[發明專利]一種基于智能移動終端設備的行人步長估計方法

在審

• 申請號: 201410856737.3
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104535077A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 錢久超;裴凌;鄒丹平;劉佩林;郁文賢;錢鎧
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01C22/00
• 分類號: G01C22/00;G01C21/12
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及行人航位推算領域，具體地，涉及一種基于智能移動終端設備的行人步長估計方法。

背景技術

在行人航位推算系統中，步長估計模塊是系統的主要誤差來源之一。傳統的行人航位推算系統中，步長通常認為是常數，這顯然會引入大量的誤差。根據生理學原理可知，不同行人的步長與其身高(或腿長)與體重有關，因此，部分研究提出基于行人身高和體重信息的經驗模型，對行人的步長進行估計，然而，由于不同行人行走習慣千差萬別，很難通過該步長估計模型對不同行人的步長進行準確估計；此外，研究表明，行人步長還與行人的步頻以及加速度方差相關，因此，提出了基于行人步頻和加速度方差的線性步長估計模型，該模型需要通過采集的行人不同步頻情況下的加速度數據，并利用這些數據對線性回歸模型的參數進行擬合估計，為了提高行人步長估計的精度，不得不在訓練過程中采集大量的數據，并且不同行人需要訓練不同的模型，這給實際應用帶來了不小的麻煩。為了減少離線訓練帶來的工作量，有人提出利用GPS等衛星信號進行在線修正的方法，但是此方法只適用于室外且無遮擋環境，對于室內等環境衛星信號明顯衰落以及多徑效應嚴重的情況，該方法將失效。

除此之外，現有的大部分技術主要針對的是慣性測量單元(IMU)等高精度的傳感器單元。然而，該類傳感器單元的價格較高，對于大眾普及應用有著較大困難。隨著智能終端的不斷發展，越來越多的傳感器被融入到智能手機之中，包括加速度計、陀螺儀、磁力計以及高清攝像頭等，這為基于智能手機平臺的行人定位技術提供了有力的支持。其中，慣性傳感器信號可以用來分析行人的運動信息；MARG傳感器陣列(包括磁力計、加速度計和陀螺儀)為實時捕獲傳感器的姿態信息提供了幫助，進而有助于分析行人的姿態；高清攝像頭記錄的連續圖像，可以利用光流算法計算行人的位移信息。因此，發明一種基于智能移動終端設備的，具有高精度的、實時的、室內外環境普適能力的行人步長估計裝置，具有其實際意義。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種適應于各種室內外環境下的地面紋理，抗干擾及自適應能力突出，具有高精度實時估計能力的基于智能移動終端設備的行人步長估計方法。

根據本發明提供的一種基于移動終端的行人步長估計方法，其特征在于，包括：

S1：步長估計核心處理單元(113)根據從加速度傳感器、陀螺儀、磁力計采集的傳感信息和從用于獲得圖像的攝像頭采集的光流信息計算和存儲當下的估計步長，并根據已存儲的估計步長計算并保存步長估計模型；

S2：輸出控制器(114)判斷所述步長估計模型是否收斂，若收斂，則輸出控制器(114)將所述當下的估計步長輸出后進入S3，若不收斂，則進入S6；

S3，傳感器信號采集器(111)僅采集加速度傳感器的傳感信息；

S4，步長估計核心處理單元(113)根據所述加速度傳感器的傳感信息和所述步長估計模型計算新的估計步長；

S5，輸出控制器(114)將所述新的估計步長輸出，返回S3；

S6，對所述當下的估計步長進行異常步長濾波處理：

若所述當下的估計步長為異常點，則剔除該異常點，并將所述步長估計模型還原至上一次計算的結果；

若所述當下的估計步長不是異常點，則將所述當下的估計步長輸出；

然后返回S1。

作為優化方案，步驟S1中所述步長估計核心處理單元(113)計算所述當下的估計步長的過程包括：

信息捕獲器(112)根據加速度傳感器的傳感信號獲得行人運動信息，并傳至所述步長估計核心處理單元(113)，所述步長估計核心處理單元(113)根據從陀螺儀、磁力計采集的傳感信息、所述行人運動信息和所述光流信息計算所述當下的估計步長；

所述行人運動信息包含計步信息和步頻信息，

其中，所述計步信息是根據在計步點獲取的加速度的幅值信號獲得的，所述加速度的幅值信號：所述a_x、a_y、a_z表示加速度在空間中三維上的加速度。

作為優化方案，在步驟S1中，每個所述光流信息包含與一個時間戳對應的圖像；該圖像中包含光流向量(u,v)；

信息捕獲器(112)根據陀螺儀、磁力計的傳感信息獲得傳感器姿態信息。

作為優化方案，所述步長估計核心處理單元(113)包含地面光流選取器、位移轉換器、求和平均器以及步長模型生成和存儲器；

所述步驟S1進一步包括：?