KR101553236B1 - 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치 및 방법 - Google Patents

3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치 및 방법 Download PDF

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정정일
김이슬
이수덕
박종민
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Abstract

본 발명은 3축 가속도 센서 기반 실시간 걷기/뛰기 운동 분류 및 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일상생활 내 유산소 운동의 정확한 운동량 측정을 위해 가속도 센서(1축)를 기반으로 한 걷기/뛰기의 구성 동작(도움닫기, 내딛기 및 착지)에 대한 가속도 센서 신호의 분석을 통해 이를 도움닫기와 내딛기 두 동작으로 단순화한 다음 단순화된 걷기/뛰기에 대한 신호 검출의 용이성을 위해 가속도 센서 신호의 평활화를 수행하며, 평활화 된 결과로부터 걷기/뛰기에 대한 운동 분류의 기준과 함께 횟수 측정의 기준을 정의하고, 정의한 기준을 바탕으로 걷기/뛰기에 대한 사용자의 테스트 정보와 실시간 운동 정보를 비교 분석하여, 걷기/뛰기 운동을 분류함과 함께 각 운동에 대한 운동 횟수를 측정하여 추후 걷기/뛰기 운동의 횟수에 따른 칼로리 소비량과 연계함으로써 보다 정확한 운동량을 산출할 수 있도록 한 3축 가속도 센서 기반 실시간 걷기/뛰기 운동 분류 및 측정 시스템에 관한 것이다.

Description

3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치 및 방법{The Classifying and Counting Algorithm for Real-time Walk/Run Exercise based on An Acceleration Sensor}
본 발명은 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일상생활 내 유산소 운동의 정확한 운동량 측정을 위해 가속도 센서(1축)를 기반으로 한 걷기/뛰기의 구성 동작(도움닫기, 내딛기 및 착지)에 대한 가속도 센서 신호의 분석을 통해 이를 도움닫기와 내딛기 두 동작으로 단순화한 다음 단순화된 걷기/뛰기에 대한 신호 검출의 용이성을 위해 가속도 센서 신호의 평활화를 수행하며, 평활화 된 결과로부터 걷기/뛰기에 대한 운동 분류의 기준과 함께 횟수 측정의 기준을 정의하고, 정의한 기준을 바탕으로 걷기/뛰기에 대한 사용자의 테스트 정보와 실시간 운동 정보를 비교 분석하여, 걷기/뛰기 운동을 분류함과 함께 각 운동에 대한 운동 횟수를 측정하여 추후 걷기/뛰기 운동의 횟수에 따른 칼로리 소비량과 연계함으로써 보다 정확한 운동량을 산출할 수 있도록 한 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 생활수준의 향상과 신체 활동량의 감소로 인해 세계적으로 비만 발생률이 매년 증가하고 있다.
이러한 비만은 각종 성인병의 원인이 되기 때문에 예방 및 치료를 위한 효과적인 방법으로 일상생활 내 규칙적인 건강관리를 권장한다.
이에 근래에는 휴대와 함께 컴퓨팅(computing)이 가능한 스마트 폰을 기반으로 일상생활 내에서도 손쉽게 건강을 관리할 수 있는 걷기/뛰기에 대한 유산소 운동 측정에 관한 다양한 연구들이 활발하게 진행되어 왔다.
이러한 연구들에서는 MEMS (micro electro mechanical system) 기술을 응용한 소형 가속도 센서가 주요하게 활용되고 있으며, 센서로부터 획득된 데이터는 사용자 정보와 결합되어 활동량을 산출하거나 생활 패턴을 알아내는 등 다양한 행동인식을 위한 정보로 사용된다.
특히, 사람의 행동에서 걷기/뛰기는 운동량 측정이나 BMI(Body Mass Index)계산과 같이 건강상태를 측정하는데 많이 활용되는 데이터이며, 걷거나 뛰는 행동에서 정확한 걸음 수의 검출은 운동이력이나 칼로리 계산에 유용한 데이터로 활용된다.
일반적으로 가속도 센서를 이용할 때에는 걷기/뛰기에 대한 사람의 특정한 동작패턴을 정의한 후, 이를 기반으로 운동 분류나 횟수 측정을 수행한다.
그러나, 동일한 동작이라 해도 가속도 센서 는 신호의 노이즈(noise)나 노면의 상태에 따라 그 결과가 상이하게 나타나는 단점이 있어, 기 연구들에서는 다양한 기법을 통하여 이를 보완하고자 하였다.
먼저, 3축 가속도 센서의 모든 축에 대한 가속도의 합을 기반으로 하는 SVM(signal vector magnitude) 관련 기법들은 걷기/뛰기의 구성 동작 중 움직임이 가장 큰 지점을 검출하고, 검출한 SVM의 크기를 임계값(threshold)으로 설정하여 잡음에 강인한 동작패턴을 인지한다.
그러나 SVM을 임계값으로 하는 방법들은 걷기/뛰기의 순간적인 움직임에 대한 크기 만을 검사함으로써, 임계값에 도달하지 못하는 동작들을 검출하지 못하는 단점이 있다.
다음으로는 SVM의 임계값에 대한 단점을 보완함과 함께 유사한 동작으로 구성된 운동을 보다 세밀하게 분류하기 위해, SVM에 HA(Heuristic Algorithm) 및 GMM (Gaussian Mixture Model) 등을 적용한 기법들이 개발되었다. 그러나, 이러한 기법들은 기존 SVM의 단점을 보완하여 운동 분류나 횟수 측정의 정확도를 향상시키기는 하나, 그 계산의 복잡도가 높아져 실시간 구현에 어려움이 따르는 문제점이 있다.
따라서 본 논문에서는 걷기/뛰기의 구성 동작을 도움닫기와 내디디기의 두 단계로 단순화하고, 이를 기반으로 잡음에 강인하며 실시간으로 운동을 분류함과 함께 그 횟수를 측정할 수 있는 알고리즘을 제안한다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자 발명된 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다.
본 발명은 일상생활 내 유산소 운동의 정확한 운동량 측정을 위해 가속도 센서(1축)를 기반으로 한 걷기/뛰기의 구성 동작(도움닫기, 내딛기 및 착지)에 대한 가속도 센서 신호의 분석을 통해 이를 도움닫기와 내딛기 두 동작으로 단순화한 다음 단순화된 걷기/뛰기에 대한 신호 검출의 용이성을 위해 가속도 센서 신호의 평활화를 수행하며, 평활화 된 결과로부터 걷기/뛰기에 대한 운동 분류의 기준과 함께 횟수 측정의 기준을 정의하고, 정의한 기준을 바탕으로 걷기/뛰기에 대한 사용자의 테스트 정보와 실시간 운동 정보를 비교 분석하여, 걷기/뛰기 운동을 분류함과 함께 각 운동에 대한 운동 횟수를 측정하여 추후 걷기/뛰기 운동의 횟수에 따른 칼로리 소비량과 연계함으로써 보다 정확한 운동량을 산출할 수 있는 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 가진 실시 예에 의하여 구현된다.
본 발명은 축 가속도를 측정하는 가속도센서부(110);
측정된 가속도센서부의 데이터를 사용하여 걷기 또는 뛰기의 운동여부를 판별하고 그 운동횟수를 계산하는 제어부(120); 및
제어부로부터 수신한 데이터를 표시하는 표시부(130);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 갖는다.
본 발명 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치 및 방법은 일상생활 내 유산소 운동의 정확한 운동량 측정을 위해 가속도 센서(1축)를 기반으로 한 걷기/뛰기의 구성 동작(도움닫기, 내딛기 및 착지)에 대한 가속도 센서 신호의 분석을 통해 이를 도움닫기와 내딛기 두 동작으로 단순화한 다음 단순화된 걷기/뛰기에 대한 신호 검출의 용이성을 위해 가속도 센서 신호의 평활화를 수행하며, 평활화 된 결과로부터 걷기/뛰기에 대한 운동 분류의 기준과 함께 횟수 측정의 기준을 정의하고, 정의한 기준을 바탕으로 걷기/뛰기에 대한 사용자의 테스트 정보와 실시간 운동 정보를 비교 분석하여, 걷기/뛰기 운동을 분류함과 함께 각 운동에 대한 운동 횟수를 측정하여 추후 걷기/뛰기 운동의 횟수에 따른 칼로리 소비량과 연계함으로써 보다 정확한 운동량을 산출할 수 있는 효과를 갖는다.
또한 이를 통해 사용자에게 신뢰성과, 편의성과 효율성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동측정방법의 개략적인 순서도.
도 3은 걷기 또는 뛰기의 동작구분을 위한 실시예를 도시한 도면.
도 4는 도 3에 따른 측정된 가속도센서신호를 그래프화하여 도시한 도면.
도 5는 도 4의 그래프를 본 발명의 일 실시예에 따른 실시단계중 단순화단계를 실시하는 도면.
도 6은 도 5를 본 발명의 일 실시예에 따른 실시단계중 평준화 단계를 실시하는 도면.
도 7은 도 3의 실시예에 따른 측정된 가속도센서신호를 본 발명의 일 실시예에 따라 단순화단계, 평준화단계를 수행하여 나타나는 결과를 그래프로 개략적으로 도시한 도면.
출원인은 이하에서 첨부도면을 참조하여 앞서 본 실시 예들의 구성을 상세하게 설명한다.
본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.
본 발명은 1축 가속도를 측정하는 가속도센서부(110); 측정된 가속도센서부의 데이터를 사용하여 걷기 또는 뛰기의 운동여부를 판별하고 그 운동횟수를 계산하는 제어부(120); 및 제어부로부터 수신한 데이터를 표시하는 표시부(130);를 포함한다.
가속도센서부는 지면과 수직인 방향의 가속도를 측정하는 것이다.
그리고 가속도센서부는 유선 또는 무선통신장치를 구비하여 센서가 측정한 데이터를 제어부로 송신하는 것이다.
제어부는 가속도센서부의 데이터를 수신할 수 있는 유선 또는 무선통신장치를 구비하는 것이다.
제어부는 가속도센서부의 데이터를 실시간으로 저장 또는 일정기간 동안 저장할 수 있는 저장수단을 구비한다.
제어부는 저장된 데이터를 외부로 전달할 수 있는 연결인터페이스를 구비하는 것을 특징으로 한다.
제어부는 데이터베이스 엔진을 구비하여 가속도센서부의 데이터를 실시간으로 DB화 한다.
표시부는 터치기능을 가진 터치스크린을 구비하고, 이를 사용하여 제어부를 제어할 수 있는 어플리케이션을 내장한다.
표시부는 제어부로부터 가속도센서의 측정값, 걷기 또는 뛰기의 운동여부 및 그 운동횟수 중 어느 하나 이상을 표시한다.
축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정방법은
가속도센서를 연결하는 단계(S100);
테스트정보의 유무를 판단하는 단계(S110);
테스트정보가 있으면 운동을 시작하는 단계(S120);
가속도센서신호를 수집하는 단계(S130);
가속도센서신호를 분석하는 단계(S140);
걷기 또는 뛰기의 운동종류를 판별하고 그 운동횟수를 검출하는 단계(S150);
판별된 운동종류와 그 운동횟수를 표시하는 단계(S160); 및
운동종료를 선택하는 단계(S170);로 이루어진다.
이때 상기 테스트정보의 유무를 판단하는 단계(S110)는
테스트정보가 없는 경우 걷기 또는 뛰기의 운동에 대한 가속도센서신호를 수집하는 단계(S180);
수집된 가속도센서신호를 분석하는 단계(S181); 및
분석된 데이터를 테스트정보로 등록하는 단계(S182);를 더 포함한다.
그리고 가속도센서신호를 분석하는 단계는
가속도센서신호를 도움닫기, 내딛기I, 내딛기II 및 착지 동작으로 구분하는 단계;
구분된 가속도센서신호에서 <수학식 2>의 방법으로 착지동작을 다시 구분하는 단계;
구분된 착지동작을 <수학식 1>의 방법으로 착지동작을 내딛기동작의 종료시점과 도움닫기의 시작시점의 사이에 포함되게 하여 도움닫기와 내딛기동작으로 단순화하는 단계;를 더 포함하여 이루어진다.
그리고 걷기 또는 뛰기의 운동종류를 판별하고 그 운동횟수를 검출하는 단계는
단순화된 가속도센서신호를 <수학식 3>의 방법으로 평준화하여 평준화된 가속도센서신호로부터 양(+)값의 가속도센서신호의 면적 SMoT 또는 음(-)값의 가속도센서신호의 면적 SMoB 를 구하는 단계;
<수학식 4>의 방법으로 걷기 또는 뛰기의 운동을 판별하는 단계;
테스트정보에 입력된 양(+)값의 가속도센서신호의 면적 SXAoT, 음(-)값의 가속도센서신호의 면적 SXAoB 과 평준화된 가속도센서신호를 비교하여 걷기 또는 뛰기를 판별하는 단계; 및
<수학식 1>, <수학식 2> 및 <수학식 3> 까지 수행한 가속도센서신호에서 양과 음의 가속도센서신호를 1쌍을 기준으로 하여, 걷기 또는 뛰기의 운동횟수를 검출하는 단계;를 더 포함하는 이루어진다.
그리고 테스트정보는 운동전에 사용자로 하여금 일정시간동안 걷기 또는 뛰기의 운동에 대한 가속도센서신호를 미리 수집하여 <수학식 1>, <수학식 2> 및 <수학식 3>의 방법으로 가속도센서신호의 양(+)값의 합 SXAoT 또는 음(-)값의 합 SXAoB이 더 포함된다.
좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.
걷기/뛰기는 도 3에 보인 바와 같이 어느 한 편의 다리(오른쪽 혹은 왼쪽)를 기준으로 도움닫기, 내딛기 및 착지 동작으로 구성되며, 각 동작에 동작에 대해 지면과 수직인 방향의 가속도 센서 신호(이하 신호)는 도 2와 같이 나타난다.
도 4는 오른발을 기준(발목에 센서 부착)으로 각각 걷기/뛰기 2회에 대한 신호를 보여주며, 연속된 걷기/뛰기(걷기/뛰기 운동)에서는 도움닫기, 내딛기 및 착지 동작에 대한 신호가 순차적으로 반복되어 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이때, 내딛기의 경우 두 단계로 분류하여 동작을 구분하는 것은 동작 내 상이한 특징을 갖는 신호 구간을 가지기 때문이다.
걷기/뛰기의 구성 동작에 대한 신호 구간의 특징을 보여준다.
동작구간 동작에 따른 가속도 방향 가속도 크기 비교
도움닫기 발이 지면과 멀어짐
양의 가석도 증가		 걷기<<뛰기
내딛기 1 발이 지면과 가까워짐
음의 가석도 증가		 걷기<뛰기
내딛기 2 발이 지면과 멀어짐
양의 가석도 증가		 걷기<뛰기
착지 발이 지면에 닿음
음의 가석도 증가		 걷기<뛰기
결과적으로, 도 4와 [표 1]을 통해서는 걷기/뛰기의 구성 동작에 대한 호구간의 특징이 매우 유사함을 알 수 있으나, 반면에 각 동작을 수행하는 데 있어 운동량(가속도)의 크기가 상이한 특징도 함께 확인할 수 있다.
따라서, 제안하는 방법에서는 걷기/뛰기의 구성 동작에 대한 가속도 크기를 두 운동의 분류 기준으로 정의한다.
먼저 걷기/뛰기 운동은 도움닫기, 내딛기 및 착지 동작의 연속적인 반복으로 구성된다.
이 중 도움닫기와 내딛기 동작은 몸 전체를 전진시키는 걷기/뛰기의 핵심적인 역할을 하며, 착지 동작은 각각의 내딛기와 도움닫기 동작을 연결해 주는 역할을 한다. 따라서 착지 동작을 내딛기 동작의 종료시점과 도움닫기의 시작시점으로 포함하여, 걷기/뛰기 운동을 도움닫기와 내딛기의 두 동작으로 단순화하여 재정의할 수 있다. 단순화된 걷기/뛰기에 대한 신호는 다음의 식(1)과 식(2)를 통해 도 3에 보인 바와 같이 생성할 수 있다.
Figure 112013112666910-pat00001
여기서,
a = 가속도센서신호
x = 걷기 또는 뛰기의 운동구간
S(tx) = 동작구간 x 에서 시간 t일동안 가속도센서신호 a의 합
Figure 112013112666910-pat00002
여기서,
a = 가속도센서신호
T = 착지동작의 신호검출을 위한 임계값
cnt = 해당 동작의 수행횟수
식(1)에서 S( t X )는 동작 구간 X에서 시간t일 동안 센서가 반환하는 가속도 신호 a의 합을 나타내며, T는 착지 동작의 신호 검출을 위한 임계값(threshold)을 나타낸다. 이때, 식(1)의 X는 도움닫기, 내딛기I, 내딛기II 및 착지가 될 수 있으며, 식(2)의 cnt는 해당 동작의 수행 횟수를 나타낸다.
따라서, 먼저 식(2)를 통해 착지 동작 구간에 대한 신호를 검출하면, 다음으로 식(1)을 통해 내딛기와 도움닫기 동작의 신호 구간을 착지 동작의 신호 구간으로 연결하여 걷기/뛰기 운동을 단순화할 수 있다.
또한, T는 동작 구간 X에서 간헐적으로 발생하는 가속도 방향이 다른 잡음 신호를 검출하는 필터의 기준으로도 사용되며, 이에 검출된 잡음 신호는 해당 동작 구간의 가속도 방향과 동일한 방향으로 부호변화를 수행하여 동작 구간 X의 신호로 변환해 준다.
그리고 단순화된 걷기/뛰기 운동의 신호는 불규칙적인 파형을 가짐으로 동작 구간에 대한 신호 검출의 용이함을 위해, 다음의 식(3)을 통해 도 6와 같이 신호에 대한 평준화를 수행한다.
Figure 112013112666910-pat00003
여기서,
a = 가속도센서신호
x = 걷기 또는 뛰기의 운동구간
aaver = 걷기 또는 뛰기의 운동구간 x에서 평균가속도로서 <수학식 1>의 가속도센서신호의 합을 시간 tx로 나눈값
식 (3)에서 a aver는 식(1)의 가속도 신호의 합을 시간 t x 로 나눈 값으로 동작 구간 X에서의 평균 가속도를 나타내며, 이외의 변수는 식(1)과 동일하다.
평준화된 가속도 신호에서는 양수 및 음수 막대 그래프 한 쌍을 기준으로 걷기/뛰기 1회를 검출할 수 있으며, 검출한 막대 그래프의 면적으로는 다음의 식(4)를 통해 걷기/뛰기 운동을 판별할 수 있다.
Figure 112013112666910-pat00004
여기서,
X = 걷기 또는 뛰기 운동
SXAoT ( average of top ) = 테스트정보에 입력된 양(+)값의 가속도센서신호의 면적
SXAoB ( average of bottom ) = 테스트정보에 입력된 음(-)의 가속도센서신호의 면적
SMoT ( Measurement of top ) = 평준화된 가속도센서신호로부터 양(+)값의 가속도센서신호의 면적
SMoB ( average of bottom ) = 평준화된 가속도센서신호로부터 음(-)값의 가속도센서신호의 면적
식(4)에서 X는 걷기와 뛰기 운동이 될 수 있으며, S XAoT ( Average of Top ) 와 S XAoB(Average of Bottom ) 는 사용자가 운동 X에 대해 사전에 테스트를 통해 획득한 신호를 기반으로 산출한 양수 및 음수 막대 그래프의 평균 면적을 나타낸다. 그리고 S MoT(Measurement of Top ) 와 S MoB ( Measurement of Bottom ) 는 사용자가 실시간으로 획득하는 신호를 기반으로 식(1)부터 식(3)까지의 과정을 통해 산출한 양수 및 음수 막대 그래프의 면적을 나타낸다.
결과적으로 식(4)는 사전에 테스트를 통해 획득한 사용자의 걷기/뛰기 신호와 실시간으로 획득하는 사용자의 신호에 대한 유사도(similarity)를 비교하는 것이며, 유사도가 높은 결과로 현재 사용자의 운동 종류를 판별한다.
본원에서 제안하는 가속도 센서(1축) 기반 실시간 걷기/뛰기 운동 분류 및 횟수 측정 알고리즘의 성능을 검증하기 위하여 [표 2]와 같은 개발환경에서 안드로이드 프로그래밍을 바탕으로 가속도 센서와 연동할 수 있는 모바일 어플리케이션을 구현하였다.
스마트폰
 CPU 1.2GHz Dualcore
OS Android 4.1 Jelly Bean
가속도 센서 모듈 SHC-Z1[7]
네트워크 Bluetooth 3.0
도 2에 보인 개발한 모바일 어플리케이션의 처리 과정은 다음과 같으며, 본 과정을 통해 제안하는 걷기/뛰기 운동의 분류 및 횟수 검출 알고리즘을 사용자에게 적응적으로 활용할 수 있다.
먼저, 어플리케이션은 사용자의 테스트 정보가 존재하는지를 검사한다. 테스트 정보란 사용자가 운동을 시작하기 전에 이에 대한 가속도 센서 신호를 미리 수집하여 식(4)의 S XAoT 와 S XAoB 를 걷기/뛰기에 대해 각각 산출한 결과를 나타낸다.
이때, 테스트 정보가 존재하지 않으면 운동 전에 사용자로 하여금 일정시간 동안 걷기/뛰기에 대한 가속도 센서 신호를 수집하게 하며, 수집한 데이터로부터는 식(1)부터 식(3)까지의 과정을 통해 식(4)의 S XAoT 와 S XAoB 를 산출하여 저장한다.
다음으로 사용자가 실제 걷기/뛰기 운동을 수행하는 동안 어플리케이션은 실시간으로 들어오는 가속도 센서 신호를 분석하여 식(4)의 S MoT 와 S MoB 를 산출하고, 산출한 결과를 식(4)에 대입하여 운동의 종류와 횟수를 판별한다
제안하는 알고리즘의 실험에는 총 5명의 20대 성인 남녀가 참여하였고, 평가는 임의적으로 걷기/뛰기를 교차하며 100회의 운동을 수행한 후, 이를 수기로 기록한 결과와 모바일 어플리케이션에서 측정한 결과를 비교하여 수행하였다.
이때, 가속도 센서는 실험자의 발목 위에 부착하였다.
도 7은 실험자의 걷기에 대한 테스트 정보를 산출하는 과정의 한 예를 보여준다.
먼저, (i)는 약 20초간의 걷기 운동에서 획득한 가속도 센서 신호를 보여주며, 다음으로 (ii)는 식(3)을 적용하여 (i)에 대해 평준화를 수행한 결과를 보여준다.
그리고 (iii)은 (ii)에 식(1)과 식(2)를 대입하여 걷기 운동을 도움닫기와 내딛기로 단순화한 결과를 보여주며, 마지막 (iv)는 (iii)에 식(3)의 평준화를 수행함으로써 걷기 운동의 가속도 센서 신호를 균일화된 파형으로 변환한 결과를 보여준다.
이때, (iv)의 양수 및 음수 막대 그래프들에 대한 평균면적을 계산하여 식(4)의 S 걷기 AoT 와 S 걷기 AoB 를 산출할 수 있으며, 동일한 과정을 뛰기 운동에서 획득한 가속도 센서 신호에도 적용하여 S 뛰기 AoT 와 S 뛰기 AoB 를 산출할 수 있다.
이때, (ii)의 평준화 과정은 실제로는 불필요하나, 신호의 가독성을 높이기 위해 수행하였다.
마찬가지로 실시간으로 운동하는 사용자의 가속도 센서 신호를 획득하여 식(1)부터 식(3)의 과정을 수행함으로써 식(4)의 SMoT와 SMoB를 산출할 수 있으며, 이를 앞서 산출한 변수들과 함께 식(4)에 대입하여 걷기/뛰기에 대한 유사도를 비교함으로써 현재 사용자가 수행중인 운동을 판별할 수 있다.
그리고 운동 횟수는 식(3)까지의 과정을 수행한 사용자의 가속도 센서 신호에서 양수 및 음수 막대 그래프 1쌍을 검출하여 측정할 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 실험자들의 걷기/뛰기 운동에 대한 분류 및 횟수 측정이 가능하며, [표 3]은 총 5명의 실험자들에게 제안한 알고리즘을 실험 평가한 결과를 보여준다.
수기
(횟수)		 알고리즘
(횟수)		 결과
(%)
실험자 걷기 뛰기 걷기 뛰기 정확도
A 57 43 55 47 93.59
B 42 58 41 59 97.98
C 39 61 39 61 100
D 50 50 50 50 100
E 53 47 52 48 96.07
평균 48.20 51.80 47.40 53.00 97.53
[표 3]의 정확도는 식(5)를 통해 산출하였으며, 실험 결과에서는 제안하는 알고리즘을 통하여 93%부터 100% 사이의 높은 정확도로 걷기/뛰기 운동을 분류하여 그 횟수를 검출할 수 있음을 확인하였다.
Figure 112013112666910-pat00005
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 가속도센서를 이용한 실시간 운동측정장치
110 : 가속도센서부 120 : 제어부
130 : 표시부

Claims (12)

  1. 3축 가속도를 측정하는 가속도센서부(110);
    측정된 가속도센서부의 데이터를 사용하여 걷기 또는 뛰기의 운동여부를 판별하고 그 운동횟수를 계산하는 제어부(120); 및
    제어부로부터 수신한 데이터를 표시하는 표시부(130);를 포함하되,
    제어부(120)는 사전에 측정된 데이터와 실시간으로 측정된 데이터를 저장하고 비교하여 걷기 또는 뛰기의 운동 종류를 판별하며,
    가속도센서의 측정값, 걷기 또는 뛰기의 운동여부 및 그 운동횟수 중 어느 하나 이상을 표시부(130)에 표시하는 것을 특징으로 하는 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    가속도센서부는 지면과 수직인 방향의 가속도를 측정하며;
    유선 또는 무선통신장치를 구비하여 센서가 측정한 데이터를 제어부로 송신하는 것을 특징으로 하는 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치.

  3. 제1항에 있어서,
    제어부는 가속도센서부의 데이터를 수신할 수 있는 유선 또는 무선통신장치를 구비하며;
    가속도센서부의 데이터를 실시간으로 저장 또는 일정기간 동안 저장할 수 있는 저장수단을 구비하고;
    저장된 데이터를 외부로 전달할 수 있는 연결인터페이스를 구비하고;
    데이터베이스 엔진을 구비하여 가속도센서부의 데이터를 실시간으로 DB화 하는 것을 특징으로 하는 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    표시부는 터치기능을 가진 터치스크린을 구비하고, 이를 사용하여 제어부를 제어할 수 있는 어플리케이션을 내장하는 것을 특징으로 하는 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1의 장치를 기반으로 하여 제어부(120)를 동작의 주체로 하고, 사용자의 성별, 나이, 체중 중 어느 하나 이상을 포함하는 테스트정보에 대응하여 실시간으로 운동을 측정하는 방법에 있어서:
    가속도센서를 연결하는 단계(S100);
    테스트정보의 유무를 판단하는 단계(S110);
    테스트정보가 있으면 운동을 시작하는 단계(S120);
    가속도센서신호를 수집하는 단계(S130);
    가속도센서신호를 분석하는 단계(S140);
    걷기 또는 뛰기의 운동종류를 판별하고 그 운동횟수를 검출하는 단계(S150);
    판별된 운동종류와 그 운동횟수를 표시하는 단계(S160); 및
    운동종료를 선택하는 단계(S170);를 포함하되,
    상기 단계(S110)에서 운동전에 사용자로 하여금 일정 시간동안 걷기 또는 뛰기의 운동에 대한 가속도센서신호를 테스트정보로 미리 수집하고,
    상기 단계(S150)은 테스트정보에 포함된 가속도센서 신호와 상기 분석된 가속도센서 신호를 단순화하고 평준화한 다음 유사도를 비교하여 걷기 또는 뛰기의 운동횟수를 검출하는 것을 특징으로 하는 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 테스트정보의 유무를 판단하는 단계(S110)는
    테스트정보가 없는 경우 걷기 또는 뛰기의 운동에 대한 가속도센서신호를 수집하는 단계(S180);
    수집된 가속도센서신호를 분석하는 단계(S181); 및
    분석된 데이터를 테스트정보로 등록하는 단계(S182);를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 가속도센서신호를 분석하는 단계는
    가속도센서신호를 발이 지면에서 멀어지는 도움닫기, 발이 지면과 가까워지는 내딛기I, 발이 지면과 멀어지는 내딛기II 및 발이 지면에 닿는 착지 동작으로 구분하는 단계;
    구분된 가속도센서신호에서 착지동작을 다시 구분하는 단계;
    구분된 착지동작을 내딛기동작의 종료시점과 도움닫기의 시작시점의 사이에 포함되게 하여 도움닫기와 내딛기동작으로 단순화하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제6항에 있어서, 운동종료를 선택하는 단계는
    아니요를 선택하면 가속도센서신호를 수집하는 단계로 되돌아가도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3축 가속도 센서를 이용한 실시간 운동측정방법.
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