專利名稱：在個人導(dǎo)航器中的檢測步伐的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種個人導(dǎo)航器，具體地說，本發(fā)明涉及在個人導(dǎo)航器中的步伐檢測設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
個人導(dǎo)航目的在于面向人的路徑向?qū)?。它定位步行者的位置，并向他或她提供路徑向?qū)А?br> 個人導(dǎo)航器基于全球定位系統(tǒng)(GPS)信息和步行者的步伐信息來估計步長，并使用步長估計來建立導(dǎo)航方案，從而提供了導(dǎo)航服務(wù)。在除了廣闊的天空環(huán)境之外的環(huán)境下，即，不能用GPS的環(huán)境下，諸如室內(nèi)或城市中央之內(nèi)，基于GPS信息和當(dāng)前準(zhǔn)確的GPS信息之前使用的步行者步伐信息來估計導(dǎo)航方案，并且使用導(dǎo)航方案估計提供導(dǎo)航服務(wù)。因此，對于在個人導(dǎo)航器中提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航服務(wù)，步行者步伐信息的精確度是關(guān)鍵的。
典型地，從加速傳感器的輸出模式檢測步行者步伐信息，并且個人導(dǎo)航器基于步伐檢測結(jié)果來估計步長。然后，個人導(dǎo)航器基于步長來計算導(dǎo)航方案。
傳統(tǒng)地，僅從加速傳感器的輸出模式確定關(guān)于步行者是否步行。因此，如果步行者用踏步步伐，則將其錯誤地感測為正常步行。當(dāng)在步行期間踏步步伐和步行步伐混合的情況下，好像所有步伐檢測結(jié)果都是源于正常步行一樣使用步伐檢測結(jié)果。
在這種情況下，估計得步長將是不正確的，使用這個步長計算的導(dǎo)航方案也將是不正確的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于充分地解決至少上述問題和/或缺點(diǎn)并且提供至少下述優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的目的在于提供用于在個人導(dǎo)航器中能夠正確檢測步行者步伐并能夠正確估計步長的步伐檢測設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供用于在個人導(dǎo)航器中區(qū)分踏步步伐和步行步伐的步伐檢測設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供用于在個人導(dǎo)航器中正確計算步行者的踏步步伐的數(shù)量和步行步伐的數(shù)量的步伐檢測設(shè)備和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，在個人導(dǎo)航器的步伐檢測設(shè)備中，加速傳感器隨著步行者的運(yùn)動輸出關(guān)于至少兩個方向的加速度信號。步伐檢測器計算從加速傳感器接收的至少兩個方向的加速信號的偏差，對該偏差求和，將該偏差和與閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較確定檢測的步伐是踏步步伐還是步行步伐。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在個人導(dǎo)航器的步伐檢測方法中，隨著步行者的運(yùn)動從加速傳感器獲得至少兩個方向的加速度信號。計算加速度信號的偏差并求和。將該偏差和與閾值進(jìn)行比較。如果偏差和大于閾值，則確定該檢測的步伐為步行步伐。如果偏差和小于閾值，則確定該檢測的步伐為踏步步伐。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在個人導(dǎo)航器的步伐檢測方法中，將步行步伐計數(shù)、踏步步伐計數(shù)和步伐檢測計數(shù)設(shè)置為初始值。隨著步行者的運(yùn)動從加速傳感器獲得至少兩個方向的加速度信號，確定是否檢測到步伐。當(dāng)檢測到步伐時，將步伐檢測計數(shù)增加一個，計算加速度信號的偏差并求和。如果偏差和大于閾值，則將步行步伐計數(shù)增加一個，如果偏差和小于閾值，則將踏步步伐計數(shù)增加一個。通過重復(fù)上述過程對步行步伐、踏步步伐和步伐檢測進(jìn)行計數(shù)。


通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會變得更加清楚，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的在個人導(dǎo)航器中的步伐檢測設(shè)備的框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的在個人導(dǎo)航器中的步伐檢測方法的流程圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的在個人導(dǎo)航器中從加速計輸出的加速度信號的曲線圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的已經(jīng)通過滑動窗求和來消除噪聲的加速度信號波形曲線圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的在各個方向上的加速度信號的偏差波形的曲線圖；圖6是示出在根據(jù)本發(fā)明的方向上加速度信號偏差的和的曲線圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的步伐檢測結(jié)果的曲線圖；以及圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的在個人導(dǎo)航器中步伐檢測方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在下面的描述中，由于公知的功能和結(jié)構(gòu)在不必要的細(xì)節(jié)上可能模糊本發(fā)明，因此將不對它們進(jìn)行詳細(xì)的描述。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的在個人導(dǎo)航器中的步伐檢測設(shè)備的框圖。步伐檢測設(shè)備包括加速傳感器110和步伐檢測器120。
加速傳感器110可以是多軸加速傳感器，諸如兩軸加速傳感器等。加速傳感器110感測沿每個軸的線性運(yùn)動，并根據(jù)感測的運(yùn)動輸出加速度信號波形。例如，在本發(fā)明中，加速傳感器110可以是用于檢測側(cè)向(X)、向前(Y)和向下(Z)中每個方向的線性運(yùn)動的三軸微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)類型，即，超小加速計，并基于檢測結(jié)果輸出加速度信號。
步伐檢測器120可被配置為微控制器。它從加速傳感器110獲得X、Y和Z方向上的加速度信號，并確定是否檢測到步伐。當(dāng)檢測到步伐時，步伐傳感器120在檢測步伐的時間計算兩個方向的加速度信號的偏差，對偏差求和，并通過將所求的和與閾值進(jìn)行比較來檢測步伐是踏步步伐還是正常步行步伐。基于確定結(jié)果，步伐檢測器120對踏步步伐和步行步伐進(jìn)行計數(shù)。
如上所述，用于個人導(dǎo)航器的步伐檢測設(shè)備單獨(dú)地檢測踏步步伐和步行步伐，并估計準(zhǔn)確的步長。因此，檢測設(shè)備可提供高可信度的導(dǎo)航服務(wù)。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的在個人導(dǎo)航器中的步伐檢測的方法。
參照圖2，在步驟202，步伐檢測器120從加速傳感器110接收每個方向的加速度信號。
例如，如果步行者用了10個踏步步伐和10個步行步伐，則加速傳感器110輸出如圖3所示的加速度信號。
圖3顯示了示出X、Y和Z方向加速度信號的示圖。在每個示圖中，垂直軸表示加速度，水平軸表示時間。
參照圖3的示圖(a)，關(guān)于步行的加速度信號波形改變很小。參照圖3的示圖(b)和(c)，加速度信號波形的改變比圖3的示圖(a)中的改變要大。因此，可以得出結(jié)論，步行對Y和Z方向的加速度信號的影響比對X方向的加速度信號的影響大。
因此，步伐檢測器120優(yōu)選地使用Y和Z方向的加速度信號進(jìn)行步伐檢測。
然后，在步驟204，步伐檢測器120通過滑動窗求和從加速度信號中消除噪聲?；瑒哟扒蠛褪切盘柼幚砑夹g(shù)，其中，沿時間軸移動窗，對預(yù)定大小的窗內(nèi)的加速度值進(jìn)行求和。
圖4的示圖(a)、(b)和(c)分別示出X、Y和Z方向的加速度信號波形的滑動窗和。在示圖中，垂直軸表示加速度，水平軸表示時間。
參照圖4的示圖，與圖3所示的加速度信號波形示圖相比較，滑動窗求和技術(shù)從信號中消除了噪聲。
在從加速度信號中消除了噪聲之后，在步驟206，步伐檢測器120確定是否已經(jīng)通過分析去噪的加速度信號模式檢測到步伐?？赏ㄟ^諸如過零檢測的一般步伐檢測技術(shù)進(jìn)行確定。
在步驟208，當(dāng)檢測到步伐時，步伐檢測器120計算每個加速度信號的滑動窗和的偏差。
在圖5的示圖中示出加速度信號的偏差。圖5的示圖分別示出X、Y和Z方向的加速度信號的滑動窗和的偏差的信號波形。在示圖中，垂直軸表示偏差，水平軸表示步伐的數(shù)量。
參照圖5的示圖(a)，關(guān)于10個踏步步伐和10個步行步伐的X方向的加速度信號的滑動窗和的偏差的改變很小。
參照圖5的示圖(b)和(c)，Y和Z方向的信號的滑動窗和的偏差經(jīng)歷更大的改變，并且10個步行步伐的偏差值比10個踏步步伐的偏差值高。
因此，優(yōu)選地是步伐檢測器120使用在踏步步伐和步行步伐之間具有更大不同的Y和Z方向的加速度信號的滑動窗和的偏差。
因此，在步驟210，步伐檢測器120對Y和Z方向的加速度信號的滑動窗和的偏差求和。因此，踏步步伐和步行步伐之間的區(qū)別變得更加明顯。
圖6示出Y和Z方向的加速度信號的滑動窗和的偏差的和。參照圖6，在求和之后踏步步伐0至10和步行步伐10至20之間的區(qū)別比求和之前每個偏差信號波形之間的區(qū)別更加明顯。
在步驟212，步伐檢測器120將偏差的和與閾值進(jìn)行比較?？梢园凑战?jīng)驗來設(shè)置閾值。
如果偏差和小于閾值，則在步驟214步伐檢測器120確定用的是踏步步伐。如果偏差和大于閾值，則在步驟216步伐檢測器120確定用的是步行步伐。
圖7是示出從加速傳感器110輸出的X、Y和Z方向的加速度信號波形，從該信號波形中檢測踏步步伐。參照圖7，由參考字符a表示整個步伐檢測周期。在周期a內(nèi)帶圓圈的時間段是踏步步伐。曲線圖顯示準(zhǔn)確地檢測了10個踏步步伐。
盡管在步伐檢測點(diǎn)區(qū)分地檢測上面描述的踏步步伐和步行步伐，但是除了單獨(dú)的檢測之外，可選擇地對踏步步伐和步行步伐計數(shù)。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的在個人導(dǎo)航器中步伐檢測方法的流程圖。參照圖8，當(dāng)開始步伐檢測時，步伐檢測器120在步驟802將步行步伐計數(shù)Num_StepWalk和踏步步伐計數(shù)Num_MarkTime設(shè)置為初始值“0”，并在步驟804，將步伐檢測計數(shù)Step_Occur設(shè)置為初始值“0”。
在步驟806，步伐檢測器120處理從加速傳感器110接收的加速度信號。步伐檢測器120通過加速度信號的滑動窗求和消除噪聲。
在步驟808，步伐檢測器120對加速度信號的過零點(diǎn)進(jìn)行檢測，也就是在加速度信號通過零的點(diǎn)進(jìn)行檢測。
如果沒有檢測到過零點(diǎn)，則步伐檢測器120返回步驟806。當(dāng)檢測到過零點(diǎn)時，在步驟810，步伐檢測器120將當(dāng)前加速度和先前加速度之間的差別與噪聲閾值進(jìn)行比較。
如果所述差別小于噪聲閾值，則步伐檢測器120返回步驟808，確定沒有步伐。如果所述差別大于噪聲閾值，則在步驟812，步伐檢測器120將Step_Occur增加1，確定步行者已經(jīng)走了一步。
在步驟814，步伐檢測器120計算Y和Z方向的加速度信號的滑動窗和的偏差varY(n)和varZ(n)，并對偏差求和(Var(n)＝varY(n)+varZ(n))。
在步驟816，步伐檢測器120將偏差和與閾值進(jìn)行比較，通過它可以區(qū)分踏步步伐和步行步伐。
如果偏差和大于閾值，則在步驟818，步伐檢測器120將Num_StepWalk增加1，確定該檢測的步伐為步行步伐。
如果偏差和小于閾值，則在步驟820，步伐檢測器120將Num_MarkTime增加1，確定該檢測的步伐為踏步步伐。
在步驟822，步伐檢測器120確定是否已經(jīng)收到終止步伐檢測的請求。在沒有終止請求時，步伐檢測器在步驟806至820繼續(xù)對步伐檢測、步行步伐和踏步步伐進(jìn)行計數(shù)，直到請求步伐檢測終止。
如上所述，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于能夠通過區(qū)分踏步步伐和步行步伐來準(zhǔn)確估計步長。因此，可提供高可信度導(dǎo)航服務(wù)。
此外，可準(zhǔn)確地對踏步步伐和步行步伐進(jìn)行計數(shù)。
盡管已經(jīng)參照其特定的優(yōu)選實(shí)施例顯示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種在個人導(dǎo)航器中的步伐檢測設(shè)備，包括加速傳感器，用于輸出關(guān)于至少兩個方向的加速度信號；以及步伐檢測器，計算從加速傳感器接收的至少兩個方向的加速信號的偏差，對該偏差求和，將該偏差和與閾值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較確定檢測的步伐是踏步步伐還是步行步伐。
2.如權(quán)利要求1所述的步伐檢測設(shè)備，其中，所述至少兩個方向中的兩個為對于步行者的向前的方向和向下的方向。
3.如權(quán)利要求1所述的步伐檢測設(shè)備，其中，步伐檢測器根據(jù)所述確定對踏步步伐和步行步伐進(jìn)行計數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的步伐檢測設(shè)備，其中，加速傳感器為至少兩個軸的加速傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的步伐檢測設(shè)備，其中，閾值是用于區(qū)分踏步步伐和步行步伐的值。
6.如權(quán)利要求1所述的步伐檢測設(shè)備，其中，步伐檢測器通過滑動窗求和從加速度信號中消除噪聲。
7.一種在個人導(dǎo)航器中的步伐檢測方法，包括從加速傳感器獲得至少兩個方向的加速度信號；計算加速度信號的偏差并對該偏差求和；將該偏差和與閾值進(jìn)行比較；如果偏差和大于閾值，則確定該檢測的步伐為步行步伐；以及如果偏差和小于閾值，則確定該檢測的步伐為踏步步伐。
8.如權(quán)利要求7所述的步伐檢測方法，其中，所述至少兩個方向中的兩個為對于步行者的向前的方向和向下的方向。
9.如權(quán)利要求7所述的步伐檢測方法，還包括根據(jù)所述確定對踏步步伐和步行步伐進(jìn)行計數(shù)。
10.如權(quán)利要求7所述的步伐檢測方法，其中，閾值是用于區(qū)分踏步步伐和步行步伐的值。
11.如權(quán)利要求7所述的步伐檢測方法，還包括通過滑動窗求和從加速度信號中消除噪聲。
12.一種在個人導(dǎo)航器中的步伐檢測方法，包括(a)將步行步伐計數(shù)、踏步步伐計數(shù)和步伐檢測計數(shù)設(shè)置為初始值；(b)從加速傳感器獲得至少兩個方向的加速度信號，并確定是否檢測到步伐；(c)當(dāng)檢測到步伐時，將步伐檢測計數(shù)增加一個，計算加速度信號的偏差，并對該偏差求和；(d)如果偏差和大于閾值，則將步行步伐計數(shù)增加一個，如果偏差和小于閾值，則將踏步步伐計數(shù)增加一個；以及(e)通過重復(fù)步驟(b)-(d)對步行步伐、踏步步伐和步伐檢測進(jìn)行計數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的步伐檢測方法，其中，所述至少兩個方向中的兩個為對于步行者的向前的方向和向下的方向。
14.如權(quán)利要求12所述的步伐檢測方法，其中，閾值是用于區(qū)分踏步步伐和步行步伐的值。
全文摘要
一種在個人導(dǎo)航器中的步伐檢測設(shè)備和方法，其中，隨著步行者的運(yùn)動從加速傳感器獲得至少兩個方向的加速度信號。計算加速度信號的偏差并求和。將該偏差和與閾值進(jìn)行比較。如果偏差和大于閾值，則確定該檢測的步伐為步行步伐。如果偏差和小于閾值，則確定該檢測的步伐為踏步步伐。
文檔編號G01C21/00GK1932524SQ20061015149
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者樸敬夏, 洪炫秀, 李在勉, 樸贊國, 金鎮(zhèn)湲 申請人:三星電子株式會社, 財團(tuán)法人首爾大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力財團(tuán)