怀卡托环境知识分析(WEKA)工具)被用于生成或更新决策树(块208)，决策树继而被加载入ASIC 54的存储器53(块210)。ASIC 54随后继续进行假阳性校正。

向ASIC 54的存储器53的存储决策树的配置如下。决策树可以被存储，以便存储器的每一行包括针对决策树的给定节点的所有信息，例如，操作类型(例如大于、小于等)、节点类型、地址(或者结果)(如果操作被执行并返回为真)、地址(或者结果)(如果操作被执行并返回为假)和用于进行比较的阈值。

在阅读本公开之后，根据实施例所公开的原理，本领域的普通技术人员将理解附加备选的结构和功能设计。因此，尽管特定实施例和应用已被图示和描述，应该理解的是，实施例不限于本文公开的精确的构造和部件，并且在不脱离所附的权利要求中限定的精神实质和范围的情况下，可以在本文所公开的方法和设备的布置、操作和细节中进行对本领域技术人员显而易见的各种修改、更改和变化。

Claims

1.一种用于步伐计数的方法，包括：

接收多轴加速计数据和陀螺仪数据，所述多轴加速计数据和所述陀螺仪数据表示电子设备的用户迈出的潜在步伐；

通过以下来确定由所述多轴加速计数据和所述陀螺仪数据表示的所述潜在步伐是否是假阳性：

从所述多轴加速计数据和所述陀螺仪数据计算统计数据；以及

向所述统计数据应用决策树，以确定所述潜在步伐是否是假阳性；以及

如果所述潜在步伐不是假阳性，则执行步伐检测过程，以从所述多轴加速计数据确定所述潜在步伐是否是可计数的步伐，并且如果所述潜在步伐是可计数的步伐，则使步伐计数器递增；

其中执行所述步伐检测过程包括：

确定所述多轴加速计数据的量级以产生第一中间数据；

使用带通滤波器对所述第一中间数据进行滤波以产生第二中间数据；

检测所述第二中间数据中的峰值以产生第三中间数据；

对所述第三中间数据执行细化以产生第四中间数据；

对所述第四中间数据执行去抖动操作以确定所述潜在步伐是否是可计数步伐；以及

如果所述潜在步伐是可计数步伐，则使所述步伐计数器递增；

其中所述去抖动步骤的执行包括对于记录的步伐的数目进行计数，并且如果记录的步伐的所述数目等于或者超过了最小计数阈值数目，那么所述潜在步伐是可计数步伐，使得所述步伐计数器等于可计数步伐的总数，不包括落在所述最小计数阈值数目之下的潜在步伐。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述统计数据包括以下中的至少一项：所述多轴加速计数据的均值、方差、带内能量、过零点计数、最大值和最小值。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在确定由所述多轴加速计数据和所述陀螺仪数据表示的所述潜在步伐是否是假阳性之前，执行所述电子设备的配置阶段，其中所述配置阶段包括：

针对所述用户迈出的配置步伐为假阳性的情况和所述用户迈出的所述配置步伐为实际步伐的情况，收集多个多轴加速计数据和陀螺仪数据；以及

更新所述决策树。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述决策树是使用机器学习过程来更新的。

5.根据权利要求3所述的方法，进一步包括将更新的所述决策树存储到专用集成处理器，所述专用集成处理器至少执行所述假阳性的确定以及所述配置阶段的执行。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括从所述多轴加速计数据和所述陀螺仪数据确定所述电子设备的位置；并且其中所述决策树也应用于所述电子设备的所述位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其中对于步伐的数目进行计数包括在给定时间段内对于步伐的数目进行计数，所述方法进一步包括基于用户输入来设置所述阈值数目和所述给定时间段。

8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步伐检测过程是使用定点值执行的情况下，所述滤波包括使用二阶带通滤波器。

9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步伐检测过程是使用浮点值执行的情况下，所述滤波包括使用五阶带通滤波器。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括基于用户输入来设置所述五阶带通滤波器的滤波器系数和滤波器类型。

11.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述多轴加速计数据的量级包括向所述多轴加速计数据应用坐标旋转数字计算。

12.一种对电子设备的用户迈出的步伐进行计数的方法，所述方法包括：

执行校准过程，包括：

针对所述用户迈出的配置步伐已知是假阳性的情况以及所述用户迈出的所述配置步伐已知是实际步伐的情况，收集多个加速计数据和陀螺仪数据；以及

形成决策树，以确定所述用户迈出的潜在步伐是否是实际步伐；

接收表示所述电子设备的所述用户迈出的潜在步伐的加速计数据和陀螺仪数据；

通过以下来确定由所述加速计数据和陀螺仪数据表示的所述潜在步伐是否是假阳性：

从所述加速计数据和所述陀螺仪数据计算统计数据；以及

将所述决策树应用到所述统计数据，以确定所述潜在步伐是否是假阳性；以及

如果所述潜在步伐步数不是假阳性，则通过以下来执行步伐检测过程，以从所述加速度计数据确定所述潜在步伐是否是可计数步伐：

确定所述加速计数据的量级以产生第一中间数据；

检测所述第二中间数据中的峰值以产生第三中间数据；

对所述第三中间数据执行细化以产生第四中间数据；

如果所述潜在步伐是可计数步伐，则使步伐计数器递增；

其中执行所述去抖动操作包括：对记录的步伐的数目进行计数，并且如果记录的步伐的所述数目等于或者超过最小计数阈值数目，那么所述潜在步伐是可计数步伐，使得所述步伐计数器等于可计数步伐的总数，不包括落在所述最小计数阈值数目之下的潜在步伐。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述决策树是使用机器学习过程来形成的。

14.根据权利要求12所述的方法，其中在所述步伐检测过程是使用定点值执行的情况下，所述滤波包括使用二阶带通滤波器。

15.根据权利要求12所述的方法，其中在所述步伐检测过程是使用浮点值执行的情况下，所述滤波包括使用五阶带通滤波器。

16.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述加速计数据的所述量级包括对所述加速计数据应用坐标旋转数字计算。