KR101911218B1

KR101911218B1 - 운동량 계산 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101911218B1
Application number: KR1020120121163A
Authority: KR
Inventors: 최창목; 고병훈; 이탁형; 신건수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2018-10-24
Also published as: EP2727527B1; KR20140054986A; US10238320B2; US9445753B2; US20170007162A1; EP2727527A1; JP2014087622A; CN103784118A; US20140121566A1; JP6210819B2; CN103784118B

Abstract

피부와 센서 간의 노이즈를 이용하여 사용자의 운동량을 계산하는 운동량 계산 방법 및 장치가 개시된다. 운동량 계산 방법은 사용자의 피부와 상기 피부에 부착된 센서 간의 상대적인 변위 차이에 기초한 노이즈를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 노이즈를 이용하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

운동량 계산 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CALCULATING AMOUNT OF EXERCISE}

아래의 설명은 사용자의 운동량을 계산하는 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 사용자의 피부와 센서 사이에서 발생되는 노이즈를 이용하여 사용자의 운동량을 계산하는 방법에 관한 것이다.

최근 과체중 및 비만에 대한 사람들의 관심이 증가하고 있다. 사람들은 건강 또는 아름다운 몸매를 유지하기 위하여 운동을 하며, 운동량 측정 장비는 사람들의 계획적인 운동을 가능하게 한다. 일반적인 운동량 측정 장비로는 칼로리 소비량 측정기가 있다. 칼로리 소비량 측정기는 그 측정 방식에 따라 가속도계 측정 방식, 심박 방식 및 심박-가속도계 측정 방식으로 분류할 수 있다.

가속도계 측정 방식은 가속도 센서를 이용하여 사용자의 움직임으로부터 발생되는 가속도의 변화를 이용하는 방식이다. 가속도계 측정 방식은 가속도의 변화로부터 사용자의 걸음 수를 계산하고, 계산된 걸음 수에 기초하여 칼로리 소비량을 계산한다.

심박 방식은 사용자의 운동 중 심박 수를 측정하여 칼로리 소비량을 계산하는 방식이다. 심박 방식은 최대 심박 수 및 사용자로부터 입력받은 운동의 종류에 기초하여 칼로리 소비량을 계산하거나 측정한 심박 수와 사용자 정보에 기초하여 칼로리 소비량을 계산한다.

심박-가속도계 측정 방식은 가속도 센서를 이용하여 사용자의 운동량을 측정하고, 심박 센서를 이용하여 사용자의 심박 수를 측정한다. 심박-가속도계 측정 방식은 사용자의 활동 패턴을 판단하여 가속도계 측정 방식 및 심박 방식을 선택적으로 이용하거나, 또는 측정한 운동량 및 심박 수를 이용하여 칼로리 소비량을 계산한다.

대한민국 공개특허공보 제10-1996-0009973호(1996.04.20, 발명의 명칭: 운동량 측정 장치)
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0117187호(2015.10.19, 발명의 명칭: 운동 기구 및 운동량 측정 시스템)
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0117187호(2015.10.19, 발명의 명칭: 이동통신 단말기의 운동량 및 칼로리 소모량 측정 방법)

일실시예에 따른 운동량 계산 방법은, 사용자의 피부와 상기 피부에 부착된 센서 간의 상대적인 변위 차이에 기초한 노이즈를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 노이즈를 이용하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 운동량 계산 방법은, 결정된 걸음 수를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 운동량 계산 방법에서, 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계는, 상기 주파수 영역으로 변환된 노이즈에서 가장 큰 값을 가지는 노이즈의 주파수를 식별하는 단계; 및 상기 노이즈에서 한 주기에 해당되는 걸음 수 및 상기 식별된 주파수를 이용하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 운동량 계산 방법에서, 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계는, 상기 노이즈를 샘플링하여 상기 노이즈의 피크를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 피크의 개수에 기초하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 운동량 계산 방법에서, 상기 사용자의 운동량을 계산하는 단계는, 상기 결정된 걸음 수, 상기 사용자의 보폭 길이 및 상기 사용자의 운동 시간을 이용하여 상기 사용자의 운동 속도를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 사용자의 운동 속도 및 상기 사용자의 체중을 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 운동량 계산 장치는, 사용자의 피부와 상기 피부에 부착된 센서 간의 상대적인 변위 차이에 기초한 노이즈를 측정하는 노이즈 측정부; 및 상기 측정된 노이즈를 이용하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 걸음 수 결정부를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 운동량 계산 장치는, 결정된 걸음 수를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 운동량 계산부를 더 포함할 수 있다.

도 1은 일실시예에 따른 운동량 계산 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 운동량 계산 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 센서를 통해 측정한 노이즈의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 피크를 추출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 걸음 수를 도출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 운동량 계산 방법의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 7은 일실시예에 따른 걸음 수를 결정하는 동작을 상세히 도시한 흐름도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 걸음 수를 결정하는 동작을 상세히 도시한 흐름도이다.
도 9는 일실시예에 따른 운동량을 계산하는 동작을 상세히 도시한 흐름도이다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 일실시예에 따른 운동량 계산 방법은 운동량 계산 장치에 의해 수행될 수 있다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 일실시예에 따른 운동량 계산 장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 운동량 계산 장치(130)는 사용자의 피부(110)와 피부(110)에 부착된 센서(120) 간의 상대적인 변위 차이에 기초한 노이즈를 측정할 수 있다. 센서(120)는 사용자의 피부(110)에 부착되어 사용자의 운동에 의해 발생된 노이즈를 감지할 수 있다.

예를 들어, 센서(120)는 사용자의 피부(110)와 센서(120) 간의 상대적인 변위 차이로 발생한 노이즈를 전극을 통해 반쪽전위(또는 반전지 전위)(half cell potential, HCP)의 형태로 감지할 수 있다. 반쪽전위는 화학적 반응과 전기적인 힘이 평형 상태일 때, 전극과 전해질 간의 전위차를 나타낸다. 다시 말해, 센서(120)는 센서(120)의 전극과 피부 간의 전위차를 감지할 수 있다.

또한, 센서(120)는 사용자의 피부(110)와 센서(120) 간의 상대적인 변위 차이로 인해 발생되는 피부의 전기적 특성 변화가 반영된 노이즈를 임피던스(impedence)의 형태로 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서(120)는 사용자의 피부(110)에 부착되어 체내의 임피던스를 측정하는 임피던스 센서일 수 있다, 센서(120)는 사용자의 운동에 의해 발생된 노이즈를 감지하여 임피던스의 변화로 출력할 수 있다.

사용자가 운동하는 경우, 사용자의 피부(110)와 사용자의 피부(110)에 부착된 센서(120) 간에는 사용자의 움직임에 따른 상대적인 변위 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 사용자가 운동하는 경우, 사용자의 피부(110)가 이동하는 거리와 센서(120)가 이동하는 거리는 일치하지 않을 수 있고, 이러한 거리 차이는 상대적인 변위 차이를 발생시킬 수 있다. 이러한 사용자의 피부(110)와 센서(120) 간의 변위 차이는 노이즈를 발생시킬 수 있다.

운동량 계산 장치(130)는 측정된 노이즈를 이용하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다. 운동량 계산 장치(130)는 측정된 노이즈를 분석하여 사용자가 운동 중에 걸은 걸음 수를 결정할 수 있다.

구체적으로, 운동량 계산 장치(130)는 노이즈의 피크(peak)를 추출하고, 추출된 피크의 개수에 기초하여 걸음 수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 운동량 계산 장치(130)는 피크의 개수와 노이즈의 주기 또는 피크당 걸음 수를 곱하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다.

또는, 운동량 계산 장치(130)는 노이즈를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 분석을 통해 걸음 수를 결정할 수도 있다. 예를 들어, 운동량 계산 장치(130)는 주파수 영역으로 변환된 노이즈에서 가장 큰 값을 가지는 주파수를 식별하여 걸음 수를 결정할 수 있다.

운동량 계산 장치(130)는 결정된 걸음 수를 이용하여 사용자의 운동량을 계산할 수 있다. 예를 들어, 운동량 계산 장치(130)는 걸음 수를 이용하여 사용자의 운동 시간 동안의 걸음 수, 산소 소비량 또는 칼로리와 같은 에너지 소비량 등을 계산할 수 있다.

구체적으로, 운동량 계산 장치(130)는 운동량 계산 모델에 결정된 걸음 수를 적용하여 운동량을 계산할 수 있다. 운동량 계산 모델은 에너지 소비량 또는 산소 소비량 등과 같은 운동량을 계산하기 위해 사용되는 일반적인 계산 모델을 나타낸다. 운동량 계산 장치(130)는 걸음 수에 기초하여 운동량을 계산함에 따라, 사용자의 감정 상태, 소화 상태, 니코틴 또는 카페인의 섭취 여부 또는 온도 등의 운동 환경과 무관하게 운동량을 계산할 수 있다.

운동량 계산 장치(130)는 사용자의 피부(110)와 사용자의 피부(110)에 부착된 센서(120) 간에 발생되는 노이즈를 이용하여 사용자의 운동량을 계산할 수 있다. 따라서, 운동량 계산 장치(130)는 사용자의 운동량을 계산하기 위해 별도의 가속도 센서를 이용하지 않아도 된다. 또한, 운동량 계산 장치(130)는 증폭기(amplifier) 하나만으로 노이즈를 측정할 수 있기 때문에 운동량을 계산하는데 있어서의 소비 전력을 줄일 수 있다.

운동량 계산 장치(130)는 출력 장치를 통해 실시간으로 계산된 운동량을 사용자에게 제공할 수 있다. 사용자는 제공된 운동량 정보를 이용하여 운동을 계획적으로 할 수 있고, 현재의 운동 강도 또는 운동 시간 등을 조절할 수 있다.

도 2는 일실시예에 따른 운동량 계산 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 운동량 계산 장치(220)는 노이즈 측정부(230), 걸음 수 결정부(240) 및 운동량 계산부(250)를 포함할 수 있다.

노이즈 측정부(230)는 사용자의 피부와 사용자의 피부에 부착된 센서(210) 간의 상대적인 변위 차이에 기초한 노이즈를 측정할 수 있다. 예를 들어, 노이즈 측정부(230)는 센서(210)를 통해 사용자의 피부와 센서 간의 상대적인 변위 차이로 발생한 반쪽전위를 감지하여 노이즈를 측정할 수 있다. 센서(210)로 반쪽전위를 감지하는 경우, 노이즈 측정부(230)는 사용자의 발걸음에 민감하게 반응하는 노이즈를 측정할 수 있다.

또한, 노이즈 측정부(230)는 센서(210)를 통해 사용자의 피부와 사용자의 피부에 부착된 센서 간의 상대적인 변위 차이로 인해 발생되는 피부의 전기적 특성 변화가 반영된 임피던스의 변화를 감지하여 노이즈를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 노이즈 측정부(230)는 사용자의 움직임에 의해 변화하는 임피던스 값을 분석하여 노이즈를 측정할 수 있으며, 노이즈는 사용자의 움직임 정보를 포함할 수 있다.

걸음 수 결정부(240)는 측정된 노이즈를 이용하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다.

걸음 수 결정부(240)는 노이즈를 주파수 영역으로 변환하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다. 구체적으로, 주파수 영역으로 변환된 노이즈에서 가장 큰 값을 가지는 노이즈의 주파수를 식별하고, 식별된 주파수 및 노이즈에서 한 주기에 해당되는 걸음 수를 이용하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다.

예를 들어, 걸음 수 결정부(240)는 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)을 통해 측정된 노이즈를 주파수 영역으로 변환할 수 있다. 걸음 수 결정부(240)는 주파수 영역으로 변환된 노이즈를 주파수 분석하여 가장 큰 값을 가지는 주파수를 식별할 수 있다. 걸음 수 결정부(240)는 가장 큰 값을 가지는 주파수와 노이즈에서 한 주기에 해당되는 걸음 수를 이용하여 걸음 수를 결정할 수 있다. 걸음 수 결정부(240)는 고속 푸리에 변환을 이용함에 따라 사용자의 걸음 수를 간단하면서도 빠르게 결정할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 걸음 수 결정부(240)는 노이즈를 샘플링하여 노이즈의 피크를 추출하고, 추출된 피크의 개수에 기초하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다. 이 경우에, 걸음 수 결정부(240)는 샘플링된 노이즈에서 미리 설정된 임계값을 만족하지 못하는 노이즈를 제외하여 노이즈의 피크를 추출할 수 있다.

예를 들어, 걸음 수 결정부(240)는 노이즈의 최대 진폭을 식별하여, 최대 진폭에 대한 일정 비율만큼을 임계값으로 설정하거나 또는 일정 크기의 노이즈를 임계값으로 설정할 수 있다. 걸음 수 결정부(240)는 설정된 임계값보다 작은 노이즈는 피크의 추출 범위에서 제외시키고, 임계값보다 큰 노이즈에 대해서만 피크를 추출할 수 있다. 걸음 수 결정부(240)는 임계값을 만족하지 못하는 노이즈를 제외함으로써, 사용자의 걸음과 관계없는 노이즈 성분을 제거하여 보다 정확하게 피크를 추출할 수 있다.

또는, 걸음 수 결정부(240)는 아날로그-디지털 변환(analog-to-digital conversion, ADC)을 이용하여 아날로그 신호인 노이즈를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호에 하이패스 필터(high pass filter, HPF)를 적용하여 피크를 추출할 수도 있다.

걸음 수 결정부(240)는 샘플링된 노이즈로부터 피크를 추출할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 도 4에서 후술한다. 걸음 수 결정부(240)는 노이즈로부터 추출한 피크의 개수에 기초하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 걸음 수 결정부(240)는 피크의 개수가 결정되면, 피크의 개수에 노이즈의 한 주기당 걸음 수인 상수 2를 곱하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다.

운동량 계산부(250)는 결정된 걸음 수를 이용하여 사용자의 운동량을 계산할 수 있다. 사용자의 운동량은 예를 들어, 사용자의 운동 시간 동안의 걸음 수, 에너지 소비량 및 산소 소비량 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

운동량 계산부(250)는 결정된 걸음 수 및 사용자의 보폭 길이(stride length), 체중 등과 같은 생리학적 정보를 이용하여 사용자의 운동량을 계산할 수 있다. 구체적으로, 운동량 계산부(250)는 결정된 걸음 수, 사용자의 보폭 길이 및 사용자의 운동 시간을 이용하여 사용자의 운동 속도를 계산하고, 계산된 사용자의 운동 속도 및 사용자의 체중을 이용하여 사용자의 운동량을 계산할 수 있다.

일실시예에 따르면, 운동량 계산부(250)는 다음의 운동량 계산 모델을 이용하여 운동 시간 동안의 에너지 소비량을 계산할 수 있다.

여기서, 메트(metabolic equivalents, METs)(kcal/kg/분)는 단위 시간 및 단위 무게당 소비하는 칼로리의 양이다. 메트는 아래와 같이 계산할 수 있다.

여기서, 운동 속도는 다음과 같이 운동 시간 동안의 걸음 수, 사용자의 보폭 길이 및 운동 시간을 이용하여 계산할 수 있다.

운동량 계산부(250)는 위 운동량 계산 모델링에 사용자의 보폭 길이, 피부와 센서(210) 간의 노이즈로부터 획득한 걸음 수 및 측정된 운동 시간을 적용하여 사용자의 운동 속도 및 메트를 계산하고, 계산된 메트, 운동 시간 및 체중을 이용하여 사용자의 운동 시간 동안의 에너지 소비량을 계산할 수 있다.

운동량 계산부(250)는 수학식 3에서 구한 운동 속도를 이용하여 운동 시간 동안의 산소 소비량을 다음과 같이 계산할 수 있다.

여기서, 분당 산소 소비량은 아래 식을 이용하여 계산할 수 있다.

여기서, a는 운동의 종류에 따라 값을 달라하는 상수이며, 걷기의 경우에는 0.1, 달리기의 경우에는 0.2의 값을 갖는다.

운동량 계산부(250)는 측정된 노이즈로부터 사용자의 걸음 수를 결정하고, 결정된 걸음 수를 이용하여 사용자의 운동 속도를 계산하며, 계산된 운동 속도에 기초하여 운동 시간 동안의 산소 소비량을 계산할 수 있다.

또는, 운동량 계산부(250)는 실험을 통해 알려진 에너지 소비량과 산소 소비량 간의 관계를 이용하여 어느 하나의 결과로부터 다른 운동량을 계산할 수도 있다. 예를 들어, 사용자가 산소를 1ℓ 소비하면, 에너지를 5kcal 소비하는 관계가 있을 때, 운동량 계산부(250)는 이 관계를 이용하여 산소 소비량에서 에너지 소비량을 계산할 수 있다.

단, 운동량 계산부(250)가 사용하는 운동량 계산 모델은 위 실시예의 기재에 한정되지 아니하며, 운동량 계산부(250)는 걸음 수에 기초하여 운동량을 계산하는 다양한 운동량 계산 모델을 이용할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 운동량 계산부(250)는 걸음 수와 운동량 간의 관계를 나타낸 룩업 테이블(lookup table, LUT) 및 결정된 걸음 수를 이용하여 사용자의 운동량을 계산할 수도 있다. 운동량 계산부(250)는 측정된 노이즈로부터 사용자의 걸음 수를 결정하고, 결정된 걸음 수에 대응되는 운동량을 룩업 테이블에서 추출하여 빠르게 운동량을 계산할 수 있다.

도 3은 일실시예에 따른 센서를 통해 측정한 노이즈의 일례를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 운동량 계산 장치가 반쪽전위의 형태로 측정한 노이즈의 일례가 도시되어 있다. (a)는 사용자가 걷고 있을 때의 반쪽전위를, (b)는 사용자가 달리고 있을 때의 반쪽전위를 나타낸다. 피크(310)는 (a), (b)의 각 반쪽전위 신호에서의 피크(310)를 나타낸다.

운동량 계산 장치는 사용자의 운동에 따른 피부와 피부에 부착된 센서 간의 노이즈를 측정할 수 있고, 이는 도 3에 도시된 반쪽전위 신호와 같이 표현될 수 있다. (a)와 (b)를 비교해 보았을 때, 사용자가 달리고 있을 때, 반쪽전위의 최대 진폭이 더 크며, 같은 시간 동안 피크(310)가 더 많이 나타남을 알 수 있다.

운동량 계산 장치는 도 3의 노이즈에서 피크(310)를 추출하고, 추출된 피크(310)의 개수를 이용하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다. 운동량 계산 장치는 추출된 피크(310)의 개수에 노이즈의 한 주기당 걸음 수인 상수 2를 곱하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다.

도 4는 일실시예에 따른 피크를 추출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 도 3의 반쪽전위의 형태로 측정한 노이즈의 일부를 확대하여 도시한 도면이다. 도 4에서는 피크를 추출하는 동작을 설명하기 위해 'a', 'b', 'c', 'd'의 네 개의 노이즈 값을 이용한다.

첫 번째 방법으로, 운동량 계산 장치는 다음의 수학식 6과 세 개의 노이즈 값을 이용하여 피크를 추출할 수 있다.

여기서, x(t - 1), x(t), x(t + 1)는 시간 순서에 따라 차례대로 측정된 노이즈 값을 나타낸다. 'a', 'b', 'c'의 세 개의 노이즈 값을 이용한다고 가정하면, x(t - 1), x(t), x(t + 1)는 차례대로 'a', 'b', 'c'에 대응할 수 있다. 도 4에서, 'b'의 값이 'a', 'c'의 값보다 크다고 하면, (b - a) × (c - b)의 값이 음(negative)이 되므로 운동량 계산 장치는 'a' 에서 'c'까지의 구간에서 1개의 피크를 추출할 수 있다.

두 번째 방법으로, 운동량 계산 장치는 다음의 수학식 7과 두 개의 노이즈 값을 이용하여 피크를 추출할 수 있다.

여기서, x(t), x(t + 1)는 시간 순서에 따라 차례대로 측정된 노이즈 값을 나타낸다. 'c', 'd'의 두 개의 노이즈 값을 이용한다고 가정하면, x(t), x(t + 1)는 차례대로 'c', 'd'에 대응할 수 있다. 도 4에서, 'c'의 값이 양(positive)이고, 'd'의 값이 음이므로, (c × d)의 값은 음이 되고, 운동량 계산 장치는 값이 음이 되는 수학식 7을 이용하여 노이즈 신호가 시간 축에 제로 크로싱(zero crossing)하는 구간을 식별할 수 있다. 예를 들어, 'c' 에서 'd'까지의 구간에서, 운동량 계산 장치는 제로 크로싱을 식별할 수 있다.

운동량 계산 장치는 제로 크로싱이 일어난 개수를 이용하여 피크의 개수를 식별할 수 있다. 예를 들어, 1개의 피크는 2번의 제로 크로싱을 일으키므로, 운동량 계산 장치는 제로 크로싱이 일어난 개수를 반으로 나누어 피크의 개수를 식별할 수 있다. 노이즈에서 1개의 피크는 2개의 걸음 수를 나타내므로, 운동량 계산 장치는 식별된 피크의 개수에 2를 곱하여 걸음 수를 결정할 수 있다.

도 5는 일실시예에 따른 걸음 수를 도출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, (a)에는 운동량 계산 장치가 측정한 피부와 피부에 부착된 센서 간에 측정된 노이즈가 도시되어 있다. 운동량 계산 장치는 사용자의 걸음 수를 결정하기 위해 측정된 노이즈를 (b)에서와 같이 주파수 영역으로 변환할 수 있다. (b)는 고속 푸리에 변환을 통해 노이즈를 주파수 영역으로 변환한 결과를 나타낸다.

운동량 계산 장치는 (b)와 같이 노이즈를 주파수 영역으로 변환하고, 다음의 수학식 8을 이용하여 걸음 수를 결정할 수 있다.

여기서, fm은 주파수 영역에서 가장 큰 값을 가지는 노이즈의 주파수를 나타낸다. 운동량 계산 장치는 fm, 노이즈에서 한 주기에 해당되는 걸음 수인 2 및 시간 변환을 위한 상수를 곱하여 시간 당 걸음 수를 결정할 수 있다.

예를 들어, fm이 1.453(Hz)으로 식별되었다면, 1분간 사용자의 걸음 수는 1.453 × 60 × 2 = 174.36으로, 사용자가 1분간 약 175 걸음을 걸었다는 것을 알 수 있다.

운동량 계산 장치는 결정된 걸음 수를 운동량 계산 모델에 적용하여 운동 시간 동안의 걸음 수, 에너지 소비량 또는 산소 소비량 등을 계산할 수 있다.

도 6은 일실시예에 따른 운동량 계산 방법의 동작을 도시한 흐름도이다.

단계(610)에서, 운동량 계산 장치는 사용자의 피부와 사용자의 피부에 부착된 센서 간의 상대적인 변위 차이에 기초한 노이즈를 측정할 수 있다. 예를 들어, 운동량 계산 장치는 센서를 통해 사용자의 피부와 센서 간의 상대적인 변위 차이로 발생한 반쪽전위를 감지하여 노이즈를 측정할 수 있다. 또한, 운동량 계산 장치는 센서를 통해 사용자의 피부와 센서 간의 상대적인 변위 차이로 인해 발생되는 피부의 전기적 특성 변화가 반영된 임피던스의 변화를 감지하여 노이즈를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 운동량 계산 장치는 사용자의 움직임에 의해 변화하는 임피던스 값을 분석하여 노이즈를 측정할 수 있으며, 노이즈는 사용자의 움직임 정보를 포함할 수 있다.

단계(620)에서, 운동량 계산 장치는 측정된 노이즈를 이용하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다. 구체적으로, 운동량 계산 장치는 노이즈의 피크를 추출하고, 추출된 피크의 개수에 기초하여 걸음 수를 결정할 수 있다. 또는, 운동량 계산 장치는 노이즈를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 분석을 통해 걸음 수를 결정할 수도 있다.

단계(630)에서, 운동량 계산 장치는 결정된 걸음 수를 이용하여 사용자의 운동량을 계산할 수 있다. 사용자의 운동량은 사용자의 운동 시간 동안의 걸음 수, 에너지 소비량 및 산소 소비량 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

구체적으로, 운동량 계산 장치는 운동량 계산 모델에 결정된 걸음 수를 적용하여 운동량을 계산할 수 있다. 운동량 계산 장치는 결정된 걸음 수 및 사용자의 생리학적 정보를 이용하여 사용자의 운동량을 계산하거나 또는 걸음 수와 운동량 간의 관계를 나타낸 룩업 테이블 및 결정된 걸음 수를 이용하여 사용자의 운동량을 계산할 수 있다.

도 7은 일실시예에 따른 걸음 수를 결정하는 동작을 상세히 도시한 흐름도이다.

단계(710)에서, 운동량 계산 장치는 측정된 노이즈를 샘플링할 수 있다.

단계(720)에서, 운동량 계산 장치는 샘플링된 노이즈 값을 이용하여 노이즈의 피크를 추출할 수 있다. 이 경우, 운동량 계산 장치는 샘플링된 노이즈에서 미리 설정된 임계값을 만족하지 못하는 노이즈를 제외하여 노이즈의 피크를 추출할 수 있다.

또는, 운동량 계산 장치는 아날로그-디지털 변환을 이용하여 아날로그 신호인 노이즈를 디지털 신호로 변환하고, 하이패스 필터를 적용하여 피크를 추출할 수도 있다.

단계(730)에서, 운동량 계산 장치는 추출된 피크의 개수에 기초하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 운동량 계산 장치는 피크의 개수가 결정되면, 피크의 개수에 노이즈의 한 주기당 걸음 수인 상수 2를 곱하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다.

도 8은 다른 실시예에 따른 걸음 수를 결정하는 동작을 상세히 도시한 흐름도이다.

단계(810)에서, 운동량 계산 장치는 측정된 노이즈를 주파수 영역으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 운동량 계산 장치는 고속 푸리에 변환을 통해 측정된 노이즈를 주파수 영역으로 변환할 수 있다.

단계(820)에서, 운동량 계산 장치는 주파수 영역으로 변환된 노이즈에서 가장 큰 값을 가지는 노이즈의 주파수를 식별할 수 있다.

단계(830)에서, 운동량 계산 장치는 노이즈에서 한 주기에 해당되는 걸음 수 및 식별된 주파수를 이용하여 사용자의 걸음 수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 운동량 계산 장치는 가장 큰 값을 가지는 노이즈의 주파수, 한 주기에 해당되는 걸음 수인 2 및 시간 변환을 위한 상수를 곱하여 시간 당 걸음 수를 결정할 수 있다.

도 9는 일실시예에 따른 운동량을 계산하는 동작을 상세히 도시한 흐름도이다.

단계(910)에서, 운동량 계산 장치는 결정된 걸음 수, 사용자의 보폭 길이 및 사용자의 운동 시간을 이용하여 사용자의 운동 속도를 계산할 수 있다. 예를 들어, 운동량 계산 장치는 사용자의 보폭 길이와 결정된 걸음 수를 곱하고, 이를 사용자의 운동 시간으로 나누어 사용자의 운동 속도를 계산할 수 있다.

단계(920)에서, 운동량 계산 장치는 계산된 사용자의 운동 속도 및 사용자의 체중을 이용하여 사용자의 운동량을 계산할 수 있다. 예를 들어, 운동량 계산 장치는 계산된 운동 속도를 이용하여 단위 시간 및 단위 무게당 소비하는 에너지 양인 메트를 계산하고, 계산된 메트, 사용자의 체중 및 사용자의 운동 시간을 이용하여 에너지 소비량을 계산할 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

사용자의 피부와 상기 피부에 부착된 센서 간의 상대적인 변위 차이에 기초한 노이즈를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 노이즈를 이용하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계
를 포함하는 운동량 계산 방법.
제1항에 있어서,
상기 결정된 걸음 수를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 단계
를 더 포함하는 운동량 계산 방법.
제1항에 있어서,
상기 노이즈를 측정하는 단계는,
상기 센서를 통해 사용자의 피부와 센서 간의 상대적인 변위 차이로 발생한 반쪽전위(half cell potential)를 감지하여 노이즈를 측정하는 운동량 계산 방법.
제1항에 있어서,
상기 노이즈를 측정하는 단계는,
상기 센서를 통해 사용자의 피부와 센서 간의 상대적인 변위 차이로 발생한 임피던스의 변화를 감지하여 노이즈를 측정하는 운동량 계산 방법.
제1항에 있어서,
상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계는,
상기 노이즈를 주파수 영역으로 변환하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 운동량 계산 방법.
제5항에 있어서,
상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계는,
상기 주파수 영역으로 변환된 노이즈에서 가장 큰 값을 가지는 노이즈의 주파수를 식별하는 단계; 및
상기 노이즈에서 한 주기에 해당되는 걸음 수 및 상기 식별된 주파수를 이용하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계
를 포함하는 운동량 계산 방법.
제1항에 있어서,
상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계는,
상기 노이즈를 샘플링하여 상기 노이즈의 피크를 추출하는 단계; 및
상기 추출된 피크의 개수에 기초하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 단계
를 포함하는 운동량 계산 방법.
제7항에 있어서,
상기 노이즈의 피크를 추출하는 단계는,
상기 샘플링된 노이즈에서 미리 설정된 임계값을 만족하지 못하는 노이즈를 제외하여 상기 노이즈의 피크를 추출하는 운동량 계산 방법.
제2항에 있어서,
상기 사용자의 운동량을 계산하는 단계는,
상기 결정된 걸음 수 및 상기 사용자의 생리학적 정보를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 운동량 계산 방법.
제9항에 있어서,
상기 사용자의 운동량을 계산하는 단계는,
상기 결정된 걸음 수, 상기 사용자의 보폭 길이(stride length) 및 상기 사용자의 운동 시간을 이용하여 상기 사용자의 운동 속도를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 사용자의 운동 속도 및 상기 사용자의 체중을 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 단계
를 포함하는 운동량 계산 방법.
제2항에 있어서,
상기 사용자의 운동량을 계산하는 단계는,
걸음 수와 운동량 간의 관계를 나타낸 룩업 테이블(lookup table, LUT) 및 상기 결정된 걸음 수를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 운동량 계산 방법.
제2항에 있어서,
상기 사용자의 운동량은,
상기 사용자의 운동 시간 동안의 걸음 수, 에너지 소비량 및 산소 소비량 중 적어도 어느 하나인 운동량 계산 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 비-일시적인(non-transitory) 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
사용자의 피부와 상기 피부에 부착된 센서 간의 상대적인 변위 차이에 기초한 노이즈를 측정하는 노이즈 측정부; 및
상기 측정된 노이즈를 이용하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 걸음 수 결정부
를 포함하는 운동량 계산 장치.
제14항에 있어서,
상기 결정된 걸음 수를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 운동량 계산부
를 더 포함하는 운동량 계산 장치.
제14항에 있어서,
상기 노이즈 측정부는,
상기 센서를 통해 사용자의 피부와 센서 간의 상대적인 변위 차이로 발생한 반쪽전위를 감지하여 노이즈를 측정하는 운동량 계산 장치.
제14항에 있어서,
상기 노이즈 측정부는,
상기 센서를 통해 사용자의 피부와 센서 간의 상대적인 변위 차이로 발생한 임피던스의 변화를 감지하여 노이즈를 측정하는 운동량 계산 장치.
제14항에 있어서,
상기 걸음 수 결정부는,
상기 노이즈를 주파수 영역으로 변환하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 운동량 계산 장치.
제14항에 있어서,
상기 걸음 수 결정부는,
상기 노이즈를 샘플링하여 상기 노이즈의 피크를 추출하고, 상기 추출된 피크의 개수에 기초하여 상기 사용자의 걸음 수를 결정하는 운동량 계산 장치.
제15항에 있어서,
상기 운동량 계산부는,
걸음 수와 운동량 간의 관계를 나타낸 룩업 테이블 및 상기 결정된 걸음 수를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 운동량 계산 장치.
제15항에 있어서,
상기 운동량 계산부는,
상기 결정된 걸음 수 및 상기 사용자의 생리학적 정보를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 운동량 계산 장치.
제21항에 있어서,
상기 운동량 계산부는,
상기 결정된 걸음 수, 상기 사용자의 보폭 길이 및 상기 사용자의 운동 시간을 이용하여 상기 사용자의 운동 속도를 계산하고, 상기 계산된 사용자의 운동 속도 및 상기 사용자의 체중을 이용하여 상기 사용자의 운동량을 계산하는 운동량 계산 장치.