用于可靠地检测打开和关闭事件的方法和装置与流程

本发明涉及用于可靠地检测与门或抽屉相关联的打开和关闭事件的方法和装置。本发明还涉及用于实现所述方法的计算机程序产品。

背景技术：

已经引入了智能家庭环境来监测丧失独立生活能力的老年人的健康和安乐。这种系统通常包括多个传感器，其被安装在家庭中的各种位置处以用于监测日常活动。例如，pir传感器可以被安装在一个或多个房间中以检测在这些空间中的人的存在或移动。

这种系统的一个共同特征是提供一个或多个传感器布置以用于监测门的打开或关闭。例如，并入到前门的这种传感器布置可以用于检测老年人是否离开房屋以及何时(例如在不寻常的或危险的时间)离开房屋。在另一范例中，传感器可以安装到浴室或卫生间门上，使得可以监测沐浴和上厕所的行为。当被附接到厨房碗柜、橱柜和抽屉或甚至冰箱门或面包盒上时，这种传感器可以用于提供关于饮食习惯的信息。

以这种方式监测门的打开和关闭可以通过机械门开关执行。这些被安装到门框或门本身，并在门被完全关闭时被机械地激活，并且在门被打开时被机械地释放。

机械门开关的一个缺点在于虽然它们能够可靠地检测门被完全关闭或未完全关闭，但是它们不能用于监测其他种类的局部打开或关闭事件。例如，将期望能够检测到门从局部打开到完全打开或从稍微微开到更完全地微开的移动。类似地，期望具有即使在门未被完全关闭时检测到关闭事件的能力。

机械开关的另一缺点在于，它们要求由有经验的人安装，以便确保开关不会妨碍门的完全关闭也不会错失与门完全的接触。

通常，通过替代地使用附接到门或抽屉上且能够检测或通知加速度的传感器(例如，加速度计或磁力计)，可以克服这些问题。这不要求专业人员进行安装，并且可以例如由护理者将其安装到感兴趣的门或抽屉的任何部分。

然而，现有技术的基于加速度的门传感器的主要缺点在于一般都不能可靠地检测打开和关闭事件。来自安装到可移动对象上的传感器的输出信号可以呈现与和打开或关闭事件不相关的噪声水平或信号波动的峰值强度相当的峰值强度。

us2013/327142公开了基于加速度的测量以及与阈值的比较来检测利用力对门的打开。该系统仅仅能够检测暴力移动并且不能够检测正常的打开和关闭事件。

因此，将期望一种根据移动传感器的输出信号来检测传感器被安装到其的门或抽屉的正常打开和关闭的方法，其中，根据由信号携带的背景噪声来可靠地且准确地解脱出这些移动事件。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种更可靠的感测的方式。本发明由独立权利要求定义。从属权利要求定义有利的实施例。

根据本发明，提供了一种用于使用移动传感器来检测打开或关闭事件的方法。随时间获得的传感器信号与传感器的移动相关。

本发明基于使用积分的传感器信号或类似地求和的传感器信号来可靠地且准确地检测移动事件的发生的原理。从移动传感器随时间捕获信号，该信号直接或间接表示加速度值。当其间接表示时，可以应用一些进一步处理，从而抽出直接表示的加速度信号。不是直接通过分析加速度信号强度，而是分析在零交叉点之间的信号曲线下的面积或其表示来检测移动事件的发生。与强度相反，即使当信号强度相对于噪声非常低时，在分析曲线下的面积也使得能够可靠地检测移动事件。例如，对于门或抽屉的旋转或滑动打开或关闭事件尤其是如此。

打开或关闭事件可以通常仅表现为传感器的静止噪声信号中的小的移位。取在零交叉之间的信号值的和或积分有效地放大了存在的任意移位信号。通常，在零交叉之间的间隔的长度和信号强度的幅值在移动期间与在静止时相比都增大。因此在曲线下的面积(自然考虑了这两种效果)可以在检测这种移动事件时比单独分析信号强度提供更大的灵敏性。此外，通过仅在零交叉点之间求和，积分是最大的，这是因为和中的所有样本具有相同的符号，并且因此能够容易地从背景噪声中识别出移动事件。

基于面积信号与一个或多个阈值的比较来检测打开或关闭事件可以包括：识别超过一个或多个阈值且与正加速度(即，增大的速度)相关的面积信号，并且针对每个确定是否存在超过一个或多个阈值且与负加速度(即，减小的速度)相关的后续面积信号。

打开或关闭事件通常特征在于发生基本上相等但相反的加速度事件的对：当门或抽屉首先从静止移动时在第一方向上的第一加速度，短时间后跟随有当门或抽屉停止时在打开位置中或在关闭位置中在相反方向上的第二加速度。

可以通过查找例如在特定预定阈值时间内发生的彼此基本上相等但相反的信号的这种特性对来确保检测真正的打开或关闭事件(与背景噪声、意外敲击或其他自然的非用户诱发的移动事件相反)的更大的准确性。

获得信号可以包括：首先获得传感器输出，并且随后处理所述输出以提取单个方向分量，所述方向对应于传感器的运动的方向。

典型的移动传感器例如可以提供表示在两个或三个空间维度上的移动的输出信号，然而，仅仅对应于运动的一个主要方向的运动数据在确定打开-关闭事件中是感兴趣的。在传感器信号中由打开或关闭事件的发生引起的移位将仅表现在对应于移动事件发生的方向的信号的分量中。可以通过从由传感器生成的任意更广的输出提取这个分量来确保检测这些事件的更大的灵敏性和准确性。

更具体地，获得信号可以包括：

获得传感器输出向量；

定义表示传感器的运动的方向的第二向量；以及

随后在所述传感器输出向量上相对于所述第二向量执行标量积运算。

当第二向量被正规化时，具有输出向量的标量积生成表示在传感器的运动的主要方向上的输出向量的分量的信号值。这些分量值然后可以用于填充随后要在该方法的剩余部分内利用的信号的值。

在一个实施例中，通过执行对所获得的传感器输出向量的一个或多个分量的主成分分析的过程来定义表示传感器的运动的方向的第二向量。

在该情况下，不管移动传感器的取向或布置如何，可以执行所述方法，因为作为该方法的一部分，自动计算相对于传感器的运动的方向。替代地，该方法必须被定制到特定的预定义(相对)运动方向，要求移动传感器在特定方向上被对齐，以便实现所述方法。

除此之外，获得传感器输出向量本身可以包括：首先获得初始的三维输出向量，并且随后处理所述初始的输出向量以提取在垂直于重力的方向的平面中的分量。

当传感器的运动的主要方向(无论是旋转的还是线性的)处于(相对于重力的)水平平面中时，可以通过将该输出投影到垂直于重力的方向的平面上来从3d传感器输出中过滤掉由重力加速度生成的任何信号。然后可以根据上述来分析结果2d输出向量，以便在任意给定时间提取对应于运动的主要方向的单个分量。

为此，可以定义基向量的正交对，其跨度垂直于重力的方向的平面。可根据这两个基向量的线性组合表达二维传感器输出向量。可以通过依次进行三维传感器输出向量与两个定义的基向量中的每个的标量积来找到二维传感器输出向量的两个分量中的每个。以这种方式，选择对应于仅在垂直于重力的平面中的运动的传感器输出。

可以通过分析一个或多个传感器输出来确定相对于移动传感器的重力的方向。例如，可以应用低通滤波器以从背景噪声中解脱出重力信号，所述背景噪声通常表现为传感器输出内的较高频率的轨迹。

在传感器的运动的主要方向处在垂直平面中(即，处在与重力的方向平行的平面中)的情况下，以上描述的移动检测的方法可能具有有限的效力。当打开或关闭事件例如包括围绕水平轴的旋转时，由重力加速度生成的信号可能干扰检测方法的灵敏性。为了使得能够检测在垂直平面中的打开或关闭事件，可选地可以对上述方法添加额外的步骤。

因此，在本发明的另一实施例中，提供了一种使用移动传感器来检测打开或关闭事件的方法，其包括：

随时间获得与传感器的移动相关的信号；

通过分析信号来检测围绕水平轴的任何旋转打开或关闭事件的发生；以及

在没有检测到围绕水平轴的打开或关闭事件的发生的情况下，随后根据上述方法中的任何来检测打开或关闭事件。

更具体地，检测围绕水平轴的旋转打开或关闭事件的发生可以包括：

分析信号以确定相对于传感器的随时间的重力的方向；

检测所确定的重力的方向中的随时间的变化；以及

基于检测到的变化与一个或多个阈值的比较来检测旋转打开或关闭事件的发生。

在围绕水平轴的旋转移动的情况下，对于相对于移动对象安装在固定方向上的传感器，相对于传感器的重力的方向随着对象旋转而改变。对于能够检测绝对加速度的传感器，能够通过分析传感器输出来获得重力方向，例如通过使用低通滤波器来识别在重力中心力下的影响的慢速移动取向特性。

通过比较随时间的所确定的方向，可以识别例如在给定阈值时间间隔内发生的重力的方向的显著变化。然后可以将超过特定预定阈值的变化用作旋转打开或关闭事件的发生的标识符。

另外，上述方法还可以包括：通过在针对每个检测到的打开或关闭事件的所确定的重力的方向向量之间执行一个或多个向量积运算，识别连续检测到的打开或关闭事件的方向性的变化；并且通过将针对连续检测到的事件的所述一个或多个向量积运算的结果的相对方向进行比较来识别方向性的变化。

在该实施例中，可以确定后续检测到的移动事件相对于彼此的方向，使得能够识别移动方向的变化。当以上述方式(通过识别在给定时间内彼此相差特定阈值角度的两个重力方向向量)检测到移动事件时，可以在先前向量与稍后向量之间进行交叉积，结果取决于在由该方法使用的坐标系内的两个向量的相对方向。当在一个方向上的一个移动跟随有在第二相反方向上的第二移动事件时，在先前向量和稍后向量之间的交叉积运算的结果将具有针对这两个事件的相反的相对方向性。例如，可以通过计算两个结果之间的标量积来检测该相反的方向性，标量积的负的结果随后可用于识别移动的方向的变化。

替代地，可以通过其他手段来检测相反的方向性。例如，可以首先(通过自动学习过程)确定表示交叉积结果的主要方向的基向量，随后交叉积结果经历坐标变换以将其投影到这些轴上。然后通过查找对应于连续移动事件的交叉积结果的符号的变化来检测移动事件的方向性的变化。

随时间获得信号可以包括：使用加速度计。

加速度计的输出信号直接表示加速度值，并且因此不要求额外的处理来执行上述方法。

根据本发明，还提供了一种检测打开或关闭事件的装置。

此外，传感器可以安装到可关于已知轴在移动的主要方向上移动的对象上。然后，系统的处理元件可以适于假定移动传感器的移动的主要方向与移动传感器的该已知轴对齐。

在该情况下，运动的主要方向无需通过处理单元作为随时间获得信号的部分进行计算；通过将传感器与运动的方向对齐地安装，处理单元可以适于例如通过执行关于固定的预定(相对)方向向量的标量积运算来获得在运动的方向上的信号分量。

所述传感器可以是加速度计。

打开或关闭事件可以特征在于：在第一方向上的第一加速度跟随有在第二相反方向上的第二加速度。

根据本发明，提供了一种用于实现本发明的方法的计算机程序产品。优选地，可以在程序产品中实现本发明的方法的至少后三个步骤。微处理器可以是常规的基于半导体类型的微处理器，例如，计算机或便携式设备的中央处理单元。存储介质可以是用于数字地存储数据和程序代码的任何类型的介质。通信网络可以是任何适当的网络，例如lan、wanwifi或其他无线网络。

附图说明

现在将结合附图详细描述本发明的范例，其中：

图1示出了根据本发明的用于检测打开和关闭事件的第一示例性方法的示意图；

图2示出了表示移动的提取出的单个方向分量的信号轨迹的范例；

图3示出了表示对在零交叉点之间的传感器输出求积分的结果的信号轨迹的范例；

图4示出了由3d移动传感器输出的信号轨迹的范例；

图5示出了根据本发明的用于检测打开和关闭事件的示例性方法的示意图；以及

图6示出了根据本发明的用于检测打开和关闭事件的装置的范例。

具体实施方式

本发明提供了一种用于使用由传感器生成的输出信号来可靠地且准确地检测门或抽屉的打开或关闭的方法，所述输出信号直接或间接表示所述传感器随时间的加速度。确定在针对加速度的曲线下的面积或其表示，并且通过比较计算出的面积与特定阈值来识别移动事件的发生。考虑跨度在加速度曲线的零交叉点之间的面积，使得对应和的所有元素具有相同符号，并且结果面积信号具有最大幅度。可以找到在给定时间间隔内发生的基本上相等但相反的面积信号的对，打开或关闭运动的这些特性包括在第一方向上的第一加速度跟随有在相反方向上的第二加速度。还提供了一种用于可靠地检测打开或关闭事件的装置。

在下面的范例中，描述了用于分析一个或多个传感器输出的方法，其中对例如数据点、趋势线、曲线和其他明确图形概念的特征进行引用。当采用这种术语时，它们应当总是被认为是说明性的而非限制明显图形的方法。例如，术语曲线、轨迹或趋势线可以理解为表示图形元素，或者替代地其数学上等价表示。表达式在其被采用时意图作为启发式或图解化的快捷方式以解释可以以任意多种方式但是以被映射到由技术人员常用的实现这些目的的方法上的术语执行的方法或过程。

在图1中示出了表示根据本发明的方法的第一范例的示意图。在步骤1中首先从移动传感器随时间获得信号，该信号直接或间接表示加速度。然后在步骤2中分析信号，以便在如下时间点处识别信号的两个或更多零交叉点：在这些时间点处由信号指示传感器的加速度与零水平交叉。一旦已经识别出两个或更多个这种点，则可以在步骤3中确定一个或多个面积信号值，其中这些值表示在零交叉点之间的加速度的曲线下的面积。最终，在步骤4中将所确定的面积信号值与一个或多个阈值进行比较，以便识别与打开或关闭事件的发生相对应的时间的间隔。

在本发明的最简单的范例中，捕获信号，该信号是连续的并且该信号直接表示传感器随时间的加速度。随后分析捕获到的信号，以便识别被指示为对应于在其处传感器的加速度与零交叉的时刻的时间点。在时间连续信号的情况下，这简单地对应于确定沿着连续信号轨迹的在其处信号值为零的点，并且因此在该点处信号轨迹从正值穿越到负值，反之亦然。

在例如从以规则时间间隔输出离散数据值的传感器捕获非连续信号的情况下，零交叉点可能不符合由传感器输出的任何数据点；不存在信号值为零的数据点。在该情况下，可以较不直接地实现对零交叉点的识别，通过确定如下时间点：在这些时间点处由离散数据值指示已经被采样的对应的连续输出信号与零水平交叉。例如，可以找到具有不同符号的信号值的相邻数据点，并且零交叉点定义为临时与这种对中的每个点等距的那些点。或者，在另一范例中，可以执行处理以将趋势线拟合到由传感器输出的离散数据值，并且所述趋势线随后针对零交叉以针对连续信号相同的方式被分析。

该过程要求信号的零水平被很好地定义。在最简单的情况下，传感器被充分地校准使得零水平已经被很好地定义，并且对应于数字零，使得捕获到的数据点具有取决于检测到的加速度的方向性的正极性或负极性。然而，在替代范例中，零水平可以被很好地定义但是可以不与零的数值相对应，即，所有输出数据值具有正极性并且零水平对应于一些dc偏移值。在该情况下，可以应用进一步处理，以便首先确定dc偏移值，并且随后从每个信号值中减去所确定的值。然后，可以通过识别在其处信号表示加速度与绝对零的值交叉的点来执行对零交叉点的确定。

然而，在替代范例中，可以确定dc偏移值，随后通过找到在其处信号表示加速度与所确定的dc值交叉的时间点来简单地识别零交叉点。

例如，可以通过使用低通滤波器(lpf)以及尤其是移动平均(ma)滤波器来实现dc值的估计。这种滤波器的复杂度较低。然而，一个可能的缺点在于可能出现过渡，使得打开或关闭移动的加速度信号(加速度和减速度信号的替代对)将由于移动而被“延伸”为与真值具有额外的偏移。然而，一般而言，该影响可以被容忍。例如，抑制过渡偏移的一种方式是使用非线性滤波器，例如中值滤波器。

一旦识别出两个或更多零交叉点，就进一步处理信号来确定表示在识别出的零交叉点之间的加速度的曲线下的面积的值。在连续信号输出的情况下，可以简单地通过在(在最简单的情况下通过零交叉点)定义的极限之间执行积分过程来确定曲线下的面积。如上所述，通过取零交叉点作为积分的边界，可以实现检测的最大灵敏性，这是因为在该和中的所有样本具有相同的符号。在信号中的任意波动(噪声等)将在零水平周围具有频繁的变化，并且因此它们的累积和(在任意一对零点之间)保持较小。

当移动门/抽屉时，将存在开始移动的加速度以及结束移动的减速度。在两个时刻中，加速度将具有远离零的特定偏移。另外，该偏移将出现在一对相反符号中，其中次序与移动方向相关。这允许在打开事件与关闭事件之间进行区分的可能性。

在图2中示出了从传感器获得的表示随时间的传感器在移动的主要方向上的加速度的信号轨迹20的范例。打开/关闭事件正好可识别在轨迹的中心处，由相反符号的峰值的特性对标记出。一组样本值被示出为22，其中前两个标记为连续的22a、22b。

图3示出了表示一旦已经在零交叉点之间执行了积分的图2的信号20的信号轨迹24。因此，轨迹24是在结合图1解释的方法的步骤3中计算出的面积信号的连续表示。信号20的样本值22以相同次序被叠加在信号24的对应时间点处。可以看出，在图2中示出的样本值22b(其与在与零点交叉之前的信号20的最后次峰一致)对应于信号24中的两个主峰26、28中的第一主峰26的尖端。

与图2的信号相比，信号24中的表示打开或关闭事件的(第一)加速度和(第二)减速度的峰值清楚可见并且可与背景噪声明显区分。

可以在由每对零交叉点跨度的时间范围中的全部或仅仅部分上执行积分，但是前者是优选的。在后者的情况下，积分的界限不必由交叉点定义，而是根据某种其他选定方案来定义。然而，界限仍落入由相关的一对零交叉点界定的范围内。

在非连续输出的情况下，可以不同地确定表示在曲线下的面积的值。在连续趋势线被拟合到离散数据输出点的情况下，可以以针对连续传感器输出相同的方式，即，通过完全地或部分地对在零交叉点之间的趋势曲线的积分，计算在曲线下的面积。在简单地通过直线链接相邻离散数据点的情况下，紧急趋势线是不平滑的，可以将“在曲线下的面积”的计算简单地降低为“平行四边形的面积”之和。

再次替代地，面积仅仅被视为说明性的，并且“在曲线下的面积”简单地由多个信号值的倍数之和来表现，其中倍数是在信号点之间的时间间隔。当传感器以给定时间间隔可靠地输出值时，所有倍数是相同的，在该情况下，它们可以由整个和之前的倍数有效地替换，等于填充和的数据点的数量。

注意，在所有上述范例中，如果dc值被计算出但没有被减去，则面积信号可能需要通过从dc偏移值与对应于给定计算出的面积的跨度时间间隔的积中的每个减去来校正。

一旦已经生成表示在零交叉点之间的加速度曲线下的面积的一个或多个值，就测试这些“面积信号”超过一个或多个阈值。当面积信号的绝对值超过一个或多个阈值时，这可以用于识别与移动事件的发生相对应的特定时间间隔。

阈值的典型值例如可以是0.04(单位是m/s)。在图3中，为正加速度标记该示例性阈值30，并且为负加速度标记阈值32，其被叠加在曲线下面积信号24上。该值假定在曲线下面积积分中，结果已经乘以样本时间，使得和被正规化为样本频率。可以使阈值是用户可配置的或自适应的。在后一情况下，所采用的值例如可以根据来自由用户执行的(较早)打开/关闭移动的结果来调整。

当捕获到的传感器信号提供传感器信号随时间的加速度的直接表示时，可以通过将上述方法直接应用到传感器输出来实现打开或关闭事件的检测。然而，在捕获到仅间接表示传感器随时间的加速度的信号的情况下，可以在应用主要方法之前对原始传感器输出应用进一步的处理。

例如，可以捕获表示传感器相对于地面的速度的信号。在该情况下，可以简单地通过相对于时间对传感器输出信号进行微分来获得表示加速度的信号。在另一范例中，信号可以表示传感器相对于特定固定外部参考点的位移。在该情况下，可以通过相对于时间的微分运算再次(这次应用两次)获得加速度信号。注意，在两种情况下，微分运算消除任意的dc偏移，并且因此自动完成方法中的该步骤。

由于对于典型的打开或关闭事件，讨论中的门或抽屉在打开或关闭移动之前和之后将是无运动的，所以对应的加速度信号将包括加速部分和减速部分。因此，对应于这种移动事件的积分信号将以相反极性的一对峰值为特征，如图3所示的峰值26和28。可以通过不仅查找超过一个或多个阈值的个体面积信号而且查找例如在特定预定阈值时间内彼此基本上相等但相反的信号的这种特性对，来确保检测真正的打开或关闭事件(与背景噪声、意外敲击或其他自然的非用户诱发的移动事件相反)的更大的准确性。

因此，在本发明的一个实施例中，在针对给定面积信号找到阈值超过的情况下，对所述信号测试是否有相反符号的伴随阈值超过。可选地，随后可以进一步测试两个面积信号，以确定它们是否落入特定定义的约束时间跨度内。在该范例中，仅在同现关闭中找到两个超过的情况下，确定已经发生了打开/关闭事件。如果第二超过具有与第一超过相同的符号，则第二超过可以承担(可能的)第一超过的角色。如果已经超过了同现时间，则丢弃所有的阈值超过。

另外，还可以确定极性发生的次序，并且该信息用于通知移动的方向，是“打开”还是“关闭”。在没有校准的情况下，不能够在绝对意义上确定哪些移动事件对应于打开以及哪些对应于关闭。在替代的方法中，可以使用启发法来在打开与关闭之间进行绝对区分。例如，可以假设门或抽屉大多是关闭的，并且在时间上彼此靠近发生的相反方向的事件构成打开(第一)事件跟随有关闭(第二)事件。

还可能发生的是，事件具有相同的方向符号。当这些在时间上一起靠近地发生时，它们指示另一打开，例如并且可以对应地被分组到一起作为单次(打开)事件。可以额外地或替代地应用其他分组，这取决于本发明的意图应用。例如，可以将(通过上述方法彼此进行区分的)连续的打开和关闭事件分组为特定种类的单个事件，例如，“抽屉使用事件”或“碗柜访问事件”。

一般而言，典型的移动传感器可以提供表示在两个或三个空间维度上的移动的输出信号。然而，仅仅对应于运动的一个主要方向的运动数据在确定打开-关闭事件中是感兴趣的。在传感器信号中由打开或关闭事件的发生引起的移位将仅表现在对应于移动事件发生的方向的信号的分量中。可以通过从由传感器生成的任意更广的输出提取这个分量来确保检测这些事件的更大的灵敏性和准确性。

因此，在本发明的一个实施例中，通过首先获得如图4所示的多维传感器输出40来获得信号20，随后处理所述输出来提取单个方向分量，所述方向对应于传感器的运动的方向。

在图4中示出了由3d移动传感器生成的输出信号40，其中分别对应于(相对于传感器坐标系的)x、y和z方向中的运动捕获单独的信号42、44、46。随后处理信号40，以便提取单个信号，例如图2中所示的信号20，并且其表示传感器的运动的主要方向上的移动。打开/关闭事件仅仅在y方向轨迹44的中央周围是可见的。在图2中，该事件在提取的一维信号20中更清晰可见。

在一个范例中，通过在移动传感器的多维输出40之间执行标量积运算，来实现单个方向分量20的提取，该输出表示为向量，并且第二向量被定义为表示传感器的运动的主要方向。在一些情况下，可以提前知道第二方向向量。例如，当传感器被附接抵靠门或抽屉面板时，使得其z轴指向主要打开/关闭方向，提取单个方向分量20的过程可以简化为仅对传感器在z轴上的信号进行硬编码选择(其中，在该情况下，例如没有替代地使用单轴传感器)。

然而，一般而言，运动的主轴可以改变。例如，在滑动抽屉的情况下，传感器还可以安装抵靠抽屉的侧壁，可能在一定程度上转动，使得主(水平)轴是沿着所述侧壁的传感器轴的组合。传感器还可以位于抽屉的底部，可能倾斜并且没有与滑动方向平行的单个传感器轴。

在这种一般情况下，根据一个实施例，可以执行算法以便确定运动的主要方向。该算法可以持续运行，或者替代地可以仅在特定校准阶段期间被调用，在此之后主轴保持固定。在该情况下，可以节省计算负荷以及因此减少电池消耗。可选地，另外，可以在使用一段时间之后检查校准。

下文描述了用于确定运动的主要方向以便提取多分量传感器输出中的单个对应分量的算法的一个范例。还存在其他算法方法，并且可以替代下述范例而应用。

根据一个范例，找到主要方向的第一步骤是找到跨越所述主要方向所在的(水平)平面的两个向量。可以通过分析一个或多个传感器输出而估计出的重力的方向是所述平面的法向。例如，低通滤波器可以被应用以从背景噪声解脱出重力信号，所述背景噪声通常表现为传感器输出内的高得多的频率的轨迹。优选地，使用非线性滤波器，如中值滤波器，使得过渡效应被最小化。可选地，可以应用额外的滤波器来进一步平滑方向信号。例如，仅选择信号的几乎没有或没有活动(例如，低方差)的部分。

给定重力的方向，在传感器坐标系中，可以如下找到两个跨度(即，基)向量(但是还可以设想到其他方法)。需要两个线性无关向量，两者都正交于重力方向。用g＝(gx,gy,gz)表示重力的方向，例如可以经由如下结构来找到第一向量：

ax0＝(gy-gz,gz-gx,gx-gy)

可以通过计算它们的点积来直接验证ax0正交于g。然后可以通过计算g和ax0的向量(交叉)积来找到第二基向量：

ax1＝g×ax0

交叉积确保ax1与ax0和g两者正交，另外在交叉积中的g和ax0的选定次序确保交叉积ax0×ax1的结果指向g的方向。如此找到的ax0、ax1位于水平平面中。

在此之后，将(3d)加速度信号投影到由上述找到的一对基向量定义的轴上，这样获得两个1d信号accp0和accp1，这些表示在水平平面中的加速度的分量。例如可以通过首先将ax0和ax1向量正规化为单位尺寸来执行所述投影：

并且随后通过逐个样本地计算3d加速度信号acc与每个正规化的ax向量的标量积，即

accp0和accp1位于(即与重力的方向垂直的)水平平面中。加速度的主要分量(即，对应于运动的主要方向的分量)将是这两个1d信号的特定线性组合。

可以通过被应用到这两个1d加速度信号的主成分分析(pca)的过程来找到在水平平面中的移动的方向。pca在本领域中是已知的。现在将描述该过程的应用的一个范例。

在具有通常为0.4秒的窗口尺寸的分段上观察1d信号accp0和accp1。针对该窗口，计算其平均值(μ0、μ1)，并且从针对贯穿窗口时段的信号获得的所有样本值中减去所述平均值。如此获得的值随后用于计算对应的方差(cov00、cov11)和协方差(cov01)值：

cov00＝1/nσ(accp0-μ0)²

cov11＝1/nσ(accp1-μ1)²

cov01＝1/nσ(accp0-μ0)(accp1-μ1)

其中，n是贯穿窗口的持续时间获得的样本的数量。(替代地，n在该情况下可以省略，因为除了缩放中间结果之外其不会影响结果)。

同样地，如本领域已知的，可以通过协方差矩阵的特征值分析找到主成分：

由于协方差矩阵是2x2的，所以特征值可以容易地表达为闭合形式：

λ0＝(cov00+cov11)/2+√((cov00–cov11)²/4+cov01²)

λ1＝(cov00+cov11)/2-√((cov00–cov11)²/4+cov01²)

另外，由于仅对主要方向感兴趣，所以可以将对应的主要特征值识别为λ0，因为λ0>λ1总是成立。对应于λ0的特征向量q0(即，使得mq0＝λ0q0)也可以表达为闭合形式。例如：

向量q0提供在水平平面中的移动的主要方向，因此在所述方向上加速度的1d分量如下：

accpc＝q0·accp＝qx*accp0+qy*accp1

仍存在的小的不确定性在于q0的符号是任意的，并且可以在下一组计算出的协方差处切换到相反的方向。这种切换还将触发accpc中的符号变化，这将是人工的并且不与任何物理事物相连接。在一个范例中，可以通过针对整个分段仅计算一个特征向量来稳定该效果，或者替代地，当计算出每个样本的特征向量时，以记住在先前周期计算出的特征向量，并测试在当前向量与先前向量之间的标量积是否具有负的结果。假设在方向上有小的变化，则标量积应当总是正的，负的结果指示计算结果的符号变化。在标量积为负的情况下，qx和qy在符号上是相反的。

在传感器的运动的主要方向不在水平平面中(即，在垂直于重力的方向的平面中)的情况下，上述移动检测的方法可能具有有限的效力。特别地，当打开或关闭事件包括围绕水平或接近(相对于重力)的水平轴的旋转时，由贯穿该转动的重力加速度生成的连续改变的信号淹没由旋转本身生成的小的加速度信号，使得打开和关闭事件难以被检测到。为了使得能够检测围绕水平轴的这种旋转打开或关闭事件，因此可选地可以对上述方法添加额外的步骤。

事实上，注意在实践中，围绕未完全垂直(即，完全与重力的方向对齐)的任意铰链的旋转将产生加速度信号，其或多或少受到上述重力“干扰”。因此，实际上可以定义特定范围的水平或接近水平的铰链角度，围绕其的旋转使得应用额外步骤进行检测成为必要，同时对于稍微偏离垂直的角度，目前描述的方法可以保持充分有效。然而，仅为便于解释，在后续描述中，将引用涉及围绕“水平”轴的旋转事件本身的步骤。然而，这并不旨在为限制性的，而是作为缩略，并且应当在本文讨论的考虑的上下文中进行阅读和理解。

对应地，在本发明的另一实施例中，通过监测(相对于传感器的)重力的检测到的方向的变化来额外地测试围绕水平轴的旋转打开或关闭事件。在一个范例中，这是通过计算在当前重力方向g1和几秒(例如，1秒)前的g0之间的标量积实现的。(例如通过将低通滤波器应用到传感器输出信号生成的)重力信号优选被正规化为单位尺寸，使得标量积受除了转动外的其他性质的意外加速度的影响较小。比较计算出的标量积与一个或多个阈值，以便确定是否已经发生转动事件。在一个范例中，可以根据转动必须发生的最小角度的余弦来表示针对打开/关闭事件的阈值，即(在正规化的g向量的情况下)：

g0·g1≤|g0||g1|cosθ＝cosθ

针对标量积的典型阈值可以是0.9，其对应于大约25°的角距。

在一个范例中，在检测到变化的情况下，执行额外的选择步骤来确定转动事件(打开或关闭)的方向。给定安装的自由和转动的方式(上铰链或下铰链)，不能单独确定旋转是对应于打开还是关闭，但是可以将两者区分开。替代地，在上述水平运动的情况下，可以使用启发法来在打开与关闭之间进行绝对区分。例如，可以假设门大多关闭并且在时间上彼此靠近发生的相反方向的事件构成打开(第一)事件跟随有关闭(第二)事件。

将打开事件与关闭事件区分开的一种可能方法是观察两个重力方向向量g0、g1的向量(交叉)积(其中，这两者是间隔一秒测量的，并且具有小于指定阈值的标量积)。存储向量积的结果cs1，并将其与在也满足阈值的先前实例中计算出的结果cs0进行比较。在开始时，cs0被设置为空(0,0,0)。比较包括计算两者之间的标量积cs0·cs1。在标量积为正的情况下，转动处于与先前转动事件相同的方向。例如，如果在上一实例中断定为打开，则当前事件也是(或可能甚至是同一)打开事件。在标量积为负的情况下，表示当前转动与上一次处于不同方向。可选地，可以额外地测试当前事件以确定自从先前事件后是否已经经过了特定时间量，例如1秒。

另外，如果标量积cs0·cs1为负，则更新存储的变量cs0，以便使其等于cs1。这样，从同一的打开/关闭事件的重力方向向量g0、g1的下一阈值超过将不会得到下一负的标量积。在标量积cs0·cs1为正的情况下，通过这样更新cs0，还可以实现进一步的改善。特别地，如果cs1的范数大于cs0的范数，则将cs0更新为cs1。由于g0和g1具有单位尺寸，所以它们的交叉积的幅值等于将它们分离的角度的正弦。因此，较大的范数反映在g0与g1之间的较大的角度，即较大的转动。

在图5中示出了并入上述多个示例性特征的方法的实施例的示意图。根据该实施例，在步骤50中在操作之前对传感器的多维信号进行校准。该方法的主要过程流开始于在步骤52中对重力的方向的估计，跟随有在步骤54中测试围绕水平铰链的打开或关闭事件，两者都根据上述范例所述的方法或其他。

在检测到围绕水平轴的打开/关闭事件的情况下，可以在步骤56中相应执行一些其他事件，并且中止过程流的剩余部分。然后，例如所述方法可以重新开始，或许略过校准50来再次以步骤52中的估计重力方向开始。

在没有检测到围绕水平轴的打开或关闭事件的情况下，过程流转移到对围绕垂直轴的或者如在抽屉的运动情况下线性的打开/关闭事件的检测。在图5的范例中，通过在步骤58中首先确定跨度水平平面的一对基向量，然后在步骤60中利用这些来确定表示传感器的运动的主要方向的向量(两者都根据上述的方法或其他)，获得单个方向信号分量。然后在步骤62中提取表示在该方向上的运动的单个信号分量。

在此之后，执行图5的实施例的最后三个方法步骤：首先，分析经由步骤58、60、62获得的信号，以便在步骤64识别信号的两个或更多零交叉点；如下时间点：在这些时间点处由信号指示传感器的加速度与零水平交叉。一旦识别出两个或更多个这种点，就在步骤66中确定一个或多个面积信号值，其中这些值表示在零交叉点之间的加速度的曲线下的面积。最后，在步骤68中将所确定的面积信号值与一个或多个阈值进行比较，以便识别与打开或关闭事件的发生相对应的时间间隔。在检测到打开/关闭事件的情况下，在步骤70中再次执行一些其他事件，并且可能随后重新开始过程流。在没有检测到打开-关闭事件的情况下，所述方法以持续方式循环，直到检测到这种事件。

该实施例的优点在于所有种类的打开和关闭事件都可以作为相同过程流的一部分被检测(水平线性和旋转事件以及垂直旋转事件两者)。此外，传感器可以安装在讨论中的门或抽屉的任意取向和任意位置中，因为步骤被包括以实时确定运动的主要方向。另外，通过在过程流的开始仅估计一次重力的方向而节省了处理资源，这一次计算的结果随后可应用于步骤54和58中。

在图6中描绘了根据本发明的用于检测打开和关闭事件的装置的一个范例。移动传感器84被附接到碗柜82的门80上。该门可以围绕垂直铰链旋转，其通过所述垂直铰链被附接到碗柜的一边上。传感器随时间输出与其运动相关的信号。当门被打开或关闭时，传感器首先在方位角方向上从静止加速(相对于全局圆柱形坐标系，其具有与旋转轴一致的基础z方向向量)，并且随后，短时间后，在相反的方位角方向上再次减速回到静止。等同于，相对于传感器本身的(笛卡尔)坐标系，首先在正的线性方向(门的运动的正切方向)上有加速，并且随后，短时间后，在正相反的线性方向上有减速。

在图6的实施例的特定情况下，在打开或关闭事件期间的运动是围绕垂直铰链发生的旋转。因此，贯穿传感器的移动的持续时间，除了旋转加速度外，在径向方向上(即，在朝向铰链的方向上)将存在作用于传感器的特定变化(向心)的加速度。该加速度在门旋转的同时在转动结束时降低回零之前从在运动开始处(即，当处于静止时)的零增大到特定(可能恒定)的非零值。然而，在优选实施例中，从传感器信号中过滤掉没有在运动的主要方向(即，方位角方向)上发生的向心加速度，并且仅仅提取和考虑角加速度。

在一个实施例中，传感器84关于在运动的主要方向上的已知轴被安装，使得处理元件可以被硬连线以在该已知方向上提取分量，并且无需使用实时计算运动方向的处理资源。

存在关于用于采集信号的传感器装置的各种可能性。在一个范例中，使用加速度计获得信号。加速度计承载的优点在于其输出表示恰当的加速度的度量，其中通过恰当的加速度表示绝对加速度(包括由重力引起的加速度)。因此，利用来自该多种传感器的信号的方法不需要任何额外的处理来生成直接表示传感器随时间的加速度的信号。此外，根据传感器输出可以直接实现利用重力的变化方向来检测围绕水平轴的旋转事件的实施例。

然而，在替代实施例中，可以利用其他种类的传感器。在一个实施例中，采用来自磁力计的输出信号来检测打开和关闭事件。磁力计一般可以用于提供在空间点处的磁场的强度和方向的度量。在短距离内，地球的(地理)磁场的强度和方向保持大致恒定，因此该场向量可以以类似方式用于方法步骤52、54中的重力场向量(其中测试围绕水平或接近水平轴的旋转事件)。52、54的方法可以应用于位于或靠近垂直于恒定(垂直)重力向量的平面的旋转轴。类似地，利用恒定地理磁场向量的方法可应用于具有在或大致在垂直于该向量的平面中的轴的旋转事件。地球磁场的方向在地球表面的不同点处不同。例如在欧洲，方向是向北的，加上以大约50-70度的角度向内指向地球表面的分量。一旦识别出场向量，就可以检测到其方向(相对于传感器坐标系的)变化并将其用于指示围绕位于上述垂直平面中的轴的旋转事件。

另外，磁力计的输出可以用于主要方法步骤64、66、68中，受制于用于从原始传感器输出提取加速度信号的额外步骤的应用。例如，这些步骤可以包括传感器输出的(可能连续的)分析，以便相对于传感器坐标系中的一些任意定义的点确定对应于传感器的位置的“位移”向量。例如可以通过从可能在校准阶段期间设置的针对场方向的建立的参考值减去在给定时间点处测量出的场方向来建立这种向量。随后可以相对于时间对由此生成的时间变化的位移信号进行两次微分，由此生成加速度信号，如前所述可以向该加速度信号应用步骤64、66、68。

同样替代地，在门围绕铰链转动的情况下，可以使用陀螺仪。陀螺仪对角速度敏感。因此，在该情况下，将需要相对于时间对来自传感器的输出信号进行一次微分，以便生成表示(角)加速度的信号。与例如加速度计相反，使用陀螺仪传感器的一个优点在于信号输出的幅度与传感器的安装位置无关。这允许根据陀螺仪对与距轴的径向距离无关的角速度(或角度速度)敏感的事实，而加速度计输出随着距轴的传感器的径向距离反向地变化。因此，陀螺仪可以安装在门上的任意位置处，并生成相同强度的信号。

上述数据处理可以在设备本身中执行，或者可以输出原始数据以进行远程数据处理。例如，多个传感器可以例如利用任意适当的无线数据转移协议将数据供应到中央远程处理器。因此，处理单元和传感器不需要被容纳在同一位置中。例如，图6中的门安装单元84可以只包括移动传感器和用于将传感器数据无线地发送到单独的处理单元的发送器。门安装单元和远程处理单元定义用于检测打开或关闭事件的装置。替代地，可以在单个单元中设置完全的处理能力。

护理者可以使用打开或关闭事件的历史来分析患者的行为。传感器信息或打开和关闭事件信息可以通过互联网或移动电话网络自动发送给护理者，或者其可以从现场的传感器系统提取。

可以通过处理元件(例如，控制器)实现将传感器信号转换为打开和关闭事件检测的处理(作为传感器单元的一部分在本地或远程地执行)。可以以多种方式通过软件和/或硬件实现控制器，来执行所需要的各种功能。处理器是控制器的一个范例，控制器采用一个或多个微处理器，其可以利用软件(例如，微代码)编程为执行所需要的功能。然而，控制器可以在采用或不采用处理器的情况下来实现，并且还可以实现为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。

可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的范例包括但不限于：传统微处理器、专用集成电路(asic)、以及现场可编程门阵列(fpga)。

在各种实现方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质相关联，所述存储介质例如为易失性计算机存储器和非易失性计算机存储器，例如，ram、prom、eprom和eeprom。存储介质可以编码有一个或多个程序，一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，执行所需要的功能。各种存储介质可以被固定于处理器或控制器内或者可以是可运输的，使得存储在其上的一个或多个程序可以被加载到处理器或控制器中。

通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实践所主张的本发明的过程中，能够理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施的仅有事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。