基于智能手機(jī)持握方式的行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多傳感器數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著微型機(jī)電系統(tǒng)（MicroElectroMechanicalSystem，MEMS)技術(shù)的發(fā) 展和傳感器的微型化、智能化，基于傳感器對(duì)行人活動(dòng)狀態(tài)的識(shí)別越來(lái)越受到重視。同時(shí)， 目前許多智能手持設(shè)備如智能手機(jī)、智能平板等都內(nèi)置了多種傳感器。由于智能手持設(shè)備 總是被用戶隨身攜帶，且計(jì)算能力越來(lái)越強(qiáng)，因此利用智能手持設(shè)備中內(nèi)置傳感器對(duì)行人 活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別變得可行并在交互游戲、健康監(jiān)護(hù)等許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
[0003] 基于加速度傳感器的運(yùn)動(dòng)識(shí)別方法主要包括原始信號(hào)采集、特征抽取、模型建立 和活動(dòng)識(shí)別四個(gè)過(guò)程。采集到的原始信號(hào)為三維的加速度信號(hào)，通過(guò)特征抽取過(guò)程抽取運(yùn) 動(dòng)的特征，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的特征建立模型，用于進(jìn)行后續(xù)的運(yùn)動(dòng)識(shí)別過(guò)程?，F(xiàn)有的特征抽取過(guò)程 主要是抽取均值、方差、最大值、最小值等統(tǒng)計(jì)特征和頻域熵、能量等頻域特征?，F(xiàn)有的利用 加速度傳感器進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)識(shí)別的方法要求加速度傳感器必須以特定的方式固定在人體 特定的位置，當(dāng)不按照指定方式佩戴傳感設(shè)備時(shí)會(huì)極大地影響識(shí)別的準(zhǔn)確率。另一方面，現(xiàn) 有的運(yùn)動(dòng)識(shí)別方式都只是識(shí)別出用戶的大概行為，并沒(méi)有更加具體的確定用戶行為，例如 一些算法可以確定用戶處于行走狀態(tài)，計(jì)算用戶運(yùn)動(dòng)信息，如行走步數(shù)、行走距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種更精確的，基于智能手機(jī)多傳感器數(shù)據(jù) 的的識(shí)別行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別方法。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，基于智能手機(jī)持握方式的行人 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別方法，包括以下步驟：
[0006] 離線訓(xùn)練步驟：對(duì)手機(jī)握持方式進(jìn)行分類，針對(duì)每一種握持方式采集不同運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)的加速度傳感器數(shù)據(jù)并提取運(yùn)動(dòng)特征訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類器；所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括靜止、常 速行走、快速行走、跑步；
[0007] 在線識(shí)別階段步驟：先識(shí)別出當(dāng)前的手機(jī)握持方式，再采集當(dāng)前手機(jī)加速度傳感 器數(shù)據(jù)并提取運(yùn)動(dòng)特征，將提取的運(yùn)動(dòng)特征輸入當(dāng)前的手機(jī)握持方式對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類 器，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類器的輸出結(jié)果為當(dāng)前識(shí)別出的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0008] 由于手機(jī)的不同握持方式下，獲取到的加速度傳感器數(shù)據(jù)不同，提取出的運(yùn)動(dòng)特 征也不同，所以本發(fā)明提出先確定手機(jī)的握持方式，再在該握持方式下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)識(shí)別能極 大提尚識(shí)別準(zhǔn)確性。
[0009] 具體的，依據(jù)相同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下加速度傳感器數(shù)據(jù)的區(qū)別將手機(jī)握持方式分為近身 握持、胸前握持、兩臂擺動(dòng)；
[0010] 手機(jī)握持方式通過(guò)近程傳感器識(shí)別，當(dāng)近程傳感器的采樣數(shù)值一個(gè)識(shí)別周期內(nèi)均 小于近身閾值則識(shí)別出當(dāng)前的手機(jī)握持方式為近身握持，當(dāng)一個(gè)識(shí)別周期內(nèi)均大于近身閾 值則識(shí)別出當(dāng)前的手機(jī)握持方式為近身握持，當(dāng)一個(gè)識(shí)別周期內(nèi)交替出現(xiàn)小于近身閾值與 大于近身閾值的情況則識(shí)別出當(dāng)前的手機(jī)握持方式為兩臂擺動(dòng)；
[0011] 在離線訓(xùn)練步驟時(shí)，針對(duì)近身握持與兩臂擺動(dòng)的手機(jī)握持方式，僅采集對(duì)應(yīng)手機(jī) 握持方式下不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的加速度傳感器的X軸加速度數(shù)據(jù)；針對(duì)胸前握持的手機(jī)握持方 式，僅采集胸前握持下不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的加速度傳感器的Z軸加速度數(shù)據(jù)；
[0012] 在線識(shí)別階段步驟中，當(dāng)識(shí)別出的手機(jī)握持方式為近身握持或兩臂擺動(dòng)時(shí)，僅采 集當(dāng)前手機(jī)加速度傳感器中X軸加速度數(shù)據(jù)，當(dāng)識(shí)別出的手機(jī)握持方式為胸前握持時(shí)，僅 采集當(dāng)前手機(jī)加速度傳感器中z軸加速度數(shù)據(jù)。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是，克服了現(xiàn)有行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別方法必須將傳感器固定在人 體特定位置的缺點(diǎn)，提高在不同握持條件下，識(shí)別行人不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的精度。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為實(shí)施例握持方式識(shí)別流程圖；
[0015] 圖2為實(shí)施例水平方向運(yùn)動(dòng)識(shí)別流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 根據(jù)發(fā)明人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在近身握持、胸前握持、兩臂擺動(dòng)這三種方式的基礎(chǔ)上對(duì)近 身握持、胸前握持再進(jìn)行細(xì)分能進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的識(shí)別精度。因此，實(shí)施例中對(duì)近身握 持進(jìn)一步分為打電話、口袋或包里、貼近身體一側(cè)靜止，胸前握持進(jìn)一步分為操作手機(jī)、看 手機(jī)。總共6種手機(jī)持握方式：打電話、口袋或包里、貼近身體一側(cè)靜止、操作手機(jī)、看手機(jī)、 兩臂擺動(dòng)。當(dāng)前本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)其他需求對(duì)手機(jī)持握方式進(jìn)行其他的劃分。
[0017] 實(shí)施例的7中手機(jī)握持方式識(shí)別流程如圖1所示：
[0018] 1)采集光照傳感器、近程傳感器、加速度傳感器數(shù)據(jù)。設(shè)置設(shè)備光照傳感器、近程 傳感器的采樣率為每200ms-次（5Hz)，加速度傳感器的采樣率為每20ms-次（50Hz)。設(shè) 置近程傳感器閾值為5,當(dāng)獲取到近程傳感器小于5時(shí)，表明貼近身體，反之遠(yuǎn)離身體；設(shè)置 光照傳感器閾值為2,當(dāng)獲取到傳感器值小于2時(shí)，表明此時(shí)弱光至無(wú)光，反之有光；設(shè)置加 速度傳感器閾值為5,當(dāng)加速度傳感器值小于5時(shí)，認(rèn)為基本靜止。
[0019] 2)監(jiān)聽智能手機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)變化，獲取與握持方式相關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)量，即獲取系統(tǒng) 觸屏及通話狀態(tài)（該方法通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)onCalIStateChangedO獲取系統(tǒng)通話狀態(tài)，調(diào) 用系統(tǒng)函數(shù)onTouchEvent()獲取系統(tǒng)觸屏狀態(tài)）。系統(tǒng)通話狀態(tài)分為：來(lái)電、接聽及掛斷； 系統(tǒng)觸屏狀態(tài)為觸摸、未觸摸。
[0020] 3)結(jié)合1)和2)兩步信息，進(jìn)行用戶當(dāng)前對(duì)手機(jī)的握持方式的判別，首先使用近程 傳感器數(shù)據(jù)將狀態(tài)劃分為三個(gè)大類，分別是：靠近身體、遠(yuǎn)離身體、時(shí)遠(yuǎn)時(shí)近。在1個(gè)識(shí)別周 期內(nèi)近程傳感器數(shù)據(jù)小于5時(shí)，劃分為靠近身體；大于5時(shí)，劃分為遠(yuǎn)離身體；1個(gè)識(shí)別周期 內(nèi)近程傳感器數(shù)據(jù)小于5與大于5的情況交替，遠(yuǎn)近交替，表示用戶行走時(shí)兩臂自然擺動(dòng)， 則識(shí)別當(dāng)前手機(jī)持握方式為兩臂擺動(dòng)；
[0021] 靠近身體類中，結(jié)合手機(jī)通話狀態(tài)、光傳感器及加速度傳感器信息，可判斷3種 狀態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為通話時(shí)且光照為無(wú)光（光照傳感器值=0)或弱光，判別為打電話；當(dāng) 光照傳感器數(shù)值小于等于2時(shí)，判別為在口袋或包里；當(dāng)最近兩次加速度值只差的絕對(duì)值 abs(lastAcc-currentACC)小于5時(shí)，可判別為手機(jī)在身體一側(cè)靜止。遠(yuǎn)離身體類中，通過(guò) 結(jié)合加速度傳感器及觸屏狀態(tài)可判斷2種狀態(tài)：當(dāng)觸屏狀態(tài)為接觸屏幕時(shí)，判別為用戶操 作手機(jī)；當(dāng)加速度z軸數(shù)值A(chǔ)cc_Z大于5時(shí)，判別為用戶在看手機(jī)，遠(yuǎn)離身體類的2種狀態(tài) 均屬于胸前握持。
[0022] 實(shí)施例基于手機(jī)持握方式的行人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別方法如圖2所示：
[0023] 一、離線訓(xùn)練階段：
[0024] a)根據(jù)握持方式，采集不同握持方式下不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相應(yīng)軸向的加速度傳感器 數(shù)據(jù)，設(shè)置加速度傳感器采樣率為50Hz。其中：打電話、口袋或包里、貼近身體一側(cè)靜止、兩 臂擺動(dòng)選取X軸加速度，操作手機(jī)、看手機(jī)選取z軸加速度。的水平方向用戶運(yùn)動(dòng)包括靜止、 慢速行走、常速行走、快速行走、跑步。
[0025] b)確定握持方式后，對(duì)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行多尺度離散小波變換。對(duì)原始加速度數(shù)據(jù) 進(jìn)行層數(shù)n為3的小波變換，得到各層級(jí)中高頻的部分(邊…= 3和低頻的部分
其中:ien表示第i層的高頻信號(hào)，4，：Len代表第i層的低頻 信號(hào)；此時(shí)將分解得到的信號(hào)取最