本發(fā)明屬于穿戴式動作次數(shù)統(tǒng)計，具體涉及一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法、程序、設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、基于微機(jī)電系統(tǒng)(mems)(加速度計、陀螺儀為主)的可穿戴動作統(tǒng)計裝置，被廣泛用于人或動物的運(yùn)動分析、室內(nèi)導(dǎo)航、健康監(jiān)護(hù)與管理等方面。一般被統(tǒng)計的動作在持續(xù)運(yùn)動時都具有準(zhǔn)周期性(由于動作幅度、動作跨度很難完全一致，因此不是嚴(yán)格的周期變化)，例如行走、奔跑的步數(shù)統(tǒng)計。

2、將裝有加速度計、陀螺儀的數(shù)據(jù)采集裝置佩戴在動作能夠影響到的部分，在佩戴者進(jìn)行上述連續(xù)動作時，加速度、陀螺儀數(shù)據(jù)值隨著時間推移有很明顯的準(zhǔn)周期性變化(由于動作幅度、動作跨度很難完全一致，因此加速度、陀螺儀數(shù)據(jù)不是嚴(yán)格的周期變化)，這種準(zhǔn)周期性的變化是由于連續(xù)有節(jié)奏的重復(fù)動作所產(chǎn)生的。現(xiàn)有的動作次數(shù)統(tǒng)計方法主要是基于上述特性開發(fā)的。例如，自相關(guān)分析法、有限狀態(tài)機(jī)法、零速檢測法，以及波峰檢測法等。一般為了消除佩戴者其他動作或者環(huán)境震動引起的假陽性數(shù)據(jù)計入動作次數(shù)，上述方法采用判斷觀察窗內(nèi)峰值個數(shù)(動作次數(shù))是否達(dá)到設(shè)定的閾值數(shù)目以決定，如果沒有達(dá)到則不計入動作次數(shù)中。這種方式雖然消除其他動作，或者環(huán)境震動的影響，但也將零散的運(yùn)動次數(shù)排除在計數(shù)之外，即如果實(shí)際動作在觀測窗口內(nèi)的次數(shù)小于閾值數(shù)目，則會漏計。這將不利于獲取更加精確的動作次數(shù)統(tǒng)計，進(jìn)而影響室內(nèi)導(dǎo)航、健康狀態(tài)等信息的偏差。雖然，可以采用更加復(fù)雜的模式識別方法先進(jìn)行動作識別再進(jìn)行動作次數(shù)統(tǒng)計，但是需要計算復(fù)雜度較大，難以在可穿戴設(shè)備上部署。針對上述問題，提出一種更高精度的動作次數(shù)統(tǒng)計方法是有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對可穿戴設(shè)備對準(zhǔn)周期行動(例如行走、奔跑的步數(shù)、咀嚼次數(shù)統(tǒng)計)統(tǒng)計易受噪聲干擾，零散動作次數(shù)統(tǒng)計精度不高的問題，提供一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法、程序、設(shè)備及存儲介質(zhì)。

2、一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法，包括以下步驟：

3、步驟1：第一次佩戴穿戴式設(shè)備時，佩戴者在指定時間內(nèi)完成指定動作，通過穿戴式設(shè)備采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)處理與零均值化處理；通過穿戴式設(shè)備中存儲的初始模板函數(shù)，識別出在佩戴者處于持續(xù)運(yùn)動狀態(tài)期間采集的數(shù)據(jù)；

4、步驟2：選取被統(tǒng)計動作在持續(xù)運(yùn)動期間經(jīng)過預(yù)處理與零均值化處理后的數(shù)據(jù)，將選取的數(shù)據(jù)構(gòu)建為分析矩陣，求解分析矩陣的奇異值和奇異向量，將第一左奇異向量減去其均值作為更新后的模板函數(shù)；根據(jù)更新后的模板函數(shù)，確定檢測門限；

5、步驟3：佩戴者在運(yùn)動過程中，穿戴式設(shè)備實(shí)時采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)處理與零均值化處理；對于計算周期內(nèi)處理后的數(shù)據(jù)，通過更新后的模板函數(shù)進(jìn)行濾波，并統(tǒng)計濾波后數(shù)據(jù)中滿足檢測門限的波峰與波谷組合數(shù)，記為動作發(fā)生次數(shù)。

6、進(jìn)一步地，所述穿戴式設(shè)備中攜帶多軸加速計和初始模板函數(shù)，多軸加速計用于采集數(shù)據(jù)；所述初始模板函數(shù)具體為：

7、收集多個同類佩戴者在已知持續(xù)運(yùn)動、非持續(xù)運(yùn)動、無運(yùn)動情況下的多軸加速計數(shù)據(jù)，形成決策樹，決策樹使用機(jī)器學(xué)習(xí)過程來更新；通過初始模板函數(shù)在新的佩戴者運(yùn)動情況未知條件下，確定所采集的多軸加速計數(shù)據(jù)是否是持續(xù)運(yùn)動期間的數(shù)據(jù)。

8、進(jìn)一步地，所述對數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)處理與零均值化處理，具體為：

9、根據(jù)多軸加速計采集的加速度數(shù)據(jù)，計算合加速度模值，得到x1＝[x1(1),x1(2),...,x1(t),...]，t為數(shù)據(jù)時域序號；

10、對于合加速度模值數(shù)據(jù)x1進(jìn)行零均值化處理得到零均值數(shù)據(jù)xs；

11、xs＝x1-x′1

12、其中，x′1是由x1進(jìn)行均值濾波得到，且濾波窗口長度不小于一次動作時長的4倍。

13、進(jìn)一步地，所述步驟2中選取被統(tǒng)計動作在持續(xù)運(yùn)動期間經(jīng)過預(yù)處理與零均值化處理后的數(shù)據(jù)x1＝[x1(1),x1(2),...,x1(l),...,x1(l)]，構(gòu)建成m×n維分析矩陣a；其中，m為一個運(yùn)動周期對應(yīng)的數(shù)據(jù)長度，n為所分析的運(yùn)動周期數(shù)量，且n>m，l>m×n。

14、進(jìn)一步地，所述步驟2中選取分析矩陣a的第一左奇異向量v1減去其均值為模板函數(shù)g；

15、

16、檢測門限r(nóng)為：

17、

18、其中，l1(g)和l2(g)為模板函數(shù)g的l1范數(shù)和l2范數(shù)；r0為分析矩陣a的第一奇異值與所有奇異值之和的比值。

19、進(jìn)一步地，所述步驟3中對于計算周期內(nèi)預(yù)處理與零均值化處理后的數(shù)據(jù)xs，計算xs與模板函數(shù)g的卷積，得到濾波后數(shù)據(jù)y＝[y(1),y(2),...,y(t),...,y(t)]；若y(t)＜-r，y(t+1)＞r，則y(t)與y(t+1)組合記為一次動作發(fā)生次數(shù)。

20、進(jìn)一步地，若佩戴者發(fā)生變更，或穿戴式設(shè)備自評估動作次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果低于預(yù)期，則重新執(zhí)行步驟1，重新訓(xùn)練模板函數(shù)。

21、一種計算機(jī)裝置/設(shè)備/系統(tǒng)，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法的步驟。

22、一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序/指令，該計算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)上述可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法的步驟。

23、一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序/指令，該計算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)上述可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法的步驟。

24、本發(fā)明的有益效果在于：

25、本發(fā)明選取被統(tǒng)計動作在持續(xù)運(yùn)動期間的數(shù)據(jù)并構(gòu)建為分析矩陣，利用分析矩陣的奇異向量和奇異值構(gòu)建模板函數(shù)，利用模板函數(shù)對采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行模板函數(shù)濾波，并統(tǒng)計濾波后數(shù)據(jù)中滿足門限要求的波峰與波谷組合數(shù)，記為動作發(fā)生次數(shù)。本發(fā)明利用模板函數(shù)濾波可以降低其他運(yùn)動對所需要統(tǒng)計動作的影響，能夠準(zhǔn)確地記錄非連續(xù)動作的發(fā)生次數(shù)，提高動作統(tǒng)計的準(zhǔn)確性；模板函數(shù)是通過在線數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到的，可消除佩戴者個體差異，且可以定期或者根據(jù)用戶指令對動作次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行評估，如低于預(yù)期可重新訓(xùn)練模板函數(shù)。

技術(shù)特征：

1.一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法，其特征在于：所述穿戴式設(shè)備中攜帶多軸加速計和初始模板函數(shù)，多軸加速計用于采集數(shù)據(jù)；所述初始模板函數(shù)具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法，其特征在于：所述對數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)處理與零均值化處理，具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法，其特征在于：所述步驟2中選取被統(tǒng)計動作在持續(xù)運(yùn)動期間經(jīng)過預(yù)處理與零均值化處理后的數(shù)據(jù)x1＝[x1(1),x1(2),...,x1(l),...,x1(l)]，構(gòu)建成m×n維分析矩陣a；其中，m為一個運(yùn)動周期對應(yīng)的數(shù)據(jù)長度，n為所分析的運(yùn)動周期數(shù)量，且n>m，l>m×n。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法，其特征在于：所述步驟2中選取分析矩陣a的第一左奇異向量v1減去其均值mev1為模板函數(shù)g；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法，其特征在于：所述步驟3中對于計算周期內(nèi)預(yù)處理與零均值化處理后的數(shù)據(jù)xs，計算xs與模板函數(shù)g的卷積，得到濾波后數(shù)據(jù)y＝[y(1),y(2),...,y(t),...,y(t)]；若y(t)＜-r，y(t+1)＞r，則y(t)與y(t+1)組合記為一次動作發(fā)生次數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法，其特征在于：若佩戴者發(fā)生變更，或穿戴式設(shè)備自評估動作次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果低于預(yù)期，則重新執(zhí)行步驟1，重新訓(xùn)練模板函數(shù)。

8.一種計算機(jī)裝置/設(shè)備/系統(tǒng)，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上的計算機(jī)程序，其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項所述方法的步驟。

9.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序/指令，其特征在于：該計算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項所述方法的步驟。

10.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序/指令，其特征在于：該計算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于穿戴式動作次數(shù)統(tǒng)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可在線學(xué)習(xí)的穿戴式準(zhǔn)周期性運(yùn)動次數(shù)統(tǒng)計方法、程序、設(shè)備及存儲介質(zhì)。本發(fā)明選取被統(tǒng)計動作在持續(xù)運(yùn)動期間的數(shù)據(jù)并構(gòu)建為分析矩陣，利用分析矩陣的奇異向量和奇異值構(gòu)建模板函數(shù)，利用模板函數(shù)對采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行模板函數(shù)濾波，并統(tǒng)計濾波后數(shù)據(jù)中滿足門限要求的波峰與波谷組合數(shù)，記為動作發(fā)生次數(shù)。本發(fā)明利用模板函數(shù)濾波可以降低其他運(yùn)動對所需要統(tǒng)計動作的影響，能夠準(zhǔn)確地記錄非連續(xù)動作的發(fā)生次數(shù)，提高動作統(tǒng)計的準(zhǔn)確性；模板函數(shù)是通過在線數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到的，可消除佩戴者個體差異，且可以定期或者根據(jù)用戶指令對動作次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行評估，如低于預(yù)期可重新訓(xùn)練模板函數(shù)。

技術(shù)研發(fā)人員：戚連剛,宋澤楠,于晟杰,王可南,國強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24