专利名称：运动检测装置、电子设备、运动检测方法以及程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及运动检测装置、电子设备、运动检测方法以及程序，特别涉及使用三轴加速度传感器对运动进行检测的运动检测装置、电子设备、运动检测方法以及程序。
背景技术：
以往，提出了对与用户想要进行的操作相伴随的动作(运动(motion))进行识别的运动识别装置(例如，參照专利文献I)。在这样的运动识别装置中，需要设法使乘坐交通エ时、歩行吋、跑步时等的非本意的振动不作为运动进行识别。因此，在专利文献I所记载的运动识别装置中，基于各轴方向的加速度的特征点，对存在与用户想要进行的操作相伴随而动作的可能性的轴方向进行检测，检测该轴方向的加速度的特征量并进行解析，由此，·对检测到的轴方向的动作是否是与用户想要进行的操作相伴随的动作进行验证。此外，提出了将构成三维空间的三个轴中的ー个判定为重力轴的重力轴判定装置(例如，參照专利文献2)。在专利文献2所记载的重力轴判定装置中，生成分别表示三个轴之中至少两个轴方向的加速度的至少两个轴加速度信号，将各个轴加速度信号作为至少两个轴加速度数据列取入，对同一时间区域的轴加速度数据列的数据值彼此之间进行比较，将三个轴之中的任意ー个判定为重力轴。[专利文献I]:日本特开2009-245176号公报。[专利文献2]:日本特开2010-123040号公报。但是，在专利文献I所记载的技术中，为了识别运动，进行检测加速度的特征量并且进行解析这样的复杂的处理，存在处理烦杂这样的问题。此外，在专利文献2所记载的技术中，对装置处于静止状态的情况下的重力轴进行判定，但是，在如运动输入等那样加上使设备摇动(shake)等的运动的情况下，重力轴以外的加速度数据也变大，所以，存在不能够正确地判定重力轴这样的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供能够减少非本意的振动等导致的误判定并且以简易的处理正确地检测在哪个轴方向进行了运动的运动检测装置、电子设备、运动检测方法以及程序。为了达到上述目的，本发明的运动检测装置包括如下部分而构成加速度检测单元，分别检测进行作用的加速度的三維正交坐标系的各轴的加速度分量，输出各个加速度分量数据；分离单元，将从所述加速度检测单元输出的各个加速度分量数据分离为进行低通滤波处理所得到的静止分量和从各个所述加速度分量数据中分别除去了所述静止分量所得到的动作分量；重力轴判定単元，将由所述分离単元所分离的静止分量最大的轴判定为重力轴；运动检测单元，在与表示由所述分离単元所分离的最大值的动作分量对应的轴是由所述重力轴判定単元所判定的重力轴以外的轴的情况下，基于表示所述最大值的动作分量，检测所述加速度检测单元在所述各轴的哪个轴方向进行了运动。
此外，本发明的电子设备是具有上述运动检测装置的电子设备。作为电子设备，能够应用于例如便携电话或游戏机的控制器等。此外，本发明提供ー种运动检测方法，利用加速度检测单元，分别检测作用于所述加速度检测单元的加速度的三維正交坐标系的各轴的加速度分量，输出各个加速度分量数据，将从所述加速度检测单元输出的各个加速度分量数据分离为进行低通滤波处理所得到的静止分量和从各个所述加速度分量数据中分别除去了所述静止分量所得到的动作分量，将所分离的静止分量最大的轴判定为重力轴，在与表示所分离的最大值的动作分量对应的轴是重力轴以外的轴的情况下，基于表示所述最大值的动作分量，检测所述加速度检测单元在所述各轴的哪个轴方向进行了运动。此外，本发明提供一种运动检测程序，用于使计算机起到如下単元的功能取得单元，取得从加速度检测单元输出的各个加速度分量数据，该加速度检测单元分别检测进行作用的加速度的三維正交坐标系的各轴的加速度分量并输出各个加速度分量数据；分离单元，将由所述取得単元所取得的各个加速度分量数据分离为进行低通滤波处理所得到的静止分量和从各个所述加速度分量数据中分别除去了所述静止分量所得到的动作分量；重力轴判定単元，将由所述分离単元所分离的静止分量最大的轴判定为重力轴；运动检测单元，·在与表示由所述分离単元所分离的最大值的动作分量对应的轴是由所述重力轴判定単元所判定的重力轴以外的轴的情况下，基于表示所述最大值的动作分量，检测所述加速度检测单元在所述各轴的哪个轴方向进行了运动。如以上说明的那样，将加速度分量数据分离为静止分量和动作分量，将静止分量最大的轴判定为重力轴，在表示最大值的动作分量与重力轴以外的轴对应的情况下，检测加速度检测单元在各轴的哪个轴方向运动，所以得到如下效果能够减少非本意的振动等导致的误判定，能够以简易的处理正确地检测在哪个轴方向进行了运动。
图I是表示本实施方式的运动检测装置的结构的框图。图2是表示本实施方式的运动检测装置中所使用的三轴加速度传感器的外观立体图。图3是用于对摇动的纵持时的左右晃动进行说明的图。图4是用于对摇动的纵持时的前后晃动进行说明的图。图5是用于对摇动的横持时的左右晃动进行说明的图。图6是用于对摇动的横持时的前后晃动进行说明的图。图7是用于对摇动的纵持时的向长边方向的晃动进行说明的图。图8是用对于摇动的横持时的向长边方向的晃动进行说明的图。图9是表示本实施方式的运动检测装置的运动检测处理程序(routine)的内容的流程图。图10是表示本实施方式的运动检测装置的加速度分离处理程序的内容的流程图。图11是表示将三轴加速度传感器从水平放置的状态向重力方向晃动多次时的加速度分量数据的图。
图12是表示将图11的加速度分量数据进行低通滤波处理所得到的静止分量的图。图13是表示从图11的加速度分量数据中减去图12的静止分量得到的动作分量的图。图14是表示本实施方式的运动检测装置的摇动检测处理程序的内容的流程图。图15是表示㈧加速度分量数据、⑶静止分量、以及(C)动作分量的一例的图。图16是用于对本实施方式的摇动的检测进行说明的(A)动作分量先超过阈值Thu的情况以及(B)动作分量先小于阈值Thd的情况的图。
附图标记说明
10运动检测装置
12三轴加速度传感器 14微型计算机 20 CPU 22 ROM 24 RAM 26存储器。
具体实施例方式
以下，參照附图详细地对本发明的实施方式进行说明。如图I所示，本实施方式的运动检测装置10具有三轴加速度传感器12，对正交坐标系的X轴、Y轴以及Z轴的各轴方向的加速度分量进行检测，输出加速度分量数据；微型计算机14，检测运动检测装置10在哪个轴方向进行了运动，输出与检测到的轴方向对应的检测信号。三轴加速度传感器12对图2所示的正交坐标系的X轴、Y轴以及Z轴的各轴方向的加速度分量进行检测，输出加速度分量数据。加速度分量数据由其值的符号(“ + ”或“一”)表不加速度分量的方向，由其值的绝对值表不加速度分量的大小。对于加速度分量的方向来说，关于图2的X轴，右方向为“+”、左方向为“一”。此外，关于该图的Y轴，向内的方向为“ + ”、向外的方向为“一”。此夕卜,关于该图的Z轴，向下方向为“ + ”、向上方向为“一”。由此，能够对X轴+方向、X轴ー方向、Y轴+方向、Y轴ー方向、Z轴+方向以及Z轴ー方向的六个方向的加速度分量进行检测。此外，在三轴加速度传感器12在图2所示的朝向处于静止状态的情况下，关于X轴以及Y轴，输出加速度分量数据“0g”，关于Z轴，输出加速度分量数据“+lg”。并且，“g”是表示加速度分量数据的单位的重力加速度。微型计算机14包括如下部分而构成CPU20，管理运动检测装置10整体的控制；ROM 22，作为存储了后述的运动检测程序等各种程序的存储介质；RAM 24，作为工作区域，暂时存储数据；存储器26，作为存储有各种信息的存储单元；1/0(输入输出)端ロ 28 ;以及对这些进行连接的总线。三轴加速度传感器12连接在I/O端ロ 28上。然后，对本实施方式的运动检测装置10的动作进行说明。在本实施方式中，在将运动检测装置10沿着任意的轴方向晃动的情况下，运动检测装置10检测在哪个轴方向晃动。并且，在本实施方式中，将这样使运动检测装置10向三轴加速度传感器12的任意的轴方向晃动称为“摇动(shaking)”。
參照图3 图8对使用了设置有本实施方式的运动检测装置10的便携电话的摇动进行说明。图3是纵向拿着(纵持)便携电话的情况下的左右方向的摇动。图4是纵持的情况下的前后方向的摇动。图5是横向拿着(横持)便携电话的情况下的左右方向的摇动。图6是横持的情况下的前后方向的摇动。图7是纵持的情况下的向长边方向的摇动。图8是横持的情况下的向长边方向的摇动。然后，參照图9对本实施方式的运动检测装置10的运动检测处理程序进行说明。本程序通过CPU20执行R0M22中所存储的运动检测程序来进行。在步骤100中，执行将加速度分量数据分离为静止分量和动作分量的加速度分离处理。此处，參照图10对加速度分离处理程序进行说明。在步骤120中，从三轴加速度传感器12取得关于各轴的加速度分量数据。在图11中示出所取得的加速度分量数据的一例。需要对从该状态向哪个轴方向晃动运动检测装置10进行检测，但是，存在如下情况在图中S所示的位置(以〇包围的位置)，三个轴的加速度分量数据分别示出相同程度的值的点存在有多个，在该点难以检测在哪个轴方向晃动。因此，然后转移到步骤122，对所取得的各个加速度分量数据执行低通滤波处理。在图12中示出实施了低通滤波处理后的数据。如图12所示，低通滤波处理后的加速度分量数据能够完全分离为示出大致“0g”的X轴及Y轴、以及示出大致“+lg”的Z轴。这样，将通过对所取得的加速度分量数据实施低通滤波处理而提取出的数据称为加速度分量数据的“静止分量”。然后，在步骤124中，分别对于X轴、Y轴以及Z轴从在上述步骤120中所取得的加速度分量数据中减去在上述步骤122中所提取出的静止分量的数据。在图13中示出相减后的数据。这样，将通过从所取得的加速度分量数据中减去低通滤波处理后的数据而提取出的数据称为加速度分量数据的“动作分量”。利用该方法，即使不进行高度的高通滤波处理，也能够将加速度分量数据以简易的处理分离为静止分量和动作分量。然后，返回图9的步骤102，基于在加速度分离处理(图10)的步骤122中提取出的静止分量，判定与重力方向对应的轴(以下，称为“重力轴”)。例如，在图12中所示的静止分量被提取出的情况下，Z轴的静止分量示出成为最大值的“+lg”，所以，判定Z轴为重力轴。然后，在步骤104中，执行对摇动进行检测的摇动检测处理。此处，參照图14对摇动检测处理程序进行说明。在步骤140中，关于三个轴的每ー个，以时间序列开始观测在加速度分离处理(图10)的步骤124中提取出的动作分量a。然后，在步骤142中，判定任意轴的动作分量a是否超过预先決定的+方向的阈值Thu或一方向的阈值Thd的任意ー个。阈值Thu为预定范围的上限值,阈值Thd为预定范围的下限值。并且，此处，对于阈值Thd，“超过阈值”是指动作分量a的值小于阈值Thd。此夕卜，根据搭载有运动检测装置10的电子设备的搭载位置等，摇动引起的动作分量的波形不同，所以，考虑搭载位置等，能够分别独立设定阈值Thu以及阈值Thd。在任意一个动作分量a超过任意一个阈值的情况下，转移到步骤144，在都没有超过的情况下，重复本步骤的判定。在步骤144中，判定与在上述步骤142中被判定为超过任意一个阈值的动作分量a对应的轴是否是在图9的步骤102中被判定的重力轴以外。存在如下情况在携帯了搭载有本实施方式的运动检测装置10的便携电话等的状态下，当乘坐交通工具、歩行或者跑步吋，由于其振动而检测到加速度，任意ー个轴的动作分量超过了阈值Thu或阈值Thd，检测到非本意的摇动。因此，在乘坐交通工具时、歩行时或者跑步时等，鉴于主要产生朝向重力轴方向的振动，在与重力轴对应的动作分量的值超过阈值的情况下，判定为由非本意的振动所引起，不作为摇动而检測。在与超过任意一个阈值的动作分量a对应的轴为重力轴以外的情况下，转移到步骤146，在为重力轴的情况下，不作为摇动进行检测而返回步骤142，继续动作分量a的观测。例如，在图15⑷中示出在以三轴加速度传感器12的X轴为重力方向的方式放入胸部ロ袋的状态下跳动五次时的加速度分量数据。对该加速度分量数据执行加速度分离处理，由此，得到该图(B)中所示的静止分量以及该图(C)中所示的动作分量。能够根据该静止分量判定X轴为重力轴。在该情况下，即使检测到X轴的动作分量超过任意一个阈值，由·于X轴为重力轴，所以，不作为摇动进行检測。
·
在步骤146中，判定第一摇动时间是否超过预定时间AU。所谓第一摇动时间，如图16(A)所示，在动作分量在超过阈值Thd之前先超过阈值Thu的情况下，是从超过阈值Thu的时刻到超过阈值Thd的时间，如该图(B)所示，在动作分量超过阈值Thu之前先超过Thd的情况下，是从超过阈值Thd的时刻到超过阈值Thu的时间。此外，Δ tl是摇动无效时间，在乘坐交通工具时、歩行吋、跑步时等，基于存在第一摇动时间比正常时短的倾向的情况，在第一摇动时间为Atl以下的情况下，是用于不作为摇动进行检测的预定时间。在第一摇动时间超过了 Atl的情况下，转移到步骤148，在Atl以下的情况下，不作为摇动进行检测而返回步骤142，继续动作分量a的观测。在步骤148中，判定第二摇动时间是否小于预定时间At2。所谓第二摇动时间，如图16(A)所示，在动作分量超过阈值Thd之前先超过阈值Thu的情况下，是从超过阈值Thu的时刻到超过阈值Thd之后成为预定范围内的值为止的时间，如该图(B)所示，在动作分量超过阈值Thu之前先超过Thd的情况下，是从超过阈值Thd的时刻到超过阈值Thu之后成为预定范围内的值为止的时间。此外，At2为摇动有效时间，在有意进行运动输入的摇动中，第二摇动时间成为某种程度決定的预定时间内的倾向较强，在第二摇动时间超过了At2的情况下，是包括乘坐交通工具时、歩行吋、跑步时等的非本意的运动的可能性较高，所以，是用于不作为摇动进行检测的预定时间。在第二摇动时间小于At2的情况下，转移到步骤150，在超过了 At2的情况下，不作为摇动进行检测而返回步骤142，继续动作分量a的观测。并且，第一摇动时间以及第ニ摇动时间可以用计时器进行计数，也可以根据摇动时间内的动作分量a的測定次数进行运算。在步骤150中，判定第二摇动时间内的向量积分值是否超过判定阈值ATh。向量积分值是在第二摇动时间内检测到的动作分量a的大小的积分值，相当于在图16(A)以及(B)中示出的斜线部分。此外，Λ Th是如下的判定阈值在乘坐交通工具时、歩行吋、跑步时等，基于存在第二摇动时间内的向量积分值比通常时小的倾向，在第二摇动时间内的向量积分值为ATh以下的情况下，不作为摇动进行检測。在第二摇动时间内的向量积分值超过了 Λ Th的情况下，转移到步骤152，在ATh以下的情况下，不作为摇动进行检测而返回步骤142，继续动作分量a的观测。在步骤152中，将与在上述步骤142中被判定为超过阈值Thu或阈值Thd的动作分量a对应的轴方向、第一摇动时间、第二摇动时间以及第ニ摇动时间内的向量积分值作为摇动的检测结果，暂时存储在预定的存储区域。并且，关于轴方向，根据先超过阈值Thu或阈值Thd的哪个阈值，判定是该轴的+方向的晃动或者是一方向的晃动。如图16(A)所示，在动作分量a先超过阈值Thu的情况下,判定为+方向的晃动,如该图(B)所示,在先超过阈值Thd的情况下,判定为ー方向的晃动。然后，返回图9的步骤106，基于在摇动检测处理(图14)的步骤152中所存储的 检测結果，生成检测信号并输出。对例如以如下方式将本实施方式的运动检测装置10设置在便携电话中的情况进行说明长边方向向上为X轴+方向、向下为X轴一方向，宽度方向向左为Y轴+方向、向右为Y轴ー方向，厚度方向向内为Z轴+方向、朝向跟前为Z轴ー方向。能够如向左方向的摇动为升高音量、向右方向为音量降低、向前方向为One-Seg(面向移动电话和移动终端的单频段部分收信服务)的频道变更(返回)、向后方向为One-Seg的频道变更(前进)、向下方向为前进到通讯录的下页、向上方向为返回通讯录的前页等这样，使各种操作输入的内容与摇动的方向对应。因此，在本步骤中，输出与该对应相应的检测信号。例如，在检测结果为Y轴+方向的情况下，输出指示音量升高的操作输入的检测信号。此外，对第一摇动时间、第二摇动时间以及第ニ摇动时间内的向量积分值设置多个判定时间或判定阈值，根据超过哪个判定时间或判定阈值，输出表示操作输入的程度的检测信号也可以。例如，在输出表不音量的升高降低的检测信号的情况下，对第一摇动时间设定Atll以及Atl2(Atl〈Atll〈Atl2)作为判定时间，能够做成如下的检测信号如果摇动时间为Atll以下，则表示升高或降低一个等级的量；如果摇动时间为Atll Λ tl2，则表示升高或降低两个等级的量；如果摇动时间为Atl2以上，则表示升高或降低三个等级的量。如以上所说明的那样，根据本实施方式的运动检测装置，将从三轴加速度传感器取得的加速度分量数据的低通滤波处理后的数据分离为静止分量，将从所取得的加速度分量数据中减去静止分量的数据所得到的数据分离为动作分量，将静止分量最大的轴判定为重力轴，如果三个轴的动作分量中的最初超过阈值Thu或阈值Thd的动作分量为重力轴以夕卜，则进行用于作为摇动进行检测的处理，所以，能够减少乘坐交通工具时、歩行吋、跑步时等容易产生的重力方向的非本意的振动导致的误判定，能够以简易的处理正确地检测在哪个轴方向摇动。此外，使用第一摇动时间、第二摇动时间、第二摇动时间内的向量积分值，判定是由非本意的振动引起的动作分量的变化还是应该作为摇动进行检测的动作分量的变化，所以，即使在重力轴的判定的精度较低的情况下，也能够降低非本意的振动导致的误判定。并且，在上述实施方式中，对如下情况进行了说明，S卩，作为是否作为摇动进行检测的判定，进行了是否为重力轴的判定、利用第一摇动时间进行的判定、利用第二摇动时间进行的判定以及利用第二摇动时间内的向量积分值进行的判定的全部判定，但是，也可以仅进行是否为重力轴的判定，将利用第一摇动时间进行的判定、利用第二摇动时间进行的判定、利用第二摇动时间内的向量积分值进行的判定的至少ー个与是否为重力轴的判定组合进行也可以。此外，在上述实施方式中，对三轴加速度传感器与微型计算机为一体的情况进行了说明，但是，以仅将三轴加速度传感器设置在电子设备内而将微型计算机设置在电子设备的外部的方式构成也可以。··
权利要求
1.ー种运动检测装置，其特征在于，包括 加速度检测单元，分别检测进行作用的加速度的三維正交坐标系的各轴的加速度分量，输出各个加速度分量数据； 分离单元，将从所述加速度检测单元输出的各个加速度分量数据分离为进行低通滤波处理所得到的静止分量和从各个所述加速度分量数据中分别除去了所述静止分量所得到的动作分量； 重力轴判定単元，将由所述分离単元所分离的静止分量最大的轴判定为重力轴；以及 运动检测单元，在与表示由所述分离単元所分离的最大值的动作分量对应的轴是由所述重力轴判定単元所判定的重力轴以外的轴的情况下，基于表示所述最大值的动作分量，检测所述加速度检测单元在所述各轴的哪个轴方向进行了运动。
2.如权利要求I所述的运动检测装置，其特征在干， 所述运动检测单元将由所述分离単元所分离的各个动作分量中的最初超过包含O的预定范围的上限值的动作分量或者最初小于所述预定范围的下限值的动作分量作为表示所述最大值的动作分量进行检測。
3.如权利要求2所述的运动检测装置，其特征在干， 所述运动检测单元在表示所述最大值的动作分量成为小于所述下限值之前超过所述上限值的情况下，将从超过所述上限值的时刻到成为小于所述下限值的时间作为第一时间进行检测，在超过所述上限值之前成为小于所述下限值的情况下，将从成为小于所述下限值的时刻到超过所述上限值的时间作为第一时间进行检测，在该第一时间超过预先決定的第一阈值的情况下，检测所述加速度检测单元在与表示所述最大值的动作分量对应的轴方向进行了运动。
4.如权利要求3所述的运动检测装置，其特征在干， 所述运动检测单元基于所述第一时间检测运动的大小。
5.如权利要求2 4的任意ー项所述的运动检测装置，其特征在干， 所述运动检测单元在表示所述最大值的动作分量成为小于所述下限值之前超过所述上限值的情况下，将从超过所述上限值的时刻到成为小于所述下限值之后成为所述预定范围内的值的时间作为第二时间进行检测，在超过所述上限值之前成为小于所述下限值的情况下，将从成为小于所述下限值的时刻到超过所述上限值之后成为所述预定范围内的值的时间作为第二时间进行检测，在该第二时间小于预先決定的第二阈值的情况下，检测所述加速度检测单元在与表示所述最大值的动作分量对应的轴方向进行了运动。
6.如权利要求5所述的运动检测装置，其特征在干， 所述运动检测单元基于所述第二时间检测运动的大小。
7.如权利要求2 6的任意ー项所述的运动检测装置，其特征在干， 所述运动检测单元在表示所述最大值的动作分量成为小于所述下限值之前超过所述上限值的情况下，在从超过所述上限值的时刻到成为小于所述下限值之后成为所述预定范围内的值的时间内的所述动作分量的大小的积分值超过预先決定的第三阈值的情况下，检测所述加速度检测单元在与表示所述最大值的动作分量对应的轴方向进行了运动，在超过所述上限值之前成为小于所述下限值的情况下，在从成为小于所述下限值的时刻到超过所述上限值之后成为所述预定范围内的值的时间内的所述动作分量的大小的积分值超过预先決定的第三阈值的情况下，检测所述加速度检测单元在与表示所述最大值的动作分量对应的轴方向进行了运动。
8.如权利要求7所述的运动检测装置，其特征在干， 所述运动检测单元基于所述动作分量的大小的积分值检测运动的大小。
9.ー种电子设备,其特征在于， 具有权利要求I 8的任意ー项所述的运动检测装置。
10.ー种运动检测方法，其特征在干， 利用加速度检测单元，分别检测作用于所述加速度检测单元的加速度的三維正交坐标系的各轴的加速度分量，输出各个加速度分量数据， 将从所述加速度检测单元输出的各个加速度分量数据分离为进行低通滤波处理所得到的静止分量和从各个所述加速度分量数据中分别除去了所述静止分量所得到的动作分量， 将所分离的静止分量最大的轴判定为重力轴， 在与表示所分离的最大值的动作分量对应的轴是重力轴以外的轴的情况下，基于表示所述最大值的动作分量，检测所述加速度检测单元在所述各轴的哪个轴方向进行了运动。
全文摘要
本发明提供能够减少非本意的振动等导致的误判定并且能够以简易的处理正确地检测在哪个轴方向进行了运动的运动检测装置、电子设备、运动检测方法以及程序。利用三轴加速度传感器(12)分别检测对运动检测装置(10)进行作用的X轴、Y轴以及Z轴的加速度分量，输出加速度分量数据，将各个加速度分量数据分离为进行低通滤波处理得到静止分量和从各个加速度分量数据中分别除去了静止分量而得到的动作分量。静止分量最大的轴被判定为重力轴，在与最初超过阈值的动作分量对应的轴为重力轴以外的情况下，检测在该轴方向摇动的情况。
文档编号G01P15/18GK102662082SQ20111034508
公开日2012年9月12日 申请日期2011年11月4日 优先权日2010年11月5日
发明者藤原和则 申请人:拉碧斯半导体株式会社