RU2631977C1 - Способ обнаружения механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ обнаружения механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2631977C1
RU2631977C1 RU2016146655A RU2016146655A RU2631977C1 RU 2631977 C1 RU2631977 C1 RU 2631977C1 RU 2016146655 A RU2016146655 A RU 2016146655A RU 2016146655 A RU2016146655 A RU 2016146655A RU 2631977 C1 RU2631977 C1 RU 2631977C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
digital
acceleration
threshold
input
Prior art date
Application number
RU2016146655A
Other languages
English (en)
Inventor
Иван Сергеевич Холопов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Priority to RU2016146655A priority Critical patent/RU2631977C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2631977C1 publication Critical patent/RU2631977C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00—Pattern recognition
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/60—Type of objects
    • G06V20/64—Three-dimensional objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/20—Movements or behaviour, e.g. gesture recognition
    • G06V40/23—Recognition of whole body movements, e.g. for sport training
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/20—Movements or behaviour, e.g. gesture recognition
    • G06V40/23—Recognition of whole body movements, e.g. for sport training
    • G06V40/25—Recognition of walking or running movements, e.g. gait recognition

Landscapes

  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

Предлагаемое изобретение относится к средствам распознавания с использованием электронных средств. Технический результат – повышение вероятности идентификации. Для этого предложен способ, который основан на сравнении на интервале времени анализа бинарного кода, формируемого из последовательности механических воздействий на чувствительный элемент, с одной или несколькими эталонными бинарными кодовыми комбинациями. По результатам сравнения входной и эталонных последовательностей выносится решение о принадлежности входной последовательности к классу, соответствующему кодам пользователя, или к классу, не соответствующему кодам пользователя. Устройство для осуществления данного способа содержит цифровой трехосный акселерометр, трехканальные цифровой фильтр, цифровое дифференцирующее устройство, пороговое устройство, схему запоминания знака результата дифференцирования, накопитель с входом сброса, схему выбора максимума и цифровой коррелятор, счетчик, элемент ИЛИ, а также репрограммируемое постоянное запоминающее устройство с входом программирования и пороговое устройство для принятия решения. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам и устройствам распознавания с использованием электронных средств.
Известны способ и устройство для ввода сигналов в электронные устройства [1], которые используют акселерометр с более чем одной осью чувствительности и анализируют скорость изменения ускорения. Условием ввода сигнала является превышение оцененной скоростью изменения ускорения заданного порогового значения. Недостатком такого способа для идентификации пользователя является плохая повторяемость результатов входного кодового механического воздействия.
Известно устройство обнаружения прикосновений [2], чувствительным элементом которого является одно-, двух- или трехосный акселерометр. Данное устройство анализирует только модуль изменения ускорения и при превышении верхнего или нижнего порога вырабатывает логический сигнал обнаружения однократного или двукратного прикосновения, однако не учитывает направление ускорения внешнего воздействия. Поэтому его использование для идентификации пользователя ограничено механическими кодами типа N-кратного прикосновения.
В качестве прототипа выбрано наиболее близкое по совокупности признаков устройство обнаружения заданного механического воздействия для идентификации пользователя [3] с трехосным цифровым акселерометром. Данное устройство анализирует и модуль, и знак изменения ускорения по первому отсчету, превысившему порог. Способ идентификации, реализуемый в устройстве-прототипе, основан на сравнении на интервале времени анализа бинарного кода, формируемого из последовательности механических воздействий (легких ударов), с эталонными бинарными кодовыми комбинациями, хранимыми в памяти устройства. Его недостатком является уменьшение вероятности идентификации пользователя при высоких (свыше 100 Гц) частотах дискретизации сигнала акселерометра.
Типовая структурная схема наиболее компактных - микроэлектромеханических - трехосных цифровых акселерометров содержит аналого-цифровой преобразователь с единственным входом [4], на который последовательно коммутируются выходные аналоговые сигналы чувствительных элементов по каждой из осей акселерометрах, X, Y и Z (фиг. 1). При больших амплитудах ускорения и высокой частоте дискретизации в устройстве-прототипе возможны ситуации, когда в момент действия переднего фронта импульса ускорения ошибочно фиксируется превышение порогового значения не по той оси, вдоль которой в основном прикладывалось механическое воздействие. Это поясняет фиг. 2, где сплошными линиями показаны аналоговые сигналы чувствительных элементов a k(t), k={X, Y, Z}, пунктирными линиями - моменты дискретизации сигналов ускорения по осям X, Y и Z, сплошными утолщенными линиями - амплитуды дискретных отсчетов a ki с периодом дискретизации Тд, выдаваемых интерфейсным контроллером цифрового акселерометра по окончании аналого-цифрового преобразования, тонкими сплошными линиями - верхнее Н и нижнее L пороговые значения. Из примера на фиг. 2 видно, что при основном направлении механического воздействия вдоль оси X из-за последовательного выполнения процедуры аналого-цифрового преобразования в устройстве-прототипе будет ошибочно принято превышение порогового значения по оси Z, поскольку следующие дискретные отсчеты, где максимальное значение соответствует оси X, не анализируются, так как попадают в интервал нечувствительности Ннч. Интервал нечувствительности в устройстве-прототипе наступает непосредственно после обнаружения первого отсчета по оси X, Y или Z, превысившего порог H или L.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение вероятности идентификации. Способ, реализуемый в устройстве-прототипе [3], основан на преобразовании разности первого порядка (производной) от измеряемого ускорения в каждом из каналов в цифровой код с алфавитом (-1, 0, 1) и корреляционном обнаружении данного кода на интервале времени анализа. По результатам корреляционного анализа принимается решение о принадлежности последовательности сигналов с цифрового трехосного акселерометра к классу, соответствующему кодам пользователя (пользователей), или к классу, не соответствующему кодам пользователя (пользователей).
Алгоритм преобразования (квантования) цифрового сигнала акселерометра по оси чувствительности k, k - {X, Y, Z}, в код с алфавитом (-1, 0, 1) у устройства-прототипа имеет вид:
Figure 00000001
где а k,i и a k,i-1 - соответственно измеренные проекции ускорения на ось чувствительности акселерометра k, k={X, Y, Z}, в моменты времени i и i - 1; L и Н - соответственно нижний и верхний пороги квантования.
Если импульсного механического воздействия нет, то ускорение вдоль каждой из осей меняется медленно и на выходе квантователя действует значение у=||ух, уу, уz||T=||0, 0, 0||T, где «T» - символ транспонирования. При наличии скачкообразного изменения проекции ускорения на ось чувствительности k на выходе квантователя действует значение с |уk|=1, а знак (плюс или минус) зависит от направления приложенного внешнего ускорения.
Коррелятор вычисляет величину
Figure 00000002
yэj =||ухэ, yyэ, yzэ||T - значения эталонного вектора в момент j-го воздействия, yj=||yx, yy, yz||T - значения вектора в момент j-го воздействия, полученные по (1).
Решающее правило для обнаружения механического кода имеет вид:
1) если R=N, где N - длина кодовой последовательности, то принимается решение об обнаружении кода, совпадающего с кодом (кодами) идентифицируемого пользователя;
2) R<N, то идентификации пользователя не происходит.
Для повышения вероятности правильного обнаружения превышения пороговых значений импульсами ускорения по осям {X, Y, Z} в структурную схему устройства-прототипа вместо трехканального квантователя введены трехканальное пороговое устройство, схема запоминания знака, трехканальный накопитель и схема выбора максимума.
Схема запоминания знака фиксирует знак разности первого порядка, при котором впервые произошло превышение порога:
Figure 00000003
k={X, Y, Z}, где sign(-) - функция знака:
Figure 00000004
Трехканальный накопитель суммирует абсолютные значения разностей первого порядка в каждом канале, если хотя бы в одном из каналов обнаружено превышение порога:
Figure 00000005
Схема выбора максимума по завершении интервала нечувствительности Тнч - фиксированного интервала времени 0,2...0,5 с после действия импульса ускорения либо интервала времени, в течение которого за Мнч тактов подряд не происходит превышения верхнего и нижнего порогов, - выдает результат квантования:
Figure 00000006
Пороговое устройство сравнивает результат (2) с числом элементов механического кода N: при выполнении равенства вырабатывает логическую «1» и логический «0» - в противном случае. Сигнал логической «1» соответствует обнаружению заданного механического воздействия.
Вычисления по (3)-(6) поясняет фиг. 3.
Функции автоматического сброса коррелятора, трехканального накопителя и схемы запоминания знака, а также формирования интервала нечувствительности при отсутствии внешних ускорений выполняет счетчик.
Для решения указанной выше технической задачи в устройство, содержащее последовательно соединенные цифровой трехосный акселерометр, трехканальный цифровой фильтр, трехканальное цифровое дифференцирующее устройство, трехуровневый трехканальный квантователь и цифровой трехканальный коррелятор, а также репрограммируемое постоянное запоминающее устройство с входом программирования, выходы которого соединены с входами подачи опорной комбинации для цифрового трехканального коррелятора, счетчик, на входы которого поступают три линии с выходов трехуровневого квантователя, а выход соединен со входом сброса коррелятора, и пороговое устройство, на один вход которого поступает порог с репрограммируемого постоянного запоминающего устройства, а на другой - выходной сигнал коррелятора, вместо трехуровневого квантователя по верхнему и нижнему порогам введены трехканальное пороговое устройство, трехканальная схема запоминания знака результата дифференцирования, трехканальный накопитель с входом сброса и трехканальная схема выбора максимума.
Работу устройства можно описать следующим образом. Сигналы с цифрового трехосного акселерометра 1 (фиг. 4) подвергаются цифровой фильтрации в фильтре 2 с целью уменьшения уровня собственных шумов акселерометра. Цифровое дифференцирующее устройство 3 формирует отсчеты, значение которых представляет собой разность первого порядка относительно последовательности отсчетов с трехосного акселерометра 1. Трехканальное пороговое устройство 4, схема запоминания знака 5, трехканальный накопитель 6 и схема выбора максимума 7 решают задачу трехуровневого квантования для преобразования амплитуды импульсов ускорения каждого из каналов к конечному алфавиту (-1, 0, 1).
С помощью трехканального коррелятора 11 определяется коэффициент корреляции эталонной кодовой последовательности, хранящейся в репрограммируемом постоянном запоминающем устройстве 10, и последовательности со знаками ускорений с выхода схемы выбора максимума 7. Полученное значение сравнивается с порогом, поступающим с репрограммируемого постоянного запоминающего устройства, в пороговом устройстве 12. При совпадении с порогом принимается решение о принадлежности механического кода пользователя к кодам идентифицируемых пользователей и формируется информационный сигнал высокого логического уровня. Для автоматического обнуления трехканального коррелятора 11 и накопителя 6 используется счетчик 9, который при отсутствии в течение заданного интервала времени ТНЧ (определяется длительностью интервала нечувствительности) отличных от уровня логической единицы сигналов с выхода схемы логического «ИЛИ» 8 формирует сигнал сброса. Текущее состояние счетчика увеличивается на единицу по заднему фронту логического сигнала со схемы логического «ИЛИ» 8 и определяет адрес ячейки репрограммируемого постоянного запоминающего устройства 6, в которой хранится трехэлементный вектор эталонной комбинации. Счетчик автоматически сбрасывается в нулевое значение, если в течение интервала ожидания импульса ускорения TОИ на него не поступает импульсов высокого логического уровня со схемы «ИЛИ» 8.
Источники информации
1. European Patent ЕР 1 818 755, Int. Cl. G06F 1/16, G06F 3/01. Tapping operation method and mobile electrical apparatus with the tapping operation function / Wu K.-C; Prior Publication Data 06.02.2006; Date of Patent 29.04.2009, Bulletin 2009/18.
2. US Patent No. 8,326,569, Int. Cl. G01P 15/00. Tap Detection / Lee J.M, Williams J.A.; Prior Publication Data 14.04.2011; Date of Patent 04.12.2012.
3. Патент РФ №2582865. МКИ G06K9/62. Способ обнаружения заданного механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления / И.С. Холопов. Дата публикации: 06.04.16. Дата приоритета: 29.12.2014.
4. LIS331DLH MEMS motion sensor: Ultra low power high performance 3-axis digital accelerometer. URL: http://www.st.com/content/st_com/en/products/mems-and-sensors/accelerometers/lis33 ldlh.html. Дата обращения: 28.07.2016.

Claims (2)

1. Способ идентификации пользователя посредством обнаружения заданного кодового механического воздействия, в котором определяют плоскость, амплитуду и направление ускорения внешнего механического воздействия, выполняют цифровую фильтрацию для снижения уровня шума датчика ускорения, производят дифференцирование измеренного ускорения, выполняют трехуровневое квантование и по коэффициенту корреляции квантованной последовательности и эталонной (эталонных) с помощью порогового устройства выносят решение об обнаружении заданного механического кода либо о его отсутствии, отличающийся тем, что для выполнения процедуры трехуровневого квантования отдельно анализируются знаки трех ортогональных проекций вектора ускорения на оси чувствительности датчика в момент начала действия импульса ускорения и амплитуды данных проекций в течение всей длительности импульса ускорения, определяемой временем превышения сигналом ускорения порогового значения.
2. Устройство обнаружения заданного механического воздействия для идентификации пользователя, содержащее последовательно соединенные цифровой трехосный акселерометр, трехканальный цифровой фильтр, трехканальное цифровое дифференцирующее устройство, трехуровневый трехканальный квантователь и цифровой трехканальный коррелятор, а также репрограммируемое постоянное запоминающее устройство с входом программирования, выходы которого соединены со входами подачи опорной комбинации для цифрового трехканального коррелятора, счетчик, на входы которого поступают три линии с выходов трехуровневого квантователя, а выход соединен со входом сброса коррелятора, и пороговое устройство, на один вход которого поступает порог с репрограммируемого постоянного запоминающего устройства, а на другой - выходной сигнал коррелятора, отличающееся тем, что вместо трехуровневого квантователя по верхнему и нижнему порогам введены трехканальное пороговое устройство, трехканальная схема запоминания знака результата дифференцирования, трехканальный накопитель с входом сброса и трехканальная схема выбора максимума; входы накопителя, трехуровневого порогового устройства и схемы запоминания знака соединены с выходами трехканального цифрового дифференцирующего устройства, выходы трехканального порогового устройства поступают на входы накопителя и схемы выбора максимума, выход счетчика соединен со входом сброса накопителя, выходы схемы запоминания знака - со входами схемы выбора максимума, вход сброса счетчика - с выходом схемы логического «ИЛИ», ко входам которой подключены выходы трехканального порогового устройства.
RU2016146655A 2016-11-28 2016-11-28 Способ обнаружения механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления RU2631977C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146655A RU2631977C1 (ru) 2016-11-28 2016-11-28 Способ обнаружения механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016146655A RU2631977C1 (ru) 2016-11-28 2016-11-28 Способ обнаружения механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2631977C1 true RU2631977C1 (ru) 2017-09-29

Family

ID=60040689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016146655A RU2631977C1 (ru) 2016-11-28 2016-11-28 Способ обнаружения механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2631977C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU117208U1 (ru) * 2011-08-17 2012-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "КАСИБ" Устройство идентификации пользователей эвм (варианты)
RU2483355C1 (ru) * 2012-01-24 2013-05-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) Способ идентификации пользователя мобильного устройства по его уникальной подписи
US8693726B2 (en) * 2011-06-29 2014-04-08 Amazon Technologies, Inc. User identification by gesture recognition
RU2582865C1 (ru) * 2014-12-29 2016-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Способ обнаружения заданного механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8693726B2 (en) * 2011-06-29 2014-04-08 Amazon Technologies, Inc. User identification by gesture recognition
RU117208U1 (ru) * 2011-08-17 2012-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "КАСИБ" Устройство идентификации пользователей эвм (варианты)
RU2483355C1 (ru) * 2012-01-24 2013-05-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) Способ идентификации пользователя мобильного устройства по его уникальной подписи
RU2582865C1 (ru) * 2014-12-29 2016-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Способ обнаружения заданного механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10353476B2 (en) Efficient gesture processing
KR102380885B1 (ko) 센서 시스템을 위한 자동 제스처 인식
Chandra et al. Detection, classification, and superposition resolution of action potentials in multiunit single-channel recordings by an on-line real-time neural network
US20090018799A1 (en) Signal baseline processing device and processing method thereof
US8046215B2 (en) Method and apparatus to detect voice activity by adding a random signal
RU2016127609A (ru) Способ и устройство для выделения сигналов в данных
EP3328589B1 (en) A device and method for monitoring a tool
CN113035241A (zh) 多特征融合识别婴儿哭声类别的方法、装置及设备
CN105259086B (zh) 粉尘浓度的检测方法及检测系统
CN106598231B (zh) 手势识别方法及装置
RU2631977C1 (ru) Способ обнаружения механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления
US20170258405A1 (en) Measurement device and measurement method
CN114225363B (zh) 用于感测和监测用户游泳活动的可穿戴系统和方法
KR100543710B1 (ko) 동시에 발생되는 복수의 공간적 움직임으로부터 정보 완료신호를 인식하는 공간형 정보 입력 장치 및 방법
CN108254064B (zh) 一种光纤振动传感检测方法及装置
CN109620241B (zh) 一种可穿戴设备及基于其的动作监测方法
KR100772840B1 (ko) 아날로그/디지털 변환기의 선형특성 테스트장치 및 그 방법
US20130133423A1 (en) Device for detecting motions and method for detecting motions
CN110945322B (zh) 用于处理连续的传感器信号的方法和传感器系统
CN115202489A (zh) 用于检测用户的触摸手势的系统、包括该系统的设备和方法
JP2023549625A (ja) 水泳ストロークを決定するためのコントローラ及び方法
CN113098517B (zh) 一种事件触发型模数转换器和一种医疗电子设备
RU2582865C1 (ru) Способ обнаружения заданного механического воздействия для идентификации пользователя и устройство для его осуществления
CN110456238B (zh) 一种电晕放电离子源检测方法及系统
CN106598232B (zh) 手势识别方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181129