[發明專利]一種人體跌倒檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 201810122012.X
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108447225A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 謝輝雄;霍立福;吳衡
• 申請（專利權）人: 廣東中科慈航信息科技有限公司
• 主分類號: G08B21/04
• 分類號: G08B21/04
• 代理公司: 廣州恒華智信知識產權代理事務所(普通合伙) 44299
• 代理人: 陳明月

本發明公開一種人體跌倒檢測方法及裝置，使用3D加速度傳器和3D陀螺儀分別采集人體運動的加速度和角速度，通過四元數計算方法將3D加速度傳感器與3D陀螺儀采集的數據轉換到世界坐標系下進行融合，計算出人體加速度、速度、位移和旋轉角度；當所述人體加速度、速度、位移、角速度和旋轉角度均超出設定閥值時判定人體跌倒。本發明能準確地判斷是否跌倒，尤其對緩慢跌倒有著極高的判斷率；算法的運算量低，能以占用較少的處理器資源完成高精度的跌倒檢測運算。

技術領域

本發明涉及人體跌倒檢測方法及裝置技術領域，具體地說是一種基于3D加速度傳感器和3D陀螺儀的人體跌倒檢測方法及裝置。

背景技術

老年人獨居已成為社會普遍現象，而獨居老人的安全問題也廣受社會關注。由于身體機能的老化和疾病的影響，跌倒是老年人安全的很大威脅。若精確地檢測出跌倒事件的發生，使跌倒者得到及時救助很有必要。目前，對于檢測跌倒，大家通用的方法是使用單獨一個3D加速度傳感器，然后通過失重、大沖擊量、身體與地平線平行、無法起身四個狀態來判斷跌倒與否，報警出錯率高。原因在于，只用3D加速度傳感器無法獲得實時世界坐標系的各個方向上的分加速度，進一步導致無法正確判斷這個沖擊量來自垂直還是水平方面。當然，也有采用增加3D陀螺儀測量角加速度的劇烈程度來判斷是否跌倒的方法，但對數據的加工極為有限，一般只停留在原始數據表層的分析。如中國專利申請CN201110059236.9公開一種人體跌倒檢測與報警裝置，采用加速度傳感器和陀螺儀采集人體運動的線加速度和角速度，進而判定人體是否跌倒。但采集到的線加速度和角速度信號，是檢測裝置坐標系下的數據，并不是世界坐標系下的數據，檢測精度不夠高，尤其是當人體在運動過程中檢測裝置發生偏移，那么檢測裝置的垂直方向與重力方向就會出現較大偏差，容易造成跌倒誤判。因此，如何設計一種采用四元數計算方法將加速度傳感器與陀螺儀采集的數據轉換到世界坐標系下進行融合來準確地判斷是否跌倒的方法及裝置，有待進一步解決。

發明內容

針對上述技術問題，本發明公開一種人體跌倒檢測方法及裝置。

本發明為實現上述目的，采取以下技術方案予以實現：

一種人體跌倒檢測方法，包括以下步驟：

步驟一：3D加速度傳感器分別采集人體運動在x軸、y軸、z軸方向上的加速度；3D陀螺儀分別采集人體運動在x軸、y軸、z軸方向上的人體角速度；

步驟二：通過四元數計算，得到世界坐標系下的人體加速度，進而計算得到人體速度、人體位移、人體旋轉角度和人體失重時間；

步驟三：設定人體安全時的加速度閥值、速度閥值、位移閥值、角速度閥值、旋轉角度閥值；當檢測到人體加速度大于所述加速度閥值、且人體速度大于所述速度閥值，且人體位移大于所述位移閥值，且人體角速度大于所述角速度閥值，且人體旋轉角度大于所述旋轉角度閥值，判定人體跌倒；

步驟二所述四元數計算方法包括以下步驟：

S1：計算設備初始對應四元數q₀：3D加速度傳感器分別人體運動在采集x軸、y軸、z軸方向上的加速度為ax₀、ay₀、az₀，利用100ms的平均向量來確定原始四元數

S2：計算采樣點旋轉四元數q_n：3D陀螺儀分別采集人體運動在x軸、y軸、z軸方向上的角速度為gx₀、gy₀、gz₀，采樣周期為T，采樣點的旋轉角度分別為a、b、c，則a＝gx₀*T，b＝gy₀*T，c＝gz₀*T，對應四元數

則一個采樣周期內，旋轉角度四元數