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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Personenerkennung bei einer Personenwaage
sowie eine Personenwaage zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei
einer bekannten Personenwaage mit zusätzlicher Messfunktion, zum
Beispiel einer Körperanalysewaage
nach dem Bioimpedanzprinzip, müssen
zur individuellen Analyse neben den gemessenen Größen auch
noch weitere personenbezogene Daten, beispielsweise Alter, Geschlecht
oder Körpergröße, in die
Auswertung miteinbezogen werden. Diese zusätzlichen Angaben sind bei der
bekannten Waage, die als Fettmesswaage neben dem Gewicht einer Person
auch deren Körperfettanteil
misst, manuell vor jeder Messung einzuprogrammieren. Eine solche
Körperanalysewaage
nach dem Bioimpedanzprinzip mit einer speziellen Elektrodenanordnung
ist aus der
EP 1 183
993 A1 bekannt. Es sind zudem Waagen bekannt, bei denen
solche personenbezogenen Daten einer begrenzten Anzahl möglicher
Benutzer unter einer eindeutigen Personenkennziffer in einem nichtflüchtigen
Speicher der Waage abgelegt sind.
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Zur
Ausübung
der zusätzlichen
Messfunktion muss den bekannten Personenwaagen bei jeder neuen Benutzung
der jeweilige Benutzer durch Angabe der ihm zugeordneten Personenkennziffer
bekanntgegeben werden. Dies geschieht zum Beispiel durch mehrere
Schalter, die den Personenkennziffern zugeordnet sind. Bei einer
anderen bekannten Waage wird die Personenkennziffer des Benutzers über eine
Eingabetastatur angegeben. Nachteilig bei den vorgenannten Waagen
ist, dass die Angabe des Benutzers manuell erfolgen muss, wobei
dem Benutzer außerdem
die ihm zugeordnete Personenkennziffer geläufig zu sein hat.
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Aus
der
DE 199 19 018
A1 ist eine Trendwaage bekannt, die den Benutzer anhand
eines von ihm nach Betreten der Wiegefläche auszusprechenden Erkennungswortes
identifiziert.
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Die
WO 00/22388 A1 schlägt eine
Personenwaage vor, die den Benutzer anhand einer Messung der Länge eines
Körperteils
automatisch erkennt. Dabei wird beispielsweise die Länge des
Unterschenkelknochens mit Hilfe von Schallwellen gemessen, die von
unten eingestrahlt und am Kniegelenk reflektiert werden.
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Außerdem gibt
es eine Waage, die den Benutzer allein durch eine Gewichtserkennung
identifiziert. Diese Methode hat den Nachteil, dass schon bei einer
Benutzung von zwei Personen mit ähnlichem
Körpergewicht
eine eindeutige Zuordnung nicht mehr möglich ist. Bei einer Körperanalysewaage
können
dadurch leicht erhebliche Fehler in der Körperanalyse oder deren Interpretation
entstehen, und zwar insbesondere dann, wenn die in etwa gleichgewichtigen
Personen unterschiedlichen Geschlechts und/oder unterschiedlichen
Alters sind.
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Sowohl
die
WO 99/52425 A2 als
auch die
EP 1 262 745
A1 schlagen vor, einen Benutzer anhand des Vergleichs aktuell
gewonnener Messwerte mit gespeicherten Daten des Gewichts und/oder
der Bioimpedanz zu erkennen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Personenerkennung
der eingangs genannten Art zu liefern, bei dem die Aussagegenauigkeit
der Personenerkennung beim Betreten der Waage durch den Benutzer
erhöht
ist. Darüber
hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Personenwaage
zur Durchführung
des Verfahrens anzugeben.
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Die
erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
das Gewicht und eine zweite physikalische oder physiologische Größe einer
zu erkennenden Person gemessen werden, wobei die beiden mittels
der Messungen erhaltenen Messwerte von Gewicht und zweiter Größe verglichen
werden mit in einem Speicher abgelegten, einer bestimmten Person
zugeordneten Vergleichswerten von Gewicht und zweiter Größe, wobei
zumindest einer der Vergleichswerte der Mittelwert aus vorangegangenen
Messungen des Gewichts und/oder der zweiten Größe der Person ist, wobei die
beiden Messwerte bei Übereinstimmung
mit den Vergleichswerten der Person zugeordnet werden, und wobei der
Mittelwert gewichtet wird. Die zweite Aufgabe löst die Erfindung dadurch, dass
eine Trittplatte der Personenwaage Sensoren zur Erfassung der zweiten Größe aufweist
und mit einem Kraftaufnehmer zur Erfassung des Gewichts wirkverbunden
ist und dass die Sensoren und der Kraftaufnehmer elektrisch mit einer
Auswerteeinheit mit Speicher zur Berechnung der Vergleichswerte
und deren Vergleich mit den Messwerten verbunden sind.
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Schon
durch die Identifikation des Benutzers mittels seines Körpergewichts
und einer zweiten physikalischen oder physiologischen Größe wird
eine hohe Genauigkeit der Zuordnung der Person zu in dem Speicher
abgelegten Werten erreicht. Da aber sowohl das Körpergewicht als auch weitere
physikalische oder physiologische Größen gewissen zeitabhängigen Schwankungen
unterliegen (signifikante Änderungen
können
sich bereits in Abhängigkeit
von der Tageszeit ergeben), wird eine Zuordnung des Benutzers zu
einem der im Speicher abgelegten Benutzerprofile dadurch erreicht,
dass als Vergleichswerte sich aus vorherigen Messungen ergebende
Mittelwerte herangezogen werden. Auf diese Weise können sogar
Personen unterschieden werden, die gleichen Geschlechts und in etwa
gleichen Alters sind und zudem ein ähnliches Körpergewicht aufweisen. Dabei
ergeben sich Vorteile bereits dann, wenn nur einer der Vergleichswerte
aus einer Mittelwertbildung gewonnen wird; beispielsweise ist es
denkbar, als Vergleichswert für
das Gewicht nicht einen Mittelwert, sondern das vor der aktuellen
Messung zuletzt gemessene Gewicht der zu erkennenden Person heranzuziehen.
Grundsätzlich
erhöht
sich aber die Aussagegenauigkeit der Personenerkennung, wenn beide
Vergleichswerte durch eine Mittelwertbildung gewonnen werden. Durch
Anwendung geeigneter statistischer Klassifizierungsmethoden hinsichtlich
der beiden Messwerte kann die Identifikationszuverlässigkeit
noch weiter gesteigert werden. Grundsätzlich können die Messwerte für Körpergewicht
und zweite Größe nacheinander
oder gleichzeitig erfasst werden. Für die Geschwindigkeit der Auswertung
ist es aber von Vorteil, wenn die Messwerte gleichzeitig aufgenommen
werden. Eine weiter erhöhte
Aussagegenauigkeit der Personenerkennung lässt sich dadurch erzielen,
dass die Messwerte mittels unterschiedlicher Messverfahren gewonnen
werden. Die Zuordnung der Messwerte zu einem bestimmten Benutzerprofil
und somit einer bestimmten Person erfolgt naturgemäß nicht
nur bei identischer Übereinstimmung
von Messwerten und korrespondierenden Vergleichswerten, sondern
allgemein bei Übereinstimmung
der Messwerte mit Vergleichswerten innerhalb eines vorgegebenen
Toleranzbereichs. Der Toleranzbereich kann aufbauend auf Erfahrungswerten frei
gewählt
werden und ist ebenfalls im Speicher, gegebenenfalls einstellbar,
abgelegt.
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Die
Aussagegenauigkeit der Personenerkennung wird erfindungsgemäß weiter
erhöht,
indem der Mittelwert gewichtet wird. Dabei ist die Art der Gewichtung
grundsätzlich
beliebig; beispielsweise könnte
man sich vorstellen, den neuesten, aktuel len Messwert, der zur Berechnung
des für
den korrespondierenden Vergleichswert maßgeblichen Mittelwerts herangezogen
wird, mit einem Anteil von 50% am Vergleichswert zu gewichten. Die
Ermittlung der Vergleichswerte erfolgt, wie Untersuchungen ergeben
haben, vorteilhaft in einer Weise, die sich formelhaft wie folgt
beschreiben lässt: Vneu = (M + gValt)/(g + 1)
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Darin
ist Vneu der neue Vergleichswert, Valt der vorhergegangene Vergleichswert, M
der aktuelle Messwert der mit dem Vergleichswert korrespondierenden
Größe (Gewicht
oder zweite Größe) und
g der Gewichtungsfaktor. Vorzugsweise ist der Gewichtungsfaktor
dynamisch veränderbar.
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Man
könnte
sich vorstellen, den Vergleichswert als Mittelwert in bestimmten
Zeitabständen,
beispielsweise berechnet aus den ersten Messungen eines jeden Kalendermonats,
anzupassen. Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Genauigkeit der
Personenerkennung jedoch zusätzlich
erhöht,
wenn aus dem oder den aus einer Mittelwertbildung gewonnenen Vergleichswerten
und dem oder den korrespondierenden Messwerten ein Mittelwert als
neuer Vergleichswert für
Gewicht und/oder zweite Größe gebildet
und in dem Speicher der Person zugeordnet abgespeichert wird. Auf
diese Weise werden die Vergleichswerte gleitend den physikalischen
und/oder physiologischen Veränderungen
der zu erkennenden Person angepasst. Geht zum Beispiel nur der Vergleichswert
für die
zweite gemessene Größe der zu
erkennenden Person aus einer Mittelwertbildung hervor, so kann als
neuer Vergleichswert für
das Gewicht beispielsweise der aktuelle Messwert in den Speicher
geschrieben werden.
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Nach
einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wir die
Personenerkennungsgenauigkeit dann zusätzlich deutlich verbessert, wenn
die zweite Größe die bioelektrische
Impedanz der Person ist. Die bioelektrische Impedanz, auch Bioimpedanz
genannt, ist zur Personenerkennung u. a. deshalb sehr vorteilhaft
verwendbar, weil die Bioimpedanz des Körpergewebes abhängig von
Geschlecht und Alter der zu erkennenden Person ist. Daher kann zum
Beispiel bei einer Benutzung der Waage durch einen Mann und eine
Frau mit ähnlichem
Körpergewicht
eine eindeutige Zuordnung über die
Impedanz erfolgen.
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Es
ist vorstellbar, für
die Messung der Bioimpedanz ein kostengünstiges Einfrequenzmessverfahren
einzusetzen. Die Genauigkeit des Messwertes der zweiten Größe wird
jedoch vorteilhaft dadurch wesentlich erhöht, dass gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung die Messung der bioelektrischen
Impedanz mit Hilfe eines Mehrfrequenzmessverfahrens oder einer komplexen
Betrags- und Phasenbestimmung erfolgt.
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Die
erfindungsgemäße Personenwaage weist
den zusätzlichen
Vorteil auf, dass sie als kompakte, integrierte Waage das beschriebene
Verfahren zur Personenerkennung unmittelbar für einen Benutzer anwendbar
macht und dabei auf zusätzliche Eingabeelemente
verzichten kann.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
und eine erfindungsgemäße Personenwaage
zur Durchführung
des Verfahrens werden beispielhaft im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung
beschrieben. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
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1 eine
Waage mit Blockschaltbild und
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2, 3 weitere
Blockschaltbilder.
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Gleiche
Bezugszeichen bedeuten in allen Fig. sich jeweils entsprechende
Elemente. Eine als Körperanalysewaage
ausgebildete Personenwaage 1 nach 1 weist
eine Trittplatte 2 mit Sensoren 3 zur Erfassung
einer physiologischen Größe, nämlich der
bioelektrischen Impedanz einer Person, und einen mit der Trittplatte 1 wirkverbundenen
Kraftaufnehmer 4 zur Erfassung einer physikalischen Größe, nämlich des
Körpergewichts
der Person, auf. Ferner hat die Personenwaage 1 elektronische
Komponenten (Verstärker 6,
Impedanzmesseinheit 14) zur Ansteuerung von Messwertaufnehmern
zur Signalverstärkung
und Signalkonditionierung, elektronische Komponenten (Analog-Digital-Wandler 8, 16)
zur Analog-Digital-Wandlung und eine Benutzerschnittstelle 11 mit
einem Anzeigeelement 23 für Daten und Auswerteergebnisse
und einem Eingabeelement 22 für Daten. Außerdem ist die Personenwaage 1 mit
einer Auswerteeinheit 10 zur Steuerung von Messvorgängen, zur
Verarbeitung von Mess- und Eingabedaten und zur Durchführung einer
Personenerkennung versehen. Unter anderem nicht dargestellt ist
eine üblicherweise
mittels elektrischer Batterien verwirklichte Energieversorgung der
Personenwaage 1.
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Ein
Messsignal 5 des Kraftaufnehmers 4 wird von dem
Verstärker 6 verstärkt und
angepasst. Ein so verstärktes
und bearbeitetes analoges Messsignal 7 wird von dem Analog-Digital-Wandler 8 in
ein digitales Messsignal 9 umgewandelt und der Auswerteeinheit 10 zugeführt.
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Eine
Impedanzmesseinheit 14 erzeugt ein Stromsignal 12,
welches über
die als Kontaktelektroden ausgebildeten Sensoren 3 als
Messsignal 13 abgeleitet und in der Impedanzmesseinheit 14 verstärkt und
in ein analoges Messsignal 15 überführt wird. Das verstärkte analoge
Messsignal 15 wird von einem zweiten Analog-Digital-Wandler 16 in
ein digitales Messsignal 17 umgewandelt und ebenfalls der Auswerteeinheit 10 zugeführt.
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Die
Auswerteeinheit 10 (2) weist
ihrerseits funktionelle Komponenten (Digitalschnittstelle 18,
Speicherbereich 19, Prozessor 20, nichtflüchtiger Speicher 21)
und deren Verknüpfungen
(Messsignale 25, Vergleichsdaten 26, Personendaten 27,
Programmcode 28) auf. Über
die Digitalschnittstelle 18 erfolgt die Steuerung und der
Datenaustausch 24 mit den peripheren Komponenten wie Kraftaufnehmer 4, Verstärker 6,
Analog-Digital-Wandler 8, Impedanzmesseinheit 14,
zweitem Analog-Digital-Wandler 16 und
den weiteren peripheren Komponenten Eingabeelement 22 und
Anzeigeelement 23. Die Erzeugung von Steuersignalen und
die Verarbeitung der Messsignale 25 erfolgt durch den Prozessor 20.
In dem nichtflüchtigen
Speicher 21 befindet sich der Softwarecode zur Steuerung
aller Abläufe
sowie der Softwarecode zur Datenauswertung und speziell zur Personenerkennung.
Diese insgesamt als Programmcode 28 bezeichneten Codes
werden bei Systemstart oder bei Bedarf in den Prozessor 20 geladen. Zur
Bereithaltung von personenspezifischen Vergleichsdaten steht der
weitere, nichtflüchtige,
wiederbeschreibbare Speicherbereich 19 zur Verfügung. Zur
Personenerkennung werden Vergleichsdaten 26 und zusätzliche
Personendaten 27 aus diesem Speicherbereich 19 ausgelesen.
Die aktuellen Messdaten werden nach erfolgreicher Identifikation
und Mittelwertbildung mit den vorherigen Vergleichsdaten als neue
Vergleichsdaten in den Speicherbereich 19 eingeschrieben.
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Das
Personenerkennungsverfahren am Beispiel einer Körperanalysewaage läuft wie
in 3 dargestellt ab: Nach einem Programmstart, zum
Beispiel ausgelöst durch
das Betreten der Trittplatte der Personenwaage, wird als Steuerroutine
ein Programmcode 28 geladen, und das System wird in einem
Initialisierungsschritt 29 messbereit gemacht. Im darauffolgenden
Programmschritt 30 wird das den aktuellen Gewichtswert
der zu erkennenden Person angebende Messsignal 9 eingelesen.
Im nachfolgenden Programmschritt 31 wird der aktuelle Bioimpedanzwert
der zu erkennenden Person als Messsignal 17 eingelesen.
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In
einem weiteren Programmschritt 32 erfolgt die automatische
Personenerkennung. Dazu werden die aktuellen Messwerte (Messsignale 9, 17)
mit den gespeicherten Vergleichsdaten 26 verglichen. Liegen die
Messsignale im vorgegebenen Toleranzbereich mehrerer Vergleichsdaten,
wird durch einen geeigneten Algorithmus der Vergleichsdatensatz
ermittelt, der den aktuell gemessenen Werten am nächsten kommt.
Sollte es in Ausnahmefällen
dennoch nicht gelingen, eine Entscheidung eindeutig zu treffen,
so wird dieser Konflikt dem Benutzer zur Entscheidung auf dem Anzeigeelement
dargestellt. Anhand der mit diesem Datensatz eindeutig verknüpften Personendaten 27,
zum Beispiel Personenkennziffer oder Name, wird die aktuell zu erkennende
Person eindeutig identifiziert (Person bekannt); die Personendaten 27 wie
Alter, Geschlecht wurden in einem Eingangsprogrammschritt 35,
der für
alle Messungen an einer Person nur ein einziges Mal auszuführen ist,
eingegeben. Es können
Personendaten für
eine einzige oder mehrere Personen gespeichert sein.
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Können die
aktuell gemessenen Werte keinen Personendaten zugeordnet werden
(Person unbekannt), zum Beispiel weil für die aktuell zu erkennende
Person noch kein Vergleichsdatensatz angelegt wurde, so erfolgt
entweder eine Fehlermeldung (Fehler) oder die Waage beschränkt sich
auf eine Darstellung des Gewichts des Benutzers.
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Bei
erfolgreicher Zuordnung hingegen werden in einem folgenden Programmschritt 33 die
zu der nunmehr identifizierten Person gehörenden Vergleichsdaten 26 mit
den aktuellen Messwerten in der Weise überschrieben, dass aus den
korrespondierenden Vergleichsdaten und den aktuellen Messwerten
jeweils ein gewichteter Mittelwert gebildet wird. Die zwei neu gewonnenen
Mittelwerte bilden dann den neuen Vergleichsdatensatz; die Eingangsvergleichsdaten,
d. h. die ersten überhaupt
erfassten Vergleichsdaten einer bestimmten Person entsprechen den
ersten Mess werten. In einem weiteren Programmschritt 34 erfolgt
anhand der aktuell gemessenen Werte und der persönlichen Daten eine individuelle
Analyse des momentanen Zustands der gemessenen Person oder auch
eine Analyse der erfolgten Zustandsänderung.
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- 1
- Personenwaage
- 2
- Trittplatte
- 3
- Sensor
- 4
- Kraftaufnehmer
- 5
- Meßsignal
- 6
- Verstärker
- 7
- Meßsignal
- 8
- Analog-Digital-Wandler
- 9
- Meßsignal
- 10
- Auswerteeinheit
- 11
- Benutzerschnittstelle
- 12
- Stromsignal
- 13
- Meßsignal
- 14
- Impedanzmeßeinheit
- 15
- Meßsignal
- 16
- Analog-Digital-Wandler
- 17
- Meßsignal
- 18
- Digitalschnittstelle
- 19
- Speicherbereich
- 20
- Prozessor
- 21
- Speicher
- 22
- Eingabeelement
- 23
- Anzeigeelement
- 24
- Datenaustausch
- 25
- Meßsignal
- 26
- Vergleichsdaten
- 27
- Personendaten
- 28
- Programmcode
- 29
- Initialisierungsschritt
- 30
- Programmschritt
- 31
- Programmschritt
- 32
- Programmschritt
- 33
- Programmschritt
- 34
- Programmschritt
- 35
- Eingangsprogrammschritt