KR101713496B1 - 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템 및 방법 - Google Patents

가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보행자가 걸음을 내딛는 순간에서부터 걸음검출 시점이 사실상 동일시점에 지연되지 않도록 실시간으로 검출할 수 있고, 다양한 보행 환경에서도 보행자의 걸음을 정확하게 검출하면서도 배터리 소모율을 최소화함으로써, 스마트폰 혹은 다양한 헬스케어 기기 등에 적용 가능하도록 하여 휴대성을 극대화시킨 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ZERO-DELAY REAL TIME STEP DETECTION UTILIZING AN ACCELEROMETER SENSOR}
본 발명은 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 보행자가 걸음을 내딛는 순간에서부터 걸음검출 시점이 사실상 동일시점에 지연되지 않도록 실시간으로 검출할 수 있고, 다양한 보행 환경에서도 보행자의 걸음을 정확하게 검출하면서도 배터리 소모율을 최소화함으로써, 스마트폰 혹은 다양한 헬스케어 기기 등에 적용 가능하도록 하여 휴대성을 극대화시킨 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 가속도 센서를 이용한 걸음검출 기술에 대한 연구는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 가속도 센서가 보편화된 이후 활발하게 진행되고 있다.
이러한 걸음검출 기술은 보행자의 걸음을 정확하게 검출함으로써 걷기, 달리기, 계단 오르기 등 다양한 보행 환경에서 걸음 수를 카운트할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 바탕으로 일 중 활동량, 칼로리 소모량 등을 자동으로 산출하거나 사용자의 동작을 감지하여 헬스케어 목적으로 활용하는 등 다양한 방면에 접목시킬 수 있다.
하지만, 이러한 종래의 걸음검출 기술은 걸음검출의 정확도를 최대화하면서도 잡음 신호에 의한 과다 검출을 최소화하기 위해, 다양한 걸음 신호 분석 기술(예를 들어, 걸음 신호의 정점을 확인하기 위해 해당 정점이 지나간 시점에 대한 실제 걸음 여부를 판별하기 위한 기술)이 보행자가 걸음을 내딛는 순간보다 후행적으로 적용된다. 실제, 보행자의 보행 시 가속도 센서를 통해 감지되는 충격 에너지는 중력 에너지의 영향을 받게 되는데, 걸음을 내딛기 직전 최저치의 충격 에너지가 검출되며 걸음을 내딛는 순간부터 가파르게 상승한 다음, 다시 하락할 때는 다음 걸음으로 이어지는 상태가 된다. 따라서, 이러한 걸음 신호에 대한 가속도 에너지의 순차적인 기울기 변화들을 이용하여 선행 최저치, 최고치, 후행 최저치 등을 분석하는 종래의 기술은 보행자가 걸음을 내딛는 순간에 실시간으로 걸음검출을 하기 어렵다는 점에서 한계가 있었다.
또한, 종래의 실시간 걸음검출 기술은 실제로는 걸음을 내딛는 순간보다 약간의 지연(delay)이 발생하거나 혹은 다양한 보행 환경에 대한 걸음 인식률이 떨어진다는 문제점을 가지고 있었다. 특히, 연속된 2개의 가속도 신호에 대한 미분값, 특정 문턱값, 비교신호의 단조 증가 혹은 감소 등을 적용한 종래의 걸음검출 기술에서는 걸음 신호의 최고치를 지난 직후에 걸음 검출이 가능하다는 한계점이 있었다. 뿐만 아니라, 이러한 기술은 보행자의 보행 시 보행자의 바지 주머니 속에서 측정 장치가 빠르게 요동치는 경우 가속도 신호의 파형이 매우 복잡하게 나타남으로 인해, 걸음검출 직후에 신호가 일시 감소했다가 다시 가파르게 상승하는 등의 불규칙한 일부 잡음을 보행자의 걸음으로 오인식 할 우려가 있었다.
뿐만 아니라, 현재 상용 스마트폰 어플리케이션 중 실시간 걸음검출 서비스를 비교적 정확하게 제공하는 어플리케이션에 있어서도, 실제 걸음에서 가속도 신호의 진폭이 매우 작게 나타나는 경우(예를 들어, 실내 스텝머신 상에서 보행하는 경우 등), 실제 걸음수보다 현저하게 적은 걸음수가 검출된다는 점에서, 일반적인 활용도가 높은 스마트폰 어플리케이션 혹은 휴대용 헬스케어 기기 등에서 보행자의 다양한 보행 환경에 따른 최적의 걸음검출 시스템을 제공하기 위해서는, 잡음 신호에 의한 간섭을 최소화하면서 다양한 보행 환경에 관계없이 정확한 신호 인식률을 유지할 수 있어야 하며, 또한 걸음검출 시스템에 의한 기기의 부하 및 배터리 소모율을 최소화시켜야 한다는 필요성이 대두되고 있다.
이에, 본 발명자는 종래의 이러한 걸음검출 기술이 가지는 다양한 문제점 및 한계점을 해결하기 위하여, 보행자가 걸음을 내딛는 순간에서부터 걸음검출 시점이 사실상 동일시점에 지연되지 않도록 실시간으로 검출할 수 있고, 다양한 보행 환경에서도 보행자의 걸음을 정확하게 검출하면서도 배터리 소모율을 최소화함으로써, 스마트폰 혹은 다양한 헬스케어 기기 등에 적용 가능하도록 하여 휴대성을 극대화시킨 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템 및 방법을 발명하기에 이르렀다.
한국등록특허 제10-1391162호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 보행자가 걸음을 내딛는 순간에서부터 걸음검출 시점이 사실상 동일시점에 지연 없이 실시간으로 검출할 수 있고, 다양한 보행 환경에서도 보행자의 걸음을 정확하게 검출할 수 있도록 하는 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
특히, 본 발명은 보행자의 다양한 보행 환경에 따른 잡음 신호에 의한 간섭을 최소화하면서도 정확한 걸음 신호 인식률을 유지하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 최소한의 배터리 소모율을 통해 스마트폰 혹은 다양한 헬스케어 기기 등에 적용 가능하도록 하여 휴대성을 극대화시킨 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 방법은 가속도 센서를 통해 검출된 보행자의 걸음에 대한 가속도 신호 상에서 중력방향 가속도 신호를 추출한 후, 상기 중력방향 가속도 신호를 평활화(smoothing)하는 단계, 상기 평활화된 중력방향 가속도 신호를 토대로 제1 문턱값 조건 데이터 및 제2 문턱값 조건 데이터에 해당하는 후보정점 데이터를 추출하는 단계, 상기 추출된 후보정점 데이터와 기 추출된 후보정점 데이터 간의 시차 데이터가 기 설정된 주파수 범위 내에 위치하는지 여부를 판단하는 단계 및 기 추출된 후보정점 데이터가 있는지 여부를 토대로, 상기 추출된 후보정점 데이터가 상기 보행자의 걸음에 해당하는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 후보정점 데이터를 추출하는 단계는 상기 평활화된 중력방향 가속도 신호가 제1 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단하는 단계 및 상기 평활화된 중력방향 가속도 신호 및 기 평활화된 중력방향 가속도 신호 간의 차이가 제2 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제1 문턱값 조건 데이터는 기준 문턱값(bar threshold) 조건 데이터이며 상기 제2 문턱값 조건 데이터는 격차 문턱값(gap threshold) 조건 데이터일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 추출된 후보정점 데이터가 상기 보행자의 걸음에 해당하는지 여부를 판단하는 단계는 기 설정된 복수의 걸음 주파수 대역에 대한 최대 주파수 데이터 간의 제1 시차데이터를 산출하는 단계, 기 설정된 복수의 걸음 주파수 대역에 대한 최저 주파수 데이터 간의 제2 시차데이터를 산출하는 단계, 상기 추출된 후보정점 데이터 및 상기 기 추출된 후보정점 데이터 간의 제3 시차데이터를 산출하는 단계 및 상기 제3 시차데이터가 상기 제1 및 제2 시차데이터 사이에 해당하는지 여부를 토대로, 상기 추출된 후보정점 데이터가 상기 보행자의 걸음인지 여부를 판단하며, 만약 상기 제3 시차데이터가 상기 제1 및 제2 시차데이터 사이에 해당하지 않거나 혹은 상기 추출된 후보정점 데이터가 최초 후보정점 데이터인 경우 상기 추출된 후보정점 데이터가 상기 보행자의 걸음이 아닌 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 상기 추출된 후보정점 데이터가 상기 보행자의 걸음에 해당하는지 여부를 판단한 후, 상기 가속도 신호값이 최대값 이후 기 설정된 기준값을 하향돌파(zero crossing)하는지 여부를 판단하는 단계, 상기 가속도 신호값 및 기 검출된 가속도 신호값의 최대값 간의 차이가 상기 제2 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단하는 단계 및 상기 하향돌파 하는지 여부 및 상기 제2 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단한 결과를 토대로, 차회 후보정점 데이터를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템은 상기 방법 중 적어도 어느 하나 이상의 방법에 따라 구현될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 보행자가 걸음을 내딛는 순간에서부터 걸음검출 시점이 사실상 동일시점에 지연 없이 실시간으로 검출할 수 있고, 다양한 보행 환경에서도 보행자의 걸음을 실시간으로 정확하게 검출할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 보행자의 다양한 보행 환경에 따른 잡음 신호에 의한 간섭을 최소화하면서 정확한 걸음 신호 인식률을 유지할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 종래의 걸음검출 방법 대비 알고리즘 및 산출방법이 간단하므로, 걸음검출 산출에 따른 시스템 과부하 및 그에 따른 배터리 소모율을 감소시키는 이점을 가진다.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 최소한의 배터리 소모율을 통해 스마트폰 혹은 다양한 헬스케어 기기 등에 적용됨으로써 높은 효율성 및 편리한 휴대성을 가질 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 보행자의 보행 시 실시간 걸음 수, 걸음 시간 등의 활동 정보를 보행자에게 정확하게 제공 및 인지시킬 수 있다는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 신호 처리부(120)에서 신호 평활화를 수행하는 과정을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 트레드밀(treadmill) 상에서 보행자가 본원발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템(100)으로 구현된 검출기기를 트레이닝복 바지 주머니에 넣고 걸었을 경우 추출된 중력방향 가속도 신호를 도시한 도면이다.
도 4는 트레드밀 상에서 추출된 중력방향 가속도 신호를 평활화한 결과를 토대로 실제 보행자의 걸음을 검출한 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 스텝머신(step machine) 상에서 추출된 중력방향 가속도 신호를 평활화한 결과를 토대로 실제 보행자의 걸음을 검출한 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 걸음 검출부(130)에서 걸음을 검출하는 일련의 과정을 순서대로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 신호 처리부(120)에서 신호 평활화를 수행하는 과정을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템(100)은 가속도 센서부(110), 신호 처리부(120), 걸음 검출부(130) 및 화면 표시부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 가속도 센서부(110)는 좌표평면계 상에서 X축, Y축, Z축의 3축에 대한 기울기를 측정하는 3축 가속도 센서(110a) 모듈 및 이러한 X축, Y축, Z축 데이터를 토대로 후술되는 신호 처리부(120)에서 처리 가능한 데이터를 출력 및 연산하는 API(Application Programming Interface, 110b)를 포함하여 구성될 수 있다.
가속도 센서부(110)에서 3축(x축, y축, z축)의 가속도 신호를 획득할 때, 3축 가속도 센서(110a)의 움직임이 없는 상태에서의 기본 중력값인 1G를 기준값으로 설정할 수 있으며, 이때 1G는 9.8m/s2의 값을 갖는 중력값을 의미할 수 있다. 또한, 3축 가속도 센서(110a)로부터 획득될 가속도 신호의 주파수는 40~100Hz 에 해당할 수 있다.
신호 처리부(120)는 3축 가속도 센서(110a) 및 API(120b)를 통해 획득된 3축 가속도 신호인 ax, ay, az 중에서 중력방향 가속도 신호를 추출하고, 추출된 신호를 가중 이동평균(weighted moving average)을 토대로 평활화(smoothing)하는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 3축 가속도 신호에서 중력방향 가속도 신호를 추출하는 방법은 크게 2가지가 될 수 있다.
먼저, 3축 가속도 센서(110a)에서 중력센서(gravity sensor)가 함께 제공될 경우, 3축 가속도 신호의 중력방향 대비 각도를 활용하여 중력방향 가속도 신호를 계산하는 방법이 적용될 수 있다. 즉, 3축 가속도 신호인 ax, ay, az가 실제 중력방향과 이루는 각도를 API(110b)를 통해 획득한 후, 각 축의 각도에 삼각함수 코사인(cosine)을 적용함으로써 해당 시점에 중력방향으로 작용하는 가속도 신호 ag를 계산할 수 있다.
두 번째로는, 중력은 3축 가속도 센서(110a)가 기울어진 위치와는 무관하게 항상 작용하기 때문에, 3축 가속도 센서(110a)의 가속도 신호만으로 중력방향 가속도 신호를 추정하는 방법이 적용될 수 있다.
3축 가속도 신호인 ax, ay, az 각각에 대한 가중 이동평균값을 구하는데, 이는 현재 가속도 신호값에 (1-α)의 가중치를 두고 이전 시점의 가중 이동평균값에 α의 가중치를 둔 후 계산할 수 있으며, 이때, α값은 약 0.98을 최고치로 3축 가속도 센서(110a)의 신호 주파수에 비례하여 조정할 수 있다. 그 다음, 3축의 가중 이동평균값 각각의 기본 중력값 대비 비율을 3축 가속도 신호인 ax, ay, ax에 적용함으로써, 중력방향으로 추정된 가속도 신호 ag를 계산할 수 있다.
이러한 3축 가속도 신호에서 중력방향 신호 ag가 추출되면, 해당 가속도 신호의 잡음을 최소화하기 위해 신호 평활화를 수행할 수 있는데, 이는 가속도 신호값에 대한 가중 이동평균값을 구함으로써 산출될 수 있다. 즉, 추출된 가속도 신호값에 (1-β)의 가중치를 두고 이전 시점의 가중 이동평균값에 β의 가중치를 두어 평활화된 신호 sag를 계산할 수 있고, 이때, β는 약 0.5를 최저치로 3축 가속도 센서(110a)의신호 주파수에 비례하여 조정될 수 있다.
한편, 걸음 검출부(130) 및 화면 표시부(140)에 대해서는 후술되는 도 3 내지 도 5를 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 3은 트레드밀(treadmill) 상에서 보행자가 본원발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템(100)으로 구현된 검출기기를 트레이닝복 바지 주머니에 넣고 걸었을 경우 추출된 중력방향 가속도 신호를 도시한 도면이고, 도 4는 트레드밀 상에서 추출된 중력방향 가속도 신호를 평활화한 결과를 토대로 실제 보행자의 걸음을 검출한 상태를 도시한 도면이며, 도 5는 스텝머신 상에서 추출된 중력방향 가속도 신호를 평활화한 결과를 토대로 실제 보행자의 걸음을 검출한 상태를 도시한 도면이다.
도 3을 살펴보면, 도 3은 트레드밀(treadmill)에서 속도 5km/h, 경사 5도의 상태로 사용자가 검출기기(미도시)를 트레이닝복 바지 주머니에 넣고 걸음을 걸었을 경우, 실제 추출된 중력방향 가속도 신호를 예시한 것으로서, 사용자가 검출기기(미도시)를 손에 들고 눈을 확인하면서 걷는 상황에서보다 3축 가속도 센서(110a)로부터 출력되는 가속도 신호가 매우 복잡함을 확인할 수 있고, 도 4를 살펴보면, 중력방향 가속도 신호(ag)에 비해 평활화된 신호(sag)에서 3축 가속도 센서(110a)의 가속도 신호에 대한 잡음이 상당히 제거되었음을 알 수 있다.
걸음 검출부(130)는 평활화된 중력방향 가속도 신호(sag)를 토대로, 정해진 조건에 부합하는 후보정점(candidate peak)들을 추출하고, 각 후보정점이 정상적인 걸음의 주파수 대역 내에 해당하는지 여부를 확인하여 실제 걸음인지 여부를 판별할 수 있다.
본원발명의 걸음 검출부(130)에서는 추출된 가속도 신호값이 후보정점이 되도록 하기 위하여, 평활화된 중력방향 가속도 신호가 제1 문턱값 조건 데이터(기준 문턱값) 이상인지 여부 및 평활화된 중력방향 가속도 신호 및 기 평활화된 중력방향 가속도 신호(이전에 평활화되어 저장된 중력방향 가속도 신호)가 제2 문턱값 조건 데이터(격차 문턱값) 이상인 여부를 판단함으로써 추출된 가속도 신호값이 후보정점의 조건을 충족시키는지 판단할 수 있다.
여기에서, 제1 문턱값 조건 데이터는 기준 문턱값(bar threshold)을 의미할 수 있는데, 기준 문턱값은 가속도 신호의 크기가 일정 수준 이상인지 여부를 확인하기 위함으로써, 기본 중력값(1G) 대비 약 0.2~0.6에 해당할 수 있다. 한편, 기준 문턱값만 적용하는 경우 일부 잡음을 걸음으로 오인식할 우려가 있으므로, 가속도 신호값이 이전의 가속도 신호값에 대한 최저치에서 제2 문턱값 조건 데이터인 격차 문턱값(bar threshold) 이상 증가하였는지 여부도 확인할 수 있다. 이때, 이전의 가속도 신호값에 대한 최저치는 이전 후보정점 이후 가속도 신호의 최저값을 의미할 수 있으며, 격차 문턱값은 기본 중력값 대비 약 0.8~1.6에 해당할 수 있다.
후보정점이 추출되고 나면, 걸음 검출부(130)는 해당 후보정점이 일반적인 걸음(예를 들어, 걷기 혹은 달리기 등)의 주파수 대역 내에 위치하는지 여부를 통해 실제 걸음에 해당하는지, 잡음에 해당하는지 여부를 판단하게 된다.
일반적으로, 사람의 느린 걸음의 걸음수는 약 60걸음/분이고 단거리 육상선수의 걸음수는 약 220걸음/분인 바, 바람직하게는 걸음의 주파수 대역은 약 1~3.7Hz가 해당될 수 있다.
한편, 이러한 주파수 대역을 걸음검출에 적용하기 위해서는, 추출된 후보정점 및 이전에 추출된 후보정점 간의 시차가 최고 걸음 주파수의 시차(약 0.27초)보다 작지 않고 최저 주파수의 시차(약 1초)보다 크지 않은지 여부를 비교한 후, 두 후보정점 간의 시차가 상기 주파수 대역 내에 있으면 실제 보행자의 걸음인 것으로 판단할 수 있다. 만약, 추출된 후보정점이 최초에 해당하거나, 해당 시차가 걸음 주파수 대역인 약 1~3.7Hz의 주파수 대역을 벗어나는 경우에는 해당 후보정점이 실제 걸음에 따른 가속도 신호가 아닌 것으로 판단할 수 있다.
또한, 추출된 후보정점이 보행자의 실제 걸음에 해당하는지 여부를 판단한 후에는, 가속도 신호값이 최대값 이후 기 설정된 기준값을 하향돌파(zero crossing)하였는지 여부를 판단하고, 가속도 신호값과 이전에 검출된 가속도 신호값의 최대값 간의 차이가 격차 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단한 후, 하향돌파 하였는지 여부 및 격차 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단한 결과를 토대로 차회 후보정점을 추출할 수 있다. 이때, 기준값은 기본 중력값(1G)일 수 있다. 이러한 과정을 토대로, 이전 후보정점에서의 최고값을 토대로 정확한 최저값을 검출할 수 있으며, 이를 통해 차회 걸음에 대한 후보정점을 정확하게 추출할 수 있다.
도 5를 살펴보면, 도 5는 스텝머신 상에서 분당 약 115 걸음의 페이스로 보행자가 검출기기를 한 손에 든 채로 걸음을 걸었을 경우, 평활화된 신호에서 실제 걸음을 정확하게 검출하는 예시로서, 발을 바닥에 디디면서 걷는 상황 등에서보다 가속도 신호의 크기가 매우 작아졌음에도 불구하고, 걸음으로 판별된 후보정점들이 매 걸음 신호의 최대값 시점 또는 그 이전에 정확하게 실시간으로 표시되어 보행자의 걸음을 안정적으로 검출하고 있음을 확인할 수 있다.
화면 표시부(140)는 상술한 걸음 검출부(130)에서 보행자의 걸음을 인식할 때마다 실시간으로 화면에 이를 표시하는 역할을 수행할 수 있으며, 예를 들어 하루 총 걸음 수, 현재 연속된 걸음의 누적 걸음수 등을 기본적으로 표시할 수 있으며, 이런 데이터를 토대로 하루 총 걸은 시간, 걸음으로 인한 소모 칼로리 등을 추정 및 표시할 수도 있고, 일 실시예에서는 이를 소리 혹은 진동 등의 수단을 이용하여 알림, 팝업 형식으로 표시할 수도 있다.
다음으로는, 도 6을 통해 걸음 검출부(130)에서 보행자의 걸음을 검출하는 과정을 순서대로 살펴보기로 한다.
도 6은 도 1에 도시된 걸음 검출부(130)에서 걸음을 검출하는 일련의 과정을 순서대로 도시한 도면이다.
도 6을 살펴보면, 먼저 걸음 검출부(130)에 평활화된 중력방향 가속도 신호(sag)가 입력되면 걸음 검출부(130)에서는 입력된 가속도 신호값 및 기 추출된 가속도 신호값의 최저값 간의 차이가 격차 문턱값 이상이면서, 입력된 가속도 신호값이 기준 문턱값 이상인지 여부를 토대로 후보정점인지를 판단하게 된다(S601).
만약, 후보정점이 아닌 것으로 판단되는 경우, 걸음 검출부(130)에 새로이 평활화된 중력방향 가속도 신호(sag)가 입력되게 되고, 만약 후보정점인 것으로 판단되는 경우, 걸음 검출부(1300)는 해당 후보정점이 기 설정된 주파수 대역 내에 위치하는지 여부를 판단하게 된다(S602).
만약, 기 설정된 주파수 대역 내에 위치하는 경우 걸음 검출부(130)는 해당 걸음이 실제 보행자의 걸음인 것으로 판단하여 걸음을 검출하게 되고(S603), 그 후 걸음 검출부(130)는 가속도 신호값의 최대값 이후 기 설정된 기준값을 하향돌파 하는지 여부 및 입력된 가속도 신호값 및 기 검출된 가속도 신호값의 최대값 간의 차이가 격차 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단하여 그 결과를 토대로 차회 후보정점 데이터를 추출하고(S604), 만약 해당 걸음이 실제 보행자의 걸음이 아닌 것으로 판단한 경우에는 걸음 검출부(130)는 곧바로 가속도 신호값의 최대값 이후 기 설정된 기준값을 하향 돌파하는지 여부 및 입력된 가속도 신호값 및 기 검출된 가속도 신호값의 최대값 간의 차이가 격차 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단하여 그 결과를 토대로 차회 후보정점 데이터를 추출하게 된다.
살펴본 바와 같이, 본 발명을 통해 보행자의 걸음에 대한 후보정점을 추출하고 걸음 여부를 판별할 경우, 보행자가 걸음을 내딛는 순간에 무지연 실시간으로 걸음검출이 가능하고, 가속도 센서에서 감지되는 에너지 신호는 보행자가 걸음을 내딛기 직전에 최저치, 걸음을 내딛는 순간부터 가파르게 상승하여 최고치에 도달한 이후 다음 걸음으로 이어지게 되는데, 본 발명에서는 가속도 신호값이 최고치에 도달하기 전에 혹은 늦어도 최고치 시점에는 걸음을 검출할 수 있기 때문에, 다양한 보행 환경에서도 걸음을 검출하는 시점이 지연됨이 없이 보다 정확하고 안정적으로 실시간 걸음검출이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 방법
110: 가속도 센서부
110a: 3축 가속도 센서
110b: API
120: 신호 처리부
130: 걸음 검출부
140: 화면 표시부

Claims (5)

  1. 가속도 센서를 통해 입력된 보행자의 걸음에 대한 가속도 신호 상에서 중력방향 가속도 신호를 추출한 후, 상기 중력방향 가속도 신호를 평활화(smoothing)하는 단계;
    상기 평활화된 중력방향 가속도 신호를 토대로 제1 문턱값 조건 데이터 및 제2 문턱값 조건 데이터에 해당하는 후보정점 데이터를 추출하는 단계;
    상기 추출된 후보정점 데이터와 기 추출된 후보정점 데이터 간의 시차 데이터가 기 설정된 주파수 범위 내에 위치하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 주파수 범위 내에 위치하는지 여부를 토대로, 상기 추출된 후보정점 데이터가 상기 보행자의 걸음에 해당하는지 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후보정점 데이터를 추출하는 단계는,
    상기 평활화된 중력방향 가속도 신호값이 제1 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 평활화된 중력방향 가속도 신호값 및 기 평활화된 중력방향 가속도 신호의 최저값 간의 차이가 제2 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 문턱값 조건 데이터는 기준 문턱값(bar threshold) 조건 데이터이며, 상기 제2 문턱값 조건 데이터는 격차 문턱값(gap threshold) 조건 데이터인 것을 특징으로 하는,
    가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 추출된 후보정점 데이터가 상기 보행자의 걸음에 해당하는지 여부를 판단하는 단계는,
    기 설정된 복수의 걸음 주파수 대역에 대한 최대 주파수 데이터 간의 제1 시차데이터를 산출하는 단계;
    기 설정된 복수의 걸음 주파수 대역에 대한 최저 주파수 데이터 간의 제2 시차데이터를 산출하는 단계;
    상기 추출된 후보정점 데이터 및 상기 기 추출된 후보정점 데이터 간의 제3 시차데이터를 산출하는 단계; 및
    상기 제3 시차데이터가 상기 제1 및 제2 시차데이터 사이에 해당하는지 여부를 토대로, 상기 추출된 후보정점 데이터가 상기 보행자의 걸음인지 여부를 판단하며, 만약 상기 제3 시차데이터가 상기 제1 및 제2 시차데이터 사이에 해당하지 않거나 혹은 상기 추출된 후보정점 데이터가 최초 후보정점 데이터인 경우 상기 추출된 후보정점 데이터가 상기 보행자의 걸음이 아닌 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 추출된 후보정점 데이터가 상기 보행자의 걸음에 해당하는지 여부를 판단한 후, 상기 평활화된 중력방향 가속도 신호값이 최대값에 도달한 이후 기 설정된 기준값을 하향돌파(zero crossing)하는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 평활화된 중력방향 가속도 신호값 및 기 검출된 가속도 신호값의 최대값 간의 차이가 상기 제2 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 하향돌파 하는지 여부 및 상기 제2 문턱값 조건 데이터 이상인지 여부를 판단한 결과를 토대로, 차회 후보정점 데이터를 추출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 따라 구현된 가속도 센서를 이용한 무지연 실시간 걸음검출 시스템.
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