[发明专利]一种人体跌倒检测方法及装置

摘要

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。

主权项

1.一种人体跌倒检测方法，其特征在于，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加速度传感器分别采集人体运动在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qn：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，旋转角度四元数进而求得采样点旋转四元数qn＝Δq*qn‑1；S3：计算修正四元数cq：计算当前3D加速度传感器的向量方向VAn＝[axn ayn azn]和上一次重力方向VGn‑1，VGn‑1取上一次采样点旋转四元数qn‑1的后三个值，取VAn与VGn‑1的法线向量VMN＝VAn*VGn‑1，让VGn‑1绕VMN向VAn旋转一个角度t，角度t＝陀螺仪最大误差*单个采样时间*2，则修正四元数cq＝[cos t sin t*VMN]；S4：计算修正后的旋转四元数Qn：Qn＝cq*qn＝cq*Δq*qn‑1，完成3D加速度传感器的加速度数据与3D陀螺仪的角速度数据的融合；S5：计算世界坐标系下重力方向人体加速度、人体速度和人体位移：人体在世界坐标系下各方向加速度值为[x wax way waz]＝Qn*[0 axn ayn azn]*Q′n，其中Q′n为Qn的共扼复数，则世界坐标系下重力方向加速度即为waz，再减去重力g，可得重力方向人体加速度，对人体加速度进行积分可得人体速度，再对人体速度进行积分可得人体位移；S6：计算世界坐标系下人体旋转角度：设备z轴对应世界坐标系的四元数为[z Vz]＝Qn*[0 0 0 1]*Q′n，其中Vz为z轴对应世界坐标系，则设备坐标Z轴与z轴的夹角AZ为人体躯干与z轴的瞬时夹角，AZ＝arccos(Vz*[0 0 1])，夹角AZ在采样周期内的积分即为人体旋转角度。