EP2449345A1 - Analysieren von bewegungen von objekten - Google Patents

Analysieren von bewegungen von objekten

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Publication number
EP2449345A1
EP2449345A1 EP10732851A EP10732851A EP2449345A1 EP 2449345 A1 EP2449345 A1 EP 2449345A1 EP 10732851 A EP10732851 A EP 10732851A EP 10732851 A EP10732851 A EP 10732851A EP 2449345 A1 EP2449345 A1 EP 2449345A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coordinate system
movement
acceleration
motion
measured values
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10732851A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Bieber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2449345A1 publication Critical patent/EP2449345A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C22/00—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers
    • G01C22/006—Pedometers

Definitions

  • the invention relates to a method for analyzing movements of objects.
  • the objects are, in particular, persons or other living beings.
  • the objects of movement can also be objects.
  • the invention further relates to a corresponding apparatus for analyzing movements of objects, a computer program configured to execute the method for analyzing movements of objects when it is executed on a computer or computer system, and a data carrier on which the computer program is stored is so that it is loadable into the memory of the computer or computer system or is readable and executable directly on the disk of the computer or computer system.
  • DE 10 2005 004 086 A1 describes a device for detecting movements.
  • the device detects the movements in the room by means of several motion sensors.
  • the measured values of at least one motion dimension are offset with the measured values of at least one other motion dimension.
  • a rotational speed measurement is combined with a linear acceleration measurement.
  • Acceleration measurements are combined to convert accelerations into three corrected spatial directions.
  • the acceleration sensors are attached to a person, it is difficult to align the directions of the coordinate axes of the sensors with appropriate directions with respect to the person.
  • the three directions that are mostly of interest to the person are the directions front and back, left and right, and top and bottom, respectively.
  • the latter direction usually coincides with the direction of the gravitational force acting on the person in the gravitational field of the earth.
  • the acceleration sensors according to the present invention may be implemented as described in DE 10 2005 004 086 A1.
  • Microsensors based on silicon structures can be used.
  • Such sensors are small and lightweight. They can be according to the invention, e.g. integrate into electronic devices used by persons, e.g. Mobile phones, handheld computers or the like. However, due to their small size, the sensors can also be integrated into even smaller units. For example, Such a unit can only be the three
  • Acceleration sensors for measuring the acceleration values in a Cartesian coordinate system and the facilities required to make the measured values available for evaluation.
  • the transmission of the measurements from the unit may e.g. wirelessly via a radio interface.
  • the three individual acceleration sensors are preferably an integrated unit, e.g. in the form of an integrated circuit. However, they may also be composed of separate units, i. be mechanically interconnected, or alternatively be a locally distributed system.
  • the individual can be any type of acceleration sensors.
  • Camera parameters can thus be motion changes such as distance,
  • the movement of the object can be detected by a camera arranged on the object. It is not only possible to determine the acceleration values of the movement of the object by evaluating the images captured by the camera. Rather, alternatively, the speed of movement and / or the traveled distances of the movement can be determined.
  • the later described method for analyzing movements of objects may therefore use speed values and / or instead of the 3D acceleration measurement values Our sign: FHIPT09011WO June 22, 2010
  • Distance values each as three-dimensional values and transform in the manner described below in a second coordinate system.
  • the camera or the camera system with a plurality of differently oriented cameras can be used in various ways to determine the speed and / or acceleration of the object.
  • at least one model of the movement of persons and / or objects can be used, wherein these persons and / or objects, as seen by the camera or the camera system, move past the object or move towards the object or move away from the object.
  • the information that a certain object or a certain person is moving toward the object exactly gives the information about the main movement direction. It is understood by a movement exactly to the object that z. B. as when walking a person's hip performs a periodic overlaying movement.
  • the person or the object to be moved precisely to the object can therefore, for. B. reciprocate while other persons or objects move past the object.
  • the information about the distance to the object can additionally be used in order to determine the speed and / or the acceleration of the object.
  • Main movement direction runs.
  • the direction of gravity may be determined using the information that the persons and objects apparently passing by the object as seen by the camera or cameras are at least partially fixedly positioned on the ground. At least in the time average, this results in the horizontal.
  • Another way to determine the gravitational direction that can be combined with the ones mentioned above is to use knowledge of the type of motion the object is performing. For example, when walking, the hip of a person moves in a certain way relative to
  • Main direction of movement (the direction of movement of the person's center of gravity in this case).
  • the frequency of the superimposed movement of the hip or of another body part or object part in relation to the frequency of at least one other part of the object or of the person also provides information from which the direction of the gravitational field of the earth can be determined.
  • a camera to be used to analyze a person's walking motion may be attached to a belt (eg, around the waist or waist of the person
  • Main movement direction as mentioned above, can be accurately detected on the person moving persons or objects with the camera images.
  • Motion analysis is of interest for a variety of applications.
  • articles e.g. by tracing the accelerometer readings the movement of the object can be traced. This is conceivable, for example, for luggage.
  • the speed and then the distance covered by the object can be calculated by integration over time.
  • the mentioned unit may be e.g. a suitable one
  • the measured movement can be compared with known movement patterns. For example, a classification of a movement phase takes place and becomes dependent on the result of the classification
  • the person decided whether the person has moved or was moved himself and which calorie count or energy the person has consumed in their own movement. Not only can the calorie consumption be determined depending on the type of movement (e.g., walking, running, swimming, rowing, cycling, and the like), but also the actually measured movement information can be additionally used. In particular, the acceleration values can therefore not only for
  • Classification of the movement but also to evaluate the movement, e.g. be evaluated for determining the calorie consumption per time interval. From the acceleration readings, it is possible to determine whether the person was running fast or cycling slowly, cycling up or down a mountain, or swimming swiftly or slowly.
  • Coordinate system is the direction of the weight of the object. If the object is at rest, the direction of the weight force can be directly measured from the measured
  • the direction of the weight corresponds to the direction of the acceleration vector of the gravitational field. But even as the object moves with the attached 3D sensor, the direction of the weight force can be determined.
  • time intervals of the acceleration measured values are evaluated and the direction of the gravitational force or of the acceleration vector of the gravitational field is determined by temporal averaging.
  • the transformed coordinate system is not yet uniquely determined by the direction of the weight.
  • the two perpendicular coordinate axes can still be freely selected. At least one direction is still needed to define the second coordinate system.
  • DE 10 2005 004 086 A1 proposes to carry out two so-called initial measurements. For this purpose, a movement of the object is carried out with the attached 3D sensor. By evaluating the motion, the second direction, i. the direction of another coordinate axis of the
  • the measuring operation can begin to detect movements of the moving object.
  • the prerequisite is, however, that the orientation of the 3D sensor relative to the moving object does not change. Disadvantageous in the
  • the 3D sensor can be integrated into an electronic device that carries the person on the body.
  • the 3D sensor can be integrated into an electronic device that carries the person on the body.
  • the orientation of the 3D sensor with respect to the person changes. But even with animals or objects the repeated execution of initial measurements in many cases is not practical.
  • Computer system and a disk on which the program is stored in particular in the form of digital data.
  • the present invention is based, in particular, on the idea that in the evaluation of movements it is possible to resort to information about previous movements and / or information about types of movement.
  • a comparison of the motion to be analyzed with such information is known in particular as pattern recognition per se.
  • the motion to be analyzed can be classified.
  • a plurality of predefined classes may exist, one of which is determined for the classification of the movement.
  • the information can be present in various ways and the comparison can accordingly be carried out in various ways. For example, can a
  • Frequency analysis of one or more components of the measured using the 3D sensor acceleration vector can be performed.
  • walking or walking a person it is e.g. characteristically that the frequency of going right-to-left accelerations is one-half the frequency of the fore-and-aft accelerations when the 3D sensor is worn around the person's hip.
  • the area of the hip is a common place of wear.
  • the 3D sensor may be worn on a belt or on the waistband, or it may be integrated with a device worn there. Also, the placement of the 3D sensor in a trouser pocket places him in the hip area.
  • the pattern recognition can take place in very different ways.
  • Coordinate system into which the acceleration measurements are transformed the direction of a particular, excellent direction of motion. Excellent is the direction by features typical of the movement. For example, When walking a person, it makes sense to refer to the forward direction the person walks in as an excellent direction of movement. This excellent direction of movement is also referred to as the main movement direction or main movement axis. However, it is not absolutely necessary to select the forward direction as the direction of the second axis of the transformed coordinate system when walking. For example, The right-to-left direction running perpendicular thereto and likewise perpendicular to the direction of the gravitational field could also be selected as the direction of the second coordinate axis. It is only important to always choose the same direction for the second coordinate axis for similar movements. This makes it possible, in particular, to compare the movements with each other or to evaluate them at least in the same way.
  • the direction e.g. the main direction of movement, can be defined in relation to the other movement.
  • the other movement can also be one
  • Movement type can match or equal each other, using the
  • the second direction is also fixed for the motion to be analyzed and can transform the motion measurements from the measurement coordinate system to the transformed one
  • the acceleration measurement values are transformed into a second coordinate system
  • the direction of the gravitational field is chosen as the direction of a first axis of the second coordinate system
  • Movement information on the one hand with existing information about another movement or a movement type on the other hand is determined.
  • the transformed coordinate system may in many cases be defined as the person or a characteristic area of the person (e.g., the hip) as a fixed coordinate system.
  • the part of the body to which the 3D sensor is attached has a rotational component of motion, so that it moves in the body
  • the motion to be analyzed be subdivided into different time periods, in each of which a different transformed coordinate system is selected.
  • the transitions between these periods are characterized by the moments of rotation
  • Movement component defined.
  • the direction of the first coordinate axis of the transformed coordinate system i. the coordinate axis, which is to be aligned in the direction of the gravitational field, not exactly defined. Nevertheless, with the transformation of the acceleration measurement values into the transformed coordinate system, the result obtained is much better and more accurately evaluable if the direction of the first coordinate axis is determined by determining a gravitational acceleration vector averaged over a period of time.
  • Movement measured values are evaluated in each case in a sliding manner over a period of time, in particular averaged, whereby the time period in each case at a current time of the
  • this slidingly shifting period which in each case is based on the current time of the movement measurement, can always be the same length.
  • an equal number of consecutive measured values is always evaluated.
  • the measured values distributed over the evaluation period can be weighted equally or differently. This depends in particular on the type of movement.
  • Coordinate axis of the transformed coordinate system to determine but not only has the above-mentioned advantage.
  • information about the movement can be obtained from a rotation of this direction with respect to the measurement coordinate system. It can thus be easily recognized, for example, that movements were carried out before and after the rotation according to different types of movement.
  • the motion information for the second axis detection derived from the acceleration measurements may be e.g. to act at the speed of the movement, from the direction of which in a simple way results in an excellent direction of movement to a frequency of components of the measured
  • the acceleration measured values used for the comparison are measured values of the motion to be analyzed. These are therefore not measured values of initial measurements. However, it is basically also possible to carry out such initial measurements and to use them for determining the direction of the second axis. However, it should be noted that the initial measurement may be subject to a different type of movement than the actual one
  • Fig. 1 schematically a 3D acceleration sensor, the Cartesian
  • FIG. 2 shows schematically a device for analyzing movements of objects, the figure also illustrating the method according to the invention in the manner of a flow chart
  • FIG. 3 is a diagram showing acceleration measurements with two components in an approximately horizontal plane when a person is walking, with the SD acceleration sensor carried in the right trouser pocket;
  • FIG. 4 shows measured values for a movement as in FIG. 3, but with the SD acceleration sensor in the left trouser pocket, FIG.
  • FIG. 5 shows movement measurements similar to those of FIG. 3 and FIG. 4, but with the sensor worn on the belt buckle in the hip region of the person, FIG.
  • Fig. 6 is a diagram illustrating two components of measured acceleration values in an approximately horizontal plane, the movement taking place in that the person carrying the sensor in a
  • Fig. 1 shows a 3D sensor S, which is shown as a cube and three
  • Has acceleration sensors These three sensors measure the components of the overall acceleration vector in the direction of the three coordinate axes x, y, z of a Cartesian coordinate system resting with respect to the sensor.
  • the gravitational acceleration vector of a gravitational field is designated, in which the sensor S is located.
  • the direction of the acceleration vector g coincides with the direction of the coordinate axis x ', which is the first coordinate axis of a transformed coordinate system.
  • the transformed coordinate system x, y, z are denoted by y 'and z' and shown in Fig. 1 by dashed lines with an arrow at the end of the line.
  • the measured values of the measurement coordinate system x, y, z are labeled A1 (x-axis), A2 (y-axis) and A3 (z-axis). These readings are sensor acceleration readings.
  • the sensor S may e.g. be integrated into an electronic device and / or be attached to the moving object.
  • the sensor S may be e.g. to act the sensor of FIG. 1.
  • the 3D sensor S has three individual acceleration sensors 15a, 15b, 15c which repeat, in particular cyclically at constant time intervals, measured values of the acceleration with respect to the three axes of a Cartesian coordinate system x, y, z (eg of the non-transformed
  • the measured value A1 of the sensor 15a is e.g. the measured value of the x-axis, the measured value A2 of the sensor 15b, the measured value of the y-axis and the measured value A3 of the sensor 15c, the measured value with respect to the z-axis.
  • the measured values A1, A2, A3 are transmitted to the device 10.
  • the signal connection can be realized wirelessly and / or wired. Also, further devices or units may be arranged between the SD sensor S and the device 10, Our sign: FHIPT09011WO June 22, 2010
  • the 3D sensor S may be e.g. in a common assembly (e.g., an electronic device, e.g.
  • the device 10 would be in this case with a corresponding receiving device for receiving the
  • the device 10 is installed in the same unit as the 3D sensor S.
  • Either all the devices shown in Fig. 2 may be installed in a common unit (e.g., the mentioned electronic device) or the boundary (e.g.
  • Radio interface of the structural unit of the 3D sensor between the latter and the device 10, between the device 10 and the device 12 or between the device 12 and the device 14.
  • the determination device 10 determines from the acceleration measurement values A1, A2, A3 the direction of a gravitational field in which the movement of a movement object takes place on which the 3D sensor S is arranged. An embodiment of how the determination is made will be discussed in more detail.
  • the thus determined direction of the gravitational field outputs the device 10 together with the measured values A1, A2, A3 as the direction of the first coordinate axis x 1 of the transformed coordinate system to the device 12, which is a comparison device.
  • the comparison device 12 has access to a data memory 11, in which
  • the comparison device 12 determines the direction of a second axis y 1 of the transformed coordinate system from a comparison of the acceleration measured values A1, A2, A3 or movement information derived therefrom on the one hand with the information stored in the data memory 11.
  • the comparison device 12 also takes over the coordinate transformation.
  • Comparator 12 are therefore in the second, transformed Our sign: FHIPT09011 WHU June 22, 2010
  • Analyzer 14 which energy has consumed a person for the movement, which was measured by taking the measured values A1, A2, A3.
  • the comparison device 12 can also output further information to the analysis device 14, in particular the
  • the comparison device 12 a can the comparison device 12 a
  • the comparison device determines, as mentioned, the direction of the second axis of the
  • Movement type and optionally also the above-mentioned main axis of motion transmits them to the analysis device 14, which therefore no longer has to perform a pattern recognition.
  • the analyzer 14 may use the motion type information immediately upon the actual analysis of the motion. For example, is the
  • Calorie consumption for movement if it determines from the movement type that the person did not move himself, but was moved.
  • standing components gl, g2, g3 are components in the output coordinate system. If there is no acceleration other than acceleration due to gravity, the components are the measured values of the three individual acceleration sensors of the 3D sensor.
  • y 2 denotes the second coordinate axis of the transformed coordinate system. This vector is to be determined using information about another movement or type of movement, eg pattern recognition. Its components y1, y2, y3 are also related to the output coordinate system. If an arbitrary vector x is defined first, which is perpendicular to the vector x ', the following applies:
  • the components of the vector 3c are chosen such that its magnitude is 1.
  • m2 ⁇ mx
  • x> (ml-xl) * xl + (m2-x2) * x2 + (m3-x3) * x3
  • m3 ⁇ mx
  • z> (ml-xl) * zl + (m2-x2 ) * z2 + (m3-x3) * z3
  • the vector x ' is determined from the measured movement. These are the
  • ie the value x ' new of the current processing cycle is equal to the sum of the summands weighted with the factors a and b, where the summands are the component m2 of the current measured value in the direction of x' and the value x ⁇ lt of the preceding processing cycle.
  • a and b are to be chosen such that their sum a + b is equal to 1.
  • Transformation taking into account information about another movement or a type of movement in the actual analysis of the movement, a higher accuracy can be achieved because an unexpected, incorrect or changed orientation of the 3D sensor is detected with respect to the moving object and taken into account in the transformation becomes.
  • FIG. 3 shows the measured values of a running movement of a person in the plane which is perpendicular to the direction of the acceleration vector of the gravitational field.
  • the horizontal axis of the coordinate system in Fig. 3 is oriented approximately in the left / right direction of the running motion, i. approximately perpendicular to the actual direction of travel.
  • the vertical axis in FIG. 3 is therefore approximately in the forward / backward direction of FIG.
  • the 3D sensor was in the pocket of the person while walking, i. E. was located in the hip area. Therefore, the 3D sensor did not directly measure the movement of the center of mass, but was located laterally from the center of mass. Characteristic of the running movement is in such a case that the 3D sensor certain
  • FIG. 3 and the following figures Shown in FIG. 3 and the following figures are lines which each connect two temporally successive measured values of the 3D sensor. The measured values are therefore at the points where the line sharply kinks.
  • the main axis of movement is represented by a straight line, which corresponds to the direction of the second coordinate axis of the transformed coordinate system.
  • FIG. 3 shows a running movement, in which the sensor was in the left trouser pocket. It can be seen in FIG. 3 that the connecting lines between the measuring points in their overall image are similar to FIG. Since the 3D sensor in the pocket on which the 3D sensor is based was located on the opposite side, the lines in FIG. 4 form a mirrored 9 about a vertical axis.
  • Fig. 5 shows acceleration measurements while walking the person, but in contrast to the movements of Figs. 3 and 4, the 3D sensor was carried in the center of the body in front of the center of mass on the belt buckle of a belt worn in the hip area.
  • the main axis of movement drawn in FIGS. 3 and 4 as well as in FIG. 5 was determined by means of a frequency analysis. The information about the
  • Movement type "running” is used, according to which the frequency of the right / left motion is half the frequency of the forward / backward movement. For example, for a Our sign: FHIPT09011 WHU June 22, 2010
  • Fig. 6 shows measured values of a 3D sensor which was worn by a person while the person was driving in a road vehicle.
  • the main axis of motion may be through the characteristic, with the aid of the 3D sensor
  • the main axis of motion is therefore preferably determined taking into account these high probabilities. Due to the resulting knowledge of the axial position is one example. able to better identify the road situation (highway, country road, driving in urban areas, etc.).
  • the "driving" type of movement is recognized, for example, by evaluating the ratio of the horizontal acceleration to the vertical acceleration and comparing it with a typical value for this movement pattern, and identifying a vibration typical of driving, for example, by varying the vibration frequencies of the vehicle Moving objects are identified as frequencies typical for driving a car.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren von Bewegungen von Objekten, insbesondere von Gegenständen, Personen oder anderen Lebewesen, wobei Beschleunigungsmesswerte bezüglich drei orthogonal zueinander verlaufenden Achsen eines ersten Koordinatensystems (x, y, z) vorliegen und wobei: - die Beschleunigungsmesswerte (A1, A2, A3) in ein zweites Koordinatensystem (x', y', z') transformiert werden (Einrichtungen 10, 12), - für die Transformation in das zweite Koordinatensystem (x', y', z') aus den Beschleunigungsmesswerten (A1, A2, A3) die Richtung eines Gravitationsfeldes ermittelt wird, in dem die Bewegung stattfindet oder stattgefunden hat (Einrichtung 10), - die Richtung des Gravitationsfeldes als die Richtung einer ersten Achse (x') des zweiten Koordinatensystems (x', y', z') gewählt wird, - die Richtung einer zweiten Achse des zweiten Koordinatensystems (x', y', z') aus einem Vergleich der Beschleunigungsmesswerte (A1, A2, A3) oder daraus abgeleiteter Bewegungsinformation einerseits mit vorhandener Information (Speicher 11) über eine andere Bewegung oder über einen Bewegungstyp andererseits ermittelt wird (Einrichtung 12).

Description

Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
Analysieren von Bewegungen von Objekten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren von Bewegungen von Objekten. Bei den Objekten handelt es sich insbesondere um Personen oder andere Lebewesen. Es kann sich bei den Bewegungsobjekten jedoch auch um Gegenstände handeln.
Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung zum Analysieren von Bewegungen von Objekten, ein Computerprogramm, das ausgestaltet ist, das Verfahren zum Analysieren von Bewegungen von Objekten auszuführen, wenn es auf einem Computer oder Computersystem ausgeführt wird, und einen Datenträger, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, so dass es in den Arbeitsspeicher des Computers oder Computersystems ladbar ist oder direkt auf dem Datenträger von dem Computer oder Computersystem lesbar und ausführbar ist.
DE 10 2005 004 086 A1 beschreibt ein Gerät zur Ermittlung von Bewegungen. Das Gerät erfasst mittels mehrerer Bewegungssensoren die Bewegungen im Raum. Die Messwerte mindestens einer Bewegungsdimension werden mit den Messwerten mindestens einer anderen Bewegungsdimension verrechnet. Eine Drehgeschwindigkeitsmessung wird mit einer linearen Beschleunigungsmessung kombiniert. Drei lineare
Beschleunigungsmessungen werden kombiniert, um Beschleunigungen in drei korrigierte Raumrichtungen umzurechnen.
Wie in der Druckschrift erwähnt wird, ist eine solche Umrechnung, d.h. eine
Transformation der Beschleunigungsmesswerte aus dem Koordinatensystem der Messvorrichtung in ein korrigiertes Koordinatensystem nützlich, um die
Beschleunigungssensoren beliebig an dem Bewegungsobjekt anbringen zu können. Auch gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine solche Transformation vorgenommen.
Insbesondere wenn die Beschleunigungssensoren an einer Person angebracht werden, ist es schwierig, die Richtungen der Koordinatenachsen der Sensoren mit geeigneten Richtungen in Bezug auf die Person auszurichten. Die drei Richtungen, die in Bezug auf die Person meist von Interesse sind, sind die Richtungen vorne bzw. hinten, links bzw. rechts und oben bzw. unten. Die letzt genannte Richtung stimmt meist mit der Richtung der Gewichtskraft überein, die im Gravitationsfeld der Erde auf die Person wirkt.
Entsprechendes gilt häufig aber nicht nur für Personen, sondern auch für Tiere oder Gegenstände, deren Bewegungen verfolgt und analysiert werden sollen. Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
Die Beschleunigungssensoren gemäß der vorliegenden Erfindung können wie in der DE 10 2005 004 086 A1 ausgeführt sein. Z.B. können Mikrosensoren auf Basis von Siliziumstrukturen eingesetzt werden. Solche Sensoren sind klein und leicht. Sie lassen sich gemäß der Erfindung z.B. in elektronische Geräte integrieren, die von Personen benutzt werden, z.B. Mobiltelefone, Handheld-Computer oder dergleichen. Die Sensoren können jedoch aufgrund der geringen Größe auch in noch kleinere Geräteeinheiten integriert werden. Z.B. kann eine solche Einheit lediglich die drei
Beschleunigungssensoren zur Messung der Beschleunigungswerte in einem kartesischen Koordinatensystem und die erforderlichen Einrichtungen enthalten, um die Messwerte für eine Auswertung verfügbar zu machen. Die Übertragung der Messwerte von der Einheit kann z.B. drahtlos über eine Funkschnittstelle erfolgen.
Eine Sensoreinheit, die Beschleunigungen in einem kartesischen Koordinatensystem, d.h. in drei zueinander orthogonalen Raumrichtungen messen kann, wird im Folgenden 3D- Beschleunigungssensor oder 3D-Sensor genannt.
Dabei sind die drei einzelnen Beschleunigungssensoren vorzugsweise eine integrierte Einheit, z.B. in Form eines integrierten Schaltkreises. Sie können jedoch auch aus separaten Einheiten zusammengesetzt, d.h. mechanisch miteinander verbunden sein, oder alternativ ein örtlich verteiltes System sein. Dabei können die einzelnen
Sensoreinheiten oder der gesamte 3D-Sensor auch aus einem einzelnen oder
zusammengesetztem Kamerasystem und/oder einer Kombination mit einem SD- Beschleunigungssensor bestehen, welches in zeitlicher Abfolge die Umgebung erfasst. Durch die Änderung der optischen Bildinhalte und der Kenntnis über die
Kameraparameter lassen sich somit Bewegungsänderungen wie Strecke,
Geschwindigkeit und Beschleunigung ermitteln.
Wie zuvor erwähnt kann insbesondere durch eine am Objekt angeordnete Kamera die Bewegung des Objekts erfasst werden. Dabei ist es nicht nur möglich, durch Auswertung der von der Kamera erfassten Bilder die Beschleunigungswerte der Bewegung des Objektes zu bestimmen. Vielmehr können alternativ die Geschwindigkeit der Bewegung und/oder die zurückgelegten Wegstrecken der Bewegung bestimmt werden. Das später beschriebene Verfahren zum Analysieren von Bewegungen von Objekten kann daher anstelle der 3D- Beschleunigungsmesswerte Geschwindigkeitswerte und/oder Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
Wegstreckenwerte, jeweils als dreidimensionale Werte nutzen und in der im folgenden beschriebenen Weise in ein zweites Koordinatensystem transformieren.
Die Kamera oder das Kamerasystem mit mehreren unterschiedlich ausgerichteten Kameras kann auf verschiedene Weise dazu benutzt werden, die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Objektes zu bestimmen. Insbesondere kann dabei zumindest ein Modell der Bewegung von Personen und/oder Gegenständen verwendet werden, wobei diese Personen und/oder Gegenstände aus Sicht der Kamera oder des Kamerasystems sich an dem Objekt vorbeibewegen oder auf das Objekt zu bewegen oder von dem Objekt wegbewegen. Insbesondere die Information, dass ein bestimmter Gegenstand oder eine bestimmte Person sich genau auf das Objekt zu bewegt (sofern dies in dem Koordinatensystem der Kamera betrachtet wird) ergibt die Information über die Hauptbewegungsrichtung. Dabei wird unter einer Bewegung genau auf das Objekt zu verstanden, dass z. B. wie beim Gehen einer Person die Hüfte eine periodische überlagernde Bewegung ausführt. Aus Sicht der Kamera oder des Kamerasystems kann sich die genau auf das Objekt zu bewegende Person oder der Gegenstand daher z. B. hin- und herbewegen, während andere Personen oder Objekte sich an dem Objekt vorbeibewegen. Entsprechendes gilt für Personen oder Gegenstände, die sich genau von dem Objekt wegbewegen. Zusätzlich kann bei Personen oder Gegenständen, die sich genau auf das Objekt zu bewegen bzw. von ihm wegbewegen aus den Kamerabildern ermittelt werden, dass sich die Person oder der Gegenstand scheinbar vergrößert (wenn er sich genau auf das Objekt zu bewegt) oder verkleinert (wenn er sich genau von dem Objekt weg bewegt).
Bei Personen oder Gegenständen, die sich an dem Objekt vorbeibewegen, kann optional zusätzlich die Information über den Abstand zu dem Objekt verwendet werden, um die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Objekts zu ermitteln. Dabei kann der Abstand z. B. bei einem Kamerasystem durch geometrische Überlegungen,
beispielsweise in einer Triangulationberechnung, gewonnen werden. Es können jedoch auch Zusatzinformationen über bekannte Abstände genutzt werden, etwa über den Abstand von Baken zu einer Seitenlinie auf einer Straße für Kraftfahrzeuge. Auch ist es möglich, diesen Abstand durch zusätzliche Sensoren zu ermitteln, z. B.
Ultraschallsensoren, die die Zeit für die Reflexion von Schallwellen messen und daraus auf den Abstand schließen. Unser Zeichen: FHIPT09011 WO 22. Juni 2010
Ist aus den Kamerabildern die Hauptbewegungsrichtung ermittelt worden und wird zusätzlich berücksichtigt, dass sich das Objekt auf dem Erdboden bewegt, wird die Richtung der Erdgravitation z. B. dadurch bestimmt, dass sie senkrecht zur
Hauptbewegungsrichtung verläuft. Zusätzlich kann die Richtung der Gravitation unter Verwendung der Information bestimmt werden, dass sich die an dem Objekt aus Sicht der Kamera oder der Kameras scheinbar vorbeibewegenden Personen und Gegenstände zumindest teilweise fest auf dem Erdboden positioniert sind. Zumindest im zeitlichen Mittel ergibt sich daraus die Horizontale. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Gravitationsrichtung, die mit den zuvor erwähnten kombiniert werden kann, besteht in der Verwendung von Kenntnissen über die Art der Bewegung, die das Objekt ausführt. Z. B. beim Gehen bewegt sich die Hüfte einer Person in bestimmter Weise relativ zur
Hauptbewegungsrichtung (der Bewegungsrichtung des Schwerpunktes der Person in diesem Fall). Auch die Frequenz der überlagerten Bewegung der Hüfte oder eines anderen Körperteils oder Objektteils im Verhältnis zu der Frequenz zumindest eines anderen Teils des Objekts bzw. der Person ergibt Informationen, aus denen sich die Richtung des Erd-Gravitationsfeldes ermitteln lässt. Auf die genannten
Frequenzverhältnisse wird noch näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingegangen.
Z. B. kann eine Kamera, die für die Analyse einer Gehbewegung einer Person benutzt werden soll, an einem Gürtel (z. B. einem um die Hüfte oder Taille der Person
umlaufenden Gürtel) befestigt sein. Erfasst die Kamera auch die
Hauptbewegungsrichtung, können wie oben erwähnt sich genau auf die Person zu bewegende Personen oder Gegenstände mit den Kamerabildern erfasst werden.
Insbesondere bei einem weiten Erfassungswinkel der Kamera werden jedoch auch Personen oder Gegenstände erfasst, die sich an der gehenden Person vorbeibewegen.
Die Analyse von Bewegungen ist für eine Vielzahl von Anwendungen von Interesse. Bei Gegenständen kann z.B. durch Auswerten der Beschleunigungsmesswerte die Bewegung des Gegenstandes zurückverfolgt werden. Denkbar ist dies z.B. bei Gepäckstücken. Bei der Auswertung der Beschleunigungsmesswerte kann durch Integration über die Zeit zunächst die Geschwindigkeit und dann der zurückgelegte Weg des Objekts berechnet werden. Um die Beschleunigungsmesswerte für einen interessierenden Zeitraum zur Verfügung stellen zu können, kann die erwähnte Einheit z.B. einen geeignet
dimensionierten Datenspeicher aufweisen, in dem die Messwerte gespeichert werden. Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
Bei Personen soll z.B. die Bewegung des Fußes beim Laufen analysiert werden (s. dazu DE 10 2005 004 086 A1 , die auf die Thematik näher eingeht). Andere Anwendungen bei Personen sind die Überwachung der körperlichen Aktivität, z.B. bei an Diabetes erkrankten Personen oder bei adipösen Personen. Außerdem kann mittels der 3D- Sensoren bei sturzgefährdeten Personen ein Sturz festgestellt werden. Der 3D-Sensor kann mit einer entsprechenden Auswertungseinheit kombiniert werden, z.B. um den Kalorienverbrauch oder den Sturz festzustellen. Bei Tieren, z.B. bei nachtaktiven Tieren und/oder Haustieren kann durch Analyse der Bewegung, die mit Hilfe des 3D-Sensors gemessen wird, festgestellt werden, wo sich das Tier aufgehalten hat oder ob sich das Tier artgerecht verhalten hat.
Analyseverfahren zum Analysieren der Bewegung zu den jeweiligen Zwecken sind bekannt und werden hier lediglich in Bezug auf Anwendungsbeispiele beschrieben. Z.B. kann bei Anbringung des 3D-Sensors am Schuh festgestellt werden, ob die
Gehbewegung oder Laufbewegung einer Person durch besondere Ausgestaltung des Schuhs korrigiert werden soll. Näheres hierzu ist in der DE 10 2005 004 086 A1 beschrieben. Zur Bestimmung des Kalorienverbrauchs kann die gemessene Bewegung mit bekannten Bewegungsmustern verglichen werden. Z.B. findet eine Klassifikation einer Bewegungsphase statt und wird abhängig von dem Ergebnis der Klassifikation
entschieden, ob sich die Person selbst bewegt hat oder bewegt wurde und welche Kalorienzahl bzw. Energie die Person bei eigener Bewegung verbraucht hat. Dabei kann der Kalorienverbrauch nicht nur abhängig von dem Bewegungstyp (z.B. Gehen, Laufen, Schwimmen, Rudern, Radfahren und dergleichen) ermittelt werden, sondern kann außerdem noch die konkret gemessene Bewegungsinformation zusätzlich herangezogen werden. Insbesondere können die Beschleunigungswerte daher nicht nur zur
Klassifikation der Bewegung sondern auch zur Auswertung der Bewegung, z.B. zur Bestimmung des Kalorienverbrauchs pro Zeitintervall ausgewertet werden. Aus den Beschleunigungsmesswerten lässt sich ermitteln, ob die Person schnell gelaufen ist oder langsam, mit dem Fahrrad einen Berg hinauf oder hinab gefahren ist oder schnell oder langsam geschwommen ist.
Bezüglich der Transformation der Beschleunigungsmesswerte aus dem
Koordinatensystem des 3D-Sensors in ein geeignetes anderes Koordinatensystem ist aus der DE 10 2005 004 086 A1 entnehmbar, dass eine Richtung des transformierten, zweiten Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
Koordinatensystems die Richtung der Gewichtskraft des Objekts ist. Ist das Objekt in Ruhe, lässt sich die Richtung der Gewichtskraft unmittelbar aus den gemessenen
Beschleunigungswerten der drei Sensoren ermitteln, da die Richtung der Gewichtskraft mit der Richtung des Beschleunigungsvektors des Gravitationsfeldes übereinstimmt. Aber auch während sich das Objekt mit dem daran angebrachten 3D-Sensor bewegt, kann die Richtung der Gewichtskraft ermittelt werden. Vorzugsweise werden Zeitintervalle der Beschleunigungsmesswerte ausgewertet und durch zeitliche Mittelung die Richtung der Gewichtskraft bzw. des Beschleunigungsvektors des Gravitationsfeldes ermittelt.
Ausführungsbeispiele werden noch beschrieben.
Jedoch ist das transformierte Koordinatensystem durch die Richtung der Gewichtskraft noch nicht eindeutig festgelegt. Die zwei dazu senkrecht verlaufenden Koordinatenachsen können noch frei gewählt werden. Zumindest eine Richtung wird zur Festlegung des zweiten Koordinatensystems noch benötigt. Die DE 10 2005 004 086 A1 schlägt vor, zwei so genannte Initialmessungen vorzunehmen. Hierzu wird eine Bewegung des Objekts mit dem daran angebrachten 3D-Sensor ausgeführt. Durch Auswertung der Bewegung wird die zweite Richtung, d.h. die Richtung einer weiteren Koordinatenachse des
transformierten Koordinatensystems ermittelt.
Nach den Initialmessungen kann der Messbetrieb zum Erfassen von Bewegungen des Bewegungsobjekts beginnen. Voraussetzung ist jedoch, dass sich die Ausrichtung des 3D-Sensors relativ zu dem Bewegungsobjekt nicht ändert. Nachteilig an der in
DE 10 2005 004 086 A1 beschriebenen Vorgehensweise ist daher, dass für die
Transformation des Koordinatensystems Initialmessungen erforderlich sind. Solche Messungen kosten Zeit und werden daher möglicherweise vergessen. Insbesondere wenn das Bewegungsverhalten von Personen laufend vermessen werden soll, wird die Person nicht dazu bereit sein, immer wieder Initialmessungen durchzuführen. Z.B. kann der 3D-Sensor in ein elektronisches Gerät integriert sein, das die Person am Körper trägt. Wenn die Person das elektronische Gerät benutzt hat und wieder in eine Tasche oder Halterung einbringt, die am Körper der Person getragen wird, ändert sich die Ausrichtung des 3D-Sensors in Bezug auf die Person. Aber auch bei Tieren oder Gegenständen ist die wiederholte Durchführung von Initialmessungen in vielen Fällen nicht praktikabel.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Analysieren von Bewegungen von Objekten anzugeben, mit denen die zuvor Unser Zeichen: FHIPT09011 WO 22. Juni 2010
genannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere soll es möglich sein, ohne Initialmessungen, die nicht zu der eigentlichen zu analysierenden Bewegung gehören, auszukommen. Ferner gehört zum Umfang der vorliegenden Erfindung ein
Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens auf einem Computer oder
Computersystem sowie ein Datenträger, auf den das Programm gespeichert ist, insbesondere in Form von digitalen Daten.
Die vorliegende Erfindung geht insbesondere von dem Gedanken aus, dass bei der Auswertung von Bewegungen auf Informationen über frühere Bewegungen und/oder Informationen über Bewegungstypen zurückgegriffen werden kann. Ein Vergleich der zu analysierenden Bewegung mit solcher Information ist insbesondere als Mustererkennung an sich bekannt. Abhängig von dem Vergleich kann - wie oben bereits erwähnt wurde - die zu analysierende Bewegung klassifiziert werden. Hierzu kann eine Mehrzahl von vordefinierten Klassen existieren, von denen eine zur Klassifikation der Bewegung ermittelt wird. Die Information kann auf verschiedene Art vorliegen und der Vergleich kann dementsprechend in verschiedener weise durchgeführt werden. Z.B. kann eine
Frequenzanalyse von ein oder mehreren Komponenten des mit Hilfe des 3D-Sensors gemessenen Beschleunigungsvektors durchgeführt werden. Beim Gehen bzw. Laufen einer Person ist es z.B. charakteristisch, dass die Frequenz der beim Gehen ausgeführten Rechts-Links-Beschleunigungen halb so groß ist, wie die Frequenz der Vor-Zurück- Beschleunigungen, wenn der 3D-Sensor im Bereich der Hüfte der Person getragen wird. Der Bereich der Hüfte ist ein häufiger Trageort. Z.B. kann der 3D-Sensor an einem Gürtel oder am Hosenbund getragen werden, oder er kann in ein Gerät integriert sein, dass dort getragen wird. Auch die Unterbringung des 3D-Sensors in einer Hosentasche platziert ihn im Bereich der Hüfte.
Es wird nun vorgeschlagen, die Mustererkennung nicht oder nicht nur zum Zweck der Auswertung der Bewegung vorzunehmen, sondern um die Richtung der zweiten Achse des transformierten Koordinatensystems zu bestimmen. Die Richtung der ersten Achse des zweiten Koordinatensystems verläuft in Richtung des Gravitationsfeldes und wird aus den Messwerten des 3D-Sensors ermittelt. Wenn hier von der ersten und der zweiten Koordinatenachse des transformierten Koordinatensystems die Rede ist, so dient dies lediglich zur eindeutigen Bezeichnung der Achsen. Eine Reihenfolge und damit eine bestimmte Orientierung des transformierten Koordinatensystems ist damit nicht festgelegt. Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
Wie erwähnt kann die Mustererkennung auf sehr verschiedene Weise stattfinden.
Anschaulich betrachtet ist die Richtung der zweiten Achse des transformierten
Koordinatensystems, in das die Beschleunigungsmesswerte transformiert werden, die Richtung einer bestimmten, ausgezeichneten Richtung der Bewegung. Ausgezeichnet ist die Richtung durch für die Bewegung typische Merkmale. Z.B. beim Gehen einer Person bietet es sich an, die Vorwärtsrichtung, in die die Person geht, als ausgezeichnete Bewegungsrichtung zu bezeichnen. Diese ausgezeichnete Bewegungsrichtung wird auch als Hauptbewegungsrichtung oder Hauptbewegungsachse bezeichnet. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, beim Gehen die Vorwärtsrichtung als Richtung der zweiten Achse des transformierten Koordinatensystems zu wählen. Z.B. könnte auch die senkrecht dazu verlaufende und ebenfalls senkrecht zur Richtung des Gravitationsfeldes verlaufende Rechts-Links-Richtung als Richtung der zweiten Koordinatenachse gewählt werden. Wichtig ist es nur, für gleichartige Bewegungen immer dieselbe Richtung für die zweite Koordinatenachse zu wählen. Dies ermöglicht es insbesondere, die Bewegungen miteinander zu vergleichen oder zumindest in gleicher weise auszuwerten.
Wenn davon die Rede, dass zur Bestimmung dieser Richtung eine Mustererkennung durchgeführt wird, dann muss dies nicht im Rahmen einer Klassifikation, d.h. durch Ermittlung eines Bewegungstyps erfolgen. Vielmehr reicht es aus, die Richtung mit Hilfe von Informationen über eine andere Bewegung als die zu analysierende Bewegung zu bestimmen. Die Richtung, z.B. die Hauptbewegungsrichtung, kann in Bezug auf die andere Bewegung definiert sein. Z.B. kann die andere Bewegung ebenfalls eine
Gehbewegung sein. Wenn bekannt ist, dass die Bewegungen hinsichtlich der
Bewegungsart einander entsprechen oder gleichen, kann unter Nutzung der
Informationen über die andere Bewegung die dafür definierte Richtung als zweite
Richtung in die zu analysierende Bewegung übertragen werden. Somit liegt die zweite Richtung auch für die zu analysierende Bewegung fest und kann die Transformation der Bewegungsmesswerte aus dem Mess-Koordinatensystem in das transformierte
Koordinatensystem durchgeführt werden.
Insbesondere wird Folgendes vorgeschlagen:
Ein Verfahren zum Analysieren von Bewegungen von Objekten, insbesondere von Gegenständen, Personen oder anderen Lebewesen, wobei Beschleunigungsmesswerte Unser Zeichen: FHIPT09011 WO 22. Juni 2010
bezüglich drei orthogonal zueinander verlaufenden Achsen eines ersten
Koordinatensystems vorliegen und wobei:
- die Beschleunigungsmesswerte in ein zweites Koordinatensystem transformiert werden,
- für die Transformation in das zweite Koordinatensystem aus den
Beschleunigungsmesswerten die Richtung eines Gravitationsfeldes ermittelt wird, in dem die Bewegung stattfindet oder stattgefunden hat,
- die Richtung des Gravitationsfeldes als die Richtung einer ersten Achse des zweiten Koordinatensystems gewählt wird,
- die Richtung einer zweiten Achse des zweiten Koordinatensystems aus einem Vergleich der Beschleunigungsmesswerte oder daraus abgeleiteter
Bewegungsinformationen einerseits mit vorhandener Informationen über eine andere Bewegung oder über einen Bewegungstyp andererseits ermittelt wird.
Bei Personen kann das transformierte Koordinatensystem in vielen Fällen als bezüglich der Person oder eines charakteristischen Bereichs der Person (z.B. der Hüfte) als unveränderliches Koordinatensystem definiert werden. Allerdings kann es abhängig von dem Bewegungstyp dazu kommen, dass der Körperteil, an dem der 3D-Sensor angebracht ist, eine rotatorische Bewegungskomponente hat, so dass er sich im
Gravitationsfeld anders ausrichtet. In diesem Fall wird es bevorzugt, dass die zu analysierende Bewegung in verschiedene Zeitabschnitte unterteilt wird, in denen jeweils ein anderes transformiertes Koordinatensystem gewählt wird. Die Übergänge zwischen diesen Zeitabschnitten sind durch die Zeitpunkte der rotatorischen
Bewegungskomponente definiert.
Da sich die Ausrichtung des Körperteils, relativ zu dem der 3D-Sensor an den Körper positioniert ist, in gewissen Grenzen laufend ändern kann, ist die Richtung der ersten Koordinatenachse des transformierten Koordinatensystems, d.h. der Koordinatenachse, die in Richtung des Gravitationsfeldes ausgerichtet werden soll, nicht exakt definiert. Dennoch erhält man mit der Transformation der Beschleunigungsmesswerte in das transformierte Koordinatensystem sehr viel besser und genauer auswertbare Ergebnisse, wenn die Richtung der ersten Koordinatenachse durch Bestimmung eines über einen Zeitraum gemittelten Gravitationsbeschleunigungsvektors vorgenommen wird.
Allgemeiner formuliert werden daher über den Verlauf der zu analysierenden Bewegung wiederholt oder kontinuierlich Bewegungsmesswerte ausgewertet, um die Richtung des Unser Zeichen: FHIPT09011 WO 22. Juni 2010
Gravitationsfeldes zu bestimmen und die erste Achse des zweiten Koordinatensystems festzulegen. Vorzugsweise werden zur kontinuierlichen Auswertung
Bewegungsmesswerte jeweils gleitend über einen Zeitraum ausgewertet, insbesondere gemittelt, wobei der Zeitraum jeweils an einem aktuellen Zeitpunkt der
Bewegungsmessung endet und in die Vergangenheit zurückgeht. Insbesondere kann dieser sich gleitend verschiebende Zeitraum, der jeweils auf den aktuellen Zeitpunkt der Bewegungsmessung bezogen ist, immer gleich lang sein. Bei Bewegungsmesswerten mit konstanter Abtastrate der Sensoren wird beispielsweise immer eine gleich große Anzahl aufeinander folgender Messwerte ausgewertet. Bei der Mittelung können die über den Auswertungszeitraum verteilten Messwerte gleich oder unterschiedlich gewichtet werden. Dies hängt insbesondere auch von der Art der Bewegung ab.
Die Mittelung über den Auswertungszeitraum, um die Richtung der ersten
Koordinatenachse des transformierten Koordinatensystems zu ermitteln, hat aber nicht nur den oben erwähnten Vorteil. Außerdem können aus einer Drehung dieser Richtung in Bezug auf das Mess-Koordinatensystem Informationen über die Bewegung gewonnen werden. Es kann so beispielsweise auf einfache Weise erkannt werden, dass vor und nach der Drehung Bewegungen gemäß verschiedenen Bewegungstypen ausgeführt werden bzw. wurden.
Bei der aus den Beschleunigungsmesswerten abgeleiteten Bewegungsinformation für die Ermittlung der zweiten Achse kann es sich z.B. um die Geschwindigkeit der Bewegung handeln, aus deren Richtung sich in einfacher Weise eine ausgezeichnete Richtung der Bewegung ergibt, um eine Frequenz von Komponenten des gemessenen
Beschleunigungsvektors oder um eine andere Information, die es für einen bestimmten Bewegungstyp erlaubt, die Richtung der zweiten Achse zu bestimmen, oder den
Bewegungstyp festzustellen.
Im Gegensatz zu der DE 10 2005 004 086 A1 , sind die für den Vergleich verwendeten Beschleunigungsmesswerte Messwerte der zu analysierenden Bewegung. Es handelt sich daher nicht um Messwerte von Initialmessungen. Allerdings ist es grundsätzlich auch möglich, solche Initialmessungen durchzuführen und für die Bestimmung der Richtung der zweiten Achse zu nutzen. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Initialmessung möglicherweise einem anderen Bewegungstyp unterliegt, als die eigentliche zu
analysierende Bewegung. Anders ausgedrückt setzt die erfindungsgemäße Lösung nicht Unser Zeichen: FHIPT09011 WO 22. Juni 2010
voraus, dass sich die Ausrichtung des 3D-Sensors zum Bewegungsobjekt zwischen Initialmessung und eigentlicher Messung nicht ändert. Vielmehr kann auch bei einer solchen Änderung der relativen Ausrichtung zumindest vor und nach der Änderung jeweils eine Richtung einer zweiten Achse des zweiten Koordinatensystems unmittelbar aus den Messdaten bestimmt werden.
Insbesondere ist es daher möglich, den Vergleich und die Transformation in das zweite Koordinatensystem nach Abschluss der zu analysierenden Bewegung durchzuführen. Bei Initialmessungen muss dagegen zunächst, bevor die eigentliche Messung beginnt, die zweite Richtung zur Festlegung des transformierten Koordinatensystems bestimmt werden. Stellt sich nämlich später heraus, dass die Initialmessung nicht erfolgreich war, z.B. weil bestimmte Anforderungen nicht erfüllt wurden, kann die gesamte zu
analysierende Bewegung nicht in der Weise wie in DE 10 2005 004 086 A1 beschrieben ausgewertet werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 : schematisch einen 3D-Beschleunigungssensor, das kartesische
Koordinatensystem des Sensors und ein transformiertes Koordinatensystem,
Fig. 2: schematisch eine Vorrichtung zum Analysieren von Bewegungen von Objekten, wobei die Figur in der Art eines Flussdiagramms auch das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht,
Fig. 3: ein Diagramm, das Beschleunigungsmesswerte mit zwei Komponenten in einer etwa horizontalen Ebene beim Laufen einer Person zeigt, wobei der SD- Beschleunigungssensor in der rechten Hosentasche getragen wurde,
Fig. 4: Messwerte für eine Bewegung wie bei Fig. 3, wobei jedoch der SD- Beschleunigungssensor in der linken Hosentasche getragen wurde,
Fig. 5: Bewegungsmesswerte einer Laufbewegung ähnlich der von Fig. 3 und Fig. 4, wobei jedoch der Sensor an der Gürtelschnalle im Hüftbereich der Person getragen wurde,
Fig. 6: ein Diagramm, das zwei Komponenten von gemessenen Beschleunigungswerten in einer etwa horizontalen Ebene darstellt, wobei die Bewegung dadurch stattfindet, dass die Person, welche den Sensor trägt, in einem
Straßenkraftfahrzeug fährt. Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
Fig. 1 zeigt einen 3D-Sensor S, der als Würfel dargestellt ist und drei
Beschleunigungssensoren aufweist. Diese drei Sensoren messen die Komponenten des Gesamt-Beschleunigungsvektors in Richtung der drei Koordinatenachsen x, y, z eines kartesischen Koordinatensystems, das bezüglich dem Sensor ruht.
Mit g ist der Gravitationsbeschleunigungsvektor eines Gravitationsfeldes bezeichnet, in dem sich der Sensor S befindet. Mit der Richtung des Beschleunigungsvektors g fällt die Richtung der Koordinatenachse x' zusammen, die die erste Koordinatenachse eines transformierten Koordinatensystems ist. Die weiteren Koordinatenachsen des
transformierten Koordinatensystems sind mit y' und z' bezeichnet und in Fig. 1 durch gestrichelte Linien mit einem Pfeil an dem Ende der Linie dargestellt. Die Messwerte des Messkoordinatensystems x, y, z sind mit A1 (x-Achse), A2 (y-Achse) und A3 (z-Achse) bezeichnet. Bei diesen Messwerten handelt es sich um Beschleunigungsmesswerte des Sensors S.
Der Sensor S kann z.B. in ein elektronisches Gerät integriert sein und/oder an dem Bewegungsobjekt befestigt sein.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Analysieren der Bewegung auf Basis von 3D-Beschleunigungsmesswerten eines 3D-Sensors. Bei dem Sensor S kann es sich z.B. um den Sensor gemäß Fig. 1 handeln.
Wie schematisch links in Fig. 2 dargestellt ist, weist der 3D-Sensor S drei einzelne Beschleunigungssensoren 15a, 15b, 15c auf, die wiederholt, insbesondere zyklisch mit konstanten Zeitabständen, Messwerte der Beschleunigung bezüglich der drei Achsen eines kartesischen Koordinatensystems x, y, z (z.B. des nicht transformierten
Koordinatensystems gemäß Fig. 1 ) messen. Der Messwert A1 des Sensors 15a ist z.B. der Messwert der x-Achse, der Messwert A2 des Sensors 15b der Messwert der y-Achse und der Messwert A3 des Sensors 15c der Messwert bezüglich der z-Achse.
Über eine Signalverbindung zwischen dem Sensor S und einer Ermittlungseinrichtung 10 werden die Messwerte A1 , A2, A3 an die Einrichtung 10 übertragen. Die Signalverbindung kann drahtlos und/oder drahtgebunden realisiert werden. Auch können zwischen dem SD- Sensor S und der Einrichtung 10 weitere Einrichtungen oder Einheiten angeordnet sein, Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
z.B. eine Aufbereitungseinrichtung zur Aufbereitung der Rohmesswerte der Sensoren 15a, 15b, 15c (z.B. um systematische Messfehler zu korrigieren und entsprechende korrigierte Messwerte an die Einrichtung 10 auszugeben). Auch kann der 3D-Sensor S z.B. in einer gemeinsamen Baueinheit (z.B. einem elektronischen Gerät, z.B. ein
Mobiltelefon) mit einer Funkübertragungseinrichtung zum Übertragen der Messwerte A1 , A2, A3 verbaut sein. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wäre die Einrichtung 10 in diesem Fall mit einer entsprechenden Empfangseinrichtung zum Empfangen der
Funksignale kombiniert. Es ist aber auch möglich, dass die Einrichtung 10 in derselben Einheit verbaut ist wie der 3D-Sensor S. Das Gleiche gilt für die weiteren in Fig. 2 dargestellten Einrichtungen, auf die noch näher eingegangen wird. Entweder können alle Einrichtung, die in Fig. 2 dargestellt sind, in einer gemeinsamen Einheit verbaut sein (z.B. das erwähnte elektronische Gerät) oder es befindet sich die Grenze (z.B. die
Funkschnittstelle) der Baueinheit des 3D-Sensors zwischen diesem und der Einrichtung 10, zwischen der Einrichtung 10 und der Einrichtung 12 oder zwischen der Einrichtung 12 und der Einrichtung 14.
Die Ermittlungseinrichtung 10 ermittelt aus den Beschleunigungsmesswerten A1 , A2, A3 die Richtung eines Gravitationsfeldes, in dem die Bewegung eines Bewegungsobjekts stattfindet, an dem der 3D-Sensor S angeordnet ist. Auf ein Ausführungsbeispiel, wie die Ermittlung vorgenommen wird, wird noch näher eingegangen. Die so ermittelte Richtung des Gravitationsfeldes gibt die Einrichtung 10 zusammen mit den Messwerten A1 , A2, A3 als Richtung der ersten Koordinatenachse x1 des transformierten Koordinatensystems an die Einrichtung 12 aus, die eine Vergleichseinrichtung ist.
Die Vergleichseinrichtung 12 hat Zugriff auf einen Datenspeicher 11 , in dem
Informationen über eine andere Bewegung oder über einen Bewegungstyp gespeichert sind. Aus einem Vergleich der Beschleunigungsmesswerte A1 , A2, A3 oder daraus abgeleiteter Bewegungsinformation einerseits mit der in dem Datenspeicher 11 abgelegten Information andererseits ermittelt die Vergleichseinrichtung 12 die Richtung einer zweiten Achse y1 des transformierten Koordinatensystems.
In der hier beschriebenen Ausführungsform übernimmt die Vergleichseinrichtung 12 auch die Koordinatentransformation. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche
Koordinatentransformation wird noch näher beschrieben. An einem Ausgang der
Vergleichseinrichtung 12 liegen daher die in das zweite, transformierte Unser Zeichen: FHIPT09011 WO 22. Juni 2010
Koordinatensystem x', y", z' transformierten Beschleunigungsmesswerte R1 , R2, R3 an. Diese transformierten Messwerte werden einer Analyseeinrichtung 14 zugeführt, die die Bewegung anhand der transformierten Messwerte analysiert. Z.B. ermittelt die
Analyseeinrichtung 14, welche Energie eine Person für die Bewegung verbraucht hat, die durch das Aufnehmen der Messwerte A1 , A2, A3 vermessen wurde.
Zusätzlich zu den transformierten Messwerten R kann die Vergleichseinrichtung 12 auch weitere Informationen an die Analyseeinrichtung 14 ausgeben, insbesondere die
Information, um welchen Bewegungstyp oder um welche Bewegungstypen es sich bei der vermessenen Bewegung handelt. Z.B. kann die Vergleichseinrichtung 12 eine
Bewegungsmustererkennung durchführen, d.h. die für einen bestimmten Bewegungstyp charakteristischen Muster in der vermessenen Bewegung identifizieren. Daraus ermittelt die Vergleichseinrichtung wie erwähnt die Richtung der zweiten Achse des
transformierten Koordinatensystems. Die so erhaltene Information über den
Bewegungstyp und optional außerdem die oben bereits erwähnte Hauptbewegungsachse übermittelt sie an die Analyseeinrichtung 14, die daher nicht mehr eine Mustererkennung ausführen muss. Die Analyseeinrichtung 14 kann die Information über den Bewegungstyp unmittelbar bei der eigentlichen Analyse der Bewegung verwenden. Z.B. ist der
Kalorienverbrauch für die Bewegung 0, wenn sie aus dem Bewegungstyp ermittelt, dass sich die Person nicht selbst bewegt hat, sondern bewegt wurde.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel für die Koordinatentransformation beschrieben.
Es findet eine Transformation der Beschleunigungs-Messwerte aus dem kartesischen Koordinatensystem x, y, z des Mess-Sensors (Ausgangskoordinatensystem) in das transformierte Koordinatensystem x', y', z' statt. Die transformierte Achse x' entspricht der Richtung des Beschleunigungsvektors des Erdgravitationsfeldes.
Der Vektor
zeigt in Richtung des Beschleunigungsvektors des Gravitationsfeldes und ist bereits normiert, d.h. hat den Betrag 1. Seine in der Spaltenschreibweise übereinander Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
stehenden Komponenten gl , g2, g3 sind Komponenten im Ausgangs-Koordinatensystem. Wirkt außer der Erdbeschleunigung keine andere Beschleunigung, sind die Komponenten die Messwerte der drei einzelnen Beschleunigungssensoren des 3D-Sensors. Der Vektor
/= y2 bezeichnet die zweite Koordinatenachse des transformierten Koordinatensystems. Dieser Vektor ist unter Verwendung der Informationen über eine andere Bewegung oder einen Bewegungstyp zu bestimmen, z.B. durch Mustererkennung. Seine Komponenten y1 , y2, y3 sind ebenfalls auf das Ausgangs-Koordinatensystem bezogen. Wird zunächst ein beliebiger Vektor x definiert, der senkrecht zu dem Vektor x' steht, gilt:
0
Dabei werden die Komponenten des Vektors 3c so gewählt, dass sein Betrag 1 ist. Für den Vektor z' in Richtung der dritten Koordinatenachse des transformierten
Koordinatensystems gilt:
Die Gleichung gibt das Kreuzprodukt der Vektoren x', y' an. Für einen gemessenen Vektor
dessen Komponenten m1 , m2, m3 Beschleunigungsmesswerte im Ausgangs- Koordinatensystem sind, gelten die folgenden Beziehungen: ml = < m-x ,y> = (ml-xl)*yl + (m2-x2)*y2+(ni3-x3)*y3
= (ml-xl)*x2 + (m2-x2)*(-xl) Unser Zeichen: FHIPT09011 WO 22. Juni 2010
m2 = < m-x ,x> = (ml-xl)*xl + (m2-x2)*x2+(m3-x3)*x3 m3 = < m-x ,z> = (ml-xl)*zl + (m2-x2)*z2+(m3-x3)*z3
= (ml-xl)*(-xl*x3) + (m2-x2)*(-x2*x3)+(ni3-x3)*(x2*x2+xl*xl)
Dabei bedeutet < > das Skalarprodukt der Vektoren, die in den eckigen Klammern durch ein Komma getrennt sind,„m-x" ist ein Differenzvektor der Vektoren m und x. Mittels dieser Normierung wird ein Messvektor ohne Einfluss der Gravitation generiert. Das Zeichen * ist das Multiplikationszeichen.
Der Vektor x' wird aus der vermessenen Bewegung ermittelt. Dazu werden die
Komponenten des Vektors über die Zeit gemittelt, wobei aktuelle Messwerte gewichtet in die Mittelwertberechnung einfließt. Der Vektor x' mit den Komponenten x1 , x2 x3 kann exemplarisch wie folgt berechnet werden: x Λ' neu = a " * 'm"■2*• + ^ h υ * Λ x' alt '
d.h. der Wert x'neu des aktuell Verarbeitungszyklus ist gleich der Summe aus den mit den Faktoren a und b gewichteten Summanden, wobei die Summanden die Komponente m2 des aktuellen Messwertes in Richtung von x' und der Wert x\lt des vorangegangenen Verarbeitungszyklus sind.
Hierbei sind a und b so zu wählen, dass ihre Summe a+b gleich 1 ist. Die Parameter a und b werden vorzugsweise abhängig von der Abtastfrequenz des 3D-Sensors (der so genannten Samplingrate) gewählt. Z. B. hat sich a=0,01 für die Samplingrate 20 Hz bewährt.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die
Transformation unter Berücksichtigung von Informationen über eine andere Bewegung oder über einen Bewegungstyp bei der eigentlichen Analyse der Bewegung eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann, da eine unerwartete, fehlerhafte oder geänderte Ausrichtung des 3D-Sensors in Bezug auf das Bewegungsobjekt erkannt wird und bei der Transformation berücksichtigt wird.
Im Folgenden wird auf Beispiele von Bewegungen eingegangen. Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
Fig. 3 zeigt die Messwerte einer Laufbewegung einer Person in der Ebene, die senkrecht zu der Richtung des Beschleunigungsvektors des Gravitationsfeldes steht. Die horizontale Achse des Koordinatensystems in Fig. 3 ist ungefähr in Links/Rechts-Richtung der Laufbewegung ausgerichtet, d.h. etwa senkrecht zu der eigentlichen Laufrichtung. Die vertikale Achse in Fig. 3 ist daher ungefähr in Vorwärts/Rückwärts-Richtung der
Laufbewegung ausgerichtet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich der 3D-Sensor beim Laufen in der Hosentasche der Person befand, d.h. im Bereich der Hüfte angeordnet war. Der 3D-Sensor hat daher nicht die Bewegung des Massenschwerpunktes unmittelbar gemessen, sondern war seitlich vom Massenschwerpunkt angeordnet. Charakteristisch für die Laufbewegung ist in einem solchen Fall, dass der 3D-Sensor bestimmte
Bewegungszyklen ausführt, aus denen man erkennen kann, in welcher Hosentasche sich der Sensor befunden hat, rechts oder links vom Massenschwerpunkt. Dargestellt sind in Fig. 3 und den folgenden Figuren Linien, die jeweils zwei zeitlich aufeinander folgende Messwerte des 3D-Sensors verbinden. Die Messwerte befinden sich daher an den Stellen, wo die Linie scharf abknickt. Außerdem ist in Fig. 3 und den folgenden Figuren jeweils die Hauptbewegungsachse durch eine Gerade dargestellt, die der Richtung der zweiten Koordinatenachse des transformierten Koordinatensystems entspricht.
Bei der Bewegung, die den Messwerten in Fig. 3 zugrunde liegt, befand sich der 3D- Sensor in der rechten Hosentasche der Person. Fig. 4 zeigt eine Laufbewegung, bei der sich der Sensor in der linken Hosentasche befand. Man erkennt in Fig. 3, dass die Verbindungslinien zwischen den Messpunkten in ihrem Gesamtbild einer 9 ähneln. Da sich der 3D-Sensor bei der Fig. 4 zugrunde liegenden Messung in der Hosentasche auf der gegenüber liegenden Seite befunden hat, bilden die Linien in Fig. 4 eine um eine vertikale Achse gespiegelte 9.
Fig. 5 zeigt Beschleunigungsmesswerte beim Laufen der Person, wobei jedoch der 3D- Sensor in Gegensatz zu den Bewegungen der Fig. 3 und Fig. 4 in der Körpermitte vor dem Massenschwerpunkt an der Gürtelschnalle eines im Hüftbereich getragenen Gürtels getragen wurde.
Die in Fig. 3 und Fig. 4 sowie auch in Fig. 5 eingezeichnete Hauptbewegungsachse wurde mittels einer Frequenzanalyse bestimmt. Dabei wird die Information über den
Bewegungstyp "laufen" verwendet, wonach die Frequenz der Rechts/Links-Bewegung halb so groß ist wie die Frequenz der Vor/Zurück-Bewegung. Z.B. wird für eine Unser Zeichen: FHIPT09011 WO 22. Juni 2010
angenommene Ausrichtung des Koordinatensystems in der Ebene Rechts/Links und Vor/Zurück, wie sie z.B. in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, mittels Fourier- Transformation ermittelt, wie gut dieses Verhältnis der doppelt so großen bzw. halb so großen Bewegungsfrequenz erfüllt ist. Dieser Erfüllungsgrad wird durch eine Zahl bewertet. Dieses Verfahren wird für andere Ausrichtungen des Koordinatensystems Rechts/Links und Vor/Zurück wiederholt und die Übereinstimmung mit dem Prinzip der doppelten Frequenz wird wiederum bewertet. Das dabei gefundene Optimum, d.h. die Ausrichtung des Koordinatensystems mit der besten Bewertungszahl wird als korrekte Ausrichtung übernommen. Dabei ist die Richtung Vor/Zurück die
Hauptbewegungsrichtung und damit die Richtung der zweiten Koordinatenachse des transformierten Koordinatensystems.
Fig. 6 zeigt Messwerte eines 3D-Sensors, der von einer Person getragen wurde, während die Person in einem Straßenkraftfahrzeug gefahren ist.
Bei der passiven Bewegung eines Objekts in einem Straßenkraftfahrzeug kann die Hauptbewegungsachse durch das charakteristische, mit Hilfe des 3D-Sensors
gemessene Bewegungsmuster festgestellt werden. Bei der Bestimmung des Bewegungs- Typs besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Beschleunigungsvorgänge aus der Ruhe in die Richtung der Hauptbewegungsachse zeigen. Ebenso wahrscheinlich ist es, dass Verzögerungen bis zum Stillstand ebenfalls in die Richtung der
Hauptbewegungsachse zeigen. Die Hauptbewegungsachse wird daher vorzugsweise unter Berücksichtigung dieser hohen Wahrscheinlichkeiten ermittelt. Durch die daraus entstehende Kenntnis der Achsenlage ist man z.B. in der Lage, die Straßensituation (Autobahn, Landstraße, Fahren innerorts von geschlossenen Ortschaften etc.) besser zu identifizieren. Der Bewegungstyp„Autofahren" wird grundsätzlich zum Beispiel dadurch erkannt, dass das Verhältnis der Horizontalbeschleunigung zur Vertikalbeschleunigung ausgewertet wird und mit einem für dieses Bewegungsmuster typischen Wert verglichen wird. Außerdem kann eine für das Autofahren typische Vibration identifiziert werden, z.B. indem die Frequenzen der Vibration des Bewegungsobjektes als für das Autofahren typische Frequenzen identifiziert werden.

Claims

Unser Zeichen: FHIPT09011 WO 22. Juni 2010 Patentansprüche
1. Verfahren zum Analysieren von Bewegungen von Objekten, insbesondere von Gegenständen, Personen oder anderen Lebewesen, wobei
Beschleunigungsmesswerte bezüglich drei orthogonal zueinander verlaufenden Achsen eines ersten Koordinatensystems (x, y, z) vorliegen und wobei:
- die Beschleunigungsmesswerte (A1 , A2, A3) in ein zweites Koordinatensystem (x\ y', z') transformiert werden,
- für die Transformation in das zweite Koordinatensystem (x', y', z') aus den
Beschleunigungsmesswerten (A1 , A2, A3) die Richtung eines
Gravitationsfeldes ermittelt wird, in dem die Bewegung stattfindet oder stattgefunden hat,
- die Richtung des Gravitationsfeldes als die Richtung einer ersten Achse (x1) des zweiten Koordinatensystems(x', y', z') gewählt wird,
- die Richtung einer zweiten Achse des zweiten Koordinatensystems (x1, y', z') aus einem Vergleich der Beschleunigungsmesswerte (A1 , A2, A3) oder daraus abgeleiteter Bewegungsinformation einerseits mit vorhandener Information über eine andere Bewegung oder über einen Bewegungstyp andererseits ermittelt wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die für den Vergleich
verwendeten Beschleunigungsmesswerte (A1 , A2, A3) Messwerte der zu analysierenden Bewegung sind.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergleich und die. Transformation in das zweite Koordinatensystem (x1, y', z') nach Abschluss der zu analysierenden Bewegung durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über den Verlauf der zu analysierenden Bewegung wiederholt oder kontinuierlich
Beschleunigungsmesswerte (A1 , A2, A3) ausgewertet werden, um die Richtung des Gravitationsfeldes zu bestimmen und die erste Achse (x1) des zweiten
Koordinatensystems (x1, y', z') zu wählen. Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zur kontinuierlichen
Auswertung Bewegungsmesswerte (A1 , A2, A3) jeweils gleitend über einen Zeitraum ausgewertet werden, insbesondere jeweils ein Mittelwert der
Bewegungsmesswerte (A1 , A2, A3) berechnet wird, wobei der Zeitraum jeweils an einem aktuellen Zeitpunkt der Bewegungsmessung endet und in die
Vergangenheit zurückgeht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Messen der Beschleunigungsmesswerte die Umgebung des Objekts optische erfasst wird, wobei bei der optischen Erfassung eine am Objekt angeordnete Kamera in einer zeitlichen Abfolge jeweils ein Bild der Umgebung erfasst und daraus die
Beschleunigungsmesswerte ermittelt werden.
7. Computerprogramm, das ausgestaltet ist, das Verfahren nach einem der
vorhergehenden Ansprüche auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Computersystem ausgeführt wird.
8. Datenträger, auf dem das Computerprogramm nach dem vorhergehenden
Anspruch derart gespeichert ist, dass es in den Arbeitsspeicher des Computers oder Computersystems ladbar ist oder direkt auf dem Datenträger von dem Computer oder Computersystem lesbar und ausführbar ist.
9. Vorrichtung zum Analysieren von Bewegungen von Objekten, insbesondere von Gegenständen, Personen oder anderen Lebewesen, wobei
Beschleunigungsmesswerte (A1 , A2, A3) bezüglich drei orthogonal zueinander verlaufenden Achsen eines ersten Koordinatensystems (x, y, z) vorliegen und wobei
- die Vorrichtung eine Transformationseinrichtung (10, 12) aufweist, die
ausgestaltet ist, Beschleunigungsmesswerte (A1 , A2, A3) in ein zweites Koordinatensystem (x\ y', z') zu transformieren,
- die Transformationseinrichtung (10,12) eine Ermittlungseinrichtung (10) aufweist, die ausgestaltet ist, für die Transformation in das zweite
Koordinatensystem (x1, y', z') aus den Beschleunigungsmesswerten (A1 , A2, A3) die Richtung eines Gravitationsfeldes zu ermitteln, in dem die Bewegung stattfindet oder stattgefunden hat, Unser Zeichen: FHIPT09011WO 22. Juni 2010
- die Transformationseinrichtung (10,12) ausgestaltet ist, die Richtung des
Gravitationsfeldes als die Richtung einer ersten Achse (x1) des zweiten Koordinatensystems(x', y', z') zu wählen,
- die Transformationseinrichtung (10,12) eine Vergleichseinrichtung (12)
aufweist, die ausgestaltet ist, die Richtung einer zweiten Achse des zweiten Koordinatensystems (xι, y', z') aus einem Vergleich der
Beschleunigungsmesswerte (A1 , A2, A3) oder daraus abgeleiteter
Bewegungsinformation einerseits mit vorhandener Information über eine andere Bewegung oder über einen Bewegungstyp andererseits zu ermitteln.
10. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die für den von der
Vergleichseinrichtung (12) durchgeführten Vergleich verwendeten
Beschleunigungsmesswerte (A1 , A2, A3) Messwerte der zu analysierenden Bewegung sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ausgestattet ist, den Vergleich und die Transformation in das zweite
Koordinatensystem (x1, y', z') nach Abschluss der zu analysierenden Bewegung durchzuführen.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Ermittlungseinrichtung (10) eine Auswertungseinrichtung aufweist, die ausgestaltet ist, über den Verlauf der zu analysierenden Bewegung wiederholt oder
kontinuierlich Beschleunigungsmesswerte (A1 , A2, A3) auszuwerten, um die Richtung des Gravitationsfeldes zu bestimmen und die erste Achse (x1) des zweiten Koordinatensystems (x1, y', z') zu wählen.
13. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die
Ermittlungseinrichtung (10) ausgestaltet ist, zur kontinuierlichen Auswertung Bewegungsmesswerte (A1 , A2, A3) jeweils gleitend über einen Zeitraum auszuwerten, insbesondere jeweils einen Mittelwert der Bewegungsmesswerte (A1 , A2, A3) zu berechnen, wobei der Zeitraum jeweils an einem aktuellen
Zeitpunkt der Bewegungsmessung endet und in die Vergangenheit zurückgeht. Unser Zeichen: FHIPT09011 WO 22. Juni 2010
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Analyseeinrichtung (14) aufweist, die ausgestaltet ist, zumindest eine
Bewegung eines Objekts, dessen Beschleunigungsmesswerte (A1 , A2, A3) von der Transformationseinrichtung (10, 12) in das transformierte Koordinatensystem transformiert worden sind, zu analysieren, wobei die Analyseeinrichtung (14) mit einem Ausgang der Transformationseinrichtung (10,12) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung außerdem einen 3D-Beschleunigungssensor zum Messen der
Beschleunigungsmesswerte aufweist, wobei der 3D-Beschleunigungssensor ausgestaltet ist, die Beschleunigung des Objektes durch die optische Erfassung der Umgebung zu messen, und wobei bei der optischen Erfassung eine am Objekt angeordnete Kamera des 3D-Beschleunigungssensors in einer zeitlichen Abfolge Bilder der Umgebung erfasst und eine Auswertungseinrichtung daraus die
Beschleunigungsmesswerte ermittelt.
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