一种运动姿态检测方法及可穿戴式设备与流程

本发明涉及信息处理
技术领域：
，特别涉及一种运动姿态检测方法及可穿戴式设备。
背景技术：
：随着信息技术的发展，智能手机、平板电脑等移动电子设备在现代生活中越来越普及，深刻的影响并改变了现代人的生活、娱乐、工作方式。人们坐在一台连接着网络的计算机面前甚至是只通过手机，就可以完成诸如上网购物、即时信息浏览、远程办公、远程会议、图形设计、科学研究等作业。现代作业方式的改变将人们限制在一张小小的桌子上，长时间的伏案学习、工作，坐姿不正确等引起的颈椎病等症状给现代人带来的影响与伤害越来越大。因此，如何通过一定的方法检测人的颈椎状态，从而使得人保持正确的坐姿或站姿以防范及降低颈椎病的发生将是一个非常重要的课题。现有技术中的一种微型多功能人体姿态智能检测仪及检测方法主要检测包括跑步、急速行走、跳跃等人体姿态，提供包括跑步或行走频率、运动速度、跳跃高度和距离、初始起跳角度和速度等的检测，但该设备并没有提供人体的颈椎状态的检测。技术实现要素：本发明实施例提供一种运动姿态检测方法及可穿戴式设备，实现了根据可穿戴式设备中的角速度测量装置和角速度测量装置分别对测量对象测量的加速度和角速度得到测量对象的运动姿态信息。本发明实施例提供一种运动姿态检测方法，应用于可穿戴式设备中，所述可穿戴式设备包括加速度测量装置和角速度测量装置，所述方法包括：获取所述加速度测量装置和角速度测量装置分别对测量对象测量的加速度和角速度；根据所述加速度和角速度计算所述测量对象分别对于所述测量对象所在的第一坐标系中各个轴的第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度；根据所述第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度确定所述测量对象的运动姿态信息；输出所述测量对象的运动姿态信息，或根据所述运动姿态信息进行提示。本发明实施例还提供一种可穿戴式设备，包括：加速度测量装置和角速度测量装置，还包括：测量值获取单元，用于获取所述加速度测量装置和角速度测量装置分别对测量对象测量的加速度和角速度；角度计算单元，用于根据所述加速度和角速度计算所述测量对象分别对于所述测量对象所在的第一坐标系中各个轴的第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度；姿态信息确定单元，用于根据所述第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度确定所述测量对象的运动姿态信息；姿态处理单元，用于输出所述测量对象的运动姿态信息，或根据所述运动姿态信息进行提示。可见，在本实施例的方法中，由可穿戴式设备的处理器获取加速度测量装置和角速度测量装置分别对测量对象测量的加速度和角速度，然后根据加速度和角速度计算测量对象分别对于测量对象所在的第一坐标系中各个轴的第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度，最后可以根据第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度就能确定测量对象的运动姿态信息，并根据运动姿态信息进行相应地处理。这样可以将用户颈椎作为测量对象，通过本实施例的可穿戴式设备能实现对用户颈椎的运动姿态信息进行检测，弥补了现有运动姿态检测的不足。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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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1a是本发明实施例提供的一种可穿戴式设备的结构示意图；图1b是本发明实施例提供的另一种可穿戴式设备的结构示意图；图2是本发明实施例提供的一种运动姿态检测方法的流程图；图3是本发明实施例提供的一种计算第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度的方法流程图；图4是本发明实施例提供的一种可穿戴式设备的结构示意图；图5是本发明实施例提供的另一种可穿戴式设备的结构示意图；图6是本发明实施例提供的另一种可穿戴式设备的结构示意图；图7是本发明实施例提供的一种运动姿态检测装置的结构示意图。具体实施方式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，所描述的实施例仅仅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作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。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本发明实施例提供一种运动姿态检测方法，主要可以应用于如图1a和图1b所示的可穿戴式设备中，一般情况下，可穿戴式设备中可以包括加速度测量装置和角速度测量装置和处理器，进一步地，可穿戴式设备中还可以包括磁感应强度测量装置，其中，加速度测量装置，角速度测量装置和磁感应强度测量装置可以集成在同一个传感器芯片上，且可以分别通过总线与处理器连接，并将各自测量的数据传送给处理器进行处理。角速度测量装置可以是三轴陀螺测量仪，主要用于对测量对象绕指定轴旋转的角速度进行测量；加速度测量装置可以是三轴加速度计，主要用于对测量对象在三个轴的加速度分量进行测量；磁感应强度测量装置可以是三轴电子罗盘磁力计，主要用于对测量对象在三个轴的磁感应强度分量进行测量。具体地，该可穿戴式设备主要可以将用户颈椎作为测量对象，对用户颈椎的运动姿态信息进行检测，在这种具体应用中，用户可以将该可穿戴式设备戴在用户的脖子以上的部位(比如耳朵)。本实施例的方法是由可穿戴式设备中的处理器所执行的方法，流程图如图2所示，包括：步骤101，获取加速度测量装置和角速度测量装置分别对测量对象测量的加速度和角速度，具体可以是多个时间点对应的加速度和角速度。步骤102，根据加速度和角速度计算测量对象绕测量对象所在的第一坐标系中各个轴的第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度。具体地，测量对象绕第一坐标系中X轴的第一旋转角度(即俯仰角)可以反应用户低抬头的运动姿态，测量对象绕第一坐标系中Y轴的第二旋转角度(即横滚角)可以反应用户左右倾斜的运动姿态，测量对象绕第一坐标系中Z轴的第三旋转角度(即航向角)可以反应用户左右转动的运动姿态。步骤103，根据第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度确定测量对象的运动姿态信息，这里运动姿态信息可以是指测量对象的某一运动姿态的持续时间，及某一运动姿态的幅度信息等。具体地，对于某一运动姿态的幅度信息可以是当前时刻的第一旋转角度(或第二旋转角度或第三旋转角度)与上一时刻的第一旋转角度(或第二旋转角度或第三旋转角度)的差值。对于某一运动姿态的持续时间，如果一段时间内，各个时间点对应的第一旋转角度(或第二旋转角度或第三旋转角度)相同或相似，则将该段时间作为第一旋转角度(或第二旋转角度或第三旋转角度)对应的运动姿态的持续时间。步骤104，输出测量对象的运动姿态信息，或根据运动姿态信息进行提示。如果某一运动姿态的持续时间超过预置的时间，或是某一运动姿态的幅度超过预置的幅度，则进行提示，比如进行声音提示或振动提示等。可见，在本实施例的方法中，由可穿戴式设备的处理器获取加速度测量装置和角速度测量装置分别对测量对象测量的加速度和角速度，然后根据加速度和角速度计算测量对象分别对于测量对象所在的第一坐标系中各个轴的第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度，最后可以根据第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度就能确定测量对象的运动姿态信息，并根据运动姿态信息进行相应地处理。这样可以将用户颈椎作为测量对象，通过本实施例的可穿戴式设备能实现对用户颈椎的运动姿态信息进行检测，弥补了现有运动姿态检测的不足。参考图3所示，在一个具体的实施例中，对于如图1a所示的可穿戴式设备中的处理器在执行上述步骤102时，具体可以通过如下步骤来实现：步骤201，分别根据加速度和角速度计算测量对象对于加速度测量装置和角速度测量装置所在的第二坐标系中各个轴的初始旋转角度值。具体地，在根据加速度计算测量对象对于第二坐标系中各个轴的初始旋转角度值时，具体可以根据如下公式(1)计算得到测量对象对于第二坐标系中X轴，Y轴和Z轴分别对应的第一初始旋转角度值ρ，η和γ，其中，Ax，Ay和Az分别为加速度测量装置测量的X轴，Y轴和Z轴的加速度分量：ρ=arctan(AxAy2+Az2)η=arctan(AyAx2+Az2)γ=arctan(Ax2+Ay2Az)---(1)]]>在根据角速度计算测量对象对于第二坐标系中各个轴的初始旋转角度值时，将测量对象对于第二坐标系中任一轴的第二初始旋转角度值θk确定为：θk＝(ωk－ωbias_k)dt+θk-1，其中，θk-1为前一时刻的旋转角度值，ωk为所述角速度测量装置测量的当前时刻的角速度，ωbias_k为当前时刻角速度的偏移量，dt为积分时间，即角速度测量装置对角速度的采样周期。步骤202，根据初始旋转角度值确定旋转参数，一个旋转参数用于表示一个旋转轴和一个旋转角度。具体地，可以采用微处理器(MicroprocessorUnit，MPU)9250对初始旋转角度值进行融合后得到旋转参数，该融合的过程是将上述计算得到的初始旋转角度值转换为适合描述测量对象的参数。具体可以将根据加速度计算的第一初始旋转角度值与根据角速度计算的对应的第二初始旋转角度求平均得到平均值，比如将根据加速度计算的测量对象对于第二坐标系中X轴的第一初始旋转角度值与根据角速度计算的测量对象对于第二坐标系中X轴的第二初始旋转角度值进行平均；然后可以将得到的平均值转化为旋转参数。步骤203，将旋转参数转换为第一旋转角度，第二旋转角度和第三旋转角度。具体地，旋转参数为四元数q，其中，q＝w+xi+yj+zk，i，j和k表示一个旋转轴，则可穿戴式设备的处理器在执行本步骤203时，可以先根据如下公式(2)或公式(3)得到测量对象分别对于第二坐标系中各个轴的最终旋转角度值θ和Ψ，这样一个旋转参数能得到对应的一组最终旋转角度值θ和Ψ。如果第一坐标系和第二坐标系重叠，可以将最终旋转角度值θ和Ψ分别作为第一旋转角度，第二旋转角度和第三旋转角度；如果第一坐标系和第二坐标系不重叠，将旋转角度值θ和Ψ，与转换矩阵相乘得到的值作为第一旋转角度，第二旋转角度和第三旋转角度。需要说明的是，上述公式(2)得到的最终旋转角度值属于[-π/2,π/2]的范围内，并不能覆盖所有朝向的角度，即不能覆盖(π/2,-π/2)范围内的角度的取值，通过上述公式(3)得到的最终旋转角度值即可覆盖所有朝向的角度。另外需要说明的是，如果加速度测量装置和角速度测量装置集成在同一传感器芯片上，则传感器芯片在可穿戴式设备中的安装方式决定了上述转换矩阵的具体值。比如当可穿戴式设备装在测量对象进行运动姿态信息的检测时，传感器芯片在上述第一坐标系中的竖直位置上，例如，将可穿戴式设备戴到耳朵上时，转换矩阵可以为：如果上述最终旋转角度值是根据公式(3)计算得到的，则得到的第一旋转角度，第二旋转角度和第三旋转角度φ1，θ1和Ψ1为：φ1＝asinf(2*w*y-2*z*x)*57.3θ1＝atan2f(2*z*y+2*x*w,1-2*x*x-2*y*y)*57.3Ψ1＝atan2f(2*w*z+2*x*y,w*w+x*x-y*y-z*z)*57.3在另一个具体的实施例中，对于如图1b所示的可穿戴式设备中的处理器不仅需要获取加速度和角速度，在执行上述步骤102之前，还可以获取磁感应强度测量装置对测量对象测量的磁感应强度。在这种情况下，处理器在执行步骤102时的方法与上述图3所示的方法类似，不同的是，可穿戴式设备中的处理器在执行其中的步骤201时，会分别根据加速度、角速度及磁感应强度计算测量对象对于第二坐标系中各个轴的初始旋转角度值。其中，对于磁感应强度测量装置测量的X、Y两轴的磁感应强度合成后总指向地磁北极，则在根据磁感应强度计算测量对象对于第二坐标系中各个轴的初始旋转角度值时，将测量对象对于第二坐标系中Z轴的第三初始旋转角度值α确定为：α＝arctan(Hy/Hx)，其中，Hy和Hx分别为磁感应强度测量装置测量的Y轴和X轴的磁感应强度值。本发明实施例还提供一种可穿戴式设备，其结构示意图如图4所示，具体可以包括：加速度测量装置10和角速度测量装置11，加速度测量装置10可以是三轴加速度计，主要用于对测量对象在三个轴的加速度分量进行测量；角速度测量装置11可以是三轴陀螺测量仪，主要用于对测量对象绕指定轴旋转的角速度进行测量。本实施例的设备还包括：测量值获取单元12，用于获取所述加速度测量装置10和角速度测量装置11分别对测量对象测量的加速度和角速度，具体地，测量对象绕第一坐标系中X轴的第一旋转角度(即俯仰角)可以反应用户低抬头的运动姿态，测量对象绕第一坐标系中Y轴的第二旋转角度(即横滚角)可以反应用户左右倾斜的运动姿态，测量对象绕第一坐标系中Z轴的第三旋转角度(即航向角)可以反应用户左右转动的运动姿态。角度计算单元13，用于根据所述测量值获取单元12获取的加速度和角速度计算所述测量对象分别对于所述测量对象所在的第一坐标系中各个轴的第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度。具体地，测量对象绕第一坐标系中X轴的第一旋转角度(即俯仰角)可以反应用户低抬头的运动姿态，测量对象绕第一坐标系中Y轴的第二旋转角度(即横滚角)可以反应用户左右倾斜的运动姿态，测量对象绕第一坐标系中Z轴的第三旋转角度(即航向角)可以反应用户左右转动的运动姿态。姿态信息确定单元14，用于根据所述角度计算单元13计算的第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度确定所述测量对象的运动姿态信息，这里运动姿态信息可以是指测量对象的某一运动姿态的持续时间，及某一运动姿态的幅度信息等。姿态信息确定单元14在确定运动姿态信息时，对于某一运动姿态的幅度信息可以是当前时刻的第一旋转角度(或第二旋转角度或第三旋转角度)与上一时刻的第一旋转角度(或第二旋转角度或第三旋转角度)的差值。对于某一运动姿态的持续时间，如果一段时间内，各个时间点对应的第一旋转角度(或第二旋转角度或第三旋转角度)相同或相似，则将该段时间作为第一旋转角度(或第二旋转角度或第三旋转角度)对应的运动姿态的持续时间。姿态处理单元15，用于输出所述姿态信息确定单元14确定的测量对象的运动姿态信息，或根据所述运动姿态信息进行提示。如果某一运动姿态的持续时间超过预置的时间，或是某一运动姿态的幅度超过预置的幅度，则姿态处理单元15进行提示，比如进行声音提示或振动提示等。可见，在本实施例的可穿戴式设备中，测量值获取单元12获取加速度测量装置10和角速度测量装置11分别对测量对象测量的加速度和角速度，然后角度计算单元13根据加速度和角速度计算测量对象分别对于测量对象所在的第一坐标系中各个轴的第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度，最后姿态信息确定单元14可以根据第一旋转角度，第二旋转角度及第三旋转角度就能确定测量对象的运动姿态信息，并由姿态处理单元15根据运动姿态信息进行相应地处理。这样可以将用户颈椎作为测量对象，通过本实施例的可穿戴式设备能实现对用户颈椎的运动姿态信息进行检测，弥补了现有运动姿态检测的不足。参考图5所示，在一个具体的实施例中，可穿戴式设备中的角度计算单元13具体通过初始计算单元113，参数确定单元123和转换单元133来实现，具体地：初始计算单元113，用于分别根据所述测量值获取单元12获取的加速度和角速度计算所述测量对象对于所述加速度测量装置和角速度测量装置所在的第二坐标系中各个轴的初始旋转角度值。具体地，初始计算单元113在根据加速度计算所述测量对象对于第二坐标系中各个轴的初始旋转角度值时，具体是根据如下公式计算得到测量对象对于所述第二坐标系中X轴，Y轴和Z轴分别对应的第一初始旋转角度值ρ，η和γ：其中，Ax，Ay和Az分别为所述加速度测量装置测量的X轴，Y轴和Z轴的加速度分量；初始计算单元113在根据角速度计算所述测量对象对于第二坐标系中各个轴的初始旋转角度值时，具体是将测量对象对于所述第二坐标系中任一轴的第二初始旋转角度值θk确定为：θk＝(ωk－ωbias_k)dt+θk-1，其中，θk-1为前一时刻的旋转角度值，ωk为所述角速度测量装置测量的当前时刻的角速度，ωbias_k为当前时刻角速度的偏移量，dt为角速度的采样周期。参数确定单元123，用于根据所述初始计算单元113计算的初始旋转角度值确定旋转参数，一个所述旋转参数用于表示一个旋转轴和一个旋转角度，一个旋转参数具体可以为四元数q，其中，q＝w+xi+yj+zk，i，j和k表示一个旋转轴。转换单元133，用于将所述参数确定单元123确定的旋转参数转换为所述第一旋转角度，第二旋转角度和第三旋转角度。转换单元133，具体用于根据如下任一公式得到所述测量对象分别对于所述第二坐标系中各个轴的最终旋转角度值θ和Ψ；如果所述第一坐标系和第二坐标系重叠，将所述最终旋转角度值θ和Ψ分别作为所述第一旋转角度，第二旋转角度和第三旋转角度；如果所述第一坐标系和第二坐标系不重叠，将所述旋转角度值θ和Ψ，与转换矩阵相乘得到的值作为所述第一旋转角度，第二旋转角度和第三旋转角度。需要说明的是，上述加速度测量装置10和角速度测量装置11可以集成在同一传感器芯片上，在所述可穿戴式设备装在所述测量对象时，所述传感器芯片在所述第一坐标系中的竖直位置上，则所述转换矩阵为：参考图6所示，可穿戴式设备除了可以包括如图4所示的结构外，还可以包括磁感应强度测量装置16，该磁感应强度测量装置16可以是三轴电子罗盘磁力计，主要用于对测量对象在三个轴的磁感应强度分量进行测量。且角度计算单元13具体通过初始计算单元113，参数确定单元123和转换单元133来实现，在本实施例中：测量值获取单元12，还用于获取所述磁感应强度测量装置16对所述测量对象测量的磁感应强度；则角度计算单元13中所包括的初始计算单元113，具体用于分别根据所述加速度、角速度及磁感应强度计算所述测量对象对于所述第二坐标系中各个轴的初始旋转角度值。具体地，所述初始计算单元在根据磁感应强度计算所述测量对象对于所述第二坐标系中各个轴的初始旋转角度值时，具体将测量对象对于所述第二坐标系中Z轴的第三初始旋转角度值α确定为：α＝arctan(Hy/Hx)，其中，Hy和Hx分别为所述磁感应强度测量装置测量的Y轴和X轴的磁感应强度值。本发明实施例还提供一种运动姿态检测装置，其结构示意图如图7所示，该运动姿态检测装置可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上中央处理器(centralprocessingunits，CPU)20(例如，一个或一个以上处理器)和存储器21，一个或一个以上存储应用程序221或数据222的存储介质22(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器21和存储介质22可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质22的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对运动姿态检测装置中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器20可以设置为与存储介质22通信，在运动姿态检测装置上执行存储介质22中的一系列指令操作。运动姿态检测装置还可以包括一个或一个以上电源23，一个或一个以上有线或无线网络接口24，一个或一个以上输入输出接口25，和/或，一个或一个以上操作系统223，例如WindowsServerTM，MacOSXTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM等等。可以理解，该运动姿态检测装置还包括上述的几个测量装置，即加速度测量装置26，角速度测量装置27和磁感应强度测量装置28，每个测量装置都与中央处理器20之间通过总线连接，将各自测量的数据传送给中央处理器20进行处理。且这几个测量装置可以集成在同一个传感器芯片上。上述方法实施例中所述的由可穿戴式设备中处理器所执行的步骤可以基于该图7所示的运动姿态检测装置的结构。本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器RAM)、磁盘或光盘等。以上对本发明实施例所提供的运动姿态检测方法及可穿戴式设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页1 2 3