KR102490847B1 - 손목에 착용하는 다중 축 만보계 - Google Patents

손목에 착용하는 다중 축 만보계 Download PDF

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Abstract

손목 착용식 만보계는 다중 축 관성 센서를 포함한다. 어느 축이 안정한 주기 신호를 생성하고 있는지를 결정하기 위해 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 신호들이 수신되어 개별적으로 분석되며, 그 축은 계수 축, 즉 스텝을 계수하기 위해 사용될 축으로서 선택된다. 또한, 만보계는 계수 축이 팔 동작 또는 발자국을 기록하고 있는지를 결정한다. 사용자의 스텝은 계수 축으로부터의 신호에서 검출된 이벤트, 예를 들면 검출된 피크들 또는 피크들 사이의 간격에 기초하여 계수된다. 계수 축이 발자국을 기록하고 있는 경우라면 검출된 이벤트마다 한 스텝이 계수되며 계수 축이 팔 동작을 기록하고 있는 경우라면 검출된 이벤트마다 두 스텝이 계수된다. 만일 선택된 계수 축의 안정이 상실되면, 안정한 주기 신호를 생성하고 있는 또 다른 축이 계수 축으로서 선택된다.

Description

손목 착용식 다중 축 만보계{MULTIPLE AXIS WRIST WORN PEDOMETER}
본 발명은 만보계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자의 손목 착용식 다중 축 만보계(multiple axes pedometer)에 관한 것이다.
만보계는 사용자에 의해 파지되거나 착용되어 사용자에 의해 수행되는 걸음(스텝, step)의 수를 계수(count)하는 잘 알려진 전자 디바이스이다. 일반적으로, 현대 만보계는 관성 센서(inertial sensor), 예를 들어, 하나 이상의 가속도계를 사용하여, 만보계의 움직임을 검출한다. 종종, 만보계는 사용자의 몸통에 착용되는데, 예를 들어, 벨트 또는 접은 옷깃에 클립 결합되거나 또는 포켓에 배치된다. 사용자의 몸통에 착용될 때, 관성 센서가 받는 주요 힘은 사용자에 의해 수행되는 걸음과 연관된 힘이다. 따라서, 관성 센서로부터 수신된 신호는 상대적으로 용이하게 분석되어 사용자에 의해 수행되는 걸음을 검출하고 계수할 수 있다. 그러나, 만보계가 사용자의 손목에 착용될 때, 관성 센서는, 예를 들어, 사용자의 손목의 움직임에 의해 야기되는 추가적인 상당한 힘을 받는다. 나아가, 손목 착용식 만보계의 배향은, 사용자가 걷거나 또는 달릴 때, 예를 들어, 사용자가 팔꿈치를 굽힐 때 상당히 변할 수 있다. 따라서, 만보계가 사용자의 손목에 착용될 때 걸음을 검출하고 계수하는 것은 몸통에 착용된 만보계보다 더 복잡하다.
손목 착용식 만보계는 다중 축 관성 센서를 포함한다. 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 신호가 수신되고 별개로 분석되어, 안정적인 주기 신호(stable periodic signal)를 생성하는 축이 어느 것인지를 결정하고, 이 축을 계수 축, 즉, 걸음을 계수하는데 사용되는 축으로 선택한다. 추가로, 만보계는 상기 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정한다. 사용자의 걸음은 계수 축으로부터의 신호에서 검출된 이벤트, 예를 들어, 검출된 피크(peak) 또는 피크들 사이의 간격에 기초하여 계수된다. 상기 계수 축이 발걸음을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 한 걸음이 계수되고, 상기 계수 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 두 걸음이 계수된다. 선택된 계수 축의 안정성이 상실된 경우, 안정적인 주기 신호를 생성하는 다른 축이 있는 경우, 이 다른 축이 계수 축으로 선택된다.
일 구현에서, 손목 착용식 만보계로 걸음을 계수하는 방법은 손목 착용식 만보계에서 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 신호를 수신하는 단계; 상기 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 각 신호에서 피크를 검출하는 단계; 상기 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 각 신호에서 피크들 사이의 간격을 계산하는 단계; 피크들 사이의 간격에 기초하여 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축을 결정하는 단계; 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하는 단계; 및 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 발걸음을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 한 걸음을 계수하고, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 두 걸음을 계수하는 단계를 포함한다.
일 구현에서, 걸음을 계수하는 손목 착용식 만보계는, 각 축에 대한 신호를 제공하는 다중 축 관성 센서; 및 상기 다중 축 관성 센서에 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 손목 착용식 만보계에서 상기 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 신호를 수신하고, 상기 프로세서는, 상기 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 각 신호에서 피크를 검출하는 동작; 상기 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 각 신호에서 피크들 사이의 간격을 계산하는 동작; 피크들 사이의 간격에 기초하여 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축을 결정하는 동작; 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하는 동작; 및 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 발걸음을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 한 걸음을 계수하고, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 두 걸음을 계수하는 동작을 수행하도록 구성된다.
도 1은 다중 축 관성 센서를 포함하는 손목 착용식 만보계를 도시하는 도면.
도 2는 사용자가 걷고 있을 때 손목에 만보계를 착용한 사용자를 도시하는 도면.
도 3은 사용자가 걷고 있을 때 시간 길이(length of time)에 걸쳐 만보계의 관성 센서에 의해 생성되는 3개의 신호를 도시하는 도면.
도 4는 만보계에 의해 사용될 수 있는 손목 착용식 만보계로 걸음을 계수하는 과정을 도시하는 흐름도.
도 5는 만보계에 의해 사용될 수 있는 손목 착용식 만보계로 걸음을 계수하는 다른 과정을 도시하는 흐름도.
도 6은 사용자에 의해 손목에 착용되고 다중 축 관성 센서와 제어 유닛을 포함하는 만보계의 블록도.
도 7은 본 명세서에 설명된 방법을 구현하는데 사용되는 만보계의 제어 유닛의 성분을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1은 다중 축 관성 센서(110)를 포함하는 손목 착용식 만보계(100)를 도시한다. 손목 밴드의 일부분이 만보계(100)의 측면으로부터 연장하는 것으로 도시된다. 관성 센서(110)는 만보계(100) 내에 있어서 점선 라인으로 도시되어 있다. 다중 축 관성 센서(110)는, 예를 들어, 3 축 가속도계일 수 있고, 여기서 여러 축은 X, Y, 및 Z로 표시된다. 만보계(100)는 또한 프로세서, 메모리 등을 포함할 수 있는 점선으로 도시된 내부 제어 유닛(120)을 더 포함한다. 만보계(100)는 정보, 예를 들어, 걸음 계수, 이동 거리, 시간 등을 사용자에 디스플레이하고, 사용자 입력을 위한 터치 패드로 기능할 수 있는 사용자 인터페이스(102)를 더 포함할 수 있다. 원하는 경우, 만보계(100)는 사용자 입력을 위한 단단한 버튼(미도시)을 포함할 수 있다.
도 2는 사용자가 걷고 있을 때 손목에 만보계(100)를 착용한 사용자(90)를 도시한다. 예시를 위하여, 사용자(90)는 자기의 몸통에 만보계(92)를 착용하는 것으로 더 도시되어 있다. 만보계(92)에서 검출된 힘은 기본적으로 걸음을 수행하는 사용자(100)와 연관된 (화살표(92v)로 도시된) 수직 힘이다. 다시 말해, 각 걸음 동안 사용자가 위쪽과 아래쪽으로 움직이는 것과 연관된 힘과 중력의 힘에 더하여, 만보계(92)에서 관성 센서는 지면에서 사용자의 발의 충격을 검출한다. 만보계(92)는 사용자의 몸통에 있어서, 지면에서 두 발의 충격을 검출할 수 있다.
이에 반해, 손목 착용식 만보계(100)는 사용자의 팔과 함께 이동하여, 관성 센서의 하나의 축은 걸음을 수행하는 것과 연관된 수직 힘(화살표(100v)로 도시)을 검출할 수 있는 반면, 관성 센서의 다른 축은 사용자의 팔의 스윙과 연관된 수평 힘(화살표(100h)로 도시)을 검출할 수 있다. 추가로, 예를 들어, 사용자가 걷는 것과 달리는 것 사이를 전이할 때, 사용자는, 팔꿈치를 간단히 굽히는 것에 의해, 만보계(100)의 배향을 상당히 변화시켜서, 수직 힘과 수평 힘을 검출하는 관성 센서의 축을 변화시킬 수 있다.
도 3은, 예로서, 사용자(90)가 걸을 때 시간 길이에 걸쳐 만보계(100)의 관성 센서(110)에 의해 생성된 3개의 신호(300, 310 및 320)를 도시한다. 신호(300, 310, 및 320)는 만보계(100)에서 관성 센서(110)의 X 축, Y 축, 및 Z 축에 의해 각각 생성된 것으로 도시된다. 관성 센서(110)의 X 축은, 예로서, 걸음을 수행하는 것과 연관된 수직 힘에 민감하고, 관성 센서(110)의 Y 축은 만보계(100)를 착용한 사용자의 팔이 스윙하는 것과 연관된 수평 힘에 민감하다. Z 축은 수평 힘 또는 수직 힘을 수신하고 않아서, 잡음이 있는 신호(320)를 생성하는 것으로 도시된다.
걷는 것이나 달리는 것은 반복 가능한 신체 운동이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, X 축과 Y 축으로부터의 신호(300)와 신호(310)는, 각각, 주기적이다. 알 수 있는 바와 같이, Y 축으로부터의 신호(310)의 주기성(periodicity)은 X 축으로부터의 신호(300)의 주기성의 2배이다. 주기성의 차이는 수직 힘에 민감한 축으로부터의 신호, 예를 들어, 도 3에 도시된 X 축으로부터의 신호(300)에서는 주기(period)마다 한 걸음이 있는 반면, 수평 힘에 민감한 축으로부터의 신호, 예를 들어, 도 3에 도시된 Y 축으로부터의 신호(310)에서는 주기마다 두 걸음이 있기 때문이다.
만보계(100)는 관성 센서(110)의 각 축으로부터의 신호를 별개로 분석하여 안정적인 주기 신호를 생성하는 축이 어느 것인지를 결정한다. 안정적인 주기 신호를 생성하는 축은 계수 축, 즉, 걸음을 계수하는 데 사용되는 축으로 선택된다. 추가로, 만보계(100)는 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정한다. 사용자의 걸음은 계수 축으로부터의 신호에 기초하여 계수되는데, 여기서 계수 축이 발걸음을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 한 걸음이 사용되고, 계수 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 두 걸음이 사용된다. 선택된 계수 축에 대한 주기성이 사라지는 경우, 안정적인 주기 신호를 생성하는 다른 축이 계수 축으로 선택되고, 새로운 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지가 결정된다. 걸음을 계수하는 것은 새로운 계수 축으로부터의 신호를 사용하여 계속된다.
도 4는 만보계(100)에 의해 사용될 수 있는 손목 착용식 만보계로 걸음을 계수하는 과정을 예시하는 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 손목 착용식 만보계에서 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터 신호가 수신된다(402). 원하는 경우, 신호는, 예를 들어, 이동 평균 필터(moving average filter), 또는 임의의 다른 원하는 필터를 사용하여 필터링되어 신호를 평활화할 수 있다. 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 신호에서 피크가 검출된다(404). 신호에서 피크를 검출하는 것은 이 기술 분야에 잘 알려져 있다. 예로서, 피크 최대값은 신호의 방향이 변할 때를 결정하는 것에 의해 발견할 수 있다. 예를 들어, 신호 X에 대해, 각 점에서 Δx = X(t) - X(t-1)이 계산될 수 있고, 여기서 Δx는 X의 방향을 나타낼 수 있고, 즉, Δx≥0인 경우, X는 위 방향으로 가고 있고, 그렇지 않은 경우 X는 아래 방향으로 가고 있는데, Δx가 양(positive)으로부터 음(negative)으로 변할 때, X(t-1)는 검출된 피크로 고려될 수 있다. 피크를 검출하는 다른 방식은 제2계(second order) 차이를 사용하는 것이다. 예를 들어, 신호 X에 대해, 제1계(first order) 차이(Δx)는 각 샘플링 점에 대해 계산될 수 있다. 일단 Δx
Figure 112016015161858-pat00001
0이라면, 국부 최대 점(피크) 또는 국부 최소 점(골)이 있다. 제2계 차이(ΔΔx)를 계산하는 것에 의해, 이 점이 최소 점(골)인지, 즉, ΔΔx≥0인지, 또는 이 점이 국부 최대 점(피크)인지, 즉, ΔΔx<0인지 여부가 결정될 수 있다. 피크를 검출하는 다른 방법이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 미리 결정된 최소값을 초과하는 기울기를 가지고 아래쪽으로-가는 0점 교차를 하는 신호의 제1 미분에 기초하여 피크 최대값이 발견될 수 있다. 원하는 경우, 피크 최대값은 원래의 신호가 미리 결정된 진폭 임계값을 초과하는 점에서만 있을 수 있다. 도 3은, 예로서, 신호(300, 310, 및 320)에서 검출된 피크를 "x"로 도시한다. 각 신호로부터의 피크는 임의의 원하는 방식으로 검출될 수 있다.
각 축에 대한 피크들 사이의 간격이 계산되고(405) 안정적인 주기 신호를 갖는 축이 피크들 사이의 간격에 기초하여 결정된다(406). 따라서, 각 축에서 간격들의 시간 시리즈(time series)가 결정된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, X 축에서 신호(300)에 대한 시간 시리즈 간격은 IX0, IX1, IX2, IX3, IX4, ...으로 표시되고; Y 축에서 신호(310)에 대한 시간 시리즈 간격은 IY0, IY1, IY2, IY3, IY4, ...으로 표시되고; Z 축에서 신호(320)에 대한 시간 시리즈 간격은 IZ0, IZ1, IZ2, IZ3, IZ4, ..으로 표시된다. 미리 설정된 개수의 간격이 분석되어 주기의 안정성이 결정된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예로서, 각 축에 대해, 가장 최근의 5개의 간격이 이동하는 창(moving window)을 사용하여 분석되어 안정성이 결정된다. 물론, 미리 설정된 개수의 간격은 원하는 경우 5를 초과하거나 5 미만일 수 있다. 일 구현에서, 각 축에 대해, 가장 최근에 미리 설정된 개수의 간격들에 대한 표준 편차(standard deviation)가 결정되고 이 표준 편차는 미리 결정된 임계값(T)과 비교되어 이 축이 안정적인 주기 신호를 생성하는지 여부가 결정된다. 원하는 경우, 다른 계측을 사용하여 안정성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 안정성은 주파수 영역에서 결정될 수 있다. 주파수 영역에서, 이동하는 창에 신호의 주파수가 빽빽한 것(compactness)은 안정성을 암시적으로 나타낸다. 예로서, 도 3에서 X 축은 미리 결정된 개수, 예를 들어, 5개의 연속적인 안정적인 간격을 생성하는 제1축이다. 따라서, X 축은 계수 축, 즉, 걸음을 계수하는데 사용되는 축으로 기능한다.
X 축으로부터의 신호(300)의 주기의 안정성은 이동하는 창을 사용하여 계속해서 모니터링되는데, 즉 가장 최근에 미리 설정된 개수의 간격들을 분석하여 X 축으로부터의 주기 신호가 더 이상 안정적이지 않은지 여부를 결정하는 것에 의해 계속해서 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 가장 최근에 미리 설정된 개수의 간격들에 대한 표준 편차는 계속해서 갱신되고 이 표준 편차는 미리 결정된 임계값(T)과 비교되어 이 축이 안정적인 주기 신호를 계속 생성하는지 여부가 결정된다. 원하는 경우, 일단 안정적인 축이 결정되면, 상이한, 예를 들어, 감소된, 임계값을 사용하여 이 축이 안정적인 주기 신호를 계속 생성하는지 여부를 결정할 수 있다. 추가로, 나머지 축을 계속해서 모니터링하여 안정적인 주기 신호를 생성하는지 여부를 결정할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 안정적인 주기 신호를 갖는 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지가 결정된다(408). 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하는 것은, 축이 발걸음을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 한 걸음이 계수되고, 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 두 걸음이 계수되도록 수행된다(410). 검출된 이벤트는, 신호에서 각 피크 또는 신호에서 피크들 사이의 간격일 수 있다. 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지는, 예를 들어, 계수 축의 주기에 기초하여 결정될 수 있다. 팔이 움직이는 하나의 주기 동안 2개의 발걸음이 있다. 따라서, 계수 축의 주기를, 예를 들어, 다른 안정적인 축의 주기와 비교하는 것에 의해; 계수 축이 팔의 움직임을 등록하고 있는지 또는 발걸음을 등록하고 있는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 일 구현에서, 계수 축으로부터의 피크들 사이에 주기를 결정할 수 있고, 안정적인 주기 신호를 갖는 임의의 축으로부터의 최단 주기(shortest period)에 기초하여 최소 주기 시간 길이(minimum periodic time length)를 결정할 수 있다. 계수 축의 주기는 최소 주기 시간 길이와 비교될 수 있다. 계수 축이 최소 주기 시간 길이보다 상당히 더 큰 주기, 예를 들어, 대략 2배의 주기를 가지는 경우, 계수 축은 팔의 움직임을 등록하고 있고, 그렇지 않은 경우 계수 축은 발걸음을 등록하고 있다.
전술된 바와 같이, 계수 축으로부터의 신호의 주기의 안정성은 계속해서 모니터링된다. 다른 축의 안정성도 또한 계속해서 모니터링될 수 있다. 계수 축이 안정성을 상실하면, 예를 들어, 가장 최근에 미리 설정된 개수의 간격들에 대한 표준 편차가 미리 결정된 임계값 미만으로 떨어지면, 안정적인 주기 신호를 갖는 상이한 축을 검색하는 것이 수행된다. 예를 들어, 각 나머지 축에 대해, 가장 최근에 미리 설정된 개수의 간격들에 대한 표준 편차가 결정되고 이 표준 편차는 미리 결정된 임계값(T)과 비교되어 이 축이 안정적인 주기 신호를 생성하는지 여부가 결정된다. 이 축이 안정적인 주기 신호를 생성하고 있다면, 이 축은 계수 축이 된다.
원하는 경우, 상이한 계수 축을 검색하기 전에 현재 계수 축이 불안정하다는 것을 검출하는 대신, 상이한 축이 현재 계수 축보다 더 안정적인 것으로 결정될 때 이 상이한 축이 계수 축으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 현재 계수 축의 안정성과 이 상이한 축의 안정성을 결정하고 서로 비교하여, 상이한 축의 안정성이 더 큰 경우, 상이한 축이 계수 축으로 선택될 수 있다. 원하는 경우, 상이한 축의 안정성은 미리 결정된 임계값만큼 현재 계수 축의 안정성을 초과하는 것이 요구될 수 있다. 전술된 바와 같이, 현재 계수 축의 안정성과 이 상이한 계수 축의 안정성은 가장 최근에 미리 설정된 개수의 간격들에 대한 표준 편차를 계산하는 것을 포함하여 임의의 원하는 방식으로 결정될 수 있다.
안정적인 주기 신호를 갖는 새로운 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지가 결정된다. 새로운 계수 축이 발걸음을 등록하는 경우에는 새로운 계수 축으로부터 검출된 이벤트마다 한 걸음이 계수되고, 새로운 계수 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 두 걸음이 계수된다. 새로운 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지는, 예를 들어, 새로운 계수 축의 주기에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 새로운 계수 축의 주기는, 예를 들어, 이전의 계수 축으로부터의 주기와 비교될 수 있다.
도 5는 만보계(100)에 의해 사용될 수 있는 손목 착용식 만보계로 걸음을 계수하는 다른 과정을 도시하는 흐름도이다. 도 5의 과정은 도 4에 도시된 과정과 유사하지만, 원하는 경우 구현될 수 있는 추가적인 특징을 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 손목 착용식 만보계에서 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터 신호가 수신된다(502). 신호는, 예를 들어, 이동 평균 필터, 또는 임의의 다른 원하는 필터로 필터링되어 원하는 경우 신호를 평활화할 수 있다. 전술된 바와 같이, 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 신호에서 피크가 검출되고(504) 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 인접한 피크들 사이의 간격이 결정된다(506).
초기 계수 축이 결정된다(508). 예를 들어, 전술된 바와 같이, 초기 계수 축은 제1 안정적인 축으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 축은, 가장 최근에 미리 설정된 개수의 간격들에 대한 표준 편차를 계산하고 이 표준 편차를 미리 결정된 임계값(T)과 비교하는 것에 의해 안정적인 것으로 결정될 수 있다. 이 표준 편차가 임계값(T) 미만인 경우, 이 축은 미리 설정된 개수의 연속적인 안정적인 간격을 생성하고 있어서 안정적인 것으로 고려된다. 초기 계수 축으로부터의 주기의 시간 길이는 "초기 주기 시간 길이(initial periodic time length)"로 저장될 수 있다. 초기 계수 축으로부터의 주기의 시간 길이는 미리 설정된 개수의 간격들의 평균 또는 중간 주기(median period)일 수 있다. 따라서, 도 3을 참조하면, X 축이 안정적인 주기 신호를 생성하고 있는 제1축인 것으로 결정되어서 초기 계수 축인 것으로 결정된다고 가정하면, 초기 주기 시간 길이는 간격 IX0, IX1, IX2, IX3, IX4의 평균 또는 중간값이다. 추가로, "최소 주기 시간 길이"는 초기 주기 시간 길이로 초기화될 수 있다. 그러나, 최소 주기 시간 길이는 계수 과정 동안 계속해서 갱신된다. 따라서, 계수 과정 동안 임의의 시간에, 임의의 축이 미리 설정된 개수의 연속적인 안정적인 간격을 생성하고 미리 설정된 개수의 간격의 평균 또는 중간값이 현재 최소 주기 시간 길이 미만인 경우, 최소 주기 시간 길이가 갱신된다. 일반적으로, 최소 주기 시간 길이는 하나의 발걸음에 대한 시간인 것으로 고려될 수 있다.
추가로, 도 5에 도시된 바와 같이, 초기 계수 축이 결정될 때 "승산 계수(multiplication coefficient)"와 "2-걸음 계수(two-step coefficient)"가 초기화된다(508). 승산 계수는 0.5 또는 1 또는 2일 수 있는 열거 변수이다. 승산 계수는 현재 계수 축으로부터의 주기 시간 길이와 초기 주기 시간 길이 사이의 승산 관계를 나타낸다. 다시 말해, 초기 주기 시간 길이를 하나의 유닛(unit)으로 고려하면, 승산 계수는 현재 계수 축에서 하나의 검출된 이벤트(즉, 하나의 검출된 피크 또는 피크들 사이의 간격)에 얼마나 많은 유닛(0.5 또는 1 또는 2)이 존재하는지를 나타낸다. 초기 계수 축의 주기 시간 길이는 초기 주기 시간 길이를 한정하기 때문에, 승산 계수는 1의 값으로 초기화된다. 계수 축이 스위칭되면 승산 계수는 갱신된다.
2-걸음 계수는 1 또는 2일 수 있는 다른 열거 변수이다. 2-걸음 계수는 초기 주기 시간 길이에 얼마나 많은 걸음(1 걸음 또는 2 걸음)이 존재하는지를 나타낸다. 초기 주기 시간 길이를 하나의 유닛으로 고려하면, 각 검출된 이벤트(즉, 하나의 검출된 피크 또는 피크들 사이의 간격)는 (승산 계수로 지시된) 일정 개수의 유닛을 포함하고, 각 유닛은, 초기 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지에 따라 (2-걸음 계수로 지시된) 1 걸음 또는 2 걸음을 나타낸다. 2-걸음 계수는 초기 계수 축의 주기를 다른 안정적인 축으로부터의 주기 또는 최소 주기 시간 길이와 비교하는 것에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 일 구현에서, 2-걸음 계수는 다음 수학식, 즉:
Figure 112016015161858-pat00002
으로 결정될 수 있다.
위 수학식에서, IPTL은 초기 주기 시간 길이(initial periodic time length)이고, MPTL은 최소 주기 시간 길이(minimal periodic time length)이다. 2-걸음 계수는 1로 초기화되지만, 계수가 종료되지 않았다면 모든 축을 사용하여 계속해서 갱신된다(510). 예를 들어, 수학식 1을 참조하면, 최소 주기 시간 길이가 감소된 시간에, 2-걸음 계수는 갱신될 수 있는 것을 알 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 계수 축이 안정적이라면(512), 예를 들어, 가장 최근에 미리 설정된 개수의 간격들에 대한 표준 편차가 전술된 미리 결정된 임계값(T) 미만인 경우, 걸음은 계속해서 갱신된(510) 2-걸음 계수와 승산 계수에 기초하여 계수 축을 사용하여 계수된다(514). 예를 들어, 계수 축에서 검출된 피크 또는 검출된 피크들 사이의 간격일 수 있는 계수 축에서 검출된 이벤트에 기초하여 걸음이 계수될 수 있다. 각 검출된 이벤트는 승산 계수와 2-걸음 계수의 곱과 승산되어 걸음을 결정할 수 있다. 나아가, 미리 설정된 개수의 간격이 지나갈 때까지(및 안정적인 것이 확인될 때까지) 계수 축이 식별되지 않기 때문에, 검출된 이벤트의 개수는 미리 설정된 개수의 간격으로 초기화된다. 예를 들어, 5개의 안정적인 간격 후에 계수 축이 결정된 경우에, 걸음 계수는 5개의 걸음에서 시작할 수 있다. 2-걸음 계수가 현재 계수 축에 대해 1로부터 2로 갱신된 경우, 검출된 이벤트의 개수에 2가 승산된다. 예를 들어, 2-걸음 계수가 2가 되기 전에 리포트된 걸음의 수는 n개의 검출된 이벤트에 기초하여 n이고, 2-걸음 계수가 2가 된 후, n+1의 이벤트가 검출되면, 총 걸음 계수는 2n+2의 걸음으로 증가한다.
계수 축이 더 이상 안정적이지 않은 경우(512), 계수 축은 관성 센서의 나머지 축들 중 하나로 스위칭된다(516). 나머지 축들 중 안정적인 축이 없다면, 스위칭은 성공적이지 않고(518) 계수는 종료된다(520). 계수가 종료되면 (520), 과정은 원하는 경우 단계(502)에서 다시 시작할 수 있다. 한편, 나머지 축들 중 안정적인 축이 있다면, 스위칭은 성공적이다(518). 계수 축을 스위칭할 때, 승산 계수가 갱신된다(522). 승산 계수를 갱신하는 것은 새로운 계수 축의 평균 또는 중간 주기를 초기 주기 시간 길이와 비교하는 것에 기초한다. 예를 들어, 새로운 계수 축의 평균 주기가 초기 주기 시간 길이의 절반 미만인 경우, 승산 계수는 0.5이고, 새로운 계수 축의 평균 주기가 초기 주기 시간 길이의 2배를 초과하는 경우, 승산 계수는 2이고, 그렇지 않은 경우 승산 계수는 1이다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 초기 계수 축이 X 축이었고, 안정성을 상실한 후, 새로운 계수 축이 Y 축이라고 가정하면, 새로운 계수 축의 평균 또는 중간 주기(IYAVE로 표시)는 현재 시간(C)까지 미리 설정된 개수의 연속적인 안정적인 간격들, 예를 들어, IYC -4, IYC -3, IYC -2, IYC -1, IYC의 평균 또는 중간값으로 결정될 수 있다. 승산 계수는 다음과 같이 0.5 또는 1 또는 2로 선택될 수 있다:
Figure 112016015161858-pat00003
현재 계수 축이 안정적인 것으로 남아 있는 한(512), 계속해서 갱신된(510) 2-걸음 계수와 갱신된 승산 계수(522)에 기초하여 현재 계수 축(514)을 사용하여 걸음이 계수된다.
전술된 바와 같이 계수 축을 스위칭하여 걸음을 계수하는 과정 동작을 예시하는 일부 예시가 제공된다. 하나의 예에서, 초기 계수 축이 팔의 움직임을 등록하고, 스위칭 후 계수 축은 발걸음을 등록한다. 이 예에서, 초기 계수 축은 안정적인 주기 신호를 생성하는 제1축으로 결정된다. 초기 주기 시간 길이는 초기 계수 축의 평균 주기로 저장되고, 최소 주기 시간 길이는 초기 주기 시간 길이로 초기화된다. 승산 계수는 1로 초기화되고, 2-걸음 계수는 1로 초기화되지만, 발걸음을 등록하는 비-계수 축에서 안정적인 주기 신호가 검출되면 최소 주기 시간 길이가 신속히 감소하기 때문에 2-걸음 계수는 2로 신속히 갱신된다. 따라서, 초기 계수 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우, 검출된 피크 또는 검출된 피크들 사이의 간격일 수 있는 각 검출된 이벤트는 승산 계수(1)와 2-걸음 계수(2)의 곱, 즉, 1*2=2로 승산되고, 이에 따라, 각 검출된 이벤트에 대해 2 걸음이 계수된다. 일부 점에서, 예를 들어, 초기 계수 축이 더 이상 안정적이지 않고 상이한 계수 축에 안정적인 간격이 있는 경우 계수 축은 스위칭되고, 이 상이한 계수 축이 새로운 계수 축이 된다. 이 예에서, 새로운 계수 축은 발걸음을 등록하고 있으며, 이에 따라, 새로운 계수 축에 대한 평균주기는 초기 주기 시간 길이의 대략 절반이다. 따라서, 계수 축이 스위칭되면, 승산 계수는 0.5로 갱신된다. 따라서, 새로운 계수 축이 발걸음을 등록하는 경우, 각 검출된 이벤트는 승산 계수(0.5)와 2-걸음 계수(1)의 곱, 즉, 0.5*2=1로 승산되고, 이에 따라, 각 검출된 이벤트에 대해 1 걸음이 계수된다.
다른 예에서, 초기 계수 축이 발걸음을 등록하고, 스위칭 후 계수 축은 팔의 움직임을 등록한다. 상기 예와 같이, 초기 계수 축은 안정적인 주기 신호를 생성하는 제1축으로 결정되고, 초기 주기 시간 길이는 초기 계수 축의 평균 주기로 저장되고, 최소 주기 시간 길이는 초기 주기 시간 길이로 초기화된다. 승산 계수는 1로 초기화되고, 2-걸음 계수는 1로 초기화된다. 이 예에서, 팔의 움직임을 등록하는 비-계수 축에서 안정적인 주기 신호가 검출되면 최소 주기 시간 길이가 감소하지 않기 때문에 초기 계수 축에 대해 2-걸음 계수는 1로 유지된다. 따라서, 초기 계수 축이 발걸음을 등록하는 경우, 검출된 피크 또는 검출된 피크들 사이의 간격일 수 있는 각 검출된 이벤트는 승산 계수(1)와 2-걸음 계수(1)의 곱, 즉, 1*1=1로 승산되고, 이에 따라, 각 검출된 이벤트에 대해 1 걸음이 계수된다. 일부 점에서, 예를 들어, 초기 계수 축이 더 이상 안정적이지 않고, 상이한 계수 축에 안정적인 간격이 있는 경우, 계수 축이 스위칭되고, 이 상이한 계수 축이 새로운 계수 축이 된다. 이 예에서, 새로운 계수 축은 팔의 움직임을 등록하고 있으며, 이에 따라, 새로운 계수 축에 대한 평균주기는 초기 주기 시간 길이의 대략 2배이다. 따라서, 계수 축이 스위칭되면, 승산 계수는 2로 갱신된다. 따라서, 새로운 계수 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우, 각 검출된 이벤트는 승산 계수(2)와 2-걸음 계수(1)의 곱, 즉, 2*1=2로 승산되고, 이에 따라, 각 검출된 이벤트에 대해 2 걸음이 계수된다.
다른 예에서, 초기 계수 축은 발걸음을 등록하고 있고, 스위칭 후 계수 축도 발걸음을 등록할 수 있는데, 이는, 예를 들어, 사용자가 팔꿈치를 굽혀 만보계의 배향을 경보(alerting)하는 경우 발생할 수 있다. 상기 예와 같이, 초기 계수 축은 안정적인 주기 신호를 생성하는 제1축으로 결정되고, 초기 주기 시간 길이는 초기 계수 축의 평균 주기로 저장되고, 최소 주기 시간 길이는 초기 주기 시간 길이로 초기화된다. 승산 계수는 1로 초기화되고, 2-걸음 계수는 1로 초기화된다. 이 예에서, 팔의 움직임을 등록하는 비-계수 축에서 안정적인 주기 신호가 검출되면 최소 주기 시간 길이가 감소하지 않기 때문에 초기 계수 축에 대해 2-걸음 계수는 1로 유지된다. 따라서, 초기 계수 축이 발걸음을 등록하는 경우, 검출된 피크 또는 검출된 피크들 사이의 간격일 수 있는 각 검출된 이벤트는, 승산 계수(1)와 2-걸음 계수(1)의 곱, 즉, 1*1=1로 승산되고, 이에 따라, 각 검출된 이벤트에 대해 1 걸음이 계수된다. 일부 점에서, 예를 들어, 초기 계수 축이 더 이상 안정적이지 않고, 상이한 계수 축에 안정적인 간격이 있는 경우, 계수 축은 스위칭되고, 이 상이한 계수 축이 새로운 계수 축이 된다. 이 예에서, 새로운 계수 축이 또한 발걸음을 등록하고 있어서, 이에 따라, 새로운 계수 축에 대한 평균주기는 초기 주기 시간 길이와 대략 동일하다. 따라서, 계수 축이 스위칭되면 승산 계수는 1로 유지된다. 따라서, 새로운 계수 축이 발걸음을 등록하는 경우, 각 검출된 이벤트는 승산 계수(1)와 2-걸음 계수(1)의 곱, 즉, 1*1=1로 승산되고, 이에 따라, 각 검출된 이벤트에 대해 1 걸음이 계수된다.
다른 예에서, 초기 계수 축이 팔의 움직임을 등록하고 있고, 스위칭 후 계수 축도 또한 팔의 움직임을 등록할 수 있는데, 이는, 예를 들어, 사용자가 팔꿈치를 굽혀 만보계의 배향을 변경하는 경우 발생할 수 있다. 상기 예에서와 같이, 초기 계수 축이 안정적인 주기 신호를 생성하는 제1축으로 결정되고, 초기 주기 시간 길이는 초기 계수 축의 평균 주기로 저장되고, 최소 주기 시간 길이가 초기 주기 시간 길이로 초기화된다. 승산 계수는 1로 초기화되고, 2-걸음 계수는 1로 초기화되지만, 발걸음을 등록하는 비-계수 축에서 안정적인 주기 신호가 검출되면 최소 주기 시간 길이가 신속히 감소하기 때문에 2-걸음 계수는 2로 신속히 갱신된다. 따라서, 초기 계수 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우, 검출된 피크 또는 검출된 피크들 사이의 간격일 수 있는 각 검출된 이벤트는, 승산 계수(1)와 2-걸음 계수(2)의 곱, 즉, 1*2=2로 승산되고, 이에 따라, 각 검출된 이벤트에 대해 2 걸음이 계수된다. 일부 점에서, 예를 들어, 초기 계수 축이 더 이상 안정적이지 않고, 상이한 계수 축에 안정적인 간격이 있는 경우, 계수 축이 스위칭되고, 이 상이한 계수 축이 새로운 계수 축이 된다. 이 예에서, 새로운 계수 축도 또한 팔의 움직임을 등록하고 있으며, 이에 따라, 새로운 계수 축에 대한 평균주기는 초기 주기 시간 길이와 대략 동일하다. 따라서, 계수 축이 스위칭되면, 승산 계수는 1로 유지된다. 따라서, 새로운 계수 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우, 각 검출된 이벤트는 승산 계수(1)와 2-걸음 계수(2)의 곱, 즉, 1*2=2로 승산되고, 이에 따라, 각 검출된 이벤트에 대해 2 걸음이 계수된다.
도 6은 사용자에 의해 손목에 착용되고 본 명세서에 설명된 다중 축 관성 센서(110)를 포함하는 만보계(100)의 블록도이다. 만보계(100)는 관성 센서(110)의 신호 축을 계수 축으로 사용하고, 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하고, 계수 축이 발걸음을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 한 걸음을 계수하고, 계수 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 두 걸음을 계수한다. 다중 축 관성 센서(110)는 2개 또는 3개의 축을 포함할 수 있고, 예를 들어, 3축 가속도계, 자이로스코프 등일 수 있다. 만보계(100)는, 예를 들어, 사용자가, 예를 들어, 정보를 입력하고, 선택을 하고, 만보계(100)를 리셋할 수 있는 실제 또는 가상 키 또는 다른 입력 디바이스와 디스플레이를 포함할 수 있는 사용자 인터페이스(102)를 더 포함한다.
만보계(100)는, 관성 센서(110)로부터의 신호를 수신하고 사용자 인터페이스(102)와 통신하도록 연결된 제어 유닛(120)을 더 포함한다. 제어 유닛(120)은 본 명세서에 설명된 관성 센서(110)로부터의 신호를 수신하고 처리하여, 계수 축을 선택하는 동작, 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하는 동작, 및 계수 축이 발걸음을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 한 걸음을 계수하고, 계수 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 두 걸음을 계수하는 동작을 수행한다. 제어 유닛(120)은 버스(120b), 프로세서(120p)와 그 연관된 메모리(120m), 하드웨어(120h), 펌웨어(120f), 및 소프트웨어(120s)에 의해 제공될 수 있다. 제어 유닛(120)은 다중 축 관성 센서(110)의 각 축으로부터의 신호에서 피크를 검출하는 피크 검출 유닛(122)을 포함하는 것으로 더 도시된다. 안정 신호 검출 유닛(124)은, 예를 들어, 각 축으로부터의 피크들 사이의 간격을 계산하고, 신호가 미리 결정된 개수의 연속적인 안정적인 간격을 생성하는지를 결정하는 것에 의해 관성 센서(110)로부터의 안정적인 주기 신호를 검출한다. 안정 신호 검출 유닛(124)은 계수 축을 식별하고 선택하여, 계수 축이 더 이상 안정적이지 않아서 스위칭이 요구되는지를 결정한다. 계수 축 등록 결정 유닛(126)은 현재 계수 축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정한다. 예를 들어, 계수 축 등록 결정 유닛(126)은 메모리(120m)에 저장될 수 있는 승산 계수와 2-걸음 계수를 초기화하고 갱신할 수 있다. 걸음 계수 유닛(128)은, 검출된 피크 또는 피크들 사이의 간격일 수 있는 계수 축에서 이벤트를 검출하고, 계수 축이 발걸음을 등록하는 경우에는 검출된 이벤트마다 한 걸음을 계수하고, 계수 축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는, 예를 들어, 승산 계수와 2-걸음 계수의 곱을 각 이벤트와 승산하는 것에 의해, 검출된 이벤트마다 두 걸음을 계수한다. 제어 유닛(120)은 사용자 인터페이스(102)의 디스플레이에 걸음의 수와, 걸음의 수로부터 결정될 수 있는 임의의 다른 관련된 정보, 예를 들어, 이동 거리, 소비 칼로리 등을 디스플레이할 수 있다.
피크 검출 유닛(122), 안정 신호 검출 유닛(124), 계수 축 등록 결정 유닛(126), 및 걸음 계수 유닛(128)은 명료함을 위해 프로세서(120p)와는 별개로 도시되어 있지만, 이는 프로세서(120p)의 일부이거나 또는 프로세서(120p)에서 실행되는 소프트웨어(120s)의 명령에 기초하여 프로세서에 구현될 수 있는 것으로 이해된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이 프로세서(120p)는 하나 이상의 마이크로프로세서, 매립된 프로세서, 제어기, 응용 특정 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC), 디지털 신호 처리 디바이스(digital signal processing device: DSPD), 프로그래밍 가능한 논리 디바이스(programmable logic device: PLD), 현장 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA) 등을 포함할 수 있으나 반드시 이들을 포함하는 것은 아닌 것으로 이해된다. 프로세서라는 용어는 특정 하드웨어라기보다는 시스템에 의해 구현되는 기능을 설명하려고 의도된 것이다. 나아가, 본 명세서에 사용된 바와 같이 "메모리"라는 용어는 장기(long term), 단기(short term)를 포함하는 임의의 유형의 컴퓨터 저장 매체, 또는 모바일 디바이스와 연관된 다른 메모리를 말하고, 메모리의 임의의 특정 유형 또는 메모리의 개수, 또는 메모리를 저장하는 매체의 유형으로 제한되지 않는다.
본 명세서에 설명된 방법은 응용 분야에 따라 여러 수단으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이 방법은 하드웨어(120h), 펌웨어(120f), 소프트웨어(120s), 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어로 구현하기 위해, 처리 유닛은 하나 이상의 응용 특정 집적 회로(ASIC), 디지털 신호 프로세서(DSP), 디지털 신호 처리 디바이스(DSPD), 프로그래밍 논리 디바이스(PLD), 현장 프로그래밍 게이트 어레이(FPGA), 프로세서, 제어기, 마이크로-제어기, 마이크로프로세서, 전자 디바이스, 본 명세서에 설명된 기능을 수행하도록 설계된 다른 전자 유닛, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
펌웨어 및/또는 소프트웨어로 구현하기 위하여, 본 방법은 본 명세서에 설명된 기능을 수행하는 모듈(예를 들어, 절차, 기능 등)로 구현될 수 있다. 명령을 유형적으로 구현하는 임의의 기계-판독 가능한 매체가 본 명세서에 설명된 방법을 구현하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드는 메모리(120m)에 저장되고 프로세서(120p)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(120m)는 프로세서(120p) 내에 구현되거나 또는 프로세서 외부에 구현될 수 있다. 펌웨어 및/또는 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능은 컴퓨터-판독 가능한 매체에 하나 이상의 명령 또는 코드로 저장될 수 있다. 예는 데이터 구조로 인코딩된 비-일시적인 컴퓨터-판독 가능한 매체와, 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터-판독 가능한 매체를 포함한다. 컴퓨터-판독 가능한 매체는 물리적인, 즉, 비-일시적인, 컴퓨터 저장 매체를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 예로서, 비-제한적으로 이 컴퓨터-판독 가능한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장매체, 자기 디스크 저장매체 또는 다른 자기 저장 디바이스, 또는 명령 또는 데이터 구조 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있고; 본 명세서에서 사용된 디스크는, 데이터를 레이저로 광학적으로 재생하는 콤팩트 디스크(compact disc: CD), 레이저 디스크(laser disc), 광학 디스크(optical disc), DVD(digital versatile disc) 및 블루레이 디스크(Blu-ray disc)와, 데이터를 통상 자기적으로 재생하는 플로피 디스크(floppy disk)를 포함한다. 상기 구성의 조합도 또한 컴퓨터-판독 가능한 매체의 범위에 포함된다.
도 7은, 본 명세서에 설명된 방법을 구현하는데 사용되는 제어 유닛(120)의 성분을 예로서 개략적으로 도시한다. 관성 센서(110) 외에, 도 7에 도시된 성분은 프로세서(120p), 예를 들어, FPGA의 성분 또는 모듈 내에 하드웨어로 식재되거나, 또는 별개의 하드웨어 성분으로 예를 들어 다수의 성분으로 구현될 수 있다. 나아가, 이들 성분은 프로세서(120p)를 포함하는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 대안적으로, 이들 성분은 하드웨어 또는 소프트웨어 성분의 조합으로 구현될 수 있다.
도 7은, 예로서, X, Y, 및 Z로 식별된 각 축으로부터 오고 필터(702)에 의해 수신되는 신호를 제공하는 다중 축 관성 센서(110)를 도시한다. 필터(702)는, 예를 들어, 신호가 프로세서(120p)(도 6)에 의해 또는 프로세서(120p)에 의해 수신되기 전에, 하드웨어로 구현될 수 있는, 신호를 평활화하는 이동 평균 필터, 또는 임의의 다른 원하는 필터일 수 있다. 대안적으로, 필터(702)는 프로세서(120p)에 의해 실행되는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 필터(702)는 피크 검출기(704)에 의해 수신된 X_Ave, Y_Ave, 및 Z_Ave으로 식별된 각 축으로부터의 신호들에 대해 이동 평균을 생성한다.
피크 검출기(704)는, 예로서, 각 축으로부터의 신호의 제1 미분을 결정하고, 아래쪽으로-가는 0점 교차(zero-crossing)가 미리 결정된 최소값을 초과하는 기울기를 가지고 원래의 신호가 미리 결정된 진폭 임계값을 초과하는지를 결정하여 피크를 검출할 수 있다. 피크 검출기(704)는 X_Peak, Y_Peak, 및 Z_Peak로 식별된 각 신호에서 식별된 피크를 간격 계산기(706)에 생성한다. 간격 계산기(706)는 각 축에서 연속적인 피크들 사이의 각 간격의 길이를 계산하고, X_Intrvl, Y_Intrvl, 및 Z_Intrvl로 식별된 간격 신호를 안정 신호 선택기(708)에 생성한다.
안정 신호 선택기(708)는 신호 X_Intrvl, Y_Intrvl, 및 Z_Intrvl를 분석하여 미리 설정된 개수의 간격들에 걸쳐 간격의 안정성을 결정한다. 예를 들어, 안정 신호 선택기(708)는 각 신호에서 가장 최근에 미리 설정된 개수, 예를 들어, 5개의 간격들에 대한 표준 편차를 결정할 수 있다. 각 축에 대한 표준 편차를 결정하기 위해, 안정 신호 선택기(708)는 미리 설정된 개수의 간격들의 길이의 평균을 생성하고, 이 평균 길이와 각 간격의 길이 사이의 제곱된 차이를 결정하고(예를 들어, 평균 길이와 각 간격의 길이를 결정하고 그 결과를 제곱하고 나서, 제곱된 차이들을 평균낼 수 있다). 안정 신호 선택기(708)는 이 표준 편차를 미리 결정된 임계값(T)과 비교하여 이 간격들이 안정적인지 여부를 결정할 수 있다. 안정적인 주기 신호를 가지는 것으로 결정된 제1축은 계수 축으로 선택되고, Stbl_Sig로 식별된 신호가 안정 신호 선택기(708)에서 생성된다. 안정 신호 선택기(708)는 신호 X_Intrvl, Y_Intrvl, 및 Z_Intrvl를 분석하여 선택된 계수 축이 더 이상 안정 신호를 생성하지 않는지를 결정하고 안정 신호를 생성하는 다른 축을 발견하는 것을 계속 수행한다. 안정 신호 선택기(708)는 계수 축이 변했다는 Chng으로 식별된 지사자를 생성한다. 추가로, 안정 신호 선택기(708)는 모든 축으로부터 가장 최근에 미리 설정된 개수의 간격들에 대해 Shrt_Ave으로 식별된 최단 평균 길이를 결정하고 생성한다.
알 수 있는 바와 같이, 간격들의 최단 평균 길이(Shrt_Ave)는, 설정 IPTL(initial periodic time length)(710)에 의해 수신되고, 이 설정 IPTL은, 초기 계수 축에 대한 간격들의 제1 수신된 최단 평균 길이(Shrt_Ave)를 초기 주기 시간 길이로 메모리에 저장한다. 계수 동작이 종료되고(예를 들어, 축의 스위칭이 실패하고) 계수 동작이 재-개시되지 않는 한, 초기 주기 시간 길이는 갱신되지 않는다. 설정 IPTL(710)는 IPTL로 식별된 초기 주기 시간 길이 값을 생성한다.
간격의 최단 평균 길이(Shrt_Ave)는 MPTL(minimal periodic time length) 및 TSC(two-step coefficient) 갱신기(712)에 의해 더 수신되고, 이 MPTL 및 TSC 갱신기는 설정 IPTL(710)로부터 IPTL 신호를 더 수신한다. 간격의 최단 평균 길이(Shrt_Ave)가 감소할 때마다 MPTL 및 TSC 갱신기(712)는 최소 주기 시간 길이를 계속해서 갱신한다. 추가로, 최소 주기 시간 길이가 감소될 때마다, MPTL 및 TSC 갱신기(712)는, 예를 들어, 수학식 1에 따라 최소 주기 시간 길이와 초기 주기 시간 길이를 사용하여 2-걸음 계수를 갱신한다. MPTL 및 TSC 갱신기(712)는 Two-Step Coeff라고 표시된 2-걸음 계수를 생성한다.
간격의 최단 평균 길이(Shrt_Ave)는 MC(multiplication coefficient) 갱신기(714)에 의해 더 수신되고, 이 MC 갱신기는 설정 IPTL(710)로부터의 IPTL 신호와, 안정 신호 선택기(708)로부터 변화 신호(Chng)를 더 수신한다. 예를 들어, 수학식 2에 따라 새로이 선택된 계수 축에 대한 평균 길이일 수 있는 간격들의 최단 평균 길이(Shrt_Ave)와 초기 주기 시간 길이를 사용하여 계수 축에 Chng으로 지시된 변화가 있을 때 MC 갱신기(714)는 승산 계수를 갱신한다. MC 갱신기(714)는 Mult Coeff라고 표시된 승산 계수를 생성한다.
걸음 카운터(716)는 Stbl_Sig에서 제공되는 각 간격을 계수하고, 2-걸음 계수와 승산 계수의 곱과 각 계수를 승산한다. 예를 들어, 피크 검출기(704)로부터의 피크를 갖는 신호가 걸음 카운터(716)에 제공되는 경우, 원하는 경우, 걸음 카운터(716)는 간격이 아니라 검출된 피크를 계수할 수 있다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되었으나, 본 발명은 이 특정 실시예로 제한되지 않는다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 여러 적응과 변형이 이루어질 수 있다. 그리하여, 첨부된 청구범위의 사상과 범위는 전술된 설명으로 제한되지 않는다.

Claims (18)

  1. 손목 착용식 만보계로 걸음(step)을 계수하는 방법에 있어서,
    상기 손목 착용식 만보계 내 다중 축 관성 센서(multiple axes inertial sensor)의 각 축으로부터의 신호를 수신하는 단계;
    상기 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 각 신호에서 피크를 검출하는 단계;
    상기 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 각 신호에서의 상기 검출된 피크들 사이의 간격을 계산하는 단계;
    상기 검출된 피크들 사이의 상기 간격의 안정성을 결정하는 단계;
    상기 검출된 피크들 사이의 상기 간격의 안정성에 기초하여 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축을 선택하는 단계;
    미리 결정된 개수의 이벤트에 대해 상기 안정적인 주기 신호에서의 검출된 이벤트에 기초하여 걸음을 계수하는 단계;
    상기 미리 결정된 개수의 이벤트 후에 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하는 단계;
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지에 기초하여 걸음 계수를 변경하는 단계;
    상기 안정적인 주기 신호에서의 검출된 추가 이벤트에 기초하여 걸음을 계속해서 계수하는 단계로서, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 발걸음을 등록하는 경우에는 상기 안정적인 신호에서의 검출된 이벤트마다 한 걸음이 계수되고 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 상기 검출된 이벤트마다 두 걸음이 계수되는, 단계; 및
    상기 걸음 계수를 상기 손목 착용식 만보계의 디스플레이 상에 표시하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출된 피크들 사이의 간격의 안정성을 결정하는 단계는:
    각 축으로부터의 각 신호에서의 상기 검출된 피크들 사이의 미리 설정된 개수의 간격들에 대한 표준 편차를 결정하는 단계; 및
    각 축으로부터의 상기 표준 편차를 미리 결정된 임계값과 비교하여 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축을 결정하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하는 단계는,
    상기 제1축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 평균 주기 또는 중간값 주기를 결정하는 단계;
    안정적인 주기 신호를 갖는 임의의 축으로부터 최단 주기에 기초하여 최소 주기 시간 길이를 결정하는 단계; 및
    상기 제1축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 평균 또는 중간값 주기를 상기 최소 주기 시간 길이와 비교하는 단계로서, 상기 제1축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 주기가 상기 최소 주기 시간 길이의 2배 이상인 경우 상기 제1축은 팔의 움직임을 등록하는 것으로 결정되는, 단계;
    를 포함하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안정적인 주기 신호에서의 상기 검출된 이벤트는 상기 검출된 피크 또는 상기 검출된 피크들 사이의 간격인, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    안정적인 주기 신호를 갖는 제2축을 결정하는 단계; 및
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하는 단계;
    를 추가로 포함하며,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 발걸음을 등록하는 경우에는 상기 안정적인 주기 신호에서의 상기 검출된 이벤트마다 한 걸음을 계수하고, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 상기 안정적인 주기 신호에서의 상기 검출된 이벤트마다 두 걸음을 계수하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축을 결정하는 단계는, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축을 선택하기 전에 상기 제1축으로부터의 신호에서의 상기 검출된 피크들 사이의 간격이 더 이상 안정적이지 않은 것을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축을 선택하는 단계는:
    상기 제1축으로부터의 신호에서의 검출된 피크들 사이의 간격의 안정성을 결정하는 단계;
    상기 제2축으로부터의 신호에서의 검출된 피크들 사이의 간격의 안정성을 결정하는 단계; 및
    상기 제2축으로부터의 신호에서의 상기 검출된 피크들 사이의 간격의 안정성이 상기 제1축으로부터의 신호에서의 상기 검출된 피크들 사이의 간격의 안정성을 초과하는 것을 결정하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하는 단계는:
    상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 평균 주기 또는 중간값 주기를 결정하는 단계;
    안정적인 주기 신호를 갖는 임의의 축으로부터의 최단 주기에 기초하여 최소 주기 시간 길이를 결정하는 단계; 및
    상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 평균 주기 또는 중간값 주기를 상기 최소 주기 시간 길이와 비교하는 단계로서, 상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 주기가 상기 최소 주기 시간 길이의 2배 이상인 경우 상기 제2축은 팔의 움직임을 등록하는 것으로 결정되는, 단계;
    를 포함하는, 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1축이 팔의 움직임을 등록하는 것으로 결정된 경우 2-걸음 계수는 2의 값으로 설정되고, 그렇지 않은 경우 1의 값으로 설정되며,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하는 단계는:
    상기 제1축이 안정적인 주기 신호를 생성하는 것으로 결정될 때 초기 주기 시간 길이를 상기 제1축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 평균 주기 또는 중간값 주기로 설정하는 단계; 및
    상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 평균 주기 또는 중간값 주기를 상기 초기 주기 시간 길이와 비교하는 단계로서, 상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 평균 주기 또는 중간값 주기가 상기 초기 주기 시간 길이의 절반 미만인 경우 승산 계수(multiplication coefficient)는 0.5로 설정되고, 상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 평균 주기 또는 중간값 주기가 상기 초기 주기 시간 길이의 2배를 초과하는 경우 상기 승산 계수는 2로 설정되고, 그렇지 않은 경우 상기 승산 계수는 1로 설정되는, 단계;
    를 추가로 포함하며,
    상기 2-걸음 계수와 상기 승산 계수의 곱과 각 검출된 이벤트를 승산함으로써, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 발걸음을 등록하는 경우에는 상기 제2축으로부터의 상기 안정적인 주기 신호에서의 상기 검출된 이벤트마다 한 걸음을 계수하고, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 상기 제2축으로부터의 상기 안정적인 주기 신호에서의 상기 검출된 이벤트마다 두 걸음을 계수하는, 방법.
  10. 걸음을 계수하는 손목 착용식 만보계로서,
    각 축에 대한 신호를 제공하는 다중 축 관성 센서;
    상기 만보계 사용자에게 걸음 계수를 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이; 및
    상기 다중 축 관성 센서 및 상기 디스플레이에 결합된 프로세서;
    를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 만보계 내 상기 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 신호를 수신하고, 상기 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 각 신호에서의 피크를 검출하고, 상기 다중 축 관성 센서의 각 축으로부터의 각 신호에서의 상기 검출된 피크들 사이의 간격을 계산하고, 상기 검출된 피크들 사이의 간격의 안정성을 결정하고, 상기 검출된 피크들 사이의 간격의 안정성에 기초하여 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축을 선택하고, 미리 결정된 개수의 검출된 이벤트에 대해 상기 안정적인 주기 신호에서의 검출된 이벤트에 기초하여 걸음을 계수하고, 상기 미리 결정된 개수의 검출된 이벤트 후에 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하고; 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 발걸음을 등록할지 또는 팔의 움직임을 등록할지에 기초하여 상기 걸음 계수를 변경하고, 상기 안정적인 주기 신호에서의 검출된 추가 이벤트에 기초하여 걸음을 계속해서 계수하되, 여기서 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 발걸음을 등록하는 경우에는 상기 안정적인 신호에서의 검출된 이벤트마다 한 걸음이 계수되고 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 상기 검출된 이벤트마다 두 걸음이 계수되며, 및 상기 디스플레이가 상기 걸음 계수를 표시하도록 하는, 만보계.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 각 축으로부터의 각 신호에서의 상기 검출된 피크들 사이의 미리 설정된 개수의 간격들에 대한 표준 편차를 결정하도록 구성함으로써 상기 검출된 피크들 사이의 안격의 안정을 결정하고; 및 각 축으로부터의 상기 표준 편차를 미리 결정된 임계값과 비교하여 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축을 결정하는, 만보계.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    제1축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 평균 주기 또는 중간값 주기를 결정하고;
    안정적인 주기 신호를 갖는 임의의 축으로부터의 최단 주기에 기초하여 최소 주기 시간 길이를 결정하고; 및
    상기 제1축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 평균 주기 또는 중간값 주기를 상기 최소 주기 시간 길이와 비교하되, 상기 제1축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 주기가 상기 최소 주기 시간 길이의 2배 이상인 경우 상기 제1축은 팔의 움직임을 등록하는 것으로 결정되도록 구성함으로써,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제1축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하도록 구성되는, 만보계.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 안정적인 주기 신호에서의 상기 검출된 이벤트는 상기 검출된 피크 또는 검출된 피크들 사이의 간격인, 만보계.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는 추가로, 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축을 선택하고; 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하도록 구성되며,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 발걸음을 등록하는 경우에는 상기 안정적인 주기 신호에서의 상기 검출된 이벤트마다 한 걸음을 계수하고, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 상기 검출된 이벤트마다 두 걸음을 계수하는, 만보계.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세서는 추가로, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축을 선택하기 전에 상기 제2축으로부터의 신호에서의 상기 검출된 피크들 사이의 간격이 더 이상 안정적이지 않은 것을 결정하도록 구성된, 만보계.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1축으로부터의 신호에서의 검출된 피크들 사이의 간격의 안정성을 결정하고;
    상기 제2축으로부터의 신호에서의 검출된 피크들 사이의 안정성을 결정하고; 및
    상기 제2축으로부터의 신호에서의 상기 검출된 피크들 사이의 간격의 안정성이 상기 제1축으로부터의 신호에서의 상기 검출된 피크들 사이의 간격의 안정성을 초과하는 것을 결정하도록 구성됨으로써,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축을 결정하도록 구성되는, 만보계.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 평균 주기 또는 중간값 주기를 결정하고;
    안정적인 주기 신호를 갖는 임의의 축으로부터의 최단 주기에 기초하여 최소 주기 시간 길이를 결정하고;
    상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 평균 주기 또는 중간값 주기를 상기 최소 주기 시간 길이와 비교하되, 상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 주기가 상기 최소 주기 시간 길이의 2배 이상인 경우 상기 제2축은 팔의 움직임을 등록하는 것으로 결정되도록 구성함으로써,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하도록 구성되는, 만보계.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1축이 팔의 움직임을 등록하는 것으로 결정될 때 2-걸음 계수를 2의 값으로 설정하고, 그렇지 않은 경우 상기 2-걸음 계수를 1의 값으로 설정하며,
    상기 프로세서는,
    상기 제1축이 안정적인 주기 신호를 생성하도록 결정될 때 초기 주기 시간 길이를 상기 제1축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 평균 주기 또는 중간값 주기로 설정하고; 및
    상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 평균 주기 또는 중간값 주기를 상기 초기 주기 시간 길이와 비교하되, 상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 평균 주기 또는 중간값 주기가 상기 초기 주기 시간 길이의 절반 미만인 경우 승산 계수를 0.5의 값으로 설정하고, 상기 제2축에서의 상기 검출된 피크들 사이의 상기 평균 주기 또는 중간값 주기가 상기 초기 주기 시간 길이의 2배를 초과하는 경우 상기 승산 계수를 2의 값으로 설정하고, 그렇지 않은 경우 상기 승산 계수를 1의 값으로 설정하도록 추가로 구성됨으로써,
    상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 팔의 움직임을 등록할지 또는 발걸음을 등록할지를 결정하도록 구성되며,
    상기 2-걸음 계수와 상기 승산 계수의 곱과 각 검출된 이벤트를 승산하도록 상기 프로세서를 구성하는 것에 의해, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 발걸음을 등록하는 경우에는 상기 제2축으로부터의 상기 안정적인 주기 신호에서의 상기 검출된 이벤트마다 한 걸음을 계수하고, 상기 안정적인 주기 신호를 갖는 제2축이 팔의 움직임을 등록하는 경우에는 상기 제2축으로부터의 상기 안정적인 주기 신호에서의 상기 검출된 이벤트마다 두 걸음을 계수하는, 만보계.
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