專利名稱：用于實(shí)時(shí)確定重復(fù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的系統(tǒng)和方法
用于實(shí)時(shí)確定重復(fù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的系統(tǒng)和方法本發(fā)明涉及用于實(shí)時(shí)確定重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的參數(shù)的系統(tǒng)和方法。術(shù)語(yǔ)實(shí)時(shí)表示響應(yīng)時(shí)間適合于應(yīng)用的環(huán)境。本發(fā)明應(yīng)用于發(fā)生重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的任何領(lǐng)域，諸如醫(yī)療領(lǐng)域、康復(fù)、體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域等，但特別適合應(yīng)用于視頻游戲領(lǐng)域，其中許多游戲都需要玩家的部分身體的重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明也可以應(yīng)用于自動(dòng)機(jī)或機(jī)器人的重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)。在諸如電影、視頻游戲和體育運(yùn)動(dòng)等多個(gè)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了對(duì)人運(yùn)動(dòng)的分析。例如，這種分析使得能夠再現(xiàn)由用戶所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)成為可能，以使顯示在屏幕上的人的虛擬描繪栩栩如生，而無(wú)需重建復(fù)雜的物理模型，同時(shí)還保持了更逼真和更自然的身體動(dòng)作。運(yùn)動(dòng)的捕捉主要用于電影和視頻游戲，以便通過(guò)再現(xiàn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)而使顯示屏上的人的化身或虛擬描繪栩栩如生，例如在文獻(xiàn)WO 2008011352中所描述的那樣。然而，此類系統(tǒng)需要結(jié)合集中在人身上的視頻采集而使用設(shè)置在用戶是每ー個(gè)肢體上的特定標(biāo)識(shí)。之后對(duì)視頻進(jìn)行分析，以便通過(guò)在三個(gè)維度中確定每個(gè)標(biāo)識(shí)的位置來(lái)定義模型。因?yàn)閷?duì)所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)和標(biāo)識(shí)的位置的精度上的約束是重要的，所以這種技術(shù)涉及復(fù)雜的實(shí)施方式。此外，因?yàn)閿?shù)據(jù)的采集及其處理主要需要再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，而不是與系統(tǒng)實(shí)時(shí)互動(dòng)，所以不必實(shí)時(shí)地執(zhí)行數(shù)據(jù)的采集及其處理。諸如在文獻(xiàn)WO 2006103662中所公開(kāi)的其它方案允許追蹤體育賽事。這種應(yīng)用使得可以以根據(jù)體育運(yùn)動(dòng)動(dòng)作發(fā)生的階段來(lái)改進(jìn)其定向、或者以能夠執(zhí)行已經(jīng)發(fā)生的體育運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的階段性總結(jié)的方式來(lái)控制ー組攝像機(jī)。然而，攝像機(jī)常常遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)員，前者不能用于需要高精度的應(yīng)用中。
在用戶與例如視頻游戲控制臺(tái)等機(jī)器之間進(jìn)行互動(dòng)的情況下，目前正在研發(fā)允許玩家與游戲控制臺(tái)之間的互動(dòng)的其它方案。近來(lái)，微軟(商標(biāo))已經(jīng)提出了 Natal計(jì)劃。其目的在于提出ー種使用攝影機(jī)的新接ロ，其解釋用戶所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)視頻游戲或多媒體接ロ。然而，這種技術(shù)要求用戶在確定的空間內(nèi)動(dòng)作，該確定的空間特別要求在用戶與系統(tǒng)之間不存在任何障礙物。其它系統(tǒng)使用板載(onboard)傳感器，或者以其它方式表述，用戶配備有可以給出其地點(diǎn)或位置的傳感器，諸如衛(wèi)星定位系統(tǒng)傳感器等；或者配備有可以確定其運(yùn)動(dòng)的傳感器，諸如加速度計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)、陀螺儀等。在沒(méi)有外界干渉的情況下，這些傳感器必須是侵入可能最小的且易于安置的。這些傳感器，即使是低成本的，也使得可以在測(cè)量運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得比精度與傳感器的尺寸和清晰度成比例并且從而需要更復(fù)雜的處理和更有效且更昂貴的處理機(jī)的視頻傳感器更好的精度。板載傳感器可以用于地理定位和導(dǎo)航。配備有諸如GPS接收器等衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收器的某些車輛或裝置還包含慣性設(shè)備，以便減輕系統(tǒng)信號(hào)接收的暫時(shí)中斷。從而，如文獻(xiàn)US 2009192708中所述，這種系統(tǒng)適合于步行者的導(dǎo)航。然而，這些方案都需要全球位置基準(zhǔn)(reference),僅可以以臨時(shí)的方式來(lái)使用運(yùn)動(dòng)傳感器，以便減輕由此產(chǎn)生的缺陷或增大精度。所用的系統(tǒng)包括非常少的傳感器，簡(jiǎn)單的加速度計(jì)就可以給出位移的主要方向和速度，并且無(wú)需額外的細(xì)節(jié)來(lái)表征運(yùn)動(dòng)。此外，不必盡可能快地響應(yīng)速度或方向的變化。這些系統(tǒng)不適合于相對(duì)精確的運(yùn)動(dòng)，也不適合于接ロ的使用。在本發(fā)明中，用戶僅借助于運(yùn)動(dòng)傳感器來(lái)與機(jī)器進(jìn)行互動(dòng)。因此，這種方案需要高精度，但最重要的是需要最早可能的響應(yīng)以及簡(jiǎn)單且自然的處理。近年來(lái)，為了控制通信接ロ而固定在人身上的傳感器的使用已經(jīng)得到推廣。特別是在視頻游戲的環(huán)境下，其中某些系統(tǒng)不僅使以比使用操縱桿或鍵盤(pán)更精確的方式進(jìn)行互動(dòng)成為可能，而且還可以通過(guò)使新玩家在無(wú)需學(xué)習(xí)掌握控制方式的情況下而迅速進(jìn)行游戲來(lái)提供用戶友好性，那些與運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的控制方式更加自然。最后，這種方案通過(guò)使視頻游戲適合于玩家自身的運(yùn)動(dòng)而提供了改進(jìn)的真實(shí)性。因此，Sony已經(jīng)提出了一種與其包括運(yùn)動(dòng)傳感器的游戲控制臺(tái)兼容的dualshock (商標(biāo))操縱桿，以便可以將施加至控制臺(tái)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)錄到屏幕上。然而，這些運(yùn)動(dòng)是受限的，因此主要功能保持了將定向運(yùn)動(dòng)放大為操縱桿的傾斜角的函數(shù)的可能性。最近,Nintendo推出了其大眾化市場(chǎng)的Wii (商標(biāo))控制臺(tái)，其包括互動(dòng)式操縱桿。這些操縱桿配備有加速度計(jì)，用于查明玩家的運(yùn)動(dòng)，而無(wú)需更精確地確定運(yùn)動(dòng)的方向或幅度。諸如在文獻(xiàn)EP 0908701中所描述的，為了補(bǔ)充這個(gè)操縱桿而開(kāi)發(fā)了平臺(tái)，以便也考慮腿部的運(yùn)動(dòng)。然而，這個(gè)平臺(tái)僅可以查明同一位置處的腿部運(yùn)動(dòng)的頻率，因此不容許玩家的任何位移。此外，其不可能查明玩家的定向，以便能夠例如執(zhí)行旋轉(zhuǎn)命令。文獻(xiàn)WO 2006086487涉及使得模塊適合于運(yùn)動(dòng)鞋，以便測(cè)量并發(fā)送與所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)的數(shù)量有關(guān)的信息。該發(fā)明的具體特征在于能夠測(cè)量玩家所執(zhí)行的物理活動(dòng)的數(shù)量，以便能夠激活游戲的特定功能，或者化身或虛擬描繪的特定特性。然而，這種裝置不允許玩家與其虛擬描繪之間完全的接ロ連接(interfacing)。實(shí)際上,僅使用了一個(gè)傳感器(例如加速度計(jì))來(lái)測(cè)量物理活動(dòng)，但沒(méi)有恢復(fù)信息來(lái)更精確表征所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)。這些系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)應(yīng)用來(lái)說(shuō)缺乏精度和速度，特別是在視頻游戲領(lǐng)域中。本發(fā)明的目的在于減輕上述問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，提出了一種用于實(shí)時(shí)確定重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的參數(shù)的系統(tǒng)，包括-第一模塊，其用于基于表示所述運(yùn)動(dòng)的代表性信號(hào)，在當(dāng)前運(yùn)動(dòng)結(jié)束前，估計(jì)所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的近似值；-用于基于由所述第一估計(jì)模塊所估計(jì)的所述周期來(lái)確定滑動(dòng)窗ロ的尺寸的模塊；-第二模塊，其用于基于表示所述運(yùn)動(dòng)的代表性信號(hào)和由所述第一估計(jì)模塊所傳送的所述滑動(dòng)窗ロ的尺寸，借助滑動(dòng)窗ロ來(lái)精確估計(jì)所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)。由此改進(jìn)了實(shí)時(shí)確定，因?yàn)橛糜谠谶M(jìn)行中的運(yùn)動(dòng)結(jié)束前估計(jì)重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的近似值的第一模塊允許確定模塊以相適應(yīng)的方式迅速估計(jì)特別適合于以快速方式精確計(jì)算運(yùn)動(dòng)參數(shù)的滑動(dòng)窗ロ的尺寸。從而，滑動(dòng)窗ロ的尺寸自動(dòng)適應(yīng)于重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的變化。重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的表達(dá)g在表示相對(duì)類似形式的運(yùn)動(dòng)，但其一些參數(shù)可以變化，諸如周期(或者頻率或者速度)、幅度、或者沖擊カ(接觸撞擊的力)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)是所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期。所述系統(tǒng)尤其適合于基于第一近似快速估計(jì)來(lái)實(shí)時(shí)地精確估計(jì)重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期，所述第一近似快速估計(jì)可以快速確定特別適合于周期的精確計(jì)算的滑動(dòng)窗ロ的尺寸，從而迅速得多地執(zhí)行周期的精確計(jì)算。因此，借助改進(jìn)的最早的可能的響應(yīng)時(shí)間(即，改進(jìn)的實(shí)時(shí)方案)，從而精確地執(zhí)行重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的確定。例如，所述第二估計(jì)模塊包括用于計(jì)算重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的基于相關(guān)性(correlation)的模塊。因此，基于不是非常復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)，有可能在無(wú)需運(yùn)動(dòng)的時(shí)域特征的先驗(yàn)知識(shí)的情況下確定參數(shù)。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，用于估計(jì)不同于所述周期的所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的另ー運(yùn)動(dòng)參數(shù)的所述第一模塊包括用于精確估計(jì)所述周期的所述第二模塊。 如果借助根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，以精確的方式實(shí)時(shí)確定了重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期，則根據(jù)本發(fā)明的另一方面，就可以利用所述周期來(lái)通過(guò)如下方式計(jì)算不同于該周期的另ー運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定滑動(dòng)窗ロ的尺寸，之后允許精確且迅速地估計(jì)該另一運(yùn)動(dòng)參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述確定模塊包括安全倍增(multiplicative enhancement ofsafetyノ。因此,采用安全裕度(safety margin)來(lái)確定滑動(dòng)窗ロ的尺寸,從而使得可以避免滑動(dòng)窗ロ的尺寸有點(diǎn)ノ L太小。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)包括用于實(shí)時(shí)通信所述運(yùn)動(dòng)的進(jìn)展的通信接ロ，例如，視聽(tīng)接ロ。這個(gè)視聽(tīng)通信接ロ尤其適合于視頻游戲系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括傳感器組件，其適合于固定至執(zhí)行重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的元件，以便傳送所述信號(hào)。傳感器組件可以包括至少ー個(gè)磁強(qiáng)計(jì)、和/或至少ー個(gè)加速度計(jì)、和/或陀螺儀、和/或壓カ傳感器、和/或心電圖儀、和/或用于測(cè)量呼吸量的流量計(jì)、和/或用于測(cè)量呼吸頻率的傳感器。根據(jù)另ー個(gè)方面，還提出了一種用于實(shí)時(shí)確定重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的參數(shù)的方法，其包括以下步驟-基于表示所述運(yùn)動(dòng)的代表性信號(hào)，在當(dāng)前運(yùn)動(dòng)結(jié)束前，估計(jì)所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的近似值；-基于所述近似估計(jì)的周期來(lái)確定滑動(dòng)窗ロ的尺寸；-基于表示所述運(yùn)動(dòng)的代表性信號(hào)和所述滑動(dòng)窗ロ的確定尺寸,借助滑動(dòng)窗ロ精確估計(jì)所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)。根據(jù)ー種模式的實(shí)施方式，實(shí)時(shí)確定所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的精確周期。在一種模式的實(shí)施方式中，不同于所述周期的所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的另ー運(yùn)動(dòng)參數(shù)的估計(jì)用于近似估計(jì)所述周期的步驟以及精確估計(jì)所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的步驟中。根據(jù)ー種模式的實(shí)施方式，所述信號(hào)由固定至執(zhí)行重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的元件的傳感器組件發(fā)送，例如，包括至少ー個(gè)磁強(qiáng)計(jì)、和/或至少ー個(gè)加速度計(jì)、和/或陀螺儀、和/或壓カ傳感器、和/或心電圖儀、和/或用于測(cè)量呼吸量的流量計(jì)、和/或用于測(cè)量呼吸頻率的傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使用分解為減小的特征值Xu、Xv和Xw，來(lái)執(zhí)行由具備第一正交坐標(biāo)系[X，Y，Z]的傳感器組件所發(fā)送的所述信號(hào)的坐標(biāo)系(frame)變化，以在第二正交坐標(biāo)系[U，V，W]中表示所述第一正交坐標(biāo)系[X，Y，Z]，所述第二正交坐標(biāo)系的軸U或軸U和V分別對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)動(dòng)的主軸或主平面。從而改進(jìn)了精度和魯棒性。此外，于是傳感器組件的自動(dòng)校準(zhǔn)也是可能的。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，對(duì)所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的精 確周期的所述實(shí)時(shí)確定檢測(cè)所述滑動(dòng)窗ロ之上的局部最大值和全局最大值，所述局部最大值和全局最大值是基本持續(xù)時(shí)間的倍數(shù)；并選擇對(duì)應(yīng)于所述精確周期的、最早出現(xiàn)的且其相對(duì)于所述全局最大值的偏差小于閾值的最大值。因此，在所述精確周期的檢測(cè)中的低誤差風(fēng)險(xiǎn)在已經(jīng)借助周期的快速近似估計(jì)而優(yōu)化的滑動(dòng)窗ロ的尺寸之上仍受到更多限制。通過(guò)研究數(shù)個(gè)以完全非限制性的示例的方式描述的并由附圖
來(lái)例示的實(shí)施例，將會(huì)更好地理解本發(fā)明，在附圖中-圖I示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)方面的用于實(shí)時(shí)確定重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的參數(shù)的系統(tǒng)；-圖2示意性地示出了圖I的系統(tǒng)的示例性實(shí)施例，其中，根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，參數(shù)是周期；-圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的、還估計(jì)了不同于所述周期的所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的另ー運(yùn)動(dòng)參數(shù)的圖2的系統(tǒng)；-圖4和5示意性地示出了在視頻游戲應(yīng)用情況下的傳感器組件；-圖6和7示意性地示出了確定周期的問(wèn)題；以及-圖8示意性地示出了示例性地比較根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)方面的周期的計(jì)算與具有優(yōu)化尺寸的窗ロ的估計(jì)。在各個(gè)附圖中，具有相同附圖標(biāo)記的元件是相同的。在圖I中示出了用于實(shí)時(shí)確定重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的參數(shù)的系統(tǒng)，包括第一估計(jì)模塊EST1，其用于基于表示運(yùn)動(dòng)的信號(hào)S1、S2，在當(dāng)前運(yùn)動(dòng)結(jié)束前估計(jì)重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的近似值Tr。確定模塊DET基于由所述第一估計(jì)模塊ESTl所估計(jì)的所述周期Tr來(lái)確定滑動(dòng)窗ロ的尺寸F，例如通過(guò)將快速近似值Tr乘以等于1+A的系數(shù)或増益，以便取得安全裕度。例如，A可以在0到0.5之間。第二模塊用于基于表示運(yùn)動(dòng)的信號(hào)S1、S2以及由第一估計(jì)模塊ESTl所傳送的滑動(dòng)窗ロ的尺寸F，借助滑動(dòng)窗ロ來(lái)精確估計(jì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。圖2示出了在重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)中所實(shí)時(shí)確定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是運(yùn)動(dòng)的周期的情況，其作為第二估計(jì)模塊EST2的輸出Tp來(lái)傳送。在此情況下，本發(fā)明使得可以通常在進(jìn)行中的運(yùn)動(dòng)結(jié)束前，通過(guò)快速估計(jì)運(yùn)動(dòng)周期Tr，來(lái)給用于精確估計(jì)的第二模塊提供由確定模塊DET所優(yōu)化的滑動(dòng)窗ロ的尺寸F，從而允許第二估計(jì)模塊EST2在最早可能的時(shí)刻執(zhí)行所述周期的精確估計(jì)Tp。這種精確估計(jì)要快速得多。在計(jì)算周期的情況下，第二估計(jì)模塊EST2基于可以包括或可以不包括第一估計(jì)模塊ESTl的輸入信號(hào)的単一信號(hào)或若干信號(hào)，借助滑動(dòng)窗ロ來(lái)執(zhí)行相關(guān)性。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)方面的“級(jí)聯(lián)”實(shí)施例，其采用了圖2的系統(tǒng)，并將其作為第一快速估計(jì)模塊EST’ 1，用于估計(jì)滑動(dòng)窗ロ的尺寸，以便精確地估計(jì)另ー運(yùn)動(dòng)參數(shù)，一旦精確周期Tp已經(jīng)以精確的方式計(jì)算出來(lái)，該另ー運(yùn)動(dòng)參數(shù)就可以立即視為周期的快速估計(jì)Tr ’。例如，用于周期的快速估計(jì)的模塊ESTl可以實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)A. Marakov的“ Frequencytracking in nonstationary signals using Joint Order Statistics，，，Proceedingsof the International Symposium on Time-Frequency and Time-Scale Analysis 96, p44丄一444、M. Jabloun 的“Un nouvel outil d' analyse temps-frequence basesur unmoyennage arecalage de phase” [A new time-frequency analysis tool based onaveraging with phase registration]Gretsi2009、或者 S. Chandra Sekhar 的“Adaptivespectrogram vs.Adaptive pseudo Wigner-Ville distribution for instantaneousfrequency estimation”，Signal Processing 2003 中所描述的快速估計(jì)。
信號(hào)SI、S2或S3可以是相同的、不同的或者ー個(gè)可以包括另ー個(gè)。它們?cè)醋园l(fā)送表示重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的信號(hào)的傳感器。例如，傳感器組件可以包括至少ー個(gè)磁強(qiáng)計(jì)，和/或至少ー個(gè)加速度計(jì)，和/或陀螺儀，和/或壓カ傳感器，和/或心電圖儀，和/或用于測(cè)量呼吸量的流量計(jì)，和/或用于測(cè)量呼吸頻率的傳感器。圖4示出了將本發(fā)明應(yīng)用于與重復(fù)形式的行走運(yùn)動(dòng)有關(guān)的視頻游戲領(lǐng)域的示例。對(duì)于每條腿來(lái)說(shuō)，傳感器組件包括三軸加速度計(jì)和三軸磁強(qiáng)計(jì)(X、Y和Z)。每個(gè)模態(tài)都是三維信號(hào)，在這個(gè)實(shí)例中總共有12個(gè)信號(hào)。以規(guī)則的間隔對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行采樣，并且注明所接收的每個(gè)信號(hào)的日期，以便能使數(shù)據(jù)同歩。這種配置響應(yīng)于傳感器的具體定位，例如，在腳的ー側(cè)上，以便根據(jù)運(yùn)動(dòng)來(lái)確定傳感器的一個(gè)主軸的方向，但可以想到應(yīng)用處理來(lái)執(zhí)行坐標(biāo)系(U，v，w)的變化，以便將傳感器定位在同一坐標(biāo)系中。如圖5中所示，坐標(biāo)系的這種變化還可以查明運(yùn)動(dòng)的主方向或主平面。以不同的方式表述，通過(guò)使用分解為減小的特征值Xu、Xv和Xw來(lái)執(zhí)行第一正交坐標(biāo)系(X，Y，Z)中的信號(hào)的坐標(biāo)系的變化，從而在第二正交坐標(biāo)系(U，V，W)中表達(dá)第一正交坐標(biāo)系(X，Y，Z)，第二正交坐標(biāo)系(U，V，W)的軸U或者軸U和V分別對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)動(dòng)的主軸或主平面。信號(hào)必須包含關(guān)于所執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)的信息的最大值，有必要以相對(duì)于運(yùn)動(dòng)最優(yōu)的方式來(lái)確定從其提取信號(hào)的傳感器的軸的方向。或者以最優(yōu)的方式定位傳感器，例如使得傳感器的X軸以最佳信噪比測(cè)量包括最多信息的信號(hào)的分量，或者可以執(zhí)行坐標(biāo)系的變化。為了執(zhí)行從基準(zhǔn)(X，Y，Z)至(U，V，W)的這種坐標(biāo)系的變化，使用了特征值分解。原理在于確定系數(shù)Xu、入v和Xw，以使得\a>K>K。因此，可以將傳感器的基準(zhǔn)描述為形成正交坐標(biāo)系的各個(gè)軸(U，V，W)的組合。分解的ー個(gè)特性可以定義這個(gè)新的坐標(biāo)系，以使得u軸是運(yùn)動(dòng)的主軸。例如，對(duì)于給定的腳來(lái)說(shuō)，必須在窗ロ之上考慮例如由加速度計(jì)A產(chǎn)生的3個(gè)傳感器信號(hào)[Ax, Ay, Az]。
此后必須計(jì)算相關(guān)矩陣C
c )
權(quán)利要求
1.一種用于實(shí)時(shí)確定重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的參數(shù)(PM，Tp)的系統(tǒng)，特征在于其包括 -第一模塊(EST1)，其用于基于表示所述運(yùn)動(dòng)的代表性信號(hào)(SI，S2)，在當(dāng)前運(yùn)動(dòng)結(jié)束前，估計(jì)所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的近似值(I；)； -用于基于由所述第一估計(jì)模塊(ESTl)所估計(jì)的所述周期(I；)來(lái)確定滑動(dòng)窗ロ的尺寸(F)的模塊(DET)； -第二模塊(EST2),其用于基于表不所述運(yùn)動(dòng)的代表性信號(hào)(SI, S2)和由所述第一估計(jì)模塊(ESTl)所傳送的所述滑動(dòng)窗ロ的尺寸(F)，借助滑動(dòng)窗ロ來(lái)精確估計(jì)所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)(PM)是所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期(Tp)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第二估計(jì)模塊(EST2)包括基于相關(guān)性的計(jì)算模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其中，用于估計(jì)不同于所述周期(Tp)的所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的另ー運(yùn)動(dòng)參數(shù)(PM)的所述第一模塊(EST1’ )包括用于精確估計(jì)所述周期的所述第二模塊(EST2)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述確定模塊(DET，DET’)包括安全倍増。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括通信接ロ，其用于對(duì)所述運(yùn)動(dòng)的進(jìn)展進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述通信接ロ包括視聽(tīng)接ロ。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括傳感器組件，其適合于固定至執(zhí)行所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的元件，以便傳送所述信號(hào)(SI，S2, S3, S)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器組件包括至少ー個(gè)磁強(qiáng)計(jì)、和/或至少ー個(gè)加速度計(jì)、和/或陀螺儀、和/或壓カ傳感器、和/或心電圖儀、和/或用于測(cè)量呼吸量的流量計(jì)、和/或用于測(cè)量呼吸頻率的傳感器。
10.一種用于實(shí)時(shí)確定重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的參數(shù)的方法，特征在于其包括以下步驟 -基于表示所述運(yùn)動(dòng)的代表性信號(hào)(S，SI, S2, S3)，在當(dāng)前運(yùn)動(dòng)結(jié)束前，估計(jì)所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的近似值(I；)； -基于所述近似估計(jì)的周期(I；)來(lái)確定滑動(dòng)窗ロ的尺寸(F)； -基于表示所述運(yùn)動(dòng)的代表性信號(hào)(SI)和所述滑動(dòng)窗ロ的確定尺寸(F)，借助滑動(dòng)窗ロ精確估計(jì)所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)(PM)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，實(shí)時(shí)確定所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的精確周期(Tp)0
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，對(duì)不同于所述周期(Tp)的所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的另一運(yùn)動(dòng)參數(shù)的估計(jì)用于近似估計(jì)所述周期的步驟中，以及精確估計(jì)所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的步驟(Tp)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，所述信號(hào)(SI，S2,S3, S)由固定至執(zhí)行所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的元件的傳感器組件發(fā)送。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，由所述傳感器組件所發(fā)送的所述信號(hào)源自至少ー個(gè)磁強(qiáng)計(jì)、和/或至少ー個(gè)加速度計(jì)、和/或陀螺儀、和/或壓カ傳感器、和/或心電圖儀、和/或用于測(cè)量呼吸量的流量計(jì)、和/或用于測(cè)量呼吸頻率的傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中，通過(guò)使用向減小的特征值入u、入和Aw的分解，來(lái)執(zhí)行對(duì)由具備第一正交坐標(biāo)系[X，Y，Z]的所述傳感器組件所發(fā)送的所述信號(hào)的坐標(biāo)系的改變，以在第二正交坐標(biāo)系[U，V，W]中表示所述第一正交坐標(biāo)系[X，Y，Z]，所述第ニ正交坐標(biāo)系的軸U或軸U和V分別對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)動(dòng)的主軸或主平面。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的所述精確周期(Tp)的所述實(shí)時(shí)確定檢測(cè)所述滑動(dòng)窗ロ之上的局部最大值和全局最大值，并選擇對(duì)應(yīng)于所述精確周期(Tp)的、最早出現(xiàn)的且其相對(duì)于所述全局最大值的偏差小于閾值的最大值，其中所述局部最大值和全局最大值是基本持續(xù)時(shí)間的倍數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于實(shí)時(shí)確定重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的參數(shù)(PM,Tp)的系統(tǒng)，包括-第一模塊(EST1)，其用于基于表示所述運(yùn)動(dòng)的代表性信號(hào)(S1,S2)，在當(dāng)前運(yùn)動(dòng)結(jié)束前，估計(jì)所述重復(fù)形式的運(yùn)動(dòng)的周期的近似值(Tr)；-用于基于由所述第一估計(jì)模塊(EST1)所估計(jì)的所述周期(Tr)來(lái)確定滑動(dòng)窗口的尺寸(F)的模塊(DET)；-第二模塊(EST2)，其用于基于表示所述運(yùn)動(dòng)的代表性信號(hào)(S1,S2)和由所述第一估計(jì)模塊(EST1)所傳送的所述滑動(dòng)窗口的尺寸(F)，借助滑動(dòng)窗口來(lái)精確估計(jì)所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
文檔編號(hào)G06K9/00GK102792315SQ201180009194
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者A·拉呂, F·敘阿爾 申請(qǐng)人:原子能和輔助替代能源委員會(huì), 莫韋股份公司