JP5462587B2 - 加速度センサを用いた歩数検出装置、プログラム及び方法 - Google Patents
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Description
時間経過に伴う加速度データから、重力方向の加速度成分(gx,gy,gz)を算出する重力方向算出手段と、
時間経過に応じた加速度データから、腕振りによって生じる加速度面を近似的に導出する加速度平面近似手段と、
加速度データから、重力方向及び加速度面の法線方向に直交する前後方向の加速度成分を算出する前後方向加速度算出手段と、
前後方向加速度が0となる時点を一歩として、歩数を計数する歩数計数手段と
を有することを特徴とする。
加速度平面近似手段は、左右方向の加速度成分(ANx,ANy,ANz)(加速度面の法線ベクトル)を最小二乗法によって近似的に算出し、
前後方向加速度算出手段は、加速度データから、重力方向の加速度成分と左右方向の加速度成分とを除去することによって、前後方向の加速度成分を算出することも好ましい。
前後方向加速度算出手段は、
加速度データと重力方向の加速度成分との内積を用いて、加速度データから重力方向の加速度成分を除去した水平方向の加速度成分を算出し、
水平方向の加速度成分と左右方向の加速度成分との内積を用いて、水平方向の加速度成分から左右方向の加速度成分を除去した前後方向の加速度成分を算出することも好ましい。
時間経過に伴う加速度データから、重力方向の加速度成分(gx,gy,gz)を算出する重力方向算出手段と、
時間経過に応じた加速度データから、腕振りによって生じる加速度面を近似的に導出する加速度平面近似手段と、
加速度データから、重力方向及び加速度面の法線方向に直交する前後方向の加速度成分を算出する前後方向加速度算出手段と、
前後方向加速度が0となる時点を一歩として、歩数を計数する歩数計数手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
時間経過に伴う加速度データから、重力方向の加速度成分(gx,gy,gz)を算出する第1のステップと、
時間経過に応じた加速度データから、腕振りによって生じる加速度面を近似的に導出する第2のステップと、
加速度データから、重力方向及び加速度面の法線方向に直交する前後方向の加速度成分を算出する第3のステップと、
前後方向加速度が0となる時点を一歩として、歩数を計数する第4のステップと
を有することを特徴とする。
(1)重力方向(鉛直方向)の加速度成分
(2)左右方向の加速度成分
(3)前後方向の加速度成分
これら3つの加速度成分は、以下の関係を有する。
加速度データ=
重力方向の加速度成分+左右方向の加速度成分+前後方向の加速度成分
前後方向の加速度成分=
加速度データ−重力方向の加速度成分−左右方向の加速度成分
歩行者の腕振りが、2歩毎に1往復するために、前後方向の加速度成分も、2歩毎に1周期の変動となる。
ACCx[i]:x軸の加速度データ
ACCy[i]:y軸の加速度データ
ACCz[i]:z軸の加速度データ
ここで、n個の加速度データの和ACCSx、ACCSy、ACCSzは、以下のように表される。
ACCSx=Σi=1 NACCx[i]
ACCSy=Σi=1 NACCy[i]
ACCSz=Σi=1 NACCz[i]
このとき、重力方向のベクトル(gx,gy,gz)は、以下のように表される。
(gx,gy,gz)=(ACCSx,ACCSy,ACCSz)
(gx,gy,gz)=(ACCSx/n,ACCSy/n,ACCSz/n)
gx[t]=(1-α)gx[t-1]+αACCx[t]
gy[t]=(1-α)gy[t-1]+αACCy[t]
gz[t]=(1-α)gz[t-1]+αACCz[t]
α:パラメータ
ax+by+cz=0 式(1)
このとき、(a、b、c)は、平面に対する法線ベクトルとなる。
ここで、計算を単純化するため、式(1)を、式(2)のように変形する。
z=αx+βy 式(2)
尚、(a、b、c)は法線ベクトルであるため、c=−1としてもよい。
S=Σi=1 n(zi−αxi−βyi) 式(3)
ここで、以下のように規定したとする。
A=Σi=1 n(xi 2)
B=Σi=1 n(yi 2)
C=Σi=1 n(zi 2)
D=Σi=1 n(xi×yi)
E=Σi=1 n(xi×zi)
F=Σi=1 n(yi×zi)
S=Aα2+Bβ2+C+2αβD−2αE−2βF 式(4)
∂S/∂α=αA+βD−E=0 式(5)
∂S/∂β=βB+αD−F=0 式(6)
α=(BE−DF)/(AB−D2) 式(7)
β=(AF−DE)/(AB−D2) 式(8)
法線ベクトル(左右方向の加速度成分)は、(α、β、−1)として算出される。
ACCHx=ACCx−IPG×gx
ACCHy=ACCy−IPG×gy
ACCHz=ACCz−IPG×gz
IPG=(ACCx×gx+ACCy×gy+ACCz×gz)/(√(gx2+gy2+gz2))
ACCHx:x軸の加速度データにおける水平方向の加速度成分
ACCHy:y軸の加速度データにおける水平方向の加速度成分
ACCHz:z軸の加速度データにおける水平方向の加速度成分
IPG:加速度データと重力方向の加速度成分(大きさ1)との内積
ACCFx=ACCHx−IPL×ANx
ACCFy=ACCHy−IPL×ANy
ACCFz=ACCHz−IPL×ANz
IPL=(ACCHx×ANx+ACCHy×ANy+ACCHz×ANz)/(√(ANx2+ANy2+ANz2))
ANx:加速度面の法線ベクトルのx軸成分
ANy:加速度面の法線ベクトルのy軸成分
ANz:加速度面の法線ベクトルのz軸成分
ACCFx:x軸の加速度データにおける前後方向の加速度成分
ACCFy:y軸の加速度データにおける前後方向の加速度成分
ACCFz:z軸の加速度データにおける前後方向の加速度成分
IPL:加速度データと左右方向の加速度成分(大きさ1)との内積
ACCFx[i]=0
ACCFx[i-1]>0 且つ ACCFx[i]<0
ACCFx[i-1]<0 且つ ACCFx[i]>0
10 加速度センサ
11 歩数検出装置
111 重力方向算出部
112 加速度平面近似部
113 前後方向加速度算出部
114 歩数計数部
Claims (5)
- 加速度センサから出力される3軸の加速度データを用いて、当該装置を所持する歩行者の歩数を検出する歩数検出装置であって、
時間経過に伴う前記加速度データから、重力方向の加速度成分(gx,gy,gz)を算出する重力方向算出手段と、
時間経過に応じた前記加速度データから、腕振りによって生じる加速度面を近似的に導出する加速度平面近似手段と、
前記加速度データから、重力方向及び加速度面の法線方向に直交する前後方向の加速度成分を算出する前後方向加速度算出手段と、
前記前後方向加速度が0となる時点を一歩として、歩数を計数する歩数計数手段と
を有することを特徴とする歩数検出装置。 - 前記加速度平面近似手段は、左右方向の加速度成分(ANx,ANy,ANz)(加速度面の法線ベクトル)を最小二乗法によって近似的に算出し、
前記前後方向加速度算出手段は、前記加速度データから、前記重力方向の加速度成分と前記左右方向の加速度成分とを除去することによって、前記前後方向の加速度成分を算出することを特徴とする請求項1に記載の歩数検出装置。 - 前記前後方向加速度算出手段は、
前記加速度データと重力方向の加速度成分との内積を用いて、前記加速度データから前記重力方向の加速度成分を除去した水平方向の加速度成分を算出し、
前記水平方向の加速度成分と前記左右方向の加速度成分との内積を用いて、前記水平方向の加速度成分から前記左右方向の加速度成分を除去した前後方向の加速度成分を算出することを特徴とする請求項2に記載の歩数検出装置。 - 3軸の加速度データを出力する加速度センサを含む携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させる歩数検出用のプログラムであって、
時間経過に伴う前記加速度データから、重力方向の加速度成分(gx,gy,gz)を算出する重力方向算出手段と、
時間経過に応じた前記加速度データから、腕振りによって生じる加速度面を近似的に導出する加速度平面近似手段と、
前記加速度データから、重力方向及び加速度面の法線方向に直交する前後方向の加速度成分を算出する前後方向加速度算出手段と、
前記前後方向加速度が0となる時点を一歩として、歩数を計数する歩数計数手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする歩数検出用のプログラム。 - 3軸の加速度データを出力する加速度センサを含む携帯端末における歩数検出方法であって、
時間経過に伴う前記加速度データから、重力方向の加速度成分(gx,gy,gz)を算出する第1のステップと、
時間経過に応じた前記加速度データから、腕振りによって生じる加速度面を近似的に導出する第2のステップと、
前記加速度データから、重力方向及び加速度面の法線方向に直交する前後方向の加速度成分を算出する第3のステップと、
前記前後方向加速度が0となる時点を一歩として、歩数を計数する第4のステップと
を有することを特徴とする歩数検出方法。
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