專利名稱：用于根據(jù)加速計測量樣本來估計速度和/或位移的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)來自加速計的測量樣本來估計速度和位移的方法，并且尤其涉及ー種可以在檢測用戶跌倒時使用的用于估計垂直速度和垂直位移的方法。
背景技術(shù)：
毎年，跌倒影響著數(shù)百萬的人并且導致明顯的損傷，特別是在老年人當中。實際上，已被估計的是，跌倒是老年人中死亡的前三大起因之一?？梢詫⒌苟x為身體朝地面突然的、未控制的并且無意的向下位移，并且伴隨有碰撞。可利用個人求助按鈕(PHB)，所述個人求助按鈕要求用戶在緊急情況下按壓按鈕以尋求幫助。然而，如果用戶經(jīng)歷嚴重的跌倒(例如，如果他們被撞得失去知覺)，則用戶可能不能夠按壓按鈕，這將意味著在相當長的時間段內(nèi)幫助不能到達，尤其是在用戶單獨生活時。 還可利用跌倒檢測器，所述跌倒檢測器處理ー個或者多個移動傳感器的輸出以判定用戶是否經(jīng)歷跌倒。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所有這些跌倒檢測器在跌倒檢測概率和誤報率之間具有不利的折中?？紤]到高誤報率將給負責向跌倒檢測器的用戶提供援助的組織帶來附加的成本(即，在跌倒檢測警報被觸發(fā)時，他們將需要聯(lián)系或者探視跌倒檢測器的用戶)，并且考慮到高誤報率對于跌倒檢測器的用戶來說是不期望的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟上可行的跌倒檢測器應該提供比如說在每兩個月的時間段內(nèi)少于一次誤報的誤報率，同時保持高于95%的(肯定的)跌倒檢測概率。大多數(shù)現(xiàn)有的身體佩戴型的跌倒檢測器使用加速計(通常是測量三個維度上的加速度的3D加速計)，并且它們試圖通過處理由該加速計生成的時間序列來推斷跌倒的發(fā)生。具體而言，跌倒檢測器可以根據(jù)加速計測量樣本來估計跌倒檢測器的速度和/或位移，并且使用這些特征(連同從加速計測量樣本得到的其它特征)來判定跌倒檢測器的用戶是否經(jīng)歷跌倒。期望提供以垂飾(pendant)形式的跌倒檢測器，其可以被佩戴在用戶的頸部周圍并且另外相對于用戶自由移動；同樣跌倒檢測器重量輕并且在使用中不引人注目。然而，用于估計垂直速度和垂直位移的現(xiàn)有方法當被應用到從這種類型的跌倒檢測器的加速計獲得的測量樣本時，不能夠提供足夠精確的估計。因此，需要一種根據(jù)加速計測量樣本來估計垂直速度和/或垂直位移的改進的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供ー種用于檢測用戶跌倒的跌倒檢測器，所述跌倒檢測器包括加速計，所述加速計用于產(chǎn)生測量樣本的時間序列，所述測量樣本的時間序列表示作用在所述跌倒檢測器上的加速度；處理器，所述處理器用于根據(jù)所述測量樣本來估計所述跌倒檢測器的垂直速度和/或垂直位移，并且使用所估計的垂直速度和/或垂直位移來判定所述用戶是否經(jīng)歷跌倒；其中，所述處理器被配置為通過如下方式來根據(jù)所述測量樣本估計所述跌倒檢測器的垂直速度和/或垂直位移根據(jù)所述測量樣本的時間序列來估計在所述加速計的參考系中表示重力加速度的相應單位向量的時間序列；將每ー個測量樣本投影到所述相應単位向量并且減去重力加速度以給出所述跌倒檢測器的垂直加速度的估計序列；以及，在一個時間段上對所述垂直加速度的估計序列進行積分，以給出所述跌倒檢測器的所述垂直速度和/或垂直位移的值的時間序列。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種對對象的垂直速度和/或垂直位移進行估計的方法，所述對象包含加速計，所述方法包括從所述加速計獲得測量樣本的時間序列，所述測量樣本的時間序列表示作用在所述對象上的加速度；根據(jù)所述測量樣本的時間序列來估計在所述加速計的參考系中表示重力加速度的相應單位向量的時間序列；將每ー個測量樣本投影到所述相應単位向量上，并且減去重力加速度，以給出所述對象的所述垂直加速度的估計序列；以及，在一個時間段上對所述垂直加速度的所述估計序列進行積分，以給出所述對象的所述垂直速度和/或垂直位移的值的時間序列。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于檢測跌倒檢測器的用戶跌倒的方法，所述跌倒檢測器包含加速計，所述方法包括如上所述，根據(jù)來自所述加速計的測量樣本來估計垂直速度和/或垂直位移；并且使用所估計的垂直速度和/或垂直位移來判定所述用戶是否經(jīng)歷跌倒。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供ー種包括計算機程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，當在適當?shù)挠嬎銠C或者處理器上執(zhí)行所述計算機程序代碼時，所述計算機程序代碼被配置為使得所述計算機或者處理器執(zhí)行上述任ー種方法。


現(xiàn)在將參考下面的附圖僅通過示例的方式來描述本發(fā)明的示例性實施例，在附圖中圖I是適于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的跌倒檢測器的方框圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖3更加詳細地示出了圖2的流程圖中的步驟103 ；圖4更加詳細地示出了圖2的流程圖中的步驟105 ;以及圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的可以用于將垂直加速度積分為垂直速度的積分窗的圖。
具體實施例方式圖I中示出了能夠?qū)嵤└鶕?jù)本發(fā)明的方法的跌倒檢測器2。以垂飾形式將跌倒檢測器2設(shè)計為佩戴在用戶的頸部周圍，而不會不利地影響用戶的移動或者平衡。在該示例性實施例中，跌倒檢測器2包括連接到處理器6的加速計4(特別是提供對沿著加速計4的三個正交測量軸的加速度的測量的3D加速計)。處理器6接收來自加速計4的測量樣本并且處理該測量樣本，以估計在各個時間段上跌倒檢測器2的垂直速度和/ 或跌倒檢測器2的垂直位移。處理器6使用所述垂直速度和/或垂直位移(通常結(jié)合從加速計測量樣本獲得的其它特征)來判定用戶是否已經(jīng)跌倒。跌倒檢測器2還包括發(fā)送器単元8，所述發(fā)送器単元8允許跌倒檢測器2在檢測到跌倒時向與所述跌倒檢測器2相關(guān)聯(lián)的基站(然后所述基站可以發(fā)出警報或者尋求來自健康護理提供者的幫助或緊急服務)或者直接向遠程站(例如位于健康護理提供者的呼叫中心)發(fā)送警報信號，從而能夠為用戶尋求援助。在一些實施例中(在圖I所示的跌倒傳感器中未示出)，跌倒檢測器2還可以包括除加速計以外的其它傳感器，例如壓カ傳感器、磁力計和/或陀螺儀。跌倒檢測器2還可以包括音響警報単元，在處理器6判定用戶經(jīng)歷跌倒的情況下所述處理器6激活所述音響警報單元。跌倒檢測器2還可以設(shè)置有按鈕，所述按鈕允許用戶在他們需要援助時手動激活該音響警報單元(或者在不需要援助時去激活所述警報)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的方法。在步驟101中，從加速計4獲得測量樣本的時間 序列。每ー個測量樣本是在加速計4的參考系中表示所測量的加速度的三維向量。該方法中的后續(xù)步驟對這些測量樣本進行操作以獲得對跌倒期間的垂直速度和/或垂直位移(在地球參考系中)的估計。在步驟103中，識別測量樣本中“相對平靜”的時間段，在所述時間段，垂直加速度和垂直速度大致為零?！跋鄬ζ届o”的時間段的終止點以及下ー個“相對平靜”時間段的起始點提供了用于在該方法中稍后對垂直速度和/或垂直位移的估計的邊界值。由于跌倒不可能在“相對平靜”的時間段期間發(fā)生，所以在所述時間段內(nèi)不必對測量樣本繼續(xù)使用圖2所示的方法，從而所述方法返回到步驟101，直到識別到“非平靜”的時間段(即，垂直加速度和/或垂直速度大體上為非零的時間段)為止。下面參考圖3更詳細地描述步驟103的優(yōu)選實施方式。因而，在圖3的步驟1031中，通過對樣本的三個分量的平方的和取平方根來針對
每ー個測量樣本計算絕對加速度
%對=ゾ(ち+ち+ろ)其中，ax、ay和az是沿著加速計4的各個測量軸的加速度分量。在步驟1033中，從絕對加速度中減去重力加速度(9. 81ms_2)來獲得歸一化的絕對加速度。對所述歸ー化的絕對加速度進行平方來獲得所述歸ー化的絕對加速度的冪(步驟1035)，并且對所述歸ー化的絕對加速度的冪進行移動平均(MA)以獲得經(jīng)過MA濾波的所述歸ー化的絕對加速度的冪(步驟1037)。在優(yōu)選的實施例中，MA濾波的持續(xù)時間是O. 5秒。在步驟1039中，將經(jīng)過MA濾波的所述歸ー化的絕對加速度的冪與非零閾值進行比較來識別相對平靜的樣本時間。例如，如果在兩秒的間隔中經(jīng)過MA濾波的冪的值小于10，則可以將所述間隔的中間定義為“相對平靜”。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠選擇用于該閾值的適當值，應當牢記Ig的加速度將導致經(jīng)過MA濾波的冪的值大致為100?，F(xiàn)在返回到圖2中的方法，在步驟105中，針對“相對平靜”時間段之外的每ー個測量樣本，估計在加速計4的參考系中表示重力加速度的単位向量。下面參照圖4更加詳細地描述該步驟。在該方法的下一個步驟中使用所得到的単位向量的時間序列來識別由所述加速計測量的加速度在垂直方向上的分量。
因而，在圖4的步驟1051中，將中指濾波應用到每ー個測量樣本中的三個加速度分量中的每ー個以獲得經(jīng)過中值濾波的加速度分量的三個時間序列。在優(yōu)選的實施例中，中值濾波的持續(xù)時間是O. 5秒。然后，在步驟1053中，通過使用從每ー個采樣時刻處的三個經(jīng)過中值濾波的加速度分量中的每ー個獲得的絕對值，對在所述采樣時刻處的經(jīng)過中值濾波的加速度分量中的每ー個的長度進行歸ー化，來計算單位重力時間序列。因而，在采樣時刻t處的在加速計4的參考系中的重力單位向量#由下式給出
ηη
權(quán)利要求
1.一種用于檢測用戶跌倒的跌倒檢測器(2)，所述跌倒檢測器(2)包括 加速計(4 )，所述加速計(4 )用于產(chǎn)生測量樣本的時間序列，所述測量樣本的時間序列表示作用在所述跌倒檢測器(2)上的加速度； 處理器(6)，所述處理器(6 )用于根據(jù)所述測量樣本來估計所述跌倒檢測器(2)的垂直速度和/或垂直位移，并且使用所估計的垂直速度和/或垂直位移來判定所述用戶是否經(jīng)歷跌倒；其中，所述處理器(6)被配置為通過如下方式來根據(jù)所述測量樣本估計所述跌倒檢測器(2)的垂直速度和/或垂直位移 根據(jù)所述測量樣本的時間序列來估計在所述加速計(4)的參考系中表示重力加速度的相應單位向量的時間序列(105)； 將每一個測量樣本投影到所述相應單位向量上并且減去重力加速度，以給出所述跌倒檢測器的垂直加速度的估計序列(107);以及 在一個時間段上對所述垂直加速度的估計序列進行積分以給出所述跌倒檢測器的所述垂直速度和/或垂直位移的值的時間序列(109、111)。
2.如權(quán)利要求I所述的跌倒檢測器(2)，其中，所述處理器(6)被配置為在所述跌倒檢測器(2)的垂直加速度和垂直速度大體上為非零的時間段上對所述垂直加速度的所述估計序列進行積分，以給出所述跌倒檢測器(2)的所述垂直速度和/或垂直位移的所述值的時間序列。
3.如權(quán)利要求2所述的跌倒檢測器(2)，其中，所述處理器(6)被配置為通過如下方式(103)來識別所述跌倒檢測器(2)的垂直加速度和垂直速度大體上為非零的時間段 計算所述時間序列中的每一個測量樣本的絕對加速度值(1031); 從每一個所計算的絕對值中減去重力加速度以獲得歸一化的絕對加速度的時間序列(1033)； 對所述歸一化的絕對加速度中的每一個進行平方以獲得表示所述歸一化后的絕對加速度的冪的時間序列(1035)； 對表示所述歸一化的絕對加速度的冪的所述時間序列進行移動平均(1037)；以及 將經(jīng)過移動平均濾波的冪與非零閾值進行比較以識別所述時間段(1039)。
4.如權(quán)利要求1、2或者3所述的跌倒檢測器(2)，其中，每一個測量樣本包括三個加速度分量，并且其中，所述處理器(6)被配置為通過如下方式來根據(jù)所述測量樣本的時間序列估計在所述加速計(4)的參考系中表示重力加速度的所述相應單位向量的時間序列 對所述三個加速度分量中的每一個施加中值濾波以獲得經(jīng)過中值濾波的分量的各自時間序列(1051);以及 對所述各自時間序列中的每一個分量的長度進行歸一化以給出表示重力加速度的所述單位向量的時間序列(1053)。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的跌倒檢測器(2)，其中，在將每一個測量樣本投影到所述相應單位向量上并且減去重力加速度以給出所述跌倒檢測器的所述垂直加速度的估計序列之后，所述處理器(6)還被配置為 精細調(diào)整所述估計序列以針對由于所述測量樣本中的采樣誤差和/或削波導致的過量加速度進行校正(109)； 并且其中，所述處理器(6)被配置為對經(jīng)過精細調(diào)整的所述垂直加速度的估計序列進行積分，以給出所述跌倒檢測器的所述垂直速度和/或垂直位移的所述值的時間序列(111)。
6.如權(quán)利要求5所述的跌倒檢測器(2)，其中，所述處理器(6)被配置為精細調(diào)整所述估計，以針對當所述跌倒檢測器(2)發(fā)生碰撞時出現(xiàn)的在所述測量樣本中的由采樣誤差和/或削波導致的過量加速度進行校正。
7.如權(quán)利要求5或6所述的跌倒檢測器(2)，其中，所述處理器(6)被配置為通過如下方式精細調(diào)整所述估計 在所述時間段上對所述垂直加速度的估計序列進行積分，得到的非零量被表示為所述過量垂直加速度；以及 在所述時間段中的所述垂直加速度的每一個估計上分配所述過量垂直加速度，以精細調(diào)整所述垂直加速度的所述估計。
8.如權(quán)利要求7所述的跌倒檢測器(2)，其中，所述處理器(6)被配置為根據(jù)所計算的濾波后的碰撞按照比例地在每一個所述估計上分配所述過量垂直加速度。
9.如權(quán)利要求7或者8所述的跌倒檢測器(2)，其中，所述處理器(6)被配置為通過如下方式按照比例地在每一個所述估計上分配所述過量垂直加速度 計算在所述時間段期間所述垂直加速度的每一個估計的絕對值； 確定所述時間段中的所述絕對加速度的和；以及 在所述時間段中的所述垂直加速度的所述估計之中分配所述過量垂直加速度，其中每一個估計接收其絕對值除以所述和而得的分數(shù)。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的跌倒檢測器(2)，其中，所述處理器(6)被配置為使用非矩形積分窗在所述時間段上對所述垂直加速度的估計序列進行積分，以給出所述跌倒檢測器(2)的所述垂直速度和/或垂直位移的所述值的時間序列。
11.如權(quán)利要求10所述的跌倒檢測器(2)，其中，所述處理器(6)被配置為使用升余弦積分窗在所述時間段上對所述垂直加速度的估計序列進行積分。
12.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的跌倒檢測器(2)，其中，所述跌倒檢測器(2)被以垂飾形式佩戴在所述用戶的頸部周圍。
13.一種估計對象的垂直速度和/或垂直位移的方法，所述對象包括加速計(4)，所述方法包括 從所述加速計(4)獲得測量樣本的時間序列(101)，所述測量樣本的時間序列表示作用在所述對象上的加速度； 根據(jù)所述測量樣本的時間序列估計在所述加速計(4)的參考系中表示重力加速度的相應單位向量的時間序列(105)； 將每一個測量樣本投影到所述相應單位向量上并且減去重力加速度，以給出所述對象的所述垂直加速度的估計序列(107);以及 在一個時間段上對所述垂直加速度的估計序列進行積分，以給出所述對象的所述垂直速度和/或垂直位移的值的時間序列(109、111)。
14.一種用于檢測跌倒檢測器(2)的用戶的跌倒的方法，所述跌倒檢測器(2)包括加速計(4 ),所述方法包括 如權(quán)利要求13所述的那樣,根據(jù)來自所述加速計(4)的測量樣本來估計垂直速度和/或垂直位移；以及 使用所估計的垂直速度和/或垂直位移來判定所述用戶是否經(jīng)歷了跌倒。
15.一種包括計算機程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，當在適當?shù)挠嬎銠C或者處理器上執(zhí)行所述計算機程序代碼時，所述計算機程序代碼被配置為使得所述計算機或處理器執(zhí)行如權(quán)利要求13或14所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于檢測用戶跌倒的跌倒檢測器，跌倒檢測器包括加速計，其用于產(chǎn)生測量樣本的時間序列，該測量樣本的時間序列表示作用在跌倒檢測器上的加速度；處理器，其用于根據(jù)測量樣本來估計跌倒檢測器的垂直速度和/或垂直位移并且使用所估計的垂直速度和/或垂直位移來判定用戶是否經(jīng)歷跌倒；其中，處理器被配置為通過如下方式來根據(jù)測量樣本估計跌倒檢測器的垂直速度和/或垂直位移根據(jù)測量樣本的時間序列來估計在加速計的參考系中表示重力加速度的相應單位向量的時間序列；將每一個測量樣本投影到相應單位向量上并且減去重力加速度以給出跌倒檢測器的垂直加速度的估計序列；以及在一個時間段上對垂直加速度的估計序列進行積分以給出跌倒檢測器的垂直速度和/或垂直位移的值的時間序列。
文檔編號G01C9/00GK102667882SQ201080053477
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者C·P·M·J·巴根, 陳寧江 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司