CN116225227A - 一种基于有限状态机的亮屏判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其用于佩戴手臂上的智能电子产品中，用于判断是否点亮屏幕，该方法将查看屏幕的动作拆解为有限状态机的各个状态，根据各状态的特性，制定各状态之间的切换条件，以实现抬腕亮屏识别检测。本方法中所述的有限状态机的各个状态包括：状态A：黑屏或灭屏；状态B：手腕活动；状态C：抬腕或翻腕；状态D：手腕相对静止、稳定；状态E：手腕朝向脸部，亮屏。本发明将抬/翻腕动作进行拆分，定义各个动作和屏幕操作状态，通过传感器信息及参数制定的判定条件，设计有限状态机的模型，对被测者整个抬/翻腕过程各个动作状态的识别进行更加精细化的判定，实现对抬/翻腕亮屏的识别，提高识别的准确性及抗干扰能力。
Description
技术领域：
本发明涉及智能穿戴设备技术领域，特指一种可提高识别准确性的、基于有限状态机的亮屏判定方法,。
背景技术：
随着智能穿戴设备的发展，智能手表、智能手环得到快速的发展。为了这些电子产品显示屏的功耗，其采用如下设置：在常规情况下，屏幕并没有开启，只有在触发后，屏幕才点亮，供使用者查看。这个触发可通过触摸等方式。但是为了便于使用者，这种触发是通过使用者抬起手腕的动作进行触发(简称抬腕或翻腕)。由于使用者在抬腕过程中，随着手部开始运行，将产生一个运动加速度，此时只需要检测到该加速度，就可以被触发，从而令屏幕点亮。
见专利申请号为：201610411516.4中国发明专利申请，其公开了“智能手表及其表体朝向判断方法、系统和显示屏点亮系统和输入装置启动/唤醒系统”，其采用的技术方案为：通过分析用户动作(抬腕、旋转手腕、落腕)判断智能手表的表体是否处于朝向用户面部的状态，以减少智能手表上不必要的电量消耗。具体而言，其首先通过动作模块检测用户是否存在抬腕动作、旋转手腕动作、落腕动作，然后当动作检测模块检测到的抬腕动作参数变化达到抬腕动作阈值，且旋转手腕动作参数变化达到表体朝向用户面部的旋转手腕动作阈值时，则判断表体处于朝向用户面部的状态，屏幕点亮；当动作检测模块检测到的落腕动作参数变化达到落腕动作阈值时，则判断表体不处于朝向用户面部的状态，屏幕熄灭。
上述的方法是通过抬腕、翻腕的动作判断手表此时是否朝向用户面部，其仍存在误判的可能。由于被测者查看佩戴手表屏幕信息是一个连续的过程，不能通过单一的状态进行判断，而手部活动不可估计，其日常活动不会完全符合人体的活动规律，如打字、喝水、挠痒、伸懒腰、运动等不确定行为都会有一定程度上造成误判，而且会有一些抖动、剧烈活动或故意行为，造成屏幕频繁的开关或误点亮。
另一个方面，有限状态机(Finite-state machine,FSM)是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。本发明人抬/翻腕看屏幕的动作拆解为有限状态机的各个状态，并提出以下技术方案。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题就在于克服现有技术的不足，提供一种基于有限状态机的亮屏判定方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其用于佩戴手臂上的智能电子产品中，确定屏幕点亮的判断方法，其特征在于：该方法将查看屏幕的动作拆解为有限状态机的各个状态，根据各状态的特性，制定各状态之间的切换条件，以实现抬腕亮屏识别检测。
进一步而言，上述技术方案中，本方法中所述的有限状态机的各个状态包括：状态A：黑屏或灭屏；状态B：手腕活动；状态C：抬腕或翻腕；状态D：手腕相对静止、稳定；状态E：手腕朝向脸部，亮屏。
进一步而言，上述技术方案中，所述的有限状态机的各个状态对应的切换条件如下：状态A：黑屏或灭屏，条件A1：检测手腕加速度达到阈值，则跳转至状态B；状态B：手腕活动，条件B1：指定轴向的加速度、角速度及差分值达到设定阈值且为正向变化，则跳转至状态C；条件B2：检测手腕在单位时间内加速度变化小于设定值，则跳转至状态A；状态C：抬腕或翻腕，条件C1：检测手腕在单位时间内加速度变化小于设定值，则跳转状态D，条件C2：保持状态B在单位时间没有变化，则跳转至状态A；状态D：手腕保持相对稳定，条件D1：检测手腕姿态角度在朝向面部范围内，跳转至状态E，条件D2：保持状态C在单位时间没有变化，则跳转至状态A；状态E：手腕朝向脸部，亮屏；条件E1：保持状态E达到单位时间，则跳转至状态A，条件E2：检测手腕姿态角度不在面部范围内，跳转至状态A，条件E3：检测手腕在单位时间内加速度变化超过设定值、不稳定，则跳转状态A；每个状态之间切换条件是通过手腕运动引起的空间中变，通过电子产品中的陀螺仪、加速度计传感器、时钟作为参数，达到切换条件后，实现状态的切换。
进一步而言，上述技术方案中，所述切换条件中所需要的变量参数包括：合加速度acc_vm；三轴加速度计差分信号accx_diff、accy_diff、accz_diff；三轴角速度wx、wy、wz；横滚角roll、俯仰角pitch；横滚角差分信号roll_diff，俯仰角差分信号pitch_diff；加速度各个特征值：平均值mean_val，标准差std_val，方差var_val，有效值rms_val，最大值max_val，最小值min_val。
进一步而言，上述技术方案中，所述的状态A的判定及状态的切换条件：当初始状态为黑屏或灭屏，进入状态A；判定条件A1：合加速度acc_vm是否大于设定阈值TH1，若满足则跳转至状态B；不满足则回到状态A。
进一步而言，上述技术方案中，所述的状态B的判定及状态的切换条件：状态B为手腕活动状态，首先进行判定条件B2：合加速度acc_vm是否小于设定阈值TH2，若满足说明手腕处于相对静止状态，则跳回状态A；不满足条件B2则判定条件B1；判定条件B1：三轴加速度计差分信号accx_diff、accy_diff、accz_diff是否大于设定阈值TH3或三轴角速度wx、wy、wz是否大于设定阈值TH4，满足说明手腕有向上抬起或正向翻腕的动作，则跳转至状态C；不满足则回到状态B继续判定。
进一步而言，上述技术方案中，所述的状态C的判定及状态的切换条件：状态C为抬腕、翻腕状态，首先判定条件C2：此状态保持时间是否大于设定阈值，满足条件说明，则跳转至状态A；不满足条件C2则判定条件C1；判定条件C1：将加速度各个特征值：平均值mean_val，标准差std_val，方差var_val，有效值rms_val，最大值max_val，最小值min_val参数导入，识别手腕是否相对稳定，若满足条件则跳转至状态D；不满足则回到状态C继续判定。
进一步而言，上述技术方案中，所述的状态D的判定及状态的切换条件：状态D为手腕保持相对稳定状态,首先判定条件D2：合加速度acc_vm是否大于设定阈值TH5，满足条件说明手腕进行了活动，跳转至状态A重新进行识别，不满足条件D2则判定条件D1：判定条件D1：横滚roll是否在阈值TH6范围内，并且俯仰角pitch是否在阈值TH7范围内，满足条件说明手腕姿势角度朝向脸部，跳转状态E，不满足条件则回到状态D继续判定。
进一步而言，上述技术方案中，所述的状态E的判定及状态的切换条件：状态E为亮屏状态，此状态下进行是否灭屏的条件判定，只要满足E1、E2、E3任一条件则跳转至状态A；不满足条件则回到状态E继续判定；条件E1：保持此状态时间是否大于设定阈值TH8，亮屏时间大于设定时间则自动熄灭；条件E2：横滚roll是否超出阈值TH6范围，并且俯仰角pitch是否超出阈值TH7范围，手腕角度不朝向面部；条件E3：三轴加速度计差分信号accx_diff、accy_diff、accz_diff是否小于设定阈值TH9或三轴角速度wx、wy、wz是否小于设定阈值TH10，说明手腕有放下或反向翻转的动作。
本发明将抬/翻腕动作进行拆分，定义各个动作和屏幕操作状态，通过传感器信息及参数制定的判定条件，设计有限状态机的模型，对被测者整个抬/翻腕过程各个动作状态的识别进行更加精细化的判定，实现对抬/翻腕亮屏的识别，提高识别的准确性及抗干扰能力。
附图说明：
图1是本发明中三轴方向的定义示意图；
图2是本发明中有限状态机的各个状态对应的切换条件示意图；
图3是本发明判定方法的流程图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。
本发明为一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其用于佩戴手臂上的智能电子产品中，例如智能手表、智能手环等产品。简而言之，本发明就是将查看屏幕的动作拆解为有限状态机的各个状态，根据各状态的特性，制定各状态之间的切换条件，以实现抬腕亮屏识别检测。
见图2所示，本发明中有限状态机的各个状态对应的切换条件如下：
状态A：黑屏或灭屏，
条件A1：检测手腕加速度达到阈值，则跳转至状态B；
状态B：手腕活动，
条件B1：指定轴向的加速度、角速度及差分值达到设定阈值且为正向变化，则跳转至状态C；
条件B2：检测手腕在单位时间内加速度变化小于设定值，则跳转至状态A；
状态C：抬腕或翻腕，
条件C1：检测手腕在单位时间内加速度变化小于设定值，则跳转状态D，
条件C2：保持状态B在单位时间没有变化，则跳转至状态A；
状态D：手腕保持相对稳定，
条件D1：检测手腕姿态角度在朝向面部范围内，跳转至状态E，
条件D2：保持状态C在单位时间没有变化，则跳转至状态A；
状态E：手腕朝向脸部，亮屏，
条件E1：保持状态E达到单位时间，则跳转至状态A，
条件E2：检测手腕姿态角度不在面部范围内，跳转至状态A，
条件E3：检测手腕在单位时间内加速度变化超过设定值、不稳定，则跳转状态A；
每个状态之间切换条件是通过手腕运动引起的空间中变，通过电子产品中的陀螺仪、加速度计传感器、时钟作为参数，达到切换条件后，实现状态的切换。
见图3所示，本发明实施过程分：一、信号预处理及参数变量计算；二、有限状态机模型两个部分，详细说明如下：
一、信号预处理及参数变量计算。
1、首先实时获取加速度计和陀螺仪数据，采用带通滤波器，对传感信号进行滤波处理，过滤掉低频漂移和高频噪声干扰，得到三轴加速度accx、accy、accz，和三轴角速度wx、wy、wz传感信息，对于X/Y/Z三轴向定义见图1所示。
2、融合得到滤波后的加速度计、陀螺仪传感器信号，建立四元数模型进行姿态解算，获得手腕的空间角度信息横滚角roll、俯仰角pitch。
3、计算得到有限状态机各状态及条件判定所需要的变量参数：
a、合加速度acc_vm；
b、三轴加速度计差分信号accx_diff、accy_diff、accz_diff；
c、三轴角速度wx、wy、wz；
d、横滚角roll、俯仰角pitch；
e、横滚角差分信号roll_diff，俯仰角差分信号pitch_diff；
f、加速度各个特征值：平均值mean_val，标准差std_val，方差var_val，有效值rms_val，最大值max_val，最小值min_val。
二、有限状态机模型两个部分，即通过如下方式，识别是否实现对抬/翻腕亮屏。
首先判断屏幕初始状态是否关闭状态，并跳转至对应状态模块下：
若初始状态为黑/灭屏，进入状态A，
判定条件A1：合加速度acc_vm是否大于设定阈值TH1，若满足则跳转至状态B；不满足则回到状态A。
状态B为手腕活动状态，
首先进行判定条件B2：合加速度acc_vm是否小于设定阈值TH2，若满足说明手腕处于相对静止状态，则跳回状态A；不满足条件B2则判定条件B1；
判定条件B1：三轴加速度计差分信号accx_diff、accy_diff、accz_diff是否大于设定阈值TH3或三轴角速度wx、wy、wz是否大于设定阈值TH4，满足说明手腕有向上抬起或正向翻腕的动作，则跳转至状态C；不满足则回到状态B继续判定。
状态C为抬腕、翻腕状态，
首先判定条件C2：此状态保持时间是否大于设定阈值，满足条件说明，则跳转至状态A；不满足条件C2则判定条件C1；
判定条件C1：将加速度各个特征值：平均值mean_val，标准差std_val，方差var_val，有效值rms_val，最大值max_val，最小值min_val参数导入，识别手腕是否相对稳定，若满足条件则跳转至状态D；不满足则回到状态C继续判定。
状态D为手腕保持相对稳定状态，
首先判定条件D2：合加速度acc_vm是否大于设定阈值TH5，满足条件说明手腕进行了活动，跳转至状态A重新进行识别，不满足条件D2则判定条件D1：
判定条件D1：横滚roll是否在阈值TH6范围内，并且俯仰角pitch是否在阈值TH7范围内，满足条件说明手腕姿势角度朝向脸部，跳转状态E，不满足条件则回到状态D继续判定。
状态E为亮屏状态，此状态下进行是否灭屏的条件判定，只要满足E1、E2、E3任一条件则跳转至状态A；不满足条件则回到状态E继续判定；
条件E1：保持此状态时间是否大于设定阈值TH8，亮屏时间大于设定时间则自动熄灭；
条件E2：横滚roll是否超出阈值TH6范围，并且俯仰角pitch是否超出阈值TH7范围，手腕角度不朝向面部；
条件E3：三轴加速度计差分信号accx_diff、accy_diff、accz_diff是否小于设定阈值TH9或三轴角速度wx、wy、wz是否小于设定阈值TH10，说明手腕有放下或反向翻转的动作。
本发明将抬/翻腕动作进行拆分，定义各个动作和屏幕操作状态，通过传感器信息及参数制定的判定条件，设计有限状态机的模型，对被测者整个抬/翻腕过程各个动作状态的识别进行更加精细化的判定，实现对抬/翻腕亮屏的识别，提高识别的准确性及抗干扰能力。
当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (9)
1.一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其用于佩戴手臂上的智能电子产品中，判断是否点亮屏幕，其特征在于：该方法将查看屏幕的动作拆解为有限状态机的各个状态，根据各状态的特性，制定各状态之间的切换条件，以实现抬腕亮屏识别检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其特征在于：本方法中所述的有限状态机的各个状态包括：
状态A：黑屏或灭屏；
状态B：手腕活动；
状态C：抬腕或翻腕；
状态D：手腕相对静止、稳定；
状态E：手腕朝向脸部，亮屏。
3.根据权利要求2所述的一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其特征在于：所述的有限状态机的各个状态对应的切换条件如下：
状态A：黑屏或灭屏，
条件A1：检测手腕加速度达到阈值，则跳转至状态B；
状态B：手腕活动，
条件B1：指定轴向的加速度、角速度及差分值达到设定阈值且为正向变化，则跳转至状态C；
条件B2：检测手腕在单位时间内加速度变化小于设定值，则跳转至状态A；
状态C：抬腕或翻腕，
条件C1：检测手腕在单位时间内加速度变化小于设定值，则跳转状态D，
条件C2：保持状态B在单位时间没有变化，则跳转至状态A；
状态D：手腕保持相对稳定，
条件D1：检测手腕姿态角度在朝向面部范围内，跳转至状态E，
条件D2：保持状态C在单位时间没有变化，则跳转至状态A；
状态E：手腕朝向脸部，亮屏，
条件E1：保持状态E达到单位时间，则跳转至状态A，
条件E2：检测手腕姿态角度不在面部范围内，跳转至状态A，
条件E3：检测手腕在单位时间内加速度变化超过设定值、不稳定，则跳转状态A；
每个状态之间切换条件是通过手腕运动引起的空间中变，通过电子产品中的陀螺仪、加速度计传感器、时钟作为参数，达到切换条件后，实现状态的切换。
4.根据权利要求3所述的一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其特征在于：所述切换条件中所需要的变量参数包括：
a合加速度acc_vm；
b三轴加速度计差分信号accx_diff、accy_diff、accz_diff；
c三轴角速度wx、wy、wz；
d横滚角roll、俯仰角pitch；
e横滚角差分信号roll_diff，俯仰角差分信号pitch_diff；
f加速度各个特征值：平均值mean_val，标准差std_val，方差var_val，有效值rms_val，最大值max_val，最小值min_val。
5.根据权利要求4所述的一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其特征在于：所述的状态A的判定及状态的切换条件：
当初始状态为黑屏或灭屏，进入状态A；
判定条件A1：合加速度acc_vm是否大于设定阈值TH1，若满足则跳转至状态B；不满足则回到状态A。
6.根据权利要求4所述的一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其特征在于：所述的状态B的判定及状态的切换条件：
状态B为手腕活动状态，
首先进行判定条件B2：合加速度acc_vm是否小于设定阈值TH2，若满足说明手腕处于相对静止状态，则跳回状态A；不满足条件B2则判定条件B1；
判定条件B1：三轴加速度计差分信号accx_diff、accy_diff、accz_diff是否大于设定阈值TH3或三轴角速度wx、wy、wz是否大于设定阈值TH4，满足说明手腕有向上抬起或正向翻腕的动作，则跳转至状态C；不满足则回到状态B继续判定。
7.根据权利要求4所述的一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其特征在于：所述的状态C的判定及状态的切换条件：
状态C为抬腕、翻腕状态，
首先判定条件C2：此状态保持时间是否大于设定阈值，满足条件说明，则跳转至状态A；不满足条件C2则判定条件C1；
判定条件C1：将加速度各个特征值：平均值mean_val，标准差std_val，方差var_val，有效值rms_val，最大值max_val，最小值min_val参数导入，识别手腕是否相对稳定，若满足条件则跳转至状态D；不满足则回到状态C继续判定。
8.根据权利要求4所述的一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其特征在于：所述的状态D的判定及状态的切换条件：
状态D为手腕保持相对稳定状态,
首先判定条件D2：合加速度acc_vm是否大于设定阈值TH5，满足条件说明手腕进行了活动，跳转至状态A重新进行识别，不满足条件D2则判定条件D1：
判定条件D1：横滚roll是否在阈值TH6范围内，并且俯仰角pitch是否在阈值TH7范围内，满足条件说明手腕姿势角度朝向脸部，跳转状态E，不满足条件则回到状态D继续判定。
9.根据权利要求4所述的一种基于有限状态机的亮屏判定方法，其特征在于：所述的状态E的判定及状态的切换条件：
状态E为亮屏状态，
此状态下进行是否灭屏的条件判定，只要满足E1、E2、E3任一条件则跳转至状态A；不满足条件则回到状态E继续判定；
条件E1：保持此状态时间是否大于设定阈值TH8，亮屏时间大于设定时间则自动熄灭；
条件E2：横滚roll是否超出阈值TH6范围，并且俯仰角pitch是否超出阈值TH7范围，手腕角度不朝向面部；
条件E3：三轴加速度计差分信号accx_diff、accy_diff、accz_diff是否小于设定阈值TH9或三轴角速度wx、wy、wz是否小于设定阈值TH10，说明手腕有放下或反向翻转的动作。
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