CN113790734A - 一种基于摆臂轴的计步方法、系统和终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于摆臂轴的计步方法、系统和终端设备。该方法通过获取智能穿戴设备的加速度数据；根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络幅值；比较各个空间轴上加速度的包络幅值的大小，将具有最大包络幅值的空间轴确定为摆臂轴；搜索所述摆臂轴上加速度数据的峰点和谷点，根据所述峰点和谷点的组数确定步数。该计步方法的适应性更广，能够有效适应各种步态的人群，且可以提高计步的准确度，减少计步误差，有利于提高用户的使用体验。本申请可广泛应用于智能穿戴设备技术领域内。

Description

一种基于摆臂轴的计步方法、系统和终端设备

技术领域

本申请涉及智能穿戴设备技术领域，尤其是一种基于摆臂轴的计步方法、系统和终端设备。

背景技术

在智能穿戴设备领域，给用户带来一站式的智能监测、信息获取体验是研发的重点之一。在这其中，对用户的运动情况进行记录以及相关指标的计量，有利于辅助监测用户的身体状态，帮助用户养成健康的生活习惯。

当下，一些智能穿戴设备中配备有计步功能，用于对用户运动的步数进行自动监测。一般来说，常用的计步算法是采集设备x轴、y轴和z轴的加速度，将其融合为加速度矢量和，通过搜索该加速度矢量和的波峰、波谷实现计步功能。然而，实际上，用户在运动过程中，加速度矢量和会受到多方面的影响，并不单单反应用户重心上、下的情况，故而这种计步算法搜索到的波峰、波谷，与真实的走路节奏并不一致，计步算法的准确率较低。

综合上述，相关技术中存在的技术问题亟需得到解决。

发明内容

本申请的目的在于至少一定程度上解决相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本申请实施例的一个目的在于提供一种基于摆臂轴的计步方法，该方法能够有效适应各种步态的人群，且可以提高计步的准确度，减少计步误差，有利于提高用户的使用体验。

本申请实施例的另一个目的在于提供基于摆臂轴的计步系统。

为了达到上述技术目的，本申请实施例所采取的技术方案包括：

第一方面，本申请实施例提供了一种基于摆臂轴的计步方法，所述方法包括以下步骤：

获取智能穿戴设备的加速度数据；所述加速度数据包括X轴加速度、Y轴加速度和Z轴加速度；

根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络幅值；所述空间轴包括X轴、Y轴和Z轴；

比较各个空间轴上加速度的包络幅值的大小，将具有最大包络幅值的空间轴确定为摆臂轴；

搜索所述摆臂轴上加速度数据的峰点和谷点，根据所述峰点和谷点的组数确定步数。

另外，根据本申请上述实施例的基于摆臂轴的计步方法，还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述智能穿戴设备中包括加速度传感器，所述加速度数据通过所述加速度传感器获取。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络幅值，包括：

根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络线；

根据各个空间轴对应的所述包络线上下界限的距离最大值，确定各个空间轴上加速度的包络幅值。

进一步地，所述获取智能穿戴设备的加速度数据，包括：

获取预先设定的采集频率；

根据所述采集频率获取所述智能穿戴设备的加速度数据；

通过FIR滤波器对所述加速度数据进行滤波处理。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于摆臂轴的计步系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取智能穿戴设备的加速度数据；所述加速度数据包括X轴加速度、Y轴加速度和Z轴加速度；

处理模块，用于根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络幅值；所述空间轴包括X轴、Y轴和Z轴；

比较模块，用于比较各个空间轴上加速度的包络幅值的大小，将具有最大包络幅值的空间轴确定为摆臂轴；

计步模块，用于搜索所述摆臂轴上加速度数据的峰点和谷点，根据所述峰点和谷点的组数确定步数。

另外，根据本申请上述实施例的基于摆臂轴的计步系统，还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述智能穿戴设备中包括加速度传感器，所述加速度数据通过所述加速度传感器获取。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述处理模块包括：

包络线确定子模块，用于根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络线；

包络幅值确定子模块，用于根据各个空间轴对应的所述包络线上下界限的距离最大值，确定各个空间轴上加速度的包络幅值。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述获取模块包括：

采集频率获取子模块，用于获取预先设定的采集频率；

加速度数据获取子模块，用于根据所述采集频率获取所述智能穿戴设备的加速度数据；

滤波模块，用于通过FIR滤波器对所述加速度数据进行滤波处理。

第三方面，本申请实施例提供了一种终端设备，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现第一方面所述的基于摆臂轴的计步方法。

本申请的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到：

本申请实施例中提供的基于摆臂轴的计步方法，获取智能穿戴设备的加速度数据；根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络幅值；比较各个空间轴上加速度的包络幅值的大小，将具有最大包络幅值的空间轴确定为摆臂轴；搜索所述摆臂轴上加速度数据的峰点和谷点，根据所述峰点和谷点的组数确定步数。该计步方法的适应性更广，能够有效适应各种步态的人群，且可以提高计步的准确度，减少计步误差，有利于提高用户的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本申请实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本申请的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1为相关技术中一种使用智能穿戴设备计步时的示意图；

图2为本申请一种基于摆臂轴的计步方法具体实施例的流程示意图；

图3为本申请一种基于摆臂轴的计步方法具体实施例得到的加速度数值曲线示意图；

图4为本申请一种基于摆臂轴的计步系统具体实施例的结构示意图；

图5为本申请一种终端设备实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

当下，现有的一些智能穿戴设备，基本都带有计步功能。常用的计步算法，大多基于x轴、y轴和z轴三轴融合的加速度矢量和，通过搜索加速度矢量和的峰谷实现步数的确定，其原理在于：人在运动过程中，重心会随着有所起伏，反映到加速度矢量和上就是加速度矢量和的数值大小跟随受步伐的变化而变化。但是，以上的计步算法，默认了加速度矢量和主要受重心的影响，而对于智能穿戴设备来说，比如参照图1，用户10的手臂上佩戴有可以进行计步的智能手表101，在走路时，用户10往往会不自觉地前后摆臂，这种情况下，就会造成智能手表101检测到的加速度矢量和同时受到摆臂动作和迈步动作的影响，此时计步算法搜索的峰谷情况和真实走路的节奏并不一致，计量的步数准确率较低。

有鉴于此，本申请实施例中提供一种基于摆臂轴的计步方法，本申请实施例中的方法可应用于智能穿戴设备中，具体可以是以程序代码的方式被存储在智能穿戴设备的存储器中，通过处理器执行来实现。参照图2，本申请中的方法主要包括以下步骤：

步骤110、获取智能穿戴设备的加速度数据；所述加速度数据包括X轴加速度、Y轴加速度和Z轴加速度；

本申请实施例中，智能穿戴设备指的是可以穿戴在用户身上的智能设备，例如可以是智能手表、智能手环、智能臂带/心率带等设备。在用户运动过程中，可以通过智能穿戴设备获得加速度数据，此处的加速度数据包括空间三个互相垂直的方向上的加速度分量，分别记为X轴加速度、Y轴加速度和Z轴加速度。一般来说，可以将竖直方向上的加速度分量确定为Z轴加速度，Z轴加速度固定受重力加速度的影响，数值较大；而X轴加速度、Y轴加速度则主要和用户的运动状态相关。具体地，本申请实施例中，智能穿戴设备中可以包括加速度传感器，这些加速度数据可以通过上述的加速度传感器获取，并且上述的加速度传感器可以采用市面上的任一种三轴加速度传感器。

在一些实施例中，在获取加速度数据时，可以首先获取智能穿戴设备中预先设定的采集频率，然后按照这个采集频率，每隔一段时间计算一次加速度数据，从而得到较长时间段内的多个加速度数据。具体地，本申请实施例中的采集频率可以设置为25HZ，当然，实际实施过程中的采集频率可以根据需要灵活调整，本申请对此不做限制。在采集到原始的加速度数据后，为了提高后续数据处理的精度，本申请实施例中，可以通过FIR滤波器对所述加速度数据进行滤波处理，具体地，FIR滤波器是有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器，是数字信号处理系统中一种较为基本的元件，它可以在保证数据具有任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时数据的单位抽样响应是有限长的，故而FIR滤波器处理后得到的数据稳定性较好。

步骤120、根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络幅值；所述空间轴包括X轴、Y轴和Z轴；

本申请实施例中，在得到加速度数据后，可以确定各个空间轴上的加速度的包络幅值，此处的空间轴即前述的X轴、Y轴和Z轴。具体地，在确定包络幅值时，首先应当根据加速度数据确定各个空间轴上加速度的包络线，参照图3，图3中示出了一种三个空间轴上加速度数据的数值随时间的变化情况，其中Z轴由于受到固定的重力加速度影响，加速度的数值要大于其他两个空间轴的加速度数值。各个空间轴上加速度对应的包络线为一条连接加速度数值曲线上的各个凸点的曲线，分为上包络线和下包络线，上下两条包络线可以将空间轴上加速度数值曲线包裹起来。可以理解的是，当加速度的数值浮动越大，上下两条包络线的上下界限就越大，将各个空间轴对应的包络线上下界限的距离最大值记为该空间轴上加速度对应的包络幅值。

步骤130、比较各个空间轴上加速度的包络幅值的大小，将具有最大包络幅值的空间轴确定为摆臂轴；

本申请实施例中，得到各个空间轴上加速度的包络幅值后，对比X轴加速度、Y轴加速度和Z轴加速度的包络幅值的大小，由于在摆臂过程中，人手前后动作使得智能穿戴设备感受到的加速度在对应的空间轴上变化最大，比如假设人当前沿X轴运动并前后摆臂，则X轴感受到的加速度数值幅度变化最大，Z轴和Y轴的加速度数值幅度变化较小，如图3中，包络幅值最大的加速度对应的空间轴为X轴，即X轴上的加速度数值变化最为明显。故而本申请实施例中，可以将具有最大包络幅值的空间轴确定为摆臂轴，即可以确定用户此时在沿该空间轴的方向摆臂。

步骤140、搜索所述摆臂轴上加速度数据的峰点和谷点，根据所述峰点和谷点的组数确定步数。

本步骤中，在确定到摆臂轴后，根据人摆臂的习惯可以得知：人体在运动过程中，为了保持平衡，左右手会跟随运动状态周期性摆动，一般情况下每走两步，人体会摆臂一个周期，故而在摆臂轴上的加速度表现出来就是两个波峰对应两步，一步对应一个波峰加一个波谷。本申请实施例中，可以搜索摆臂轴上加速度数据的峰点和谷点，根据峰点和谷点的组数确定步数，比如说一组摆臂轴上的加速度数值曲线包括了50个峰点和50个谷点，则说明该智能穿戴设备对应的用户走了50步。

下面参照附图详细描述根据本申请实施例提出的基于摆臂轴的计步系统。

参照图4，本申请实施例中提出的基于摆臂轴的计步系统，所述系统包括：

获取模块201，用于获取智能穿戴设备的加速度数据；所述加速度数据包括X轴加速度、Y轴加速度和Z轴加速度；

处理模块202，用于根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络幅值；所述空间轴包括X轴、Y轴和Z轴；

比较模块203，用于比较各个空间轴上加速度的包络幅值的大小，将具有最大包络幅值的空间轴确定为摆臂轴；

计步模块204，用于搜索所述摆臂轴上加速度数据的峰点和谷点，根据所述峰点和谷点的组数确定步数。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述智能穿戴设备中包括加速度传感器，所述加速度数据通过所述加速度传感器获取。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述处理模块包括：

包络线确定子模块，用于根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络线；

包络幅值确定子模块，用于根据各个空间轴对应的所述包络线上下界限的距离最大值，确定各个空间轴上加速度的包络幅值。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述获取模块包括：

采集频率获取子模块，用于获取预先设定的采集频率；

加速度数据获取子模块，用于根据所述采集频率获取所述智能穿戴设备的加速度数据；

滤波模块，用于通过FIR滤波器对所述加速度数据进行滤波处理。

可以理解的是，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

参照图5，本申请实施例提供了一种终端设备，包括：

至少一个处理器301；

至少一个存储器302，用于存储至少一个程序；

当至少一个程序被至少一个处理器301执行时，使得至少一个处理器301实现的基于摆臂轴的计步方法。

同理，上述方法实施例中的内容均适用于本终端设备实施例中，本终端设备实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器201可执行的程序，处理器201可执行的程序在由处理器201执行时用于执行上述的基于摆臂轴的计步方法。

同理，上述方法实施例中的内容均适用于本计算机可读存储介质实施例中，本计算机可读存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本申请的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本申请，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本申请是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本申请。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本申请的范围，本申请的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

功能如果以软件功能单元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，本申请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)执行本申请各个实施例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-Only Memory)、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。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种基于摆臂轴的计步方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取智能穿戴设备的加速度数据；所述加速度数据包括X轴加速度、Y轴加速度和Z轴加速度；

根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络幅值；所述空间轴包括X轴、Y轴和Z轴；

比较各个空间轴上加速度的包络幅值的大小，将具有最大包络幅值的空间轴确定为摆臂轴；

搜索所述摆臂轴上加速度数据的峰点和谷点，根据所述峰点和谷点的组数确定步数。

2.根据权利要求1所述的基于摆臂轴的计步方法，其特征在于，所述智能穿戴设备中包括加速度传感器，所述加速度数据通过所述加速度传感器获取。

3.根据权利要求1所述的基于摆臂轴的计步方法，其特征在于，所述根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络幅值，包括：

根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络线；

根据各个空间轴对应的所述包络线上下界限的距离最大值，确定各个空间轴上加速度的包络幅值。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于摆臂轴的计步方法，其特征在于，所述获取智能穿戴设备的加速度数据，包括：

获取预先设定的采集频率；

根据所述采集频率获取所述智能穿戴设备的加速度数据；

通过FIR滤波器对所述加速度数据进行滤波处理。

5.一种基于摆臂轴的计步系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块，用于获取智能穿戴设备的加速度数据；所述加速度数据包括X轴加速度、Y轴加速度和Z轴加速度；

处理模块，用于根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络幅值；所述空间轴包括X轴、Y轴和Z轴；

比较模块，用于比较各个空间轴上加速度的包络幅值的大小，将具有最大包络幅值的空间轴确定为摆臂轴；

计步模块，用于搜索所述摆臂轴上加速度数据的峰点和谷点，根据所述峰点和谷点的组数确定步数。

6.根据权利要求5所述的基于摆臂轴的计步系统，其特征在于，所述智能穿戴设备中包括加速度传感器，所述加速度数据通过所述加速度传感器获取。

7.根据权利要求5所述的基于摆臂轴的计步系统，其特征在于，所述处理模块包括：

包络线确定子模块，用于根据所述加速度数据，确定各个空间轴上加速度的包络线；

包络幅值确定子模块，用于根据各个空间轴对应的所述包络线上下界限的距离最大值，确定各个空间轴上加速度的包络幅值。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的基于摆臂轴的计步系统，其特征在于，所述获取模块包括：

采集频率获取子模块，用于获取预先设定的采集频率；

加速度数据获取子模块，用于根据所述采集频率获取所述智能穿戴设备的加速度数据；

滤波模块，用于通过FIR滤波器对所述加速度数据进行滤波处理。

9.一种终端设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-4中任一项所述的基于摆臂轴的计步方法。

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