專利名稱：運動確定設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種運動確定設備以及一種用于確定運動對象的運動的方法。本發(fā)明還涉及一種對應的計算機程序。
背景技術：
WO 2004/043263A2公開了一種用于人和動物身上的監(jiān)測呼吸運動的裝置，其用于控制呼吸運動，尤其是控制嬰兒的呼吸暫停時間。該裝置包括加速度計和微控制器，其中， 加速度計包括運動探測器和多個輸出插頭，并且其中，微控制器包括多個輸入插座。多個輸出插頭連接到所述多個輸入插座，并且微控制器包括連接到報警模塊(means)的信號輸
出ο

發(fā)明內(nèi)容
WO 2004/043263A2中公開的監(jiān)測呼吸運動的裝置依賴于沿單個空間軸的加速度計信號。由于該加速度計信號中與呼吸相關的變化是由相對于重力的取向變化導致的，所以當空間的單個軸相對于重力的取向未因呼吸而變化時會出現(xiàn)問題，因為在這種情況下， 利用所述單個軸不能監(jiān)測呼吸。例如，如果呼吸誘發(fā)的運動是繞著空間的單個軸自身的旋轉，不管其相對于重力的取向如何，都可能發(fā)生這種情況。此外，如果呼吸誘發(fā)的運動是繞著接近加速度計的空間單個軸的旋轉軸旋轉，僅測量到具有低信噪比的小加速度計信號。 這降低了呼吸導致的加速度計信號的質(zhì)量。本發(fā)明的目的是提供一種用于確定運動對象的運動的運動確定設備和方法，其中，通過利用加速度計生成指示運動的運動信號，并且其中，改善了運動信號的質(zhì)量。在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于確定運動對象的運動的運動確定設備， 其中，該運動確定設備包括-多軸加速度計，其用于定位在運動對象處，其中，所述多軸加速度計適于生成指示沿不同空間軸的加速度的加速度計信號，-運動信號生成單元，其用于通過組合不同空間軸的加速度計信號來生成指示所述對象的運動的運動信號。由于加速度計是多軸加速度計，所以作為繞多軸加速度計的軸中的一個旋轉的運動產(chǎn)生多軸加速度計的軸中的另一個的加速度計信號變化。于是，即使軸接近應當由多軸加速度計探測的運動的旋轉軸，組合不同空間軸的加速度計信號也產(chǎn)生大的并且具有大信噪比的運動信號。這樣改善了信號，即運動信號的質(zhì)量，并因此便于對信號的進一步處理。 例如，用于從運動信號自動確定呼吸速率或心率的算法，如果該確定過程所依據(jù)的運動信號的質(zhì)量得到改善，具體而言，如果增大了運動信號的信噪比，則生成改善的結果。多軸加速度計優(yōu)選是適于生成指示沿三個正交空間軸的加速度的三個加速度計信號的三軸加速度計，其中，運動信號生成單元適于組合這三個加速度計信號以生成指示對象的運動的運動信號。
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優(yōu)選地，所述多軸加速度計適于定位在人的身體部分上，其中，所述運動信號生成單元適于生成指示人的呼吸和心臟活動中的至少一項的運動信號。為了生成指示呼吸的運動信號，多軸加速度計優(yōu)選定位在下方肋骨處，大致在中央和側位之間一半處。然而，多軸加速度計還可以位于其他位置，例如，在腹部，具體而言， 如果由于像術后傷口的身體體格造成限制時。為了生成指示心率的運動信號，多軸加速度計優(yōu)選定位在腹部/胸廓的左側。此夕卜，優(yōu)選將加速度計定位在下方肋骨處，具體而言，在肋骨左下方。用于生成指示心率的運動信號的多軸加速度計的另一優(yōu)選位置是胸廓上更高的位置或腹部上更下的位置。具體而言，為了測量指示心率的運動信號，還優(yōu)選用于確定指示呼吸的運動信號的優(yōu)選位置。具體而言，為了生成指示呼吸和心率的運動信號，優(yōu)選將多軸加速度計定位在下方肋骨處，左側中央-側位一半處。優(yōu)選地，所述運動確定設備還包括根據(jù)所生成的運動信號確定呼吸速率的呼吸速率確定單元和確定心率的心率確定單元。這樣允許對呼吸速率和/或心率進行舒適、低成本、連續(xù)并且流動的監(jiān)測。在實施例中，如果已經(jīng)在屏息狀態(tài)中生成加速度計信號，所生成的運動信號基頻為心率。如果在人正在呼吸時生成加速度計信號，則認為運動信號的基頻對應于呼吸速率。優(yōu)選地，所述運動確定設備還包括濾波(filtering)單元，其用于對加速度計信號進行濾波，使得對應于要確定的運動的可能頻率的頻率通過濾波單元。這樣降低了噪聲以及可能不希望的對加速度計信號的環(huán)境影響。如果運動信號應當指示呼吸，濾波單元優(yōu)選適于濾波加速度計信號，使得對應于呼吸運動的可能頻率的頻率通過濾波單元。在這種情況下，0. 1到2Hz的頻率范圍內(nèi)的頻率優(yōu)選通過濾波單元。如果運動信號生成單元適于生成指示人的心臟活動的運動信號，濾波單元優(yōu)選適于濾波加速度計信號，使得對應于心臟活動的可能頻率的頻率通過濾波單元，例如，濾波單元可以適于濾波加速度計信號，使得0. 5Hz到3Hz的頻率范圍內(nèi)的頻率通過濾波單元。進一步優(yōu)選地，所述運動信號生成單元適于基于時間上在先的時間幀中生成的加速度計信號重復地生成運動信號。這樣能夠針對實際情況，例如，針對多軸加速度計的實際軸取向，來調(diào)整加速度計信號的組合。例如，即使人改變他的/她的姿勢，這樣也允許確定指示人的呼吸和心臟活動中的至少一項的運動信號。時間幀例如是20秒或更小的時間幀。進一步優(yōu)選地，所述運動信號生成單元適于組合加速度計信號，使得具有最大加速度變化的加速度計信號大部分貢獻于運動信號。由于具有最大加速度變化的加速度計信號被認為具有最大信噪比，通過組合加速度計信號，使得具有最大加速度變化的加速度計信號大部分貢獻于運動信號，能夠提高運動信號的信噪比。優(yōu)選地，運動信號生成單元適于組合加速度計信號，使得在對應于要確定的運動的頻率范圍內(nèi)具有最大加速度變化的加速度計信號大部分貢獻于運動信號。進一步優(yōu)選地，所述運動信號生成單元適于線性組合不同空間軸的加速度計信號，其中，對加速度計信號進行加權，使得具有最大加速度變化的加速度計信號具有最大權重。運動信號生成單元優(yōu)選適于根據(jù)相應加速度計信號與具有最大加速度變化的加速度計信號的相關性來確定加速度計信號的權重，其中，如果相應的相關性更大，則相應加速度計信號的權重更大。這樣允許生成運動信號，使得具有最大加速度變化的加速度計信號大部分貢獻于運動信號。優(yōu)選使用所謂的“樣本相關系數(shù)”或“Pearson積矩相關系數(shù)”來確定相關性。進一步優(yōu)選地，所述運動信號生成單元適于根據(jù)相應加速度計信號與具有最大加速度變化的加速度計信號的相關性來確定加速度計信號的權重，其中，相應加速度計信號的權重為相關性的標志。這樣允許根據(jù)不同空間軸的加速度計信號的相位關系對其進行組合，使得具有最大加速度變化的加速度計信號大部分貢獻于所生成的運動信號。進一步優(yōu)選地，所述運動信號生成單元適于對不同空間軸的加速度計信號應用主分量分析，并從應用主分量分析所得的主分量確定指示要確定的運動的運動分量作為運動信號。于是，選擇主分量的分量作為運動分量，即運動信號。優(yōu)選地，運動信號生成單元適于確定第一主分量作為所生成的運動信號。而且，應用主分量分析，并使用，具體而言，所得第一主分量的所得分量作為生成的運動信號允許組合加速度計信號，使得具有最大加速度變化的加速度計信號大部分貢獻于所生成的運動信號。主分量分析優(yōu)選是標準正交線性變換，其將加速度信號變換到新坐標系，使得由數(shù)據(jù)的任何投影導致的最大方差位于第一主分量上，第二大方差位于第二主分量上，而第三最大方差位于第三主分量上。進一步優(yōu)選地，所述運動信號生成單元適于針對加速度計的每個空間軸確定加速度變化的最大化投影信號，并通過組合最大化投影信號生成運動信號，其中，運動信號生成單元適于通過在重力矢量和加速度計的相應空間軸界定的子空間上投影重力矢量相對于加速度計的空間軸的運動以及變換所述子空間內(nèi)的相應軸，使得已投影到子空間中的重力矢量的投影的運動在變換的相應軸上的投影最大化，來確定加速度計的空間軸的最大化投影信號。所述子空間優(yōu)選為平面。標稱重力矢量是這樣取向的矢量，使其指示重力矢量相對于加速度計的不同空間軸的運動的平均值，即可以將重力矢量的運動描述為相對于標稱重力矢量的變化。進一步優(yōu)選地，所述運動信號生成單元適于通過確定最大化投影信號的矢量大小以及通過組合所確定的矢量大小與最大化投影信號中的至少一個的符號來生成運動信號。 優(yōu)選地，將確定的矢量大小乘以最大化投影信號中的至少一個的符號。進一步優(yōu)選地，將所確定的矢量大小乘以具有最大幅度的最大化投影信號的符號。這樣允許生成具有增大的信噪比的運動信號。進一步優(yōu)選地，所述運動信號生成單元適于對最大化投影信號應用主分量分析， 其中，所得的第一主分量為所生成的運動信號。這樣還允許組合不同空間軸的加速度計信號，使得具有最大加速度變化的加速度計信號大部分貢獻于所生成的運動信號。進一步優(yōu)選地，所述運動信號生成單元適于對不同空間軸的加速度計信號應用獨立分量分析并根據(jù)應用獨立分量分析所得的獨立分量來確定指示要確定的運動的運動分量作為運動信號。于是，選擇獨立分量的分量作為運動分量，即作為運動信號。這樣也允許生成運動信號，使得具有最大加速度變化的加速度計信號大部分貢獻于運動信號。優(yōu)選地，利用信號中的時間相關性的算法，例如所謂的SOBI算法，被用于對加速度計信號進行獨立分量分析。在如下文章中公開了 SOBI算法“A blind source separation technique using second order statistics", Belouchrani A.等人，IEEE Trans Signal Process, 45 (2) :434-444,1997 年 2 月，在此通過引用將其并入。可以通過確定在預定頻率具有最大幅度的獨立分量來確定來自應用獨立分量分析所得的獨立分量，其指示要確定的運動的運動分量。例如，如果應當基于運動信號確定呼吸速率或心率，將在對應于可能的呼吸速率或心率的頻率間隔內(nèi)具有最大幅度的獨立分量確定為運動分量。運動確定設備優(yōu)選包括若干多軸加速度計，其用于以互補位置定位在對象上，其中，運動信號生成單元適于通過組合若干多軸加速度計的不同空間軸的加速度計信號來生成指示對象運動的運動信號。這樣允許進一步增大信噪比以及進一步減小未確定對象運動的概率。如果對象上的兩個位置的運動不同，具體而言，如果在這兩個位置處相對于重力的運動誘發(fā)的變化不同，優(yōu)選把對象上的這兩個位置認為是互補的。具體而言，如果由呼吸或由心臟活動誘發(fā)的運動在這些位置是不同的，尤其是如果相對于重力而言呼吸誘發(fā)的變化或心臟活動誘發(fā)的變化在這些位置是不同的，則認為對象上的這兩個位置是互補的。如果運動確定設備包括若干多軸加速度計，運動信號生成單元優(yōu)選適于通過利用主分量分析或獨立分量分析通過組合若干多軸加速度計的不同空間軸的加速度計信號來生成運動信號。優(yōu)選地，在對象上定位兩個多軸加速度計，具體而言，優(yōu)選在對象上定位兩個三軸加速度計。第一加速度計優(yōu)選如上所述位于例如下肋骨，而第二加速度計優(yōu)選位于上方胸廓的中央，例如在胸骨處。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于確定運動對象的運動的運動確定方法， 其中，該運動確定方法包括以下步驟-由定位在所述運動對象處的多軸加速度計生成指示沿不同空間軸的加速度的加速度計信號，-由運動信號生成單元通過組合不同空間軸的加速度計信號來生成指示所述對象的運動的運動信號。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于確定運動對象的運動的計算機程序，其中，該計算機程序包括程序代碼模塊，當在控制運動確定設備的計算機上運行計算機程序時，其用于令根據(jù)權利要求1所述的運動確定設備執(zhí)行根據(jù)權利要求14所述的運動確定方法。應當理解，權利要求1的運動確定設備，權利要求14的運動確定方法和權利要求 15的計算機程序具有類似和/或相同的優(yōu)選實施例，具體而言，如從屬權利要求中所限定的那些。應當理解，本發(fā)明的優(yōu)選實施例還可以是從屬權利要求與相應的獨立權利要求的任意組合。


參考下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將顯而易見并得以闡述。在下述附圖中圖1示意性和示范性示出了運動確定設備的實施例；圖2示范性示出了在對象改變姿勢之前的三個加速度計信號和通過組合加速度計信號生成的運動信號；圖3示范性示出了在對象改變姿勢之后的三個加速度計信號和組合加速度計信號生成的運動信號；圖4圖示了重力矢量和加速度計的不同空間軸之間的空間關系；圖5圖示了重力矢量相對于加速度計的不同空間軸的運動；圖6示出了加速度計的不同空間軸之一的子空間；圖7示出了運動確定設備的另一實施例；以及圖8示出了流程圖，其示范性圖示了運動確定方法的實施例。
具體實施例方式圖1示意性和示范性示出了用于確定運動對象的運動的運動確定設備。運動確定設備1包括用于定位在運動對象4上的多軸加速度計2。多軸加速度計2適于生成指示沿不同空間軸的加速度的加速度計信號。在這一實施例中，多軸加速度計為三軸加速度計， 其適于生成指示沿三個正交空間軸的加速度的三個加速度計信號。例如，可以使用名為ST Microelectronics LIS;344ALH或Kionix KXM 52的三軸加速度計。然而，也可以使用其他種類的多軸加速度計來生成指示沿不同空間軸的加速度的加速度計信號。運動確定設備1還包括運動信號生成單元3，其用于通過組合不同空間軸的加速度計信號來生成指示對象4的運動的運動信號。在這一實施例中，運動信號生成單元3適于組合三軸加速度計2的三個加速度計信號以生成指示對象4的運動的運動信號。在這一實施例中，對象4為人的身體4，其中，多軸加速度計2定位在人的身體4 上，并且其中，運動信號生成單元3適于生成指示人的呼吸和心臟活動中的至少一項的運動信號。多軸加速度計2位于左下肋骨處，在中央和側位之間大致一半處。然而，多軸加速度計2還可以位于其他位置，例如在腹部，具體而言，如果由于像術后傷口的身體體格造成限制時。運動確定設備1還包括用于對加速度計信號進行濾波的濾波單元7，使得與要確定的運動可能頻率對應的頻率通過濾波單元7。這樣減少了噪聲以及可能不希望的對加速度計信號的環(huán)境影響。在這一實施例中，運動信號應當指示呼吸速率或心率。因此濾波單元7適于對加速度計信號進行濾波，使得與呼吸運動或由心臟活動導致的運動的可能頻率對應的頻率通過濾波單元。具體而言，濾波單元7可以適于濾波0. 1到3Hz頻率范圍內(nèi)的頻率。還可以為了確定呼吸，濾波0. 1到2Hz頻率范圍內(nèi)的頻率，為了確定心率，濾波0.5 到3Hz頻率范圍內(nèi)頻率，即，通過濾波單元7。
運動確定設備還包括根據(jù)所生成的運動信號確定呼吸速率的呼吸速率確定單元5 和根據(jù)所生成的運動信號確定心率的心率確定單元6。如果濾波單元7適于利用第一濾波器濾波加速度計信號，用于濾波加速度計信號以確定呼吸，并且如果濾波單元7適于利用第二濾波器單元濾波加速度計信號，用于濾波加速度計信號以確定心率，優(yōu)選獨立于利用第二濾波器濾波的加速度計信號組合利用第一濾波器濾波的加速度計信號，其中，通過組合由第一濾波器濾波的加速度計信號生成的運動信號被提供到呼吸速率確定單元5，而通過組合由第二濾波器濾波的加速度計信號生成的運動信號被提供到心率確定單元6。優(yōu)選由呼吸速率確定單元5確定提供到呼吸速率確定單元5的運動信號的基頻作為呼吸速率。優(yōu)選通過確定提供到心率確定單元6的運動信號的基頻作為心率。在另一優(yōu)選實施例中，由呼吸速率確定單元5確定運動信號中相繼峰值之間的時間間隔的倒數(shù)作為呼吸速率?？梢酝ㄟ^識別運動信號一階導數(shù)的過零來確定運動信號的峰值。為了避免檢測到假峰值，可以對峰值施加額外的限制。例如，僅將運動信號中超過閾值的那些峰值用于確定呼吸速率。例如，可以通過校準來確定閾值。運動信號生成單元3適于基于時間上在先的時間幀中生成的加速度計信號重復生成運動信號。這樣能夠針對實際情況，例如，針對多軸加速度計的實際取向，來調(diào)整加速度計信號的組合。例如，即使人改變其姿勢，這樣也允許確定指示人的呼吸和心臟活動中的至少一項的運動信號。時間幀優(yōu)選為20秒或更小，進一步有選10秒或更小，更優(yōu)選5秒或更小。運動信號生成單元3適于組合加速度計信號，使得具有最大加速度變化的加速度計信號大部分貢獻于運動信號。在這一實施例中，運動信號生成單元3適于對不同空間軸的加速度計信號進行主分量分析，其中，所得的第一主分量為生成的運動信號。在下文中將參考圖2和3描述組合三個加速度計信號的效果，具體而言，通過執(zhí)行主分量分析以生成運動信號。圖2示意性和示范性示出了取決于時間t (秒)的任意單位的加速度計信號Sx, Sy,Sz0因為三軸加速度計相對于要確定的運動的取向的原因，加速度計信號Sx示出了在三軸加速度計2所在位置處由人的運動導致的最大變化，而加速度計信號&僅示出了小的變化。這些加速度計信號Sx，Sy, &的組合產(chǎn)生了運動信號M，其示出了較大的變化并因此具有較大的信噪比。圖3示出了在人4的姿勢已變化之后的同樣的加速度計信號。在這一姿勢變化之后，加速度計信號&示出了最大的變化，而加速度計信號Sy示出了最小的變化。然而，由于運動信號生成單元3執(zhí)行的三個加速度計信號的組合，生成了運動信號M,其仍然表現(xiàn)出較大的變化并且因此具有較大的信噪比。于是，即使在人的姿勢已經(jīng)改變之后，所生成的運動信號仍然表現(xiàn)出大的變化并具有大的信噪比。在圖2和3中，在大約四秒時間的信號中的變化或波動是由呼吸導致的。于是，可以從圖2和3所示的運動信號確定每分鐘15次呼吸的呼吸速率。在另一優(yōu)選實施例中，運動信號生成單元適于線性組合不同空間軸的加速度計信號，其中，對加速度計信號進行加權，使得具有最大加速度變化的加速度計信號具有最大權重。例如，運動信號生成單元可以適于根據(jù)相應加速度計信號與具有最大加速度變化的加速度計信號的相關性來確定加速度計信號的權重，其中，如果相應的相關性更大，則相應加速度計信號的權重更大。優(yōu)選通過確定“樣本相關系數(shù)”或“Pearson積矩相關系數(shù)”來確定相關性?？梢杂扇缦路匠虂砻枋鐾ㄟ^線性組合加速度計信號Sx, Sy, Sz生成運動信號M M = wxSx+wySy+wzSz,(1)其中，wx，wy，Wz表示相應的權重。優(yōu)選確定加權因子wx，wy, wz，使得運動信號具有最大的信噪比。這些加權因子取決于加速度計的取向，具體而言，取決于多軸加速度計所附接至的人的姿勢，因此優(yōu)選定期更新加權因子wx，wy，wz。基于特定在先時間幀(優(yōu)選為20秒或更小)的加速度計信號，在定期時刻，例如每秒，來計算加權因子。優(yōu)選地，如果加權因子在兩個時刻之間已經(jīng)變化，運動信號生成單元適于在第一時刻確定的加權因子和第二時刻確定的加權因子之間進行線性內(nèi)插，以便確保平滑的運動信號波形。在優(yōu)選實施例中，根據(jù)加速度計信號之間的相位關系，加權因子為+1或-1。優(yōu)選基于參考軸和其他兩個軸之間的相關系數(shù)來確定符號，例如，如果X軸為參考軸，優(yōu)選通過下列方程式定義加權因子wx = 1,(2)&=符號(((民，^))，(3) =符號(((民，&))，(4)其中，符號(…)為符號函數(shù)，并且其中，C(···)表示相應加速度計信號之間的相關系數(shù)。優(yōu)選地，將加速度計信號在對應于要確定的運動的可能頻率飛頻率范圍中具有最大幅度的加速度計軸視為參考軸。還可以將對三個加速度計信號應用主分量分析所確定的第一主分量視為三個加速度計信號的線性組合，因為主分量分析為正交線性變換，具體而言，在不相關分量，即所謂的主分量的線性混合中分解三個加速度計信號的旋轉。通過三個加速度計信號的協(xié)方差矩陣的特征值分解獲得主分量。第一主分量是對加速度計信號的最大變化有貢獻的三個加速度計信號的線性組合。例如，如果呼吸是加速度計信號中變化的最大來源，對三個加速度計信號應用主分量分析生成使呼吸誘發(fā)的運動信號最大化的三個加速度計信號的組合作為第一主分量。為了確保呼吸是加速度計信號變化的最大來源，可以由濾波單元7濾波加速度計信號，使得加速度計信號限于與生理學上可能的呼吸速率對應的頻帶，例如，限于 0. 1到2Hz的頻帶，其對應于每分鐘6到120次呼吸。在另一實施例中，運動信號生成單元3適于對不同空間軸的加速度計信號應用獨立分量分析，并根據(jù)應用獨立分量分析獲得的獨立分量確定指示要確定的運動的運動分量作為運動信號。可以將獨立分量分析視為主分量分析的擴展，其找到不僅不相關而且統(tǒng)計獨立的加速度計信號的線性組合。為此，獨立分量分析算法采用協(xié)方差矩陣中未包含的額外信息， 通常是更高階的統(tǒng)計量。由于要確定的運動信號，具體而言，由呼吸和/或心臟活動導致的運動信號是瞬時相關的，優(yōu)選使用SOBI算法執(zhí)行獨立分量分析，因為SOBI算法利用了加速度計信號的時間結構。SOBI算法基于在不同時滯下對一組協(xié)方差矩陣同時進行對角化。與主分量分析相反，不根據(jù)方差對利用獨立分量分析獲得的獨立分量進行排序。于是，即使呼吸和/或心臟活動對加速度計信號的最大變化有貢獻，與呼吸和/或心率相關的獨立分量
10也未必是第一個。因此運動信號生成單元適于確定獨立分量作為指示要確定的運動的運動信號。運動信號生成單元可以適于通過確定在預定頻率具有最大幅度的指示要確定的運動的獨立分量，從應用獨立分量分析獲得的獨立分量確定指示要確定的運動的運動分量。例如，如果應當基于運動信號確定呼吸速率或心率，將其功率譜在分別對應于可能的呼吸速率或可能的心率的頻率間隔內(nèi)具有最大峰值的獨立分量確定為運動分量。在另一實施例中，可以基于考慮了額外特征的分數(shù)來確定指示運動的獨立分量。 然后選擇具有最小分數(shù)的獨立分量作為指示運動的分量。例如，可以計算獨立分量的若干特征之和作為分數(shù)
N
分數(shù)(/CJ = Σ W1 ·F1(ICx)，(5)
i=l其中，分數(shù)(ICx)表示第χ個獨立分量的分數(shù)，N表示使用的特征的數(shù)目，F(xiàn)i(ICx)表示針對第X個獨立分量的第i個特征的值，而Wi表示對應于第i個特征的權重。例如，優(yōu)選特征基于獨立分量的基頻、獨立分量的混合權重、獨立分量的譜形狀等。由于呼吸、心率和姿勢的改變通常是隨著時間逐漸發(fā)生的，所以也可以使用考慮到先前時段中的呼吸、心率和/或姿勢的知識的特征。例如，可以將獨立分量的基頻和先前時段中獨立分量的基頻的絕對差別用作特征。對于分析的第一個時段，指示運動的獨立分量的選擇可以基于(1)僅僅不依賴于來自先前時段的知識的那些特征，或者( 針對先前數(shù)據(jù)的特征估計初始值。在實施例中，還可以應用上述將指示要確定的運動的獨立分量確定為運動信號的方法來確定從主分量分析獲得的指示要確定的運動的主分量作為運動信號。在另一實施例中，運動信號生成單元3適于針對加速度計的每個空間軸確定加速度變化的最大化投影信號以及通過組合最大化的投影信號生成運動信號，其中，運動信號生成單元適于通過在標稱重力矢量和加速度計的相應空間軸限定的子空間上投影重力矢量相對于加速度計的空間軸的運動以及通過變換子空間內(nèi)的相應軸，使得已投影到子空間中的重力矢量在變換的相應軸上的投影運動的投影最大化，來確定加速度計的空間軸的最大化投影信號。由于因運動，例如因呼吸或心臟活動導致的慣性加速度比重力加速度小得多，所以軸，具體而言，加速度計的三個正交軸，表示重力矢量在每個軸X，1，Z上的投影。在圖4 中示范性圖示了這種情況。加速度計的每個軸x，y，ζ上的值是重力矢量在相應軸上的投影。這一值由重力矢量和相應軸之間的角，即分別由角α，β，Y以及如下方程確定Sx = G · cos α，(6)Sy = G · cos β，(7)Sz = G · cos γ ,(8)其中，G表示重力矢量的絕對值。如果假設由于例如呼吸或心臟活動導致的加速度計運動發(fā)生在平面中，可以在重力矢量G繞任意平面8中的標稱位置前后運動時在傳感器坐標系中表示這種運動。在圖5 中示范性圖示了這種情況。在圖5中，Δ^表示重力矢量G的標稱位置的每側上的完整角跨度。對于每個空間軸x，y，z，由重力矢量G和相應的空間軸x，y，z界定子空間，即二維平面。在圖6中針對ζ軸示意性和示范性示出了這樣的子空間9。在圖6中，Y表示在標稱位置處的重力矢量和加速度計的相應空間軸之間的角，而是重力矢量χ坐標和1坐標的矢量和，即Sx和Sy的矢量和。對于每個空間軸，首先向相應的空間軸和重力矢量的標稱位置所界定的對應子空間上投影重力矢量的運動。接下來，在這一子空間中，旋轉Z軸，使得在這一新的ζ軸中由于重力矢量的運動導致的幅度變化最大化。在其標稱位置中，可以將重力矢量在旋轉軸上的投影寫為
權利要求
1.一種用于確定運動對象的運動的運動確定設備，其中，所述運動確定設備(1)包括-多軸加速度計O)，其用于定位在所述運動對象(4)處，其中，所述多軸加速度計O)適于生成指示沿不同空間軸的加速度的加速度計信號，-運動信號生成單元(3)，其用于通過組合不同空間軸的所述加速度計信號來生成指示所述對象的所述運動的運動信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的運動確定設備，其中，所述多軸加速度計( 適于定位在人的身體(4)處，其中，所述運動信號生成單元C3)適于生成指示所述人的呼吸和心臟活動中的至少一項的運動信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的運動確定設備，其中，所述運動確定設備(1)還包括用于根據(jù)所生成的運動信號確定呼吸速率的呼吸速率確定單元( 和確定心率的心率確定單元(6) 中的至少一個。
4.根據(jù)權利要求1所述的運動確定設備，其中，所述運動確定設備(1)還包括濾波單元(7)，其用于對所述加速度計信號進行濾波，使得與要確定的所述運動的可能頻率對應的頻率通過所述濾波單元(7)。
5.根據(jù)權利要求1所述的運動確定設備，其中，所述運動信號生成單元(3)適于基于時間上在先的時間幀中生成的加速度計信號重復生成所述運動信號。
6.根據(jù)權利要求1所述的運動確定設備，其中，所述運動信號生成單元C3)適于組合所述加速度計信號，使得具有最大加速度變化的加速度計信號對所述運動信號貢獻最多。
7.根據(jù)權利要求1所述的運動確定設備，其中，所述運動信號生成單元(3)適于線性地組合不同空間軸的所述加速度計信號，其中，對所述加速度計信號進行加權，使得具有最大加速度變化的加速度計信號具有最大權重。
8.根據(jù)權利要求7所述的運動確定設備，其中，所述運動信號生成單元C3)適于根據(jù)加速度計信號與具有最大加速度變化的加速度計信號的相關性來確定相應加速度計信號的權重，其中，所述相應加速度計信號的權重是所述相關性的符號。
9.根據(jù)權利要求1所述的運動確定設備，其中，所述運動信號生成單元C3)適于對所述不同空間軸的所述加速度計信號應用主分量分析以及從應用所述獨立分量分析所得到的主分量確定指示要確定的所述運動的運動分量作為所述運動信號。
10.根據(jù)權利要求1所述的運動確定設備，其中，所述運動信號生成單元C3)適于針對所述加速度計的每個空間軸確定所述加速度變化的最大化投影信號以及通過組合所述最大化投影信號來生成所述運動信號，其中，所述運動信號生成單元適于通過以下方式確定所述加速度計的空間軸的所述最大化投影信號在由標稱重力矢量和所述加速度計的相應空間軸界定的子空間上投影重力矢量相對于所述加速度計的所述空間軸的運動以及變換所述子空間內(nèi)的相應軸，使得已投影到所述子空間中的所述重力矢量的所投影的運動在所變換的相應軸上的投影最大化。
11.根據(jù)權利要求10所述的運動確定設備，其中，所述運動信號生成單元C3)適于通過確定所述最大化投影信號的矢量大小以及通過組合所確定的矢量大小與所述最大化投影信號中的至少一個的符號來生成所述運動信號。
12.根據(jù)權利要求10所述的運動確定設備，其中，運動信號生成單元C3)適于對所述最大化投影信號應用主分量分析，其中，所得到的第一主分量為所生成的運動信號。
13.根據(jù)權利要求1所述的運動確定設備，其中，運動信號生成單元C3)適于對所述不同空間軸的所述加速度計信號應用獨立分量分析以及從應用所述獨立分量分析所得到的獨立分量確定指示要確定的所述運動的運動分量作為所述運動信號。
14.一種用于確定運動對象的運動的運動確定方法，其中，所述運動確定方法包括如下步驟-由定位在所述運動對象(4)處的多軸加速度計( 生成指示沿不同空間軸的加速度的加速度計信號，-由運動信號生成單元(3)通過組合不同空間軸的所述加速度計信號來生成指示所述對象的所述運動的運動信號。
15.一種用于確定運動對象的運動的計算機程序，其中，所述計算機程序包括當在控制根據(jù)權利要求1所述的運動確定設備(1)的計算機上運行所述計算機程序時，用于令所述運動確定設備(1)執(zhí)行根據(jù)權利要求14所述的運動確定方法的步驟的程序代碼模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定運動對象的運動的運動確定設備，其中，所述運動確定設備(1)包括用于定位在所述運動對象(4)處的多軸加速度計(2)，其中，所述多軸加速度計(2)適于生成指示沿不同空間軸的加速度的加速度計信號。所述運動確定設備還包括通過組合不同空間軸的加速度計信號生成指示對象(4)的運動的運動信號的運動信號生成單元(3)。即使軸接近運動的旋轉軸，組合不同空間軸的加速度計信號也生成具有大的信噪比的運動信號。
文檔編號A61B5/113GK102458246SQ201080024465
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權日2009年6月5日
發(fā)明者A·靳, B·尹, G·G·G·莫倫, H·杜里克, R·M·阿爾特斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司