人体运动状态监视方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种人体运动状态监视方法和装置，该方法包括反复执行下列步骤：从人体佩戴的三轴加速度传感器的输出中获取具有设定采样时长的加速度信号，并计算该加速度信号的能量和平均功率；根据所述加速度信号的平均功率判断人体运动状态，如果平均功率大于剧烈运动阈值，则判断为处于剧烈运动状态，如果平均功率小于睡眠阈值，则判断为处于睡眠状态，如果平均功率小于剧烈运动阈值且大于睡眠阈值，则判断为处于轻微运动状态；如果处于剧烈运动状态，则判断加速度信号是否具有准周期性，如果不具有，则判断为处于无规律剧烈运动状态，如果具有，则判断为处于有规律剧烈运动状态。该方法能够自动、全面、全天候、准确地监视人的各种运动状态。
【专利说明】人体运动状态监视方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及运动器械领域，具体地说，涉及一种人体运动状态监视方法和装置。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的不断发展，人们的物质生活水平日渐提高，与此同时，人们也越来越关注自己的健康，为自己制定了各种运动方案来健身。因此，出现了各种用于监视运动方
案的装置。
[0003]计步器是一种可以计算其佩戴者行走或跑步步数的装置。但计步器的功能比较单一，不能对人的其它运动形式以及睡眠进行监视。也有一些装置可以全面地监视人的各种运动形式，但需要人的操作介入，不能自动地、全面地、全天候地监视人的各种运动情况以及睡眠情况。而睡眠情况对于判断人的健康状况是非常有帮助的。人在睡眠过程中总会有一些异动，例如翻身，挠痒，惊吓等等，如果这些异动较频繁，那说明人的睡眠质量不够好。因此，监视人的睡眠情况与监视人的正常运动情况都可以对人的健身方案的完善提供帮助。
【发明内容】
[0004]本发明就是为了解决上述现有技术中存在的问题而做出的，其目的在于提供一种人体运动状态监视方法和装置，该方法和装置能够自动地、全面地、全天候地、准确地监视人的各种运动状态，从而为人的健身方案的改进提供依据。
[0005]为了实现上述目的，在本发明的一个方面，提供一种人体运动状态监视方法，该方法包括反复执行下列步骤: [0006]a)从人体佩戴的三轴加速度传感器的输出中获取具有设定采样时长的加速度信号，并计算该加速度信号的能量和平均功率；
[0007]b)根据所述加速度信号的平均功率判断人体运动状态，如果所述加速度信号的平均功率大于预定的剧烈运动阈值，则判断为人体处于剧烈运动状态，如果所述加速度信号的平均功率小于预定的睡眠阈值，则判断为人体处于睡眠状态，如果所述加速度信号的平均功率小于所述剧烈运动阈值且大于所述睡眠阈值，则判断为人体处于轻微运动状态；
[0008]Cl)如果人体处于睡眠状态，则将所述加速度信号的时长累加到睡眠状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到睡眠状态总能量中，统计所述加速度信号的强度大于预定强度阈值的时长、并将该时长累加到睡眠异动总时长中，以及将加速度信号的采样时长设定为睡眠状态采样时长，然后返回步骤a)；
[0009]c2)如果人体处于轻微运动状态，则将所述加速度信号的时长累加到轻微运动状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到轻微运动状态总能量中，以及将加速度信号的采样时长设定为轻微运动状态采样时长，然后返回步骤a)；
[0010]C3)如果人体处于剧烈运动状态，则进一步判断所述加速度信号是否具有准周期性，如果所述加速度信号不具有准周期性，则判断为人体处于无规律剧烈运动状态，如果所述加速度信号具有准周期性，则判断为人体处于有规律剧烈运动状态；
[0011]dl)如果人体处于无规律剧烈运动状态，则将所述加速度信号的时长累加到无规律剧烈运动状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到无规律剧烈运动状态总能量中，以及将加速度信号的采样时长设定为剧烈运动状态采样时长，然后返回步骤a)；
[0012]d2)如果人体处于有规律剧烈运动状态，则将所述加速度信号的时长累加到有规律剧烈运动状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到有规律剧烈运动状态总能量中，根据所述加速度信号计算运动步数、并将该运动步数累加到运动总步数中，以及将加速度信号的采样时长设定为剧烈运动状态采样时长，然后返回步骤a)。
[0013]优选地，所述加速度信号的平均功率P可以由下述公式计算:
【权利要求】
1.一种人体运动状态监视方法，包括反复执行下列步骤: a)从人体佩戴的三轴加速度传感器的输出中获取具有设定采样时长的加速度信号，并计算该加速度信号的能量和平均功率； b)根据所述加速度信号的平均功率判断人体运动状态，如果所述加速度信号的平均功率大于预定的剧烈运动阈值，则判断为人体处于剧烈运动状态，如果所述加速度信号的平均功率小于预定的睡眠阈值，则判断为人体处于睡眠状态，如果所述加速度信号的平均功率小于所述剧烈运动阈值且大于所述睡眠阈值，则判断为人体处于轻微运动状态； Cl)如果人体处于睡眠状态，则将所述加速度信号的时长累加到睡眠状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到睡眠状态总能量中，统计所述加速度信号的强度大于预定强度阈值的时长、并将该时长累加到睡眠异动总时长中，以及将加速度信号的采样时长设定为睡眠状态采样时长，然后返回步骤a)； c2)如果人体处于轻微运动状态，则将所述加速度信号的时长累加到轻微运动状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到轻微运动状态总能量中，以及将加速度信号的采样时长设定为轻微运动状态采样时长，然后返回步骤a)； c3)如果人体处于剧烈运动状态，则进一步判断所述加速度信号是否具有准周期性，如果所述加速度信号不具有准周期性，则判断为人体处于无规律剧烈运动状态，如果所述加速度信号具有准周期性，则判断为人体处于有规律剧烈运动状态； dl)如果人体处于无规律剧烈运动状态，则将所述加速度信号的时长累加到无规律剧烈运动状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到无规律剧烈运动状态总能量中，以及将加速度信号的采样时长设定为剧烈运动状态采样时长，然后返回步骤a)； d2)如果人体处于有规律剧烈运动状态，则将所述加速度信号的时长累加到有规律剧烈运动状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到有规律剧烈运动状态总能量中，根据所述加速度信号计算运动步数、并将该运动步数累加到运动总步数中，以及将加速度信号的采样时长设定为剧烈运动状态采样时长，然后返回步骤a)。
2.如权利要求1所述的人体运动状态监视方法，其中，所述加速度信号的平均功率P由下述公式计算:
3.如权利要求1所述的人体运动状态监视方法，其中，所述加速度信号的准周期性的判断步骤包括: ①对所述加速度信号进行高通滤波； ②对高通滤波后的加速度信号进行基频检测； ③将基频检测所获得的基频作为截止频率设置低通或带通滤波器，并利用该低通或带通滤波器对相应的高通滤波后的加速度信号进行低通或带通滤波；④在低通或带通滤波后的加速度信号中获得加速度信号极值点并去除其中的干扰极值点，以获得低通或带通滤波后的加速度信号中的有效极值点； ⑤计算相邻的有效极值点之间的时间间隔，获得时间间隔序列，并计算该时间间隔序列中相邻的时间间隔之间的差值，获得时间间隔差值序列，如果该时间间隔差值序列中连续预定数目的时间间隔差值均小于预定的周期阈值，则判断为所述加速度信号具有准周期性，否则，判断为所述加速度信号不具有准周期性。
4.如权利要求3所述的人体运动状态监视方法，其中，根据加速度信号计算运动步数的步骤包括； 对低通或带通滤波后的具有准周期性的加速度信号中的有效极值点进行计数，该有效极值点的数目即为本轮计步过程所获得的运动步数。
5.如权利要求4所述的人体运动状态监视方法，还包括根据所述加速度信号对时间的两次积分求出位移信号。
6.根据权利要求3所述的人体运动状态监视方法，其中，对高通滤波后的加速度信号进行基频检测包括: 利用对信号的衰减程度从低频到高频递增的滤波器对该信号进行衰减处理； 由下述公式求出衰减处理后的信号的自相关函数P (O:
7.如权利要求3所述的人体运动状态监视方法，其中，所述干扰极值点包括这样的加速度信号极值点，该加速度信号极值点与其前一个加速度信号极值点的时间间隔小于预定阈值；或者所述干扰极值点包括每组时间间隔连续小于预定阈值的加速度信号极值点中的数值非最大的加速度信号极值点。
8.如权利要求1所述的人体运动状态监视方法，还包括将所述睡眠状态总时长、睡眠状态总能量、睡眠异动总时长、轻微运动状态总时长、轻微运动状态总能量、无规律剧烈运动状态总时长、无规律剧烈运动状态总能量、有规律剧烈运动状态总时长、有规律剧烈运动状态总能量、运动总步数可选择地显示出来。
9.一种人体运动状态监视装置，包括:三轴加速度传感器、加速度信号获取单元、计算单元、人体运动状态判断单元、睡眠异动统计单元、采样时长设置单元、存储单元、准周期性判断单元、计步单元，其中， 所述加速度信号获取单元从人体佩戴的三轴加速度传感器的输出中获取具有设定采样时长的加速度信号，所述计算单元计算该加速度信号的能量和平均功率； 所述人体运动状态判断单元根据所述加速度信号的平均功率判断人体运动状态，如果所述加速度信号的平均功率大于预定的剧烈运动阈值，则判断为人体处于剧烈运动状态，如果所述加速度信号的平均功率小于预定的睡眠阈值，则判断为人体处于睡眠状态，如果所述加速度信号的平均功率小于所述剧烈运动阈值且大于所述睡眠阈值，则判断为人体处于轻微运动状态；
如果所述人体运动状态判断单元判断为人体处于睡眠状态，则将所述加速度信号的时长累加到睡眠状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到睡眠状态总能量中，睡眠异动统计单元统计所述加速度信号的强度大于预定强度阈值的时长、并将该时长累加到睡眠异动总时长中，所述采样时长设置单元将加速度信号的采样时长设定为睡眠状态采样时长，所述存储单元将睡眠状态总时长、睡眠状态总能量、睡眠异动总时长存储起来； 如果所述人体运动状态判断单元判断为人体处于轻微运动状态，则将所述加速度信号的时长累加到轻微运动状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到轻微运动状态总能量中，以及所述采样时长设置单元将加速度信号的采样时长设定为轻微运动状态采样时长，所述存储单元将轻微运动状态总时长、轻微运动状态总能量存储起来； 如果所述人体运动状态判断单元判断为人体处于剧烈运动状态，则准周期判断单元判断所述加速度信号是否具有准周期性，如果判断为所述加速度信号不具有准周期性，则所述人体运动状态判断单元判断为人体处于无规律剧烈运动状态，如果准周期判断单元判断为所述加速度信号具有准周期性，则所述人体运动状态判断单元判断为人体处于有规律剧烈运动状态； 如果人体运动状态判断单元判断为人体处于无规律剧烈运动状态，则将所述加速度信号的时长累加到无规律剧烈运动状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到无规律剧烈运动状态总能量中，以及所述采样时长设置单元将加速度信号的采样时长设定为剧烈运动状态采样时长，所述存储单元将无规律剧烈运动状态总时长、无规律剧烈运动状态总能量存储起来； 如果人体运动状态判断单元判断为人体处于有规律剧烈运动状态，则将所述加速度信号的时长累加到有规律剧烈运动状态总时长中，将所述加速度信号的能量累加到有规律剧烈运动状态总能量中，计步单元根据所述加速度信号计算运动步数、并将该运动步数累加到运动总步数中，所述采样时长设置单元将加速度信号的采样时长设定为剧烈运动状态采样时长，存储单元将有规律剧烈运动状态总时长、有规律剧烈运动状态总能量、运动步数存储起来。
10.如权利要求9所述的人体运动状态监视装置，还包括显示单元，用于将所述睡眠状态总时长、睡眠状态总能量、睡眠异动总时长、轻微运动状态总时长、轻微运动状态总能量、无规律剧烈运动状态总时长、无规律剧烈运动状态总能量、有规律剧烈运动状态总时长、有规律剧烈运动状态总能量、运动总步数可选择地显示出来。
【文档编号】A61B5/11GK103767710SQ201310754081
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】李波, 王福钋, 李娜 申请人:歌尔声学股份有限公司