KR101716381B1 - Apparatus and method for classifying step movement - Google Patents
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Abstract
본 발명은 걸음 동작 분류 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 걸음 동작 분류 장치는 가속도 센서 및 지자기 센서를 포함하는 관성 센서부와, 가속도 센서에서 출력된 가속도 벡터에서 중력 가속도를 제거하여 얻은 선형 가속도 벡터로부터 선형 가속도의 크기를 계산하고, 지자기 센서에서 출력된 지자기 벡터의 크기 값을 계산하고, 그리고 선형 가속도의 크기 값과 지자기 벡터의 크기 값을 이용하여 실제 앞으로 이동하는 걸음 동작과 제자리에서 반복되는 걸음 동작을 구분하는 걸음 동작 판단부를 제공함으로써, 걸음 동작을 정확하게 구분할 수 있다. The present invention relates to an apparatus and method for classifying a walking motion, and a walking motion classifying apparatus according to the present invention includes an inertial sensor unit including an acceleration sensor and a geomagnetic sensor, Calculate the magnitude of the linear acceleration from the acceleration vector, calculate the magnitude value of the geomagnetism vector output from the geomagnetism sensor, and use the magnitude value of the linear acceleration and the magnitude value of the geomagnetism vector, A step operation discriminating section for discriminating the step operation is provided, so that the step operation can be accurately discriminated.
Description
본 발명은 걸음 동작 분류 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 실제 앞으로 이동하는 걸음 동작과 제자리에서 반복되는 걸음 동작을 구분할 수 있는 걸음 동작 분류 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for classifying a stepping motion, and more particularly, to an apparatus and method for classifying a stepping motion that can distinguish a stepping motion from a forward moving step and a repeated stepping motion.
우리나라는 2012년 12월 기준으로 스마트폰 가입자가 3,300만 명에 이르렀다. 이처럼 대부분의 사람이 스마트폰을 이용하게 되면서 위치 기반 서비스(Location-Based Service : LBS)는 주요 서비스 중 하나로 자리 잡았다. 대표적인 LBS 중 하나가 자동차 내비게이션 서비스이다. 이와 같은 LBS가 제공되는 환경이 실외라면 GPS(Global Positioning System)로 대표되는 GNSS(Global Navigation Satellite System)를 이용하여 현재 위치를 파악할 수 있다.As of December 2012, the number of smartphone subscribers reached 33 million in Korea. As most people use smartphones, Location-Based Services (LBS) has become one of the main services. One of the typical LBS is the car navigation service. If the environment in which the LBS is provided is outdoor, the current position can be grasped by using a Global Navigation Satellite System (GNSS) represented by a Global Positioning System (GPS).
그러나 거대 실내 유원지나 쇼핑몰 등과 같은 복잡한 실내 환경에서의 길 안내나 다양한 전시장에서의 지능형 전시 서비스 등의 실내 대상의 LBS에서는 이런 GNSS 방법을 이용할 수 없어, 이에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다.However, the GNSS method can not be used in the indoor LBS such as the guidance in a complex indoor environment such as a large indoor amusement park or shopping mall, and the intelligent exhibition service in various exhibition halls, and research has been actively conducted.
하지만, 아직까지 GNSS와 같은 대표적이고 효과적인 방법이나 시스템이 개발되거나 상용화되지 못한 실정이다. 다만, 최근 스마트폰의 대중화에 따라 스마트폰이 가진 다양한 센서 및 통신 기능을 이용하여 경제적이면서도 여러 가지 종류의 LBS가 가능할 만큼의 위치 정확도를 제공할 수 있는 다양한 방법들이 연구 개발되고 있다.However, representative and effective methods and systems such as GNSS have not yet been developed or commercialized. However, in recent years, a variety of methods have been researched and developed to provide location accuracy that is economical and capable of various kinds of LBS by using various sensors and communication functions of a smart phone according to popularization of smart phones.
그 중 하나로 별도의 인프라를 필요로 하지 않고 장치의 관성 센서만을 사용하여 현재 위치를 추정하는 추측 항법(Dead-Reckoning) 방법이 많은 주목을 받으며 연구·개발되고 있다. 특히 최근 많은 모바일 장치에 관성 센서가 내장되면서 사용자의 걸음 동작을 감지하여 이동을 추적하는 방법들이 많이 개발되었다. One of them is researching and developing a dead-reckoning method which estimates the current position using only the inertial sensor of the device without requiring a separate infrastructure. Especially, many inertial sensors have been installed in many mobile devices, and many methods have been developed to detect the movement of the user and track movement.
이런 방법들에서는 실제 이동하는 걷기 동작을 정확하게 감지하는 것이 매우 중요하다. 특히 일상적인 여러 행동에서 걷기 동작과 비슷한 여러 행동, 예를 들면 제자리 걸음 동작과 실제 이동하는 걸음 동작을 분류하는 방법의 개발은 매우 중요하다. In these methods, it is very important to accurately detect the actual moving walking movement. Especially, it is very important to develop a method to classify various behaviors similar to walking behavior, for example, in situ walking and actually moving walking, in many daily activities.
상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 실제 앞으로 이동하는 걸음 동작과 제자리에서 반복되는 걸음 동작을 구분할 수 있는 걸음 동작 분류 장치 및 방법에 관한 것이다. In order to solve the above-described problems, the present invention relates to an apparatus and method for classifying a stepping motion that can distinguish an actual forward-moving stepping motion from an in-situ repeated stepping motion.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 걸음 동작 분류 장치는, 가속도 센서 및 지자기 센서를 포함하는 관성 센서부와, 상기 가속도 센서에서 출력된 가속도 벡터에서 중력 가속도를 제거하여 얻은 선형 가속도 벡터로부터 선형 가속도의 크기를 계산하고, 상기 지자기 센서에서 출력된 지자기 벡터의 크기 값을 계산하고, 그리고 상기 선형 가속도의 크기 값과 상기 지자기 벡터의 크기 값을 이용하여 실제 앞으로 이동하는 걸음 동작과 제자리에서 반복되는 걸음 동작을 구분하는 걸음 동작 판단부를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for classifying a gesture according to an embodiment of the present invention, including an inertia sensor unit including an acceleration sensor and a geomagnetic sensor, Calculating a magnitude of a linear acceleration from the linear acceleration vector, calculating a magnitude value of the geomagnetism vector output from the geomagnetism sensor, and calculating a magnitude value of the geomagnetism vector outputted from the geomagnetism sensor, using a magnitude value of the linear acceleration and a magnitude value of the geomagnetism vector, And a gesture motion determination unit that distinguishes the gesture motion that is repeated in place.
상기 걸음 동작 판단부는 소정 시간 간격 동안 상기 선형 가속도의 크기 값을 계속 구한 후 선형 가속도의 크기 값들의 데이터 합을 계산하고, 상기 소정 시간 간격 동안 상기 지자기의 크기 값을 계속 구한 후 지자기의 크기 값들의 집합에 대한 분산 값을 계산하고, 그리고 계산된 선형 가속도 관련 데이터 합 및 계산된 지자기 관련 분산 값에 대해 상보 필터를 적용할 수 있다.The step motion determiner continuously calculates a magnitude value of the linear acceleration for a predetermined time interval, calculates a data sum of magnitude values of the linear acceleration, continuously obtains the magnitude value of the geomagnetism during the predetermined time interval, And then apply the complementary filter to the computed linear acceleration-related data sum and the calculated geomagnetism-related dispersion values.
상기 걸음 동작 판단부는 상기 상보 필터가 적용된 필터 출력 값을 버퍼에 저장하고 소정 개수의 출력 값에 대해 분산 값을 계산하고 이 계산된 분산 값들을 이용하여 평균값을 계산하여 걸음 동작 관련 특징값을 구할 수 있다.The step operation determination unit may store the filter output value applied the complementary filter in a buffer, calculate a variance value for a predetermined number of output values, calculate an average value using the calculated variance values, have.
상기 걸음 동작 판단부는 상기 걸음 동작 관련 특징값과 소정의 임계값을 비교하여 실제 앞으로 이동하는 걸음인지 제자리에서 반복되는 걸음인지를 판단할 수 있다.The step of determining the step of the step of comparing the step of comparing the step-related characteristic value with the predetermined threshold may determine whether the step is a step that is actually moving forward or a step that is repeated in the place.
상기 관성 센서부는 자이로 센서를 더 포함하고, 상기 자이로 센서의 각속도의 크기 및 상기 가속도 센서의 가속도 벡터로부터 구한 중력 가속도의 크기를 이용하여 상기 걸음 동작 분류 장치의 소지 방식을 검출하는 소지 방식 검출부를 더 포함하고, 상기 소지 방식 검출부는 검출된 소지 방식에 따라 상기 걸음 동작 판단부에서 상기 걸음 동작 관련 특징값과 비교되는 상기 소정의 임계값을 변경할 수 있다.The inertial sensor unit may further include a gyro sensor and may further include a detection unit for detecting a holding mode of the walking motion classification apparatus using the magnitude of the gravitational acceleration obtained from the magnitude of the angular velocity of the gyro sensor and the acceleration vector of the acceleration sensor And the handwriting detection unit may change the predetermined threshold value, which is compared with the keying operation-related feature value, by the key operation determination unit according to the detected handwriting detection method.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 가속도 센서 및 지자기 센서를 포함하는 장치에서의 걸음 동작 분류 방법은, 상기 가속도 센서에서 출력된 가속도 벡터에서 중력 가속도를 제거하여 얻은 선형 가속도 벡터로부터 선형 가속도의 크기 값을 계산하는 단계와, 상기 지자기 센서에서 출력된 지자기 벡터의 크기 값을 계산하는 단계와, 상기 선형 가속도의 크기 값을 계산하는 단계에서 계산된 선형 가속도의 크기 값과 상기 지자기 크기 값을 계산하는 단계에서 계산된 지자기 벡터의 크기 값을 이용하여 실제 앞으로 이동하는 걸음 동작과 제자리에서 반복되는 걸음 동작을 구분하는 단계를 제공함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of classifying a walking motion in an apparatus including an acceleration sensor and a geomagnetic sensor, the method comprising: calculating a magnitude of a linear acceleration from a linear acceleration vector obtained by removing gravitational acceleration from an acceleration vector output from the acceleration sensor; Calculating a magnitude value of the geomagnetism vector outputted from the geomagnetism sensor; calculating a magnitude value of the linear acceleration and a geomagnetism magnitude value calculated in the step of calculating the magnitude value of the linear acceleration; The above-described object can be achieved by providing a step of distinguishing between the stepping motion that actually moves forward and the stepping motion that is repeated in the place, using the magnitude value of the geomagnetism vector calculated in step.
상술한 구성에 의해, 본 발명은 실제 앞으로 이동하는 걸음 동작과 제자리에서 반복되는 걸음 동작을 정확하게 구분할 수 있다. According to the above-described configuration, the present invention can accurately distinguish between a stepping motion that actually moves forward and a stepping motion that repeats in place.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 걸음 동작 분류 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 걸음 동작 분류 장치의 블록도를 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 움직임 특성 계산 파트를 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 4(a), 도 4(b) 및 도 4(c)는 본 발명의 일실시예에 따른 그래프들을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 걸음 동작 분류 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다. FIG. 1 is a block diagram of a stepping motion classifying apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 2 is a block diagram of the step-motion classifying apparatus shown in FIG. 1 in more detail.
FIG. 3 is a diagram illustrating the motion characteristic calculation part shown in FIG. 2 in more detail.
4 (a), 4 (b) and 4 (c) are graphs illustrating graphs according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of classifying a stepping motion according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 걸음 동작 분류 장치 및 방법의 실시예들을 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an apparatus and method for classifying a stepping motion according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, it is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular and exemplary embodiments of the invention, Will be.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 걸음 동작 분류 장치의 블록도를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a block diagram of a stepping motion classifying apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 1에 도시된 바와 같이, 걸음 동작 분류 장치는 관성 센서부(110), 소지 방식 검출부(120) 및 걸음 동작 판단부(130)를 포함한다. 여기서 걸음 동작 분류 장치는, 예를 들어 스마트폰 등의 모바일 디바이스이거나 전자 시계 등의 손목형 전자 디바이스일 수 있다.As shown in FIG. 1, the walking motion classifying apparatus includes an
관성 센서부(110)는 걸음 동작 분류 장치에 구비된 관성 센서들로, 걸음 동작 분류 장치의 움직임 등에 따른 관성 데이터를 출력한다. 관성 센서부(110)는 소정의 샘플링 시간, 예를 들어 50msec 마다 관성 데이터를 출력할 수 있다.The
소지 방식 검출부(120)는 관성 센서부(110)로부터 출력된 관성 데이터를 이용하여 걸음 동작 분류 장치, 예를 들어 모바일 디바이스의 소지 방식을 검출한다. 모바일 디바이스를 갖고 다니는 자세는 여러 형태가 있을 수 있는데, 일반적으로 바지 주머니(앞/뒤)에 넣는 사람, 손에 들고 다니는 사람, 가방에 넣고 다니는 사람 등 다양하다. 따라서 모바일 디바이스의 현재 소지 방식을 검출하여 알 수 있다면, 실제로 걸어서 이동하고 있는지 아니면 제자리 뛰기 등인지를 정확하게 판단할 수 있다.The navigation
걸음 동작 판단부(130)는 걸음 동작 분류 장치의 관성 데이터를 통해 사용자가 실제 걸어서 이동하고 있는지 아니면 제자리에서 움직이고 있는 지를 판단한다. The step
도 1에서는 소지 방식 검출부(120)가 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 설명을 위해 도시한 것으로, 본 발명에 반드시 필요한 구성은 아닐 수 있다. In FIG. 1, the
도 2는 도 1에 도시된 걸음 동작 분류 장치의 블록도를 보다 상세하게 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 움직임 특성 계산 파트를 보다 상세하게 도시한 도면이고, 도 4(a), 도 4(b) 및 도 4(c)는 본 발명의 일실시예에 따른 그래프들을 도시한 도면이다.Fig. 2 is a block diagram of the step-motion classifying apparatus shown in Fig. 1 in more detail. Fig. 3 is a diagram showing the motion characteristic calculating part shown in Fig. 2 in more detail, , 4 (b) and 4 (c) are graphs illustrating graphs according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 관성 센서부(110)는 가속도 센서(212), 자이로 센서(214) 및 지자기 센서(216)를 포함할 수 있다.2, the
가속도 센서(212)는 걸음 동작 분류 장치의 X축, Y축 및 Z축 각각에 대한 가속도(중력 가속도 + 운동 가속도)를 측정하는 센서로, 가속도 센서(212)에서 출력되는 가속도 벡터는 이며, 여기서 ax, ay 및 az는 X축, Y축 및 Z축 각각의 가속도 성분을 나타낸다.The
자이로 센서(214)는 걸음 동작 분류 장치의 X축, Y축 및 Z축 각각에 대한 각속도를 측정하는 센서로, 자이로 센서(214)에서 출력되는 각속도 벡터는 이며, 여기서 wx, wy 및 wz는 X축, Y축 및 Z축 각각의 각속도 성분을 나타낸다.The
지자기 센서(216)는 걸음 동작 분류 장치에서 지구 자기장을 이용해 방위각을 측정할 수 있는 전자 나침반으로, 지자기 센서(216)에서 출력되는 지자기 벡터는 이며, 여기서 mx, my 및 mz는 X축, Y축 및 Z축 각각의 지자기 성분을 나타낸다.The
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 소지 방식 검출부(120)는 현재 사용자가 걸음 동작 분류 장치를 소지한 방식을 검출하기 위해, 각속도 특징 계산 파트(222) 및 중력 가속도 특징 계산 파트(224)를 포함할 수 있다. 2, the parental
각속도 특징 계산 파트(222)는 각속도 벡터의 크기 및 각속도 벡터 크기 값의 일정한 개수(N1)의 과거 샘플들의 분산 값 을 계산하며, 또한 X축 각속도 성분의 일정 개수(N2)의 분산 값 을 계산한다.The angular velocity
중력 가속도 특징 계산 파트(224)는 일정시간 동안의 중력 가속도 벡터의 특징값들을 계산한다. 중력 가속도 특징 계산 파트(224)는 가속도 센서(212)로부터 입력된 가속도 벡터로부터 중력 가속도 벡터를 구하고, 현재시각 기준 일정시간의 중력 가속도 벡터의 X축 및 Y축 각각의 평균값들 을 계산한다. 예를 들면, 샘플링 시간 50msec인 경우에 1.5초 동안 샘플링을 하면 N=30이다. 중력 가속도 특징 계산 파트(224)는 또한, 중력 가속도 벡터로부터 X축 및 Y축의 중력 가속도 평균값 을 계산하고, 아울러 Z축 중력 가속도 성분의 일정 개수의 분산 값 을 계산한다.The gravitational acceleration
소지 방식 검출부(120)는 각속도 특징 계산 파트(222)에서 계산된 특징값들 및 중력 가속도 특징 계산 파트(224)에서 계산된 특징 값들을 소정의 임계값들과의 비교를 통해 소지 방식을 검출할 수 있다.The base-paper
걸음 동작 판단부(130)는 실제 걸음인지 제자리 걸음인지를 판단하기 위해 선형 가속도 크기 계산 파트(232) 및 움직임 특성 계산 파트(234)를 포함할 수 있다.The step
선형 가속도 크기 계산 파트(232)는 일정 주파수 이하 성분만을 통과시키는 저주파통과필터(Low Pass Filter; LPF) 등을 이용하여 중력 성분을 제거한 선형 가속도 센서를 얻을 수 있으며, 가속도 센서(212)로부터 입력된 X축, Y축 및 Z축 성분들에서 중력 성분을 필터링하여 선형 가속도 벡터를 얻을 수 있으며, 선형 가속도 벡터는 이다.The linear acceleration
움직임 특성 계산 파트(234)는 지자기 센서(216)로부터 입력된 지자기 값과 가속도 센서(212)로부터 입력된 가속도 값을 이용하여 움직임 특성을 계산한다. 이 움직임 특성 계산 파트(234)의 상세한 구성이 도 3에 도시되어 있다.The motion
도 3에 도시된 바와 같이, 움직임 특성 계산 파트(234)는 지자기 크기 분산 계산 모듈(312), 선형 가속도 크기 합 계산 모듈(314), 상보 필터 모듈(316), 필터 출력 분산 계산 모듈(318), 평균 계산 모듈(320), 임계값 모듈(322) 및 특성값 비교 모듈(324)을 포함할 수 있다.3, the motion
지자기 크기 분산 계산 모듈(312)은 지자기 센서(216)로부터 입력된 지자기 벡터의 크기 값의 과거 NI개(예를 들어 12개일 수 있음) 데이터 집합에 대한 분산 값을 계산하며, 이 분산 값은 로 표시되며, 이 분산 값의 그래프가 도 4(a)에 도시되어 있다.The geomagnetism size
한편, 선형 가속도 크기 합 계산 모듈(314)은 선형 가속도 크기 계산 파트(232)에서 출력된 선형 가속도 벡터의 크기 값의 N1개의 데이터 합을 계산한다. 이 데이터 합 은 다음의 수식을 이용하여 계산되며, 이 데이터 합의 그래프가 도 4(b)에 도시되어 있으며, 여기서 k는 스케일링 계수이다.Meanwhile, the linear acceleration magnitude
상보 필터 모듈(316)은 지자기 크기 분산 계산 모듈(312)로부터 입력된 분산 값 및 선형 가속도 크기 합 계산 모듈(314)로부터 입력된 데이터 합에 대해 상보 필터를 적용하여 필터 출력값 을 얻을 수 있으며, 여기서 필터 상수 α는 0보다 크고 1보다 작은 값으로 결정되는데, 0.2±0.1인 것이 바람직하다. The
상보 필터 모듈(316)은 매 샘플링 시점에 필터 출력값 을 계산하고 버퍼에 저장한다.The
필터 출력 분산 계산 모듈(318)은 버퍼에 저장된 N1개의 필터 출력값들의 분산 값 을 계산한다.The filter output
평균 계산 모듈(320)은 필터 출력 분산 계산 모듈(318)에서 계산된 마지막 4개의 분산 값들 의 평균값 을 계산한다. 이 평균값이 움직임 특성 계산 파트(234)에서 얻어지는 최종적인 움직임 특성값이다.The
도 4(c)는 실제 걸음과 제자리 걸음에 따른 움직임 특성값들을 도시한 도면이다. 도 4(c)에서 실제 걸음과 제자리 걸음은 경계 값(Threshold)을 기준으로 뚜렷하게 구분되고 있음을 알 수 있다.FIG. 4 (c) is a diagram showing motion characteristic values according to actual walking and standing walking. In FIG. 4 (c), it can be seen that the actual step and the footstep are clearly distinguished based on the threshold value.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이 움직임 특성 계산 파트(234)는 임계값 모듈(322) 및 특성값 비교 모듈(324)을 더 포함할 수 있다. 임계값 모듈(322)은 임계값이 저장된 저장부 또는 레지스터 등으로 이루어질 수 있으며, 특성값 비교모듈은 평균 계산 모듈(320)에서 얻어진 최종적인 움직임 특성값과 임계값 모듈(322)에서의 임계값을 비교하여 특징 코드, 예를 들어 111 또는 333을 출력할 수 있다.As shown in FIG. 3, the motion
걸음 이동 판단부(130)의 움직임 특성 계산 파트(234)는 소지 방식 검출부(120)에서 검출한 소지 방식에 따라 임계값 모듈(322)의 임계값을 변경할 수 있다.The motion
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 걸음 동작 분류 방법의 흐름도를 도시하는 도면이다. 5 is a flowchart illustrating a method of classifying a stepping motion according to an embodiment of the present invention.
사용자는 걸음 동작 분류 장치의 디스플레이부에 표시된 걸음 동작 분류 프로그램을 구동한다(S502). 걸음 동작 분류 프로그램이 구동되면, 걸음 동작 분류 장치의 가속도 센서(212), 자이로 센서(214) 및 지자기 센서(216)는 50msec 마다 각각의 관성 데이터를 출력한다(S504).The user drives the step motion classification program displayed on the display unit of the step motion classification apparatus (S502). When the step motion classification program is activated, the
선형 가속도 크기 계산 파트(232)는 가속도 센서(212)로부터 입력된 X축, Y축 및 Z축 성분들에서 중력 성분을 필터링하여 선형 가속도 벡터를 구한다(S506). The linear acceleration
선형 가속도 크기 계산 파트(232)는 선형 가속도 벡터의 크기를 계산한다(S508). The linear acceleration
선형 가속도 크기 합 계산 모듈(314)은 선형 가속도 크기 계산 파트(232)에서 출력된 선형 가속도 벡터의 크기 값의 N1개의 데이터 합을 계산한다(S510). 이 데이터 합 은 다음의 수식을 이용하여 계산되며, 이 데이터 합의 그래프가 도 4(b)에 도시되어 있으며, 여기서 k는 스케일링 계수이다.The linear acceleration magnitude
지자기 크기 분산 계산 모듈(312)은 지자기 센서(216)로부터 입력된 지자기 벡터의 크기 값의 과거 NI개 데이터 집합에 대한 분산 값을 계산하며(S512), 이 분산 값은 로 표시되며, 이 분산 값의 그래프가 도 4(a)에 도시되어 있다.The geomagnetism size
상보 필터 모듈(316)은 지자기 크기 분산 계산 모듈(312)로부터 입력된 분산 값 및 선형 가속도 크기 합 계산 모듈(314)로부터 입력된 데이터 합에 대해 상보 필터를 적용하여 필터 출력값 을 얻을 수 있으며(S514), 여기서 필터 상수 α는 0보다 크고 1보다 작은 값으로 결정되는데, 0.2±0.1인 것이 바람직하다. The
상보 필터 모듈(316)은 매 샘플링 시점에 필터 출력값 을 계산하고 버퍼에 저장한다.The
필터 출력 분산 계산 모듈(318)은 버퍼에 저장된 N1개의 필터 출력값들의 분산 값 을 계산한다(S516).The filter output
평균 계산 모듈(320)은 필터 출력 분산 계산 모듈(318)에서 계산된 마지막 4개의 분산 값들 의 평균값 을 계산한다(S518). 이 평균값이 움직임 특성 계산 파트(234)에서 얻어지는 최종적인 움직임 특성값이다.The
특성값 비교모듈은 평균 계산 모듈(320)에서 얻어진 최종적인 움직임 특성값과 임계값 모듈(322)에서의 임계값을 비교한다(S520). 이 경우 특성값 비교모듈은 평균 계산 모듈(320)에서 얻어진 최종적인 움직임 특성 값이 임계값 모듈(322)에서의 임계값, 예를 들어 0.045보다 크면 특징 코드, 예를 들어 111을 출력하여 실제 걸음임을 나타내며, 0.045이하이면 특징 코드, 예를 들어 333을 출력하여 제자리 걸음임을 나타낸다.The characteristic value comparison module compares the final motion characteristic value obtained in the
본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The scope of protection of the present invention should be interpreted according to the claims. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It should be interpreted that it is included in the scope of right.
110: 관성 센서부 120: 소지 방식 검출부
130: 걸음 동작 판단부 212: 가속도 센서
214: 자이로 센서 216: 및 지자기 센서
222: 각속도 특징 계산 파트 224: 중력 가속도 특징 계산 파트
232: 선형 가속도 크기 계산 파트 234: 움직임 특성 계산 파트110: inertia sensor unit 120:
130: step operation determination unit 212: acceleration sensor
214: Gyro sensor 216: and geomagnetic sensor
222: Angular velocity feature calculation part 224: Gravity acceleration feature calculation part
232: Linear Acceleration Size Calculation Part 234: Motion Characteristic Calculation Part
Claims (7)
상기 가속도 센서에서 출력된 가속도 벡터에서 중력 가속도를 제거하여 얻은 선형 가속도 벡터로부터 선형 가속도의 크기를 계산하고, 상기 지자기 센서에서 출력된 지자기 벡터의 크기 값을 계산하고, 그리고 상기 선형 가속도의 크기 값과 상기 지자기 벡터의 크기 값을 이용하여 실제 앞으로 이동하는 걸음 동작과 제자리에서 반복되는 걸음 동작을 구분하는 걸음 동작 판단부를 포함하고,
상기 걸음 동작 판단부는 소정 시간 간격 동안 상기 선형 가속도의 크기 값을 계속 구한 후 선형 가속도의 크기 값들의 데이터 합을 계산하고, 상기 소정 시간 간격 동안 상기 지자기의 크기 값을 계속 구한 후 지자기의 크기 값들의 집합에 대한 분산 값을 계산하고, 그리고 계산된 선형 가속도 관련 데이터 합 및 계산된 지자기 관련 분산 값에 대해 상보 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 걸음 동작 분류 장치. An inertial sensor unit including an acceleration sensor and a geomagnetic sensor,
Calculating a magnitude of the linear acceleration from the linear acceleration vector obtained by removing the gravity acceleration from the acceleration vector output from the acceleration sensor, calculating a magnitude value of the geomagnetism vector output from the geomagnetism sensor, And a gesture motion determiner for distinguishing between a gesture motion that actually moves forward and a gesture motion that repeats in the first place using the magnitude value of the geomagnetism vector,
The step motion determiner continuously calculates a magnitude value of the linear acceleration for a predetermined time interval, calculates a data sum of magnitude values of the linear acceleration, continuously obtains the magnitude value of the geomagnetism during the predetermined time interval, Calculating a variance value for the set, and applying a complementary filter to the calculated linear acceleration-related data sum and the calculated geomagnetism-related variance value.
상기 걸음 동작 판단부는 상기 상보 필터가 적용된 필터 출력 값을 버퍼에 저장하고 소정 개수의 출력 값에 대해 분산 값을 계산하고 이 계산된 분산 값들을 이용하여 평균값을 계산하여 걸음 동작 관련 특징값을 구하는 것을 특징으로 하는 걸음 동작 분류 장치. The method according to claim 1,
The step operation determining unit stores a filter output value to which the complementary filter is applied in a buffer, calculates a variance value for a predetermined number of output values, calculates an average value using the calculated variance values, Wherein the step motion classification device comprises:
상기 걸음 동작 판단부는 상기 걸음 동작 관련 특징값과 소정의 임계값을 비교하여 실제 앞으로 이동하는 걸음인지 제자리에서 반복되는 걸음인지를 판단하는 것을 특징으로 하는 걸음 동작 분류 장치. The method of claim 3,
Wherein the step of determining the step of gait is to compare the gait operation-related characteristic value with a predetermined threshold value to determine whether the gait is a step that is actually moving forward or a step that is repeated in place.
상기 관성 센서부는 자이로 센서를 더 포함하고,
상기 자이로 센서의 각속도의 크기 및 상기 가속도 센서의 가속도 벡터로부터 구한 중력 가속도의 크기를 이용하여 상기 걸음 동작 분류 장치의 소지 방식을 검출하는 소지 방식 검출부를 더 포함하고, 그리고
상기 소지 방식 검출부는 검출된 소지 방식에 따라 상기 걸음 동작 판단부에서 상기 걸음 동작 관련 특징값과 비교되는 상기 소정의 임계값을 변경하는 것을 특징으로 하는 걸음 동작 분류 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the inertial sensor unit further comprises a gyro sensor,
Further comprising a detection means for detecting a holding mode of the walking motion classification apparatus using the magnitude of the angular velocity of the gyro sensor and the magnitude of the gravitational acceleration obtained from the acceleration vector of the acceleration sensor,
Wherein the retention mode detecting unit changes the predetermined threshold value to be compared with the step-motion-related feature value in the step-motion determining unit according to the detected retention mode.
상기 가속도 센서에서 출력된 가속도 벡터에서 중력 가속도를 제거하여 얻은 선형 가속도 벡터로부터 선형 가속도의 크기 값을 계산하는 단계와,
상기 지자기 센서에서 출력된 지자기 벡터의 크기 값을 계산하는 단계와,
상기 선형 가속도의 크기 값을 계산하는 단계에서 계산된 선형 가속도의 크기 값과 상기 지자기 크기 값을 계산하는 단계에서 계산된 지자기 벡터의 크기 값을 이용하여 실제 앞으로 이동하는 걸음 동작과 제자리에서 반복되는 걸음 동작을 구분하는 단계를 포함하고,
상기 걸음 동작을 구분하는 단계는 소정 시간 간격 동안 상기 선형 가속도의 크기 값을 계속 구한 후 선형 가속도의 크기 값들의 데이터 합을 계산하고, 상기 소정 시간 간격 동안 상기 지자기의 크기 값을 계속 구한 후 지자기의 크기 값들의 집합에 대한 분산 값을 계산하고, 그리고 계산된 선형 가속도 관련 데이터 합 및 계산된 지자기 관련 분산 값에 대해 상보 필터를 적용하여 걸음 동작을 구분하는 것을 특징으로 하는 걸음 동작 분류 방법. A method of classifying a stepping motion in an apparatus including an acceleration sensor and a geomagnetic sensor,
Calculating a magnitude value of a linear acceleration from a linear acceleration vector obtained by removing gravitational acceleration from an acceleration vector output from the acceleration sensor;
Calculating a magnitude value of a geomagnetism vector output from the geomagnetic sensor,
The step of calculating the magnitude of the linear acceleration and the magnitude value of the geomagnetism vector calculated in the step of calculating the geomagnetism magnitude value may be used to calculate the magnitude of the linear acceleration, Comprising the steps of:
Wherein the step of classifying the stepping motion includes continuously calculating a magnitude value of the linear acceleration for a predetermined time interval, calculating a data sum of magnitude values of the linear acceleration, continuously calculating the magnitude value of the geomagnetism during the predetermined time interval, Calculating a variance value for a set of magnitude values, and applying a complementary filter to the calculated linear acceleration-related data sum and the calculated geomagnetism-related variance value to classify the stepping motion.
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