[发明专利]一种基于可穿戴设备的日常抽烟行为检测方法

摘要

本发明公开了一种基于可穿戴设备的日常抽烟行为检测方法。该方法利用可穿戴设备，包括智能手机和可穿戴式蓝牙音频设备作为音频收发装置。以抽烟时用户一系列必要的抽烟动作为切入点，结合模式识别的方法来判断打火机声音、抽烟时深呼吸动作，以及用户抽烟时手臂挥动造成的多普勒效应为基本原理，以此来完成对抽烟行为的判断。该方法具有设备获取简单，实时判断抽烟行为，判断速度快，正确率高等特点，能够供抽烟检测，人体健康评测，人体心理状况评测等诸多应用领域使用。

主权项

1.一种基于可穿戴设备的日常抽烟行为检测方法，其特征在于，一方面智能手机麦克风接收打火机声音，另一方面在用户颈部佩戴可穿戴式蓝牙音频设备，其麦克风接收人体内部发出的细微声音，其扬声器播放高频音频，在用户身上的智能手机使用麦克风作为音频接收器，音频信号随手臂动作而产生的多普勒效应；使用基于滑动窗口的数据分割以及快速傅立叶变换的数据预处理方法、利用音频信号声音特征的提取算法、基于特征的音频分类算法以及基于音频特征的模式识别算法来判断用户当前抽烟动作；具体包含以下步骤：步骤一、在用户的颈部佩戴可穿戴式蓝牙音频设备，蓝牙设备需要先和智能手机配对一次；蓝牙设备在接收到相应信号后同时开启扬声器和麦克风；蓝牙音频设备的麦克风贴合住用户颈部皮肤，扬声器应面向人体前方，扬声器发送频率为f₀的音频；步骤二、在用户身上佩戴智能手机，该智能手机通过自身麦克风以44.1kHz频率采集音频信号，并按照时间顺序缓存于内存中；步骤三、在智能手机端对手机端麦克风收集到的数据以固定长度分割得到一系列原始数据帧，对这些数据帧内的数据进行时域分析，计算当前时域音频信号的峰值F_i，将F_i同之前设计好的峰值阈值F_threshold进行比较，满足条件说明是打火机事件，则发送信号并连接可穿戴式蓝牙音频设备，可穿戴式蓝牙音频设备接收到信号同时开启麦克风和扬声器，可穿戴式蓝牙音频设备的麦克风接收人体内部发出的细微声音，传输给智能手机并缓存于智能手机内存中；步骤四、在智能手机端对内存中的数据以固定长度进行分割得到一系列原始的数据帧，对每一帧的数据进行快速傅立叶变换，得到数据帧对应的频域表示，并将一系列频域表示按照时间顺序缓存在内存中；所述内存中的数据包括可穿带蓝牙式音频设备传输过来的数据和手机端自身麦克风收集到的数据；步骤五、在智能手机端获取当前数据帧频域表示后，计算每个帧在每个子带的能量以及其他频域特征，将这些特征称为帧特征，然后用包含若干个帧大小的窗口滑动计算基于帧特征的统计学特征，称为窗特征，进而利用窗特征建立分类算法来判断当前用户是否在深呼吸；步骤六、在智能手机获取当前数据帧频域表示后，会计算每个帧在f₀上下width频率段的累积能量，通过计算f₀+width的能量值和f₀–width来判断当前用户的手是靠近嘴还是离开嘴；步骤七、在智能手机端根据处理得到的打火机判断结果、手势判断结果、深呼吸判断结果进行计算，利用时间戳对齐进行同步，最终判断用户抽烟开始时间和结束时间，抽烟期间吸烟的次数；步骤七的具体过程为：步骤7.1智能手机接收到可穿戴式蓝牙音频设备麦克风收集到的信号用来判断深呼吸，同时通过自身麦克风接收到可穿戴式蓝牙音频设备扬声器播放的信号用来判断手势动作，因为二者同时开启，在手机内只需将时间戳进行对齐进行同步即可；步骤7.2根据同步后的结果数据进行判断，抽烟动作中手势和深呼吸往往是联系在一起，抽烟一般是手靠近嘴后有一次深呼吸的过程，然后手离开嘴，所以可以先判断抽烟手势，当发现一次靠近嘴的手势动作以后立即判断深呼吸；步骤7.3根据收到的打火机数据，手势产生的多普勒数据和深呼吸数据结合分析，通过打火机的判断可以确定抽烟开始的时间，从步骤7.2可知通过判断手靠近嘴‑深呼吸‑手离开嘴这三个连续的动作即可认为是抽了一口烟，从而判断一次吸烟过程中抽了多少口烟；在智能手机端，当得一个新的数据帧的频域表示后，计算该新得到的数据帧是否是一次手势或者深呼吸动作，二者互相之间不会干扰，手势动作的频率在17kHz，深呼吸动作频率不会超过4kHz；判断手势动作主要利用在17kHz上下150Hz内能量的比值，通过判断比值的大小来判断当前是否是一次抽烟手势动作；深呼吸的判断在于计算音频特征，通过帧特征，窗特征来得到一个呼吸序列，通过扫描呼吸序列来判断在什么时候开始深呼吸，什么时候结束深呼吸。