JP5506326B2 - Step count detecting apparatus, program and method using geomagnetic sensor - Google Patents
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Description
本発明は、地磁気センサを用いた歩数検出装置、プログラム及び方法に関する。 The present invention relates to a step detection device, a program, and a method using a geomagnetic sensor.
従来、加速度センサを用いて、歩行者の歩数を検出する技術がある。近年、加速度センサは、利用者によって常に所持される携帯電話機のような携帯端末にも搭載されてきている。携帯端末で、歩数を検出するアプリケーションを実行させることによって、その利用者の歩数を検出することができる。 Conventionally, there is a technique for detecting the number of steps of a pedestrian using an acceleration sensor. In recent years, acceleration sensors have been mounted on mobile terminals such as mobile phones that are always carried by users. By executing an application for detecting the number of steps on the mobile terminal, the number of steps of the user can be detected.
図1は、合成加速度を用いた歩数の検出を表す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing the detection of the number of steps using the combined acceleration.
図1によれば、歩行者は、携帯端末を把持し、その手を前後に振りながら歩行している。携帯端末には、加速度センサと歩数検出装置とが搭載されている。加速度センサによって検出された加速度データの波形を分析することによって、歩数が検出される。例えば、加速度センサから出力される軸(x、y、z)毎の加速度データに対して、二乗和の平方根((√(x2+y2+z2)):合成加速度G)を算出する。 According to FIG. 1, the pedestrian is walking while holding the portable terminal and shaking his / her hand back and forth. The mobile terminal is equipped with an acceleration sensor and a step count detection device. The number of steps is detected by analyzing the waveform of acceleration data detected by the acceleration sensor. For example, the square root of the sum of squares ((√ (x 2 + y 2 + z 2 )): composite acceleration G) is calculated for the acceleration data for each axis (x, y, z) output from the acceleration sensor.
また、図1には、加速度センサによって検出された合成加速度Gと、歩数(時間経過)との関係をプロットしたグラフも表されている。図1のグラフによれば、携帯端末を把持する歩行者の手が真下にある時、合成加速度は、極大(最大)となる。逆に、歩行者の手が最も高い位置にある時、合成加速度は、極小(最小)となる。 FIG. 1 also shows a graph in which the relationship between the combined acceleration G detected by the acceleration sensor and the number of steps (elapsed time) is plotted. According to the graph of FIG. 1, when the hand of a pedestrian holding the mobile terminal is directly below, the combined acceleration becomes a maximum (maximum). Conversely, when the pedestrian's hand is at the highest position, the resultant acceleration is minimal (minimum).
そうすると、合成加速度が極大又は極小となる回数(ピーク−ピーク間の回数)を計数することによって、手振りの回数が導出される(例えば特許文献1参照)。手振りの1回は、歩行者の1歩に相当する。このように、合成加速度Gを1次微分し、その極大点(又は極小点)を計数することによって、最下点を計数し、結果的に「歩数」を計数する。 Then, the number of hand gestures is derived by counting the number of times (the number of times between peaks and peaks) that the combined acceleration becomes maximum or minimum (see, for example, Patent Document 1). One hand gesture corresponds to one step of a pedestrian. In this way, the resultant acceleration G is first-order differentiated, and the maximum point (or minimum point) is counted, thereby counting the lowest point and consequently counting “steps”.
図2は、時間経過に伴う合成加速度の変化を表す実際のグラフである。 FIG. 2 is an actual graph showing a change in the resultant acceleration with time.
歩数検出装置を把持した歩行者が実際に歩行した場合、歩行者の1歩が常に極大点とならない場合がある。そうすると、1歩毎の極大点を検出する技術によれば、検出された歩数は、実際の歩数よりも少なくなる場合がある。その理由としては、携帯端末が手持ち状態であるために、加速度センサによって検出される波形が乱れることに基づく。特に、歩行者が手を前方と後方に振る場合に、合成加速度の大きさが異なるためである。 When a pedestrian holding the step number detection device actually walks, one step of the pedestrian may not always become a maximum point. Then, according to the technique for detecting the maximum point for each step, the detected number of steps may be smaller than the actual number of steps. The reason is based on the fact that the waveform detected by the acceleration sensor is disturbed because the portable terminal is in a handheld state. In particular, when the pedestrian shakes his / her hand forward and backward, the magnitude of the combined acceleration is different.
これに対し、歩数検出装置が、歩行者の手に把持された状態で、できる限り正しい歩数を検出するため、腕の振り特有の波形の乱れを分析する技術もある(例えば特許文献2参照)。この技術によれば、加速度データの波形は、歩行者の1歩が常に極大点にならない場合であっても、腕の振り特有の波形の形状を検出することによって、歩数を補完することができる。 On the other hand, there is also a technique for analyzing the disturbance of the waveform peculiar to the swing of the arm in order for the step detection device to detect the correct number of steps as much as possible while being held by the hand of the pedestrian (see Patent Document 2, for example). . According to this technology, the acceleration data waveform can complement the number of steps by detecting the shape of the waveform peculiar to arm swing even when one step of the pedestrian does not always become the maximum point. .
また、加速度データの中で、水平方向の加速度成分のみを算出し、その大きさの変動から、歩数を算出する技術もある(例えば特許文献3参照)。この技術によれば、水平方向の加速度成分は、腕の前後の振りに対応して、2歩毎に1周期の波形となる。この特性に基づいて、水平方向の加速度成分から算出した極大点に基づいて、歩数を検出することができる。 In addition, there is a technique in which only acceleration components in the horizontal direction are calculated in acceleration data, and the number of steps is calculated from the variation in the magnitude (see, for example, Patent Document 3). According to this technique, the acceleration component in the horizontal direction becomes a waveform of one cycle every two steps corresponding to the swinging of the arm back and forth. Based on this characteristic, the number of steps can be detected based on the maximum point calculated from the acceleration component in the horizontal direction.
しかしながら、特許文献2に記載された技術によれば、腕の振り特有の波形の形状を、パラメータによって設定する必要がある。このパラメータが、個人の腕振りの特性に適合して設定されていない場合、十分に歩数を補完することができない。逆に、パラメータの設定によっては、歩数を過度に補完する場合もある。 However, according to the technique described in Patent Literature 2, it is necessary to set the shape of the waveform peculiar to arm swing by a parameter. If this parameter is not set according to the characteristics of the individual arm swing, the number of steps cannot be sufficiently supplemented. Conversely, depending on the parameter settings, the number of steps may be excessively supplemented.
また、特許文献3に記載された技術によれば、水平方向の加速度成分は、前後方向の加速度成分だけでなく、左右方向の加速度成分も含まれる。そのために、左右方向の加速度成分によっては、極大点の数が歩数と一致しない場合も生じる。 Further, according to the technique described in Patent Document 3, the horizontal acceleration component includes not only the longitudinal acceleration component but also the lateral acceleration component. Therefore, depending on the acceleration component in the left-right direction, the number of maximum points may not match the number of steps.
そもそも、原理的に、加速度センサは、歩行運動に対するノイズに弱いという課題がある。加速度センサによって検出された加速度データには、前後方向の加速度成分だけでなく、重力方向の加速度成分及び左右方向の加速度成分も混在する。そのために、加速度データを用いて正確に歩数を計数することは、極めて難しい。 In the first place, in principle, the acceleration sensor has a problem that it is vulnerable to noise with respect to walking motion. The acceleration data detected by the acceleration sensor includes not only the acceleration component in the front-rear direction but also the acceleration component in the gravity direction and the acceleration component in the left-right direction. For this reason, it is extremely difficult to accurately count the number of steps using acceleration data.
そこで、本発明は、歩行者が、携帯端末を手持ちで歩行している場合であっても、できる限り正確な歩数を計数する歩数検出装置、プログラム及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a step count detection apparatus, program, and method for counting the number of steps as accurate as possible even when a pedestrian is walking with a portable terminal.
本発明によれば、地磁気センサから出力される3軸の地磁気データを用いて、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、
現時刻t i の地磁気ベクトルと先の時刻t i-1 の地磁気ベクトルとから、余弦a i を算出する変動角算出手段と、
余弦a i が極大となる時点を検出する極大点検出手段と、
余弦a i が極大となる複数の時点を歩数として計数する歩数計数手段と
を有することを特徴とする。
According to the present invention, using a triaxial geomagnetic data output from a geomagnetic sensor, a step number detecting device for detecting the number of steps of a pedestrian carrying the device,
Fluctuation angle calculating means for calculating cosine a i from the geomagnetic vector at the current time t i and the geomagnetic vector at the previous time t i−1 ;
Maximal point detecting means for detecting a time point when the cosine a i is maximal ;
And a step count counting means for counting a plurality of time points at which the cosine a i is maximized as a step count.
本発明によれば、3軸の地磁気データを出力する地磁気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、
現時刻t i の地磁気ベクトルと先の時刻t i-1 の地磁気ベクトルとから、余弦a i を算出する変動角算出手段と、
余弦a i が極大となる時点を検出する極大点検出手段と、
余弦a i が極大となる複数の時点を歩数として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。
According to the present invention, there is provided a program for detecting the number of steps for causing a computer mounted on a portable terminal including a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data to function.
Fluctuation angle calculating means for calculating cosine a i from the geomagnetic vector at the current time t i and the geomagnetic vector at the previous time t i−1 ;
Maximal point detecting means for detecting a time point when the cosine a i is maximal ;
The computer is caused to function as a step count counting means for counting a plurality of time points at which the cosine a i is maximized as a step count.
本発明によれば、3軸の地磁気データを出力する地磁気センサを含む携帯端末における歩数検出方法であって、
現時刻t i の地磁気ベクトルと先の時刻t i-1 の地磁気ベクトルとから、余弦a i を算出する第1のステップと、
余弦a i が極大となる時点を検出する第2のステップと、
余弦a i が極大となる複数の時点を歩数として計数する第3のステップと
を有することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method for detecting the number of steps in a portable terminal including a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data,
A first step of calculating a cosine a i from a geomagnetic vector at a current time t i and a geomagnetic vector at a previous time t i-1 ;
A second step of detecting when the cosine a i is maximized ;
And a third step of counting, as the number of steps, a plurality of time points at which the cosine a i is maximized .
本発明の歩数検出装置、プログラム及び方法によれば、地磁気センサから出力される地磁気データから、正確な歩数を計数することができる。 According to the step count detection apparatus, program, and method of the present invention, it is possible to count the exact number of steps from the geomagnetic data output from the geomagnetic sensor.
以下では、図面を用いて、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。 Below, the form for implementing this invention is demonstrated in detail using drawing.
図3は、歩行者の歩行態様と、加速度データの変動とを表す説明図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a walking mode of a pedestrian and fluctuations in acceleration data.
図3によれば、歩行者は、携帯端末を把持し、その手を前後に振りながら歩行している。このような一般的な歩行態様を横方向から見れば、携帯端末の位置は、円弧を描きながら振り子状に前後に変動している。また、進行方向から見れば、携帯端末の位置は、上下に変動しており、鉛直方向から見れば、前後に変動している。 According to FIG. 3, the pedestrian is walking while holding the mobile terminal and swinging his / her hand back and forth. If such a general walking mode is seen from the lateral direction, the position of the mobile terminal fluctuates back and forth in a pendulum shape while drawing an arc. Further, the position of the mobile terminal varies vertically when viewed from the traveling direction, and varies back and forth when viewed from the vertical direction.
歩行者及び携帯端末に対しては、地磁気が到来している。歩行者が、端末を一定の姿勢で保持し、一方向に真っ直ぐ進行している限り、その地磁気のセンサ座標系における到来方向は同じである。しかしながら、歩行者は、手持ちにした携帯端末を前後に振るために、その腕振りに応じて、地磁気の到来方向も、円錐振り子状の曲線を描いて変動する。 Geomagnetism has arrived for pedestrians and mobile terminals. As long as the pedestrian holds the terminal in a constant posture and travels straight in one direction, the arrival direction in the geomagnetic sensor coordinate system is the same. However, in order for a pedestrian to swing his / her portable terminal back and forth, the arrival direction of geomagnetism also varies in a conic pendulum-like curve according to his arm swing.
地磁気の到来方向に基づく地磁気データの変動は、携帯端末に搭載された地磁気センサによって検出される。携帯端末を手持ちした腕における肩部分は、携帯端末の位置変動が描く円弧の回転軸となる。即ち、その回転軸とその円錐の一部分とからなる曲面(扇形と見なすことができる)は、地磁気ベクトルの変動として表される。 The fluctuation of the geomagnetic data based on the arrival direction of the geomagnetism is detected by a geomagnetic sensor mounted on the mobile terminal. The shoulder portion of the arm holding the mobile terminal serves as a rotation axis of an arc drawn by the position change of the mobile terminal. That is, a curved surface (which can be regarded as a sector) composed of the rotation axis and a part of the cone is represented as a variation in the geomagnetic vector.
図4は、現実に発生する地磁気ベクトルの変動を表す説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing fluctuations in the geomagnetic vector that actually occur.
図4によれば、地磁気センサから得られた3軸の地磁気データ(x、y、z)が、3次元座標系にプロットされたものである。現時刻の地磁気ベクトル(ti)と先の時刻(ti-1)の地磁気ベクトルとの間のなす角を、地磁気ベクトルの変動角として算出する。 According to FIG. 4, the three-axis geomagnetic data (x, y, z) obtained from the geomagnetic sensor is plotted in a three-dimensional coordinate system. The angle formed between the geomagnetic vector at the current time (t i ) and the geomagnetic vector at the previous time (t i-1 ) is calculated as the variation angle of the geomagnetic vector.
時刻毎の地磁気ベクトルを、以下のように表す。
mi-1=(xi-1,yi-1,zi-1):先の時刻(ti-1)の地磁気ベクトル
mi =(xi,yi,zi) :現時刻(ti)の地磁気ベクトル
The geomagnetic vector for each time is expressed as follows.
m i-1 = (x i−1 , y i−1 , z i−1 ): Geomagnetic vector at the previous time (t i−1 ) m i = (x i , y i , z i ): current time geomagnetic vector of (t i )
ここで、時刻tiにおける2つの地磁気ベクトルの余弦aiを、以下のように表す。
ai=cos∠(mi,mi-1)
=(mi・mi-1)/(|mi||mi-1|)
=(xixi-1+yiyi-1+zizi-1)/(√(xi 2+yi 2+zi 2)√(xi-1 2+yi-1 2+zi-1 2))
Here, cosines a i of two geomagnetic vectors at time t i are expressed as follows.
a i = cos ∠ (m i , m i-1 )
= (M i · m i-1 ) / (| m i || m i-1 |)
= (X i x i-1 + y i y i-1 + z i z i-1 ) / (√ (x i 2 + y i 2 + z i 2 ) √ (x i-1 2 + y i-1 2 + z i- 1 2 ))
図4によれば、地磁気ベクトルをプロットする所定時間範囲、即ち、時刻−時刻の間の時間は一定である。地磁気ベクトルの変動における端点(例えば図4のt0及びt6)では、所定時間範囲における変動角は極小となる。手振り速度は、地磁気ベクトルの変動における端点に向かうほど、遅くなる。逆に、地磁気ベクトルの変動における中央点(例えば図4のt3)では、所定時間範囲における変動角は極大となる。手振り速度は、地磁気ベクトルの変動における中央点に向かうほど、速くなる。 According to FIG. 4, the predetermined time range in which the geomagnetic vector is plotted, that is, the time between time and time is constant. At the end points (for example, t 0 and t 6 in FIG. 4) in the variation of the geomagnetic vector, the variation angle in the predetermined time range is minimal. The hand shaking speed becomes slower toward the end point in the fluctuation of the geomagnetic vector. On the other hand, at the central point (for example, t 3 in FIG. 4) in the variation of the geomagnetic vector, the variation angle in the predetermined time range becomes maximum. The hand movement speed becomes faster toward the center point in the variation of the geomagnetic vector.
また、手振り運動の端点は、歩数と同じ回数だけ出現する。具体的には、歩行者の2歩は、手振り1往復に相当する。また、手振り1往復は、前方の端点と後方の端点との2つの端点に相当する。従って、地磁気ベクトルの変動角の極小点(余弦の極大点)を検出することによって、歩数を検出することができる。 In addition, the end point of the hand movement appears as many times as the number of steps. Specifically, two steps of a pedestrian are equivalent to one round trip of a hand gesture. Further, one reciprocation of the hand gesture corresponds to two end points, a front end point and a rear end point. Accordingly, the number of steps can be detected by detecting the minimum point (cosine maximum point) of the fluctuation angle of the geomagnetic vector.
地磁気ベクトルの変動角の極小点は、変動角の増減の変動から検出される。変動角の極小点は、余弦aの極大点である。ここで、現時刻tiの余弦aiが、先の時刻ti-1の余弦ai-1よりも大きく、且つ、後の時刻ti+1の余弦ai+1よりも大きい場合に、極大点であるといえる。即ち、ti-1,ti,ti+1における余弦ai-1,ai,ai+1について、以下の関係がある場合、現時刻tiの変動角は、極小点であるといえる。
ai-1<ai 且つ ai>ai+1
従って、地磁気ベクトルの変動角の極小点(余弦の極大点)を計数することによって、歩数を計数することができる。
The minimum point of the variation angle of the geomagnetic vector is detected from the variation of the variation angle. The minimum point of the fluctuation angle is the maximum point of the cosine a. Here, when the cosine a i at the current time t i is greater than the cosine a i−1 at the previous time t i−1 and greater than the cosine a i + 1 at the later time t i + 1. It can be said that it is a maximal point. That is, with respect to the cosines a i-1 , a i , a i + 1 at t i-1 , t i , t i + 1 , the fluctuation angle at the current time t i is a local minimum point when there is the following relationship. It can be said.
a i-1 <a i and a i> a i + 1
Therefore, the number of steps can be counted by counting the minimum point (cosine maximum point) of the fluctuation angle of the geomagnetic vector.
図5は、本発明における歩行検出装置の機能構成図である。 FIG. 5 is a functional configuration diagram of the walking detection device according to the present invention.
図5によれば、歩行者に所持される携帯端末1は、地磁気センサ10と、歩数検出装置11とを含む。地磁気センサ10は、南から到来する地磁気の変化を検出し、3軸の地磁気データを出力する。
According to FIG. 5, the
歩数検出装置11は、変動角算出部111と、極大点検出部112と、歩数計数部113とを有する。歩数検出装置11は、携帯端末に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。
変動角算出部111は、時間経過に応じた地磁気データから、地磁気ベクトルの直近からの変動角を算出する。ここで、変動角算出部111は、先の時刻ti-1の地磁気ベクトルと現時刻tiの地磁気ベクトルとから、余弦aiを算出する。
The variation
極大点検出部112は、変動角が極小となる時点を検出する。ここで、余弦aiが極大となる時点を検出するものであってもよい。
Pole large
歩数計数部113は、変動角が極小となる複数の時点を歩数として計数する。
The step
図6は、時間経過に対する余弦の変動を表すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the variation of the cosine over time.
図6によれば、余弦の極大点を検出する毎に、歩行者の1歩と計数することができる。 According to FIG. 6, it is possible to count one step of a pedestrian every time a cosine maximum point is detected.
以上、詳細に説明したように、本発明の歩数検出装置、プログラム及び方法によれば、地磁気センサから出力される地磁気データから、正確な歩数を計数することができる。 As described above in detail, according to the step detection device, program, and method of the present invention, it is possible to accurately count the number of steps from the geomagnetic data output from the geomagnetic sensor.
前述した本発明における種々の実施形態によれば、当業者は、本発明の技術思想及び見地の範囲における種々の変更、修正及び省略を容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。 According to the various embodiments of the present invention described above, those skilled in the art can easily make various changes, modifications and omissions within the scope of the technical idea and the viewpoint of the present invention. The above description is merely an example, and is not intended to be restrictive. The invention is limited only as defined in the following claims and the equivalents thereto.
1 携帯端末
10 地磁気センサ
11 歩数検出装置
111 変動角算出部
112 極大点検出部
113 歩数計数部
1 the
Claims (3)
現時刻t i の地磁気ベクトルと先の時刻t i-1 の地磁気ベクトルとから、余弦a i を算出する変動角算出手段と、
前記余弦a i が極大となる時点を検出する極大点検出手段と、
前記余弦a i が極大となる複数の時点を歩数として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。 A step number detection device that detects the number of steps of a pedestrian carrying the device using three-axis geomagnetic data output from a geomagnetic sensor,
Fluctuation angle calculating means for calculating cosine a i from the geomagnetic vector at the current time t i and the geomagnetic vector at the previous time t i−1 ;
Maximal point detecting means for detecting a point in time when the cosine a i is maximal ;
A step count detecting device comprising step count counting means for counting a plurality of time points at which the cosine a i is maximized as a step count.
現時刻t i の地磁気ベクトルと先の時刻t i-1 の地磁気ベクトルとから、余弦a i を算出する変動角算出手段と、
前記余弦a i が極大となる時点を検出する極大点検出手段と、
前記余弦a i が極大となる複数の時点を歩数として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。 A program for detecting the number of steps for causing a computer mounted on a portable terminal including a geomagnetic sensor to output triaxial geomagnetic data,
Fluctuation angle calculating means for calculating cosine a i from the geomagnetic vector at the current time t i and the geomagnetic vector at the previous time t i−1 ;
Maximal point detecting means for detecting a point in time when the cosine a i is maximal ;
A step count detection program that causes a computer to function as a step count counting unit that counts a plurality of time points at which the cosine a i is maximized .
現時刻t i の地磁気ベクトルと先の時刻t i-1 の地磁気ベクトルとから、余弦a i を算出する第1のステップと、
前記余弦a i が極大となる時点を検出する第2のステップと、
前記余弦a i が極大となる複数の時点を歩数として計数する第3のステップと
を有することを特徴とする歩数検出方法。 A method for detecting the number of steps in a mobile terminal including a geomagnetic sensor that outputs triaxial geomagnetic data,
A first step of calculating a cosine a i from a geomagnetic vector at a current time t i and a geomagnetic vector at a previous time t i-1 ;
A second step of detecting when the cosine a i is maximized ;
And a third step of counting, as the number of steps, a plurality of time points at which the cosine a i is maximized .
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