[发明专利]一种人体跌倒检测方法及装置

说明书

本发明公开一种人体跌倒检测方法及装置，使用3D加速度传器和3D陀螺仪分别采集人体运动的加速度和角速度，通过四元数计算方法将3D加速度传感器与3D陀螺仪采集的数据转换到世界坐标系下进行融合，计算出人体加速度、速度、位移和旋转角度；当所述人体加速度、速度、位移、角速度和旋转角度均超出设定阀值时判定人体跌倒。本发明能准确地判断是否跌倒，尤其对缓慢跌倒有着极高的判断率；算法的运算量低，能以占用较少的处理器资源完成高精度的跌倒检测运算。

技术领域

本发明涉及人体跌倒检测方法及装置技术领域，具体地说是一种基于3D加速度传感器和3D陀螺仪的人体跌倒检测方法及装置。

背景技术

老年人独居已成为社会普遍现象，而独居老人的安全问题也广受社会关注。由于身体机能的老化和疾病的影响，跌倒是老年人安全的很大威胁。若精确地检测出跌倒事件的发生，使跌倒者得到及时救助很有必要。目前，对于检测跌倒，大家通用的方法是使用单独一个3D加速度传感器，然后通过失重、大冲击量、身体与地平线平行、无法起身四个状态来判断跌倒与否，报警出错率高。原因在于，只用3D加速度传感器无法获得实时世界坐标系的各个方向上的分加速度，进一步导致无法正确判断这个冲击量来自垂直还是水平方面。当然，也有采用增加3D陀螺仪测量角加速度的剧烈程度来判断是否跌倒的方法，但对数据的加工极为有限，一般只停留在原始数据表层的分析。如中国专利申请CN201110059236.9公开一种人体跌倒检测与报警装置，采用加速度传感器和陀螺仪采集人体运动的线加速度和角速度，进而判定人体是否跌倒。但采集到的线加速度和角速度信号，是检测装置坐标系下的数据，并不是世界坐标系下的数据，检测精度不够高，尤其是当人体在运动过程中检测装置发生偏移，那么检测装置的垂直方向与重力方向就会出现较大偏差，容易造成跌倒误判。因此，如何设计一种采用四元数计算方法将加速度传感器与陀螺仪采集的数据转换到世界坐标系下进行融合来准确地判断是否跌倒的方法及装置，有待进一步解决。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开一种人体跌倒检测方法及装置。

本发明为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：

一种人体跌倒检测方法，包括以下步骤：

步骤一：3D加速度传感器分别采集人体运动在x轴、y轴、z轴方向上的加速度；3D陀螺仪分别采集人体运动在x轴、y轴、z轴方向上的人体角速度；

步骤二：通过四元数计算，得到世界坐标系下的人体加速度，进而计算得到人体速度、人体位移、人体旋转角度和人体失重时间；

步骤三：设定人体安全时的加速度阀值、速度阀值、位移阀值、角速度阀值、旋转角度阀值；当检测到人体加速度大于所述加速度阀值、且人体速度大于所述速度阀值，且人体位移大于所述位移阀值，且人体角速度大于所述角速度阀值，且人体旋转角度大于所述旋转角度阀值，判定人体跌倒；

步骤二所述四元数计算方法包括以下步骤：

S1：计算设备初始对应四元数q₀：3D加速度传感器分别人体运动在采集x轴、y轴、z轴方向上的加速度为ax₀、ay₀、az₀，利用100ms的平均向量来确定原始四元数

S2：计算采样点旋转四元数q_n：3D陀螺仪分别采集人体运动在x轴、y轴、z轴方向上的角速度为gx₀、gy₀、gz₀，采样周期为T，采样点的旋转角度分别为a、b、c，则a＝gx₀*T，b＝gy₀*T，c＝gz₀*T，对应四元数

则一个采样周期内，旋转角度四元数