一种计步预处理方法、装置及终端与流程

本发明涉及计步领域，尤其涉及一种计步预处理方法、装置及终端。

背景技术：

计步器作为一个能够记录佩戴者所走步数的设备，可以佩戴在腰间、手腕等处。通过计步器，不仅可以计算佩戴者所走的步数，还可以计算佩戴者消耗的能量、行走的路程。计步器也可在惯性导航系统中得到应用，用来确定佩戴者的行走曲线。其中计步器主要运用加速度计的原始信号，经过某种处理后，通过计步算法实现计步功能。由于人体的行走过程是一个周期性的过程，人体在行走时垂直于地面的加速度会发生周期性的从小到大的变化过程，利用加速度计可以得到空间三维的瞬时加速度，此加速度为相对加速度。根据佩戴部位的不同，需要对其进行不同的处理，才能用来进行计步侦测。部分计步器通过加速度模长的周期变化，从而获得步行信息。有的计步器通过将加速度计的时域信号进行傅立叶变换转化成频域信号后，消除不需要的频率，然后重构加速度信号，再此基础上再进行计步算法的处理。当人体在步行时，人体的加速度会周期性的出现波峰、波谷，基于此事实人们利用峰值检测、阈值检测、相关性检测等方法，来设计计步算法。

但是，由于人体步行环境、自身步行特征的易变性，比如受地面平整、鞋子的舒适度、步行速度的影响。在进行计步侦测时，人们的同一动作，可能会出现不同的加速度数据。

在《基于加速度传感器lis3dh的计步器设计》(文献1)(韩文正,冯迪,李鹏,等.基于加速度传感器lis3dh的计步器设计[j].传感器与微系统,2012,31(11):97-99.)中通过对加速度数据进行fft变换，去除0.5～5hz以外的频率后进行重构，以此基础对步伐进行判断。

文献1将步行周期，归结为以下几个特点：

1)一个迈步周期中仅出现一次加速度极大值、极小值，有一个上升区间和下降区间；

2)一个单调区间对应迈步周期的50％，因而，时间间隔应该在1/2各时间窗口之间；

3)行走时，加速度极大值与极小值是交替出现的，且其差的绝对值不小于预设的阈值1；

其中3)的阈值1，表示1g。

文献1采用了固定阈值的方法，进行计步侦测。由于人的步行方式的非固定性，会随时间以及力度的变化而改变，沿用文献中的方法，可能存在步行幅度小而不计步的现象，计步器佩戴位置的不同，如可以佩戴在手腕、腰间。佩戴在手腕处，人在行走过程中的加速度会受到摆臂动作的影响，加速度的幅值变化也就不会经常超过1g。

因此如采用文献1中的方法进行计步器设计，就会影响计步器的精度。本发明为解决此问题提供了相应的方法，

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种计步预处理方法、装置及终端。

本发明提供一种计步预处理方法，包括：

s100加速度原始数据采集；

s101将加速度原始数据进行单位转换得到加速度数值；

s102根据所述加速度数值进行实时动态阈值计算；

s103判断所述加速度数值是否符合实时动态阈值；

s104根据上述步骤判断结果执行计步处理。

优选地，所述步骤s102包括所述实时动态阈值计算步骤为将多个加速度数值的最大值与最小值的差值乘以实时动态阈值系数然后累加求和得到。

优选地，所述实时动态阈值系数为根据多个加速度数值的数值特征实时计算动态阈值系数。

优选地，所述步骤s103中若加速度数值大于所述实时动态阈值，则执行计步操作；若加速度数值小于所述实时动态阈值，则不进行计步操作。

本发明提供一种计步装置，包括：

采集单元用以采集加速度原始数据；

单位转换单元用以转换加速度原始数据得到加速度数值；

计算单元用以根据所述加速度数值计算实时动态阈值；

判断单元用以判断所述加速度数值是否符合实时动态阈值；

处理单元用以根据上述步骤判断结果执行计步处理。

优选地，所述计算单元的所述实时动态阈值为将多个加速度数值的最大值与最小值的差值乘以实时动态阈值系数然后累加求和得到的数值。

优选地，所述实时动态阈值系数为根据多个加速度数值的数值特征实时计算动态阈值系数。

优选地，所述判断单元具体为判断若加速度数值大于所述实时动态阈值，则执行计步操作；若加速度数值小于所述实时动态阈值，则不进行计步操作。

本发明还提供一种计步终端，还包括上述任意一项所述的计步装置。

本发明采用动态阈值的方法，来增加计步精度，从而减小走路摆臂对计步精度的影响。此方法主要涉及加速度模求根、加速度方差、步行频率、信号能量等相关概念的运用。可以有效提高在步行幅度小、非正常步态条件下的计步精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为计步预处理方法流程图；

图2为计步装置结构图；

附图标记：

采集单元201，单位转换单元202，计算单元203，判断单元204，处理单元205。

s100～s104步骤。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示本发明的计步预处理方法流程图，一种计步预处理方法，通过加速度计采集数据，经过处理单元处理后在外设中显示的具体方案。加速度计为市场中可以获取到的加速度计型号，如st-lis2dh12。处理器单元主要功能为处理加速度计的原始数据，进行动态阈值检测，执行计步算法等功能。外设设备可以为显示设备(lcd/olcd)、无线传输设备(wifi/ble)。

外设设备的功能主要是显示步数、距离、卡路里等数据，也可以通过无线传输将步数、距离、卡路里等数据传输到云端、手机、计算机等设备。输入设备主要用于佩戴者输入自身身高、体重等信息。具体步骤为包括：s100加速度原始数据采集。s101将加速度原始数据进行单位转换得到加速度数值；s102根据所述加速度数值进行实时动态阈值计算；s103判断所述加速度数值是否符合实时动态阈值；s104根据上述步骤判断结果执行计步处理。

进一步，在所述s101中，将加速度原始数据进行单位转换得到加速度数值，此后所有的数据均为单位转换单元转换后的数值。本领域技术人员可知，单位转换单元转换之前的为数据，转换之后为数值。

在s102中，根据前述的加速度数值进行实时动态阈值计算，此处包括两个步骤，所述实时动态阈值计算步骤为将多个加速度数值的最大值与最小值的差值乘以实时动态阈值系数然后累加求和得到。优选地，所述实时动态阈值系数为根据多个加速度数值的数值特征实时计算动态阈值系数。具体地，本发明的动态阈值为ti＝αi*yi+αi-1*yi-1+αi-2*yi-2+αi-3*yi-3+…0＜αi＜1，αi+αi-1+αi-2+αi-3+…＝1

其中，αi的值并不是固定值，而是根据一段时间内的加速度数据ai，ai-1，...，ai-n+1的数值特征计算出来的，如ai，ai-1，...，ai-n+1的数值发生变化，αi值也会发生变化。

在进一步实施例中，若加速度数值大于所述实时动态阈值，则s104执行计步操作；若加速度数值小于所述实时动态阈值，则s104不进行计步操作。

本发明还提供一种计步装置的实施例，具体包括如下几个单元：采集单元201用以采集加速度原始数据；单位转换单元202用以转换加速度原始数据得到加速度数值；计算单元203用以根据所述加速度数值计算实时动态阈值；判断单元204用以判断所述加速度数值是否符合实时动态阈值；处理单元205用以根据上述步骤判断结果执行计步处理。优选地，采集单元201采集加速度原始数据传输给单位转换单元202进行单位转换后再经过计算单元203进行实时动态阈值系数及实时动态阈值的计算，在一个优选例中，所述实时动态阈值计算步骤为将多个加速度数值的最大值与最小值的差值乘以实时动态阈值系数然后累加求和得到。优选地，所述实时动态阈值系数为根据多个加速度数值的数值特征实时计算动态阈值系数。最后在判断单元204中将所述加速度数值与上一步骤中计算得出的实时动态阈值进行比对，若大于实时动态阈值则进行计步，若小于实时动态阈值则不进行计步。本领域技术人员可知，整个计步预处理方法是一个可重复，循环的计步预处理方法。同时，所述计步装置可以安装于一个终端内部，与其他器件一起发挥作用，即，一种计步终端，包括上述任意一项所述的计步装置。

在普通的固定阈值的计算方法中，计步算法采用的是将阈值固定为某一个数值，在佩戴者步行过程中，加速度数据会在固定的阈值上下波动，一旦阈值固定，所有不符合条件的加速度数据，都不会参与到计步算法运行中，这样就影响了计步精度。采用动态阈值计算公式，动态阈值计算公式的参数αi非固定，会随着加速度信号的数值特征发生变化，使实时动态阈值的数值大小随着加速度的数值大小发生变化。这样，我们就可以提高走路幅度较小时的计步精度。

本发明采用动态阈值的方法，来增加计步精度，从而减小走路摆臂对计步精度的影响。此方法主要涉及加速度模求根、加速度方差、步行频率、信号能量等相关概念的运用。可以有效提高在步行幅度小、非正常步态条件下的计步精度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。