KR20110030923A - Gait measurement method and apparatus using electronic accelerometer sensor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method and a device for detecting walk using an electronic acceleration sensor are provided to detect a walk situation in real time from an acceleration signal, which is sensed from a three-axis acceleration sensor. CONSTITUTION: A method and a device for detecting walk using an electronic acceleration sensor comprises a three-axis acceleration sensor(12), a signal amplification unit(20), a signal processing unit(22), a storage unit(24), and a display unit(26). The three-axis acceleration sensor outputs an acceleration signal of a gravity direction to sense the pose change of a walker. The signal amplification unit amplifies and filters a signal. The signal processing unit obtains the strongest acceleration signal in a gravity direction as a walk event. The storage unit stores the result processed by the signal processing unit. The display unit externally displays the result processed by the signal processing unit.

Description

전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치{GAIT MEASUREMENT METHOD AND APPARATUS USING ELECTRONIC ACCELEROMETER SENSOR} Gait detection method and apparatus using an electronic acceleration sensor {GAIT MEASUREMENT METHOD AND APPARATUS USING ELECTRONIC ACCELEROMETER SENSOR}

본 발명은 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 3축 가속도 센서를 사용하여 정확한 보행 검출이 가능하도록 하므로써, 만보계, 활동량 정보를 제공하는 장치, 위치 추적 장치, 헬스케어장치 및 독거 노인 등을 위한 원격의료장치 등을 실현할 수 있도록 하기 위한 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gait detection method and apparatus using an electronic acceleration sensor, and more specifically, to enable accurate gait detection using a three-axis acceleration sensor, a pedometer, an apparatus for providing activity information, a location tracking device, The present invention relates to a gait detection method and apparatus using an electronic acceleration sensor for realizing a healthcare device and a remote medical device for the elderly living alone.

보행수를 카운터하여 운동량을 확인할 수 있도록 하는 계측기(만보계)로부터 가속도 센서를 통해 활동량 또는 자세 변화를 검출하여 개인 건강관리를 위한 데이터 및 노약자들의 응급상황을 인지하고 대처하도록 하는 데이터를 확보하기 위한 다양한 보행 검출 방법 및 장치들이 제안되고 있다. Various measures to obtain data for personal health management and data to recognize and cope with emergencies of the elderly by detecting the amount of activity or posture through the acceleration sensor from an instrument (pedometer) that can check the amount of exercise by counting the number of steps Walking detection methods and apparatuses have been proposed.

이때, 일반적으로 보행 검출을 위해 사용되는 가속도 센서는 물체의 가속도, 중력 등을 감지하는 센서로 MEMS(Mirco Electro Mechanical System) 기술을 적용하여 소형화, 저전력화 등이 구현되어 다양한 형태로 제공되고 있다. 그리고, 이와 같은 가속도 센서는 측정 방식에 따라 압전형, 변형 게이지형, 동전(動電)형, 정전 용량형, 압 저항형, 서보(서모)형 등으로 분류되고, 추정 가능한 백터 수에 따라 1축(차원), 2축(차원) 및 3축(차원) 가속도 센서로 지칭되고 있다. In this case, the acceleration sensor generally used for walking detection is a sensor that detects acceleration, gravity, etc. of an object, and has been provided in various forms by miniaturization and low power by applying MEMS (Mirco Electro Mechanical System) technology. Such acceleration sensors are classified into piezoelectric, strain gage, coin, capacitive, piezoresistive, and servo (thermo) types according to the measurement method. It is referred to as axis (dimension), biaxial (dimension) and triaxial (dimension) acceleration sensors.

한편, 종래 가속도 센서를 사용하여 이루어지는 보행 검출 방법은 주로 문턱치를 넘는 신호를 보행 이벤트로 검출하여 이루어지고 있다. 그러나, 이와 같은 종래 방법은 외부 잡음에 의해 가속도 신호가 영향을 받는 경우 잘못된 보행 이벤트(overestimate)가 검출되거나 느린 보행의 경우 가속도 신호의 크기가 정상 보행보다 낮아지므로 보행 이벤트(underestimate)를 놓치는 경우가 발생되는 문제점이 있다. On the other hand, the walking detection method using the conventional acceleration sensor is mainly performed by detecting the signal exceeding the threshold as a walking event. However, such a conventional method misses an pedestrian event (underestimate) because an erroneous pedestrian event (overestimate) is detected when the acceleration signal is affected by external noise, or the magnitude of the acceleration signal is lower than a normal pedestrian in the case of slow walking. There is a problem that occurs.

특히, 의자에 앉거나 서거나 하는 등의 자세 변화와 노인들이 낙상 감지를 통한 응급 상황 인지를 위해 3축 가속도 센서를 사용하는 경우, 3축 가속도 센서로부터 얻은 3축 가속도 신호를 일정 시간 구간 동안의 누적 가속도값을 평균한 값을 이용하는 방법을 적용하고 있는데, 이와 같은 방법은 보행 이벤트 검출보다는 정지 상태에서 보행을 구분하는 상태 변화를 판단하는 방법이므로, 실시간 보행 검출이 아닌 문제점이 있다. In particular, when the 3-axis acceleration sensor is used for posture changes such as sitting on a chair or when the elderly are aware of an emergency through fall detection, the 3-axis acceleration signal obtained from the 3-axis acceleration sensor may be A method using an average value of the cumulative acceleration values is applied, but this method is a method of determining a state change for distinguishing gait in a stationary state rather than gait event detection, and thus has a problem in that it is not a real-time gait detection.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전자식 가속도 센서를 사용하여 보행 검출할 때 외부 잡음과 무관하게 상대적으로 정확한 보행 검출이 가능하고, 느린 보행의 경우에도 높은 정확도를 나타낼 수 있도록 할 수 있는 새로운 형태의 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, it is possible to detect a relatively accurate gait regardless of the external noise when walking detection using an electronic acceleration sensor, high accuracy even in the case of slow walking An object of the present invention is to provide a gait detection method and apparatus using a new type of electronic acceleration sensor that can be displayed.

특히, 본 발명은 3축 가속도 센서를 사용하여 활동량 또는 자세변화 등의 보행 검출시 실시간 검출이 가능하도록 하고, 외부의 잡음과 보행 속도에 무관하게 보행 이벤트를 정확하게 검출할 수 있도록 하므로써, 만보계, 활동량 정보를 제공하는 장치, 위치 추적 장치, 헬스케어장치 및 독거 노인 등을 위한 원격의료장치 등을 용이하게 실현할 수 있도록 하는 새로운 형태의 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In particular, the present invention enables the real-time detection when detecting the walking amount, such as the amount of activity or posture change using a three-axis acceleration sensor, and to accurately detect the walking event irrespective of external noise and walking speed, the pedometer, the amount of activity An object of the present invention is to provide a gait detection method and apparatus using a new type of electronic acceleration sensor that can easily realize a device for providing information, a location tracking device, a health care device, and a remote medical device for the elderly living alone. .

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 3축 가속도 센서로부터 연속적으로 입력되는 중력 방향 가속도 신호들을 시간에 따라 순차적으로 비교하여, 보행 이벤트로 획득한다. According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention sequentially compares the gravitational direction acceleration signals input from the three-axis acceleration sensor with time to obtain a walking event.

이와 같은 본 발명에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법에서 상기 중력 방향 가속도 신호들의 비교는 보행 이벤트 검출시작시 비교신호의 값을 초기화시키는 단계 및, 상기 3축 가속도 센서로부터 입력되는 중력 방향 가속도 신호의 값이 상기 비교신호의 값을 초과하는 경우 상기 비교신호의 값을 상기 중력 방향 가속도 신호의 값으로 변경시키는 단계를 구비하여, 상기 보행 이벤트의 획득 과정이 상기 3축 가속도 센서로부터 입력되는 중력 방향 가속도 신호가 상기 비교신호의 값이하인 경우에 이루어지도록 하고, 상기 보행 이벤트를 획득한 후, 상기 비교신호가 기 설정된 시간의 구간에 해당하면 단조 증가 직선을 갖도록 하고, 기 설정된 시간의 구간을 넘으면 단조 감소 직선을 갖도록 할 수 있다. Comparing the gravity direction acceleration signals in the gait detection method using the electronic acceleration sensor according to the present invention comprises the steps of initializing the value of the comparison signal at the start of the gait event detection, and the gravity direction acceleration signal input from the three-axis acceleration sensor Changing the value of the comparison signal to the value of the gravity direction acceleration signal when the value of the value exceeds the value of the comparison signal, so that the process of acquiring the walking event is input from the three-axis acceleration sensor When the acceleration signal is equal to or less than the value of the comparison signal, and after acquiring the walking event, the comparison signal has a monotonically increasing straight line when the comparison signal corresponds to a preset time interval, and when the comparison signal exceeds the preset time interval, forging Can have a decreasing straight line.

이와 같은 본 발명에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법에서 상기 보행 이벤트로 획득되는 중력 방향 가속도 신호는 상기 3축 가속도 센서로부터 입력되는 중력 방향 가속도 신호들 중 연속된 2개의 신호값의 미분값이 양수에서 음수로 변하는 변곡점, 상기 비교신호가 상기 중력 방향 가속도 신호보다 작다가 커지는 점 및, 상기 중력 방향 가속도가 지정된 문턱치 이상되는 점을 모두 만족할 수 있다. In the gait detection method using the electronic acceleration sensor according to the present invention, the gravity direction acceleration signal obtained as the walking event is a derivative value of two consecutive signal values among the gravity direction acceleration signals input from the three-axis acceleration sensor. An inflection point that changes from positive to negative, the point where the comparison signal is smaller and larger than the gravity direction acceleration signal, and the point that the gravity direction acceleration is greater than or equal to a specified threshold may be satisfied.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치는 보행자의 자세변화를 감지하여 중력 방향 가속도 신호를 출력하기 위한 전자식 가속도 센서(12)와; 상기 전자 식 가속도 센서(12)로부터 입력된 중력 방향 가속도 신호들을 입력받아 신호를 증폭 및 필터링하기 위한 신호 증폭부(20)와; 상기 신호 증폭부(20)를 통해 전처리된 가속도 신호와 기 입력된 비교신호를 시간에 따라 순차적으로 비교하여 가장 크게 나타나는 중력 방향 가속도 신호를 보행 이벤트로 획득하기 위한 신호 처리부(22)와; 상기 신호 처리부(22)에서 처리된 결과를 저장하기 위한 저장부(24) 및; 상기 신호 처리부(22)에서 처리된 결과를 외부로 디스플레이하기 위한 표시부(26)를 포함하되; 상기 신호 처리부(22)는 상기 3축 가속도 센서로부터 입력되는 중력 방향 가속도 신호들 중 연속된 2개의 신호값의 미분값이 양수에서 음수로 변하는 변곡점, 상기 비교신호가 상기 중력 방향 가속도 신호보다 작다가 커지는 점 및, 상기 중력 방향 가속도가 지정된 문턱치 이상되는 점을 모두 만족하는 중력 방향 가속도 신호를 상기 보행 이벤트로 획득한다. According to another aspect of the present invention for achieving the above object, the gait detection method and apparatus using the electronic acceleration sensor of the present invention is an electronic acceleration sensor 12 for outputting a gravity direction acceleration signal by detecting a change in the attitude of the pedestrian Wow; A signal amplifier 20 for amplifying and filtering the signal by receiving the gravitational direction acceleration signals input from the electronic acceleration sensor 12; A signal processor 22 for sequentially obtaining the acceleration signal, which is the greatest, by comparing the acceleration signal pre-processed by the signal amplification unit 20 with a comparison signal previously inputted according to time, as a walking event; A storage unit 24 for storing the result processed by the signal processing unit 22; A display unit 26 for displaying the result processed by the signal processor 22 to the outside; The signal processor 22 may be an inflection point at which a derivative value of two consecutive signal values among the gravity direction acceleration signals input from the three-axis acceleration sensor is changed from positive to negative, and the comparison signal is smaller than the gravity direction acceleration signal. A gravity direction acceleration signal that satisfies both a larger point and a point at which the gravity direction acceleration is greater than or equal to a specified threshold is obtained as the walking event.

본 발명에 의한 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치에 의하면, 3축 가속도 센서로부터 얻은 신호를 적절한 밴드패스 필터(Bandpass filter)를 거쳐 전처리 된 중력 방향 가속도와 비교신호의 비교를 통해 외부의 잡음과 보행 속도에 무관하게 보행 이벤트를 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 3축 가속도 센서로부터 감지되는 가속도 신호로부터 실시간으로 보행 이벤트를 검출할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치는 전자식 가속도 센서를 사용하여 보행 검출할 때 외부 잡음과 무관하게 상대적으 로 정확한 보행 검출이 가능하고, 느린 보행의 경우에도 높은 정확도를 나타내게 되므로, 만보계, 활동량 정보를 제공하는 장치, 위치 추적 장치, 헬스케어장치 및 독거 노인 등을 위한 원격의료장치 등을 용이하게 실현할 수 있다. According to the gait detection method and apparatus using the electronic acceleration sensor according to the present invention, the external noise is obtained by comparing the signal obtained from the 3-axis acceleration sensor through the appropriate bandpass filter and comparing the gravitational acceleration with the comparison signal. The walking event can be detected accurately regardless of the walking speed and walking speed. In addition, it is possible to detect a walking event in real time from the acceleration signal detected by the three-axis acceleration sensor. Therefore, the gait detection method and apparatus using the electronic acceleration sensor according to the present invention can detect the gait relatively accurately regardless of external noise when gait detection using the electronic acceleration sensor, and show high accuracy even in the case of slow gait. Therefore, it is possible to easily realize a pedometer, a device for providing activity information, a location tracking device, a health care device, and a remote medical device for the elderly living alone.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에서 일반적인 전자식 가속도 센서와 관련된 기술, 그리고 전자식 가속도 센서의 검출신호를 처리하는 기술 등 본 발명과 관련하여 통상적인 기술로부터 용이하게 적용할 수 있는 기술적 내용에 대한 도시 및 상세한 설명은 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. Meanwhile, in the drawings, detailed descriptions and detailed descriptions of technical contents that can be easily applied from conventional techniques, such as techniques related to general electronic acceleration sensors and techniques for processing detection signals of electronic acceleration sensors, are provided in this drawing. Since it is easily understood by those skilled in the art, the descriptions are briefly omitted or omitted and the parts related to the present invention are shown.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치를 적용하여 문턱치 가속도가 0.05일 때, 보행 이벤트 검출 후 비교신호의 단조 증가와 감소를 설명하기 위한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치를 적용하여 20초 내지 50초 구간에서 보행 이벤트를 검출한 예를 보여주는 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a walking detection method using an electronic acceleration sensor according to a preferred embodiment of the present invention. 3 is a graph for explaining monotonic increase and decrease of a comparison signal after a gait event is detected when the threshold acceleration is 0.05 by applying a gait detection method and apparatus using an electronic acceleration sensor according to an exemplary embodiment of the present invention. 4 is a graph showing an example of detecting a walking event in a 20 second to 50 second interval by applying a walking detection method and apparatus using an electronic acceleration sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법은 전자식 3축 가속도 센서로부터 얻은 가속도 신호로부터 보행 이벤트를 획득한다. 이때, 본 발명에서 보행 이벤트 검출용으로 사용되는 가속도 신호는 3축 가속도 센서로부터 얻어지는 가속도 신호들 중에서 가속도가 가장 크게 나타나는 중력 방향 가속도 신호(S110)인 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 1, a gait detection method using an electronic acceleration sensor according to a preferred embodiment of the present invention obtains a walking event from an acceleration signal obtained from an electronic three-axis acceleration sensor. In this case, the acceleration signal used for the gait event detection in the present invention is characterized in that the gravity direction acceleration signal (S110) that the acceleration is the greatest among the acceleration signals obtained from the three-axis acceleration sensor.

그리고, 본 발명은 이와 같은 중력 방향 가속도 신호를 기 설정되는 비교신호와 시간에 따라 하나씩 비교(S120, S140)하면서 보행 이벤트를 획득(S150)하게 된다. 이때, 본 발명의 바람직한 실시예에서 비교신호는 보행 이벤트 검출시작시 초기치가 설정된 값{예컨대, 본 실시예에서는 보행 이벤트 검출시작시 비교신호의 초기값은, 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 문턱치와 동일하게 설정하게 된다}으로 초기화된다(S100). 그리고, 3축 가속도 센서로부터 입력(S110)되는 중력 방향 가속도 신호의 값이 비교신호의 값을 초과하는 경우(S120) 비교신호의 값은 이 중력 방향 가속도 신호의 값으로 변경된다(S130).In addition, the present invention compares the gravitational direction acceleration signal with a preset comparison signal one by one (S120, S140) while acquiring a walking event (S150). At this time, in the preferred embodiment of the present invention, the comparison signal is a value at which an initial value is set at the start of walking event detection (for example, in the present embodiment, the initial value of the comparison signal at the start of walking event detection is as shown in FIGS. 3 and 4). It is set equal to the threshold}} is initialized (S100). Then, when the value of the gravity direction acceleration signal input from the three-axis acceleration sensor (S110) exceeds the value of the comparison signal (S120), the value of the comparison signal is changed to the value of the gravity direction acceleration signal (S130).

여기서, 문턱치로는 보행 이벤트 검출시작 후 4 내지 5초 까지의 시간 구간 중에서 중력 방향 가속도 신호 최대값의 80%가 되는 값이 사용되거나, 이와 달리 경험적인 값으로 0.05g(0.05×중력가속도)의 값이 사용될 수 있다.Here, as a threshold, a value of 80% of the maximum value of the acceleration direction of the gravity direction is used in the time interval of 4 to 5 seconds after the start of the walking event detection, or otherwise, as an empirical value, 0.05 g (0.05 × gravity acceleration) Value can be used.

좀 더 구체적으로 보면, 본 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법은 3축 가속도 센서로부터 감지된 신호 중에서 신호가 크며, 보행 검 출에 용이한 중력방향 가속도 신호를 획득(S110)하여 이 신호와 보행 이벤트 검출을 위한 비교신호를 하나씩 시간에 따라 비교한다(S120). 그리고, 비교신호가 중력 방향 가속도를 초과할 경우에는 비교된 중력가속도 값을 비교신호로 대입(S130)하여 두 신호를 계속 비교하고, 그렇지 않고 비교신호가 중력 방향 가속도 이하일 경우에는 보행 이벤트인지 판단한다.More specifically, the gait detection method using the electronic acceleration sensor according to the present embodiment has a large signal among signals detected from the three-axis acceleration sensor, and acquires a gravity direction acceleration signal that is easy for gait detection (S110). The signal and the comparison signal for detecting the walking event are compared one by one in time (S120). When the comparison signal exceeds the acceleration in the direction of gravity, the two signals are continuously compared by substituting the compared acceleration value as the comparison signal (S130). Otherwise, if the comparison signal is less than the acceleration in the direction of gravity, it is determined whether it is a walking event. .

이때, 본 발명에서 보행 이벤트로 획득되는 중력 방향 가속도는, 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 연속된 2개의 신호값의 미분값이 양수에서 음수로 변하는 변곡점이고, 비교신호가 중력 방향 가속도보다 작다가 커지는 점, 그리고 중력 방향 가속도가 특정 문턱치 이상되는 점에서 보행 이벤트로 검출된다(S140). 즉, 중력 방향 가속도가 보행 이벤트로 검출되기 위해서는 연속된 2개의 중력 방향 가속도 신호의 미분값이 ≤ 0 이고, 중력 방향 가속도 신호 > 특정 문턱치이며, 같은 시간에서의 비교신호가 중력 방향 가속도 신호보다 작은 값이었다가 다음 시간에서 비교신호가 중력 방향 가속도 신호보다 큰 값인 경우를 동시에 만족해야 하는 것이다. At this time, the gravity direction acceleration obtained as a walking event in the present invention, as shown in Figures 3 and 4, the inflection point at which the derivative value of the two consecutive signal value is changed from positive to negative, the comparison signal is less than the gravity direction acceleration A small and large point, and the gravity direction acceleration is detected as a walking event at a point more than a certain threshold (S140). That is, in order to detect gravity direction acceleration as a walking event, the derivative value of two consecutive gravity direction acceleration signals is ≤ 0, the gravity direction acceleration signal> a specific threshold, and the comparison signal at the same time is smaller than the gravity direction acceleration signal. This value must be satisfied at the same time when the comparison signal is greater than the gravity direction acceleration signal at the next time.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서 보행 이벤트의 획득 과정은 3축 가속도 센서로부터 입력되는 중력 방향 가속도 신호가 비교신호의 값이하인 경우에 이루어지게 된다(S120). 그리고, 전술한 바와 같이, 중력 방향 가속도가 연속된 2개의 신호값의 미분값이 양수에서 음수로 변하는 변곡점, 비교신호가 중력 방향 가 속도보다 작다가 커지는 점 및, 중력 방향 가속도가 특정 문턱치 이상되는 점을 모두 만족하는 경우(S140) 보행 이벤트로 검출된다(S150).Therefore, in the preferred embodiment of the present invention, the process of acquiring the walking event is performed when the gravity direction acceleration signal input from the three-axis acceleration sensor is less than or equal to the value of the comparison signal (S120). In addition, as described above, an inflection point at which the differential value of two signal values in which the gravity direction accelerations are continuous is changed from positive to negative, the point at which the comparison signal is smaller than the acceleration in the gravity direction, and the gravity direction acceleration is above a certain threshold If all points are satisfied (S140), it is detected as a walking event (S150).

이와 같이 보행 이벤트 검출 조건 비교를 마친 후, 보행 이벤트 검출여부에 상관없이 비교신호를 변경한다. 이때, 비교신호는 보행 이벤트를 검출하고 정해진 시간의 구간{본 실시예에서는 0.2초 구간}에 해당하면 단조 증가 직선(도 3 참조)을 그리고(S210){본 실시예에서는 120Hz의 샘플링으로 24개의 샘플에 대하여 증가한다}, 정해진 시간의 구간{즉, 0.2초 구간}을 넘으면 단조 감소 직선(도 3 참조)으로 변경(S220)된다. 이때, 이와 같은 비교신호의 변경은 보행 이벤트 검출 조건을 판단하는 단계(S140)에서 조건이 맞지 않아 보행 이벤트가 아닐 경우에도 적용된다(S160). 그리고, 비교신호가 문턱치보다 작으면(S230) 문턱치를 비교신호로 대체한다(S240).After comparing the walking event detection conditions in this manner, the comparison signal is changed regardless of whether the walking event is detected. At this time, the comparison signal detects a walking event and corresponds to a monotonically increasing straight line (refer to FIG. 3) when corresponding to a section of time (0.2 second section in this embodiment) (S210) (in this embodiment, 24 samples by 120 Hz sampling). It increases with respect to the sample}, if the interval exceeds a predetermined time interval (that is, 0.2 seconds interval) is changed to a monotonic decreasing straight line (see Fig. 3) (S220). In this case, the change of the comparison signal is applied even when the condition is not met in the step S140 of determining the walking event detection condition (S160). If the comparison signal is smaller than the threshold value (S230), the threshold value is replaced with the comparison signal (S240).

이와 같은 과정(S110 내지 S240)은 시간에 따라 지속적으로 반복하여 실시간으로 보행 이벤트를 검출하게 된다. Such a process (S110 to S240) is repeated repeatedly over time to detect the walking event in real time.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining a gait detection device using an electronic acceleration sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 장치(10)는 가속도 센서(12), 신호 증폭부(20), 전술한 보행 검출 방법에 따라 프로그램된 알고리즘이 구동되는 신호 처리부(22), 저장부(24)와 표시부(26)를 구비하여 획득된 보행 이벤트를 기록하는 장치로 구성된다. Referring to FIG. 2, the gait detection apparatus 10 using the electronic acceleration sensor according to an exemplary embodiment of the present invention may include an algorithm programmed according to the acceleration sensor 12, the signal amplifier 20, and the above-described gait detection method. The apparatus includes a device for recording a walking event obtained by driving a signal processor 22, a storage 24, and a display 26.

이때, 가속도 센서(12)는 3축 가속도 센서로서 보행자의 진행 방향(전후), 중력방향(상하), 측면방향(좌우)의 3축 가속도를 감지하고 신호를 출력한다. 도 3 및 도 4에서 보인 그래프는 가속도 센서로 Freescale®사의 MMA7260를 사용하여 보행 이벤트를 검출한 결과를 보여주고 있다. 그리고, 신호 증폭부(20)는 센서로부터 감지된 신호를 증폭 및 적절한 필터링을 통해 신호 처리부(22)에서 보행 검출이 용이하도록 전처리를 수행한다. 그리고, 신호 처리부(22)는 신호 증폭부(20)를 거쳐 전처리된 가속도 신호와 비교신호를 시간에 따라 비교하면서 보행을 검출한다. 여기서, 본 실시예에 따른 신호 처리부(22)는, 전술한 바와 같이 3축 가속도 센서(12)로부터 입력되는 중력 방향 가속도 신호들 중 연속된 2개의 신호값의 미분값이 양수에서 음수로 변하는 변곡점, 비교신호가 중력 방향 가속도 신호보다 작다가 커지는 점 및, 중력 방향 가속도가 지정된 문턱치 이상되는 점을 모두 만족하는 중력 방향 가속도 신호를 보행 이벤트로 획득하도록 하는 알고리즘을 적용하여 보행 이벤트를 획득하게 된다. 그리고, 신호 처리부(22)에서 검출된 보행 이벤트는 메모리 등으로 이루어지는 저장부(24)에 기록되고, 표시부(26)를 통해 외부로 디스플레이되게 된다. 물론, 이와 같은 본 발명에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 장치(10)는 3축 가속도 센서(12)를 내장하고, 전술한 전자식 가속도 센서 를 이용한 보행 검출 방법에 따른 알고리즘이 저장된 내부 메모리를 구비하여, 획득된 보행 이벤트를 저장하고, 이를 LCD 등의 표시부(26)를 통해 보행 정보를 외부에 제공하도록 하거나, USB 또는 Bluetooth 등의 외부 기기를 사용하여 연동되도록 구성할 수 있는 것이다. At this time, the acceleration sensor 12 is a three-axis acceleration sensor detects the three-axis acceleration in the direction (front and rear), gravity direction (up and down), side direction (left and right) of the pedestrian and outputs a signal. The graphs shown in FIGS. 3 and 4 show the results of detecting walking events using the MMA7260 of Freescale® as an acceleration sensor. The signal amplification unit 20 performs preprocessing to facilitate gait detection in the signal processing unit 22 through amplification and appropriate filtering of the signal detected by the sensor. The signal processor 22 detects gait while comparing the preprocessed acceleration signal and the comparison signal over time through the signal amplifier 20. Here, the signal processor 22 according to the present embodiment, as described above, the inflection point at which the derivative value of two consecutive signal values among the gravity direction acceleration signals input from the three-axis acceleration sensor 12 is changed from positive to negative In addition, the gait event may be obtained by applying an algorithm for acquiring a gravity direction acceleration signal as a gait event that satisfies both the point where the comparison signal is smaller and larger than the gravity direction acceleration signal and the point where the gravity direction acceleration is greater than or equal to a specified threshold. The walking event detected by the signal processing unit 22 is recorded in a storage unit 24 made of a memory or the like, and is displayed to the outside through the display unit 26. Of course, the gait detection device 10 using the electronic acceleration sensor according to the present invention has a built-in three-axis acceleration sensor 12, and has an internal memory in which the algorithm according to the gait detection method using the above-described electronic acceleration sensor is stored. By storing the acquired walking event and providing the walking information to the outside through the display unit 26 such as an LCD or the like, or by using an external device such as USB or Bluetooth.

이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치에 따르면, 도 4에서 보는 바와 같이, 비교적 느린 보행 속도인 60steps/분인 경우에도 99% 이상의 정확도로 보행 이벤트를 검출함을 알 수 있다. 여기서 도 4는 60steps/분의 속도로 100steps 보행(약 80초)한 중력방향 가속도 신호에 대하여 ①DC 성분 제거 및 안정성(stationary) 확보를 위해 선형추세 제거(linear detrend), ② median filter(window=6) 처리, ③0.2∼6Hz FIR Bandpass filter 처리된 신호를 도 1을 통해 서술된 방법에 의하여 보행이 검출된 결과를 전체 보행 구간 약 80초 중에서 20∼50초 구간을 예시한 그림이다.According to the gait detection method and apparatus using the electronic acceleration sensor according to the preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the walking event is detected with an accuracy of 99% or more even at a relatively slow walking speed of 60 steps / minute. It can be seen. 4 is a linear detrend to remove DC components and secure a stationary signal for a gravity acceleration signal walking 100steps (about 80 seconds) at a speed of 60 steps / minute, and a median filter (window = 6). ), And the result of detecting the gait detected by the method described in Fig. 1 for the 0.2 to 6 Hz FIR Bandpass filter processed signal.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.As described above, although the walk detection method and apparatus using the electronic acceleration sensor according to the preferred embodiment of the present invention have been shown in accordance with the above description and the drawings, these are merely described for example and do not depart from the spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법을 설명하기 위한 플로우챠트;1 is a flowchart illustrating a gait detection method using an electronic acceleration sensor according to a preferred embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 장치를 설명하기 위한 도면;2 is a view for explaining a gait detection device using an electronic acceleration sensor according to a preferred embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치를 적용하여 문턱치 가속도가 0.05일 때, 보행 이벤트 검출 후 비교신호의 단조 증가와 감소를 설명하기 위한 그래프;3 is a graph illustrating monotonous increase and decrease of a comparison signal after a gait event is detected when a threshold acceleration is 0.05 by applying a gait detection method and apparatus using an electronic acceleration sensor according to an exemplary embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법 및 장치를 적용하여 20초 내지 50초 구간에서 보행 이벤트를 검출한 예를 보여주는 그래프이다. 4 is a graph illustrating an example of detecting a walking event in a 20 second to 50 second interval by applying a walking detection method and apparatus using an electronic acceleration sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 장치10: Gait detection device using an electronic acceleration sensor

12 : (전자식) 3축 가속도 센서12: (Electronic) 3-axis acceleration sensor

20 : 신호 증폭부 22 : 신호 처리부20: signal amplifier 22: signal processor

24 : 저장부 26 : 표시부24: storage unit 26: display unit

Claims (4)

3축 가속도 센서로부터 연속적으로 입력되는 중력 방향 가속도 신호들을 시간에 따라 순차적으로 비교하여, 보행 이벤트를 획득하는 것을 포함하는 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법.A walk detection method using an electronic acceleration sensor, comprising sequentially comparing gravity direction acceleration signals sequentially input from a three-axis acceleration sensor with time, to obtain a walking event. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 중력 방향 가속도 신호들의 비교는 보행 이벤트 획득시작시 비교신호의 값을 초기화시키는 단계 및,The comparison of the gravity direction acceleration signals may include initializing a value of the comparison signal at the start of obtaining a walking event; 상기 3축 가속도 센서로부터 입력되는 중력 방향 가속도 신호의 값이 상기 비교신호의 값을 초과하는 경우 상기 비교신호의 값을 상기 중력 방향 가속도 신호의 값으로 변경시키는 단계를 구비하여, Changing the value of the comparison signal to the value of the gravity direction acceleration signal when the value of the gravity direction acceleration signal input from the three-axis acceleration sensor exceeds the value of the comparison signal, 상기 보행 이벤트의 획득 과정이 상기 3축 가속도 센서로부터 입력되는 중력 방향 가속도 신호가 상기 비교신호의 값이하인 경우에 이루어지도록 하고, The acquisition process of the walking event is performed when the gravity direction acceleration signal input from the three-axis acceleration sensor is equal to or less than the value of the comparison signal, 상기 보행 이벤트를 획득한 후, 상기 비교신호가 기 설정된 시간의 구간에 해당하면 단조 증가 직선을 갖도록 하고, 기 설정된 시간의 구간을 넘으면 단조 감소 직선을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법.After acquiring the walking event, if the comparison signal corresponds to a preset time period, the monopole increases a straight line, and if the interval exceeds the preset time, the monotone decreases a straight line. Detection method. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 보행 이벤트로 획득되는 중력 방향 가속도 신호는 상기 3축 가속도 센서로부터 입력되는 중력 방향 가속도 신호들 중 연속된 2개의 신호값의 미분값이 양수에서 음수로 변하는 변곡점, 상기 비교신호가 상기 중력 방향 가속도 신호보다 작다가 커지는 점 및, 상기 중력 방향 가속도가 지정된 문턱치 이상되는 점을 모두 만족하는 것을 특징으로 하는 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 방법.The gravity direction acceleration signal obtained as the walking event is an inflection point at which a derivative value of two consecutive signal values among the gravity direction acceleration signals input from the three-axis acceleration sensor is changed from positive to negative, and the comparison signal is the gravity direction acceleration A gait detection method using an electronic acceleration sensor, characterized in that both of the point smaller than the signal and becomes larger and the point that the gravitational direction acceleration is more than a specified threshold. 보행자의 자세변화를 감지하여 중력 방향 가속도 신호를 출력하기 위한 3축 가속도 센서(12)와;A three-axis acceleration sensor 12 for detecting a pedestrian's posture change and outputting a gravity direction acceleration signal; 상기 3축 가속도 센서(12)로부터 입력된 중력 방향 가속도 신호들을 입력받아 신호를 증폭 및 필터링하기 위한 신호 증폭부(20)와;A signal amplifier 20 for amplifying and filtering signals by receiving gravity direction acceleration signals inputted from the three-axis acceleration sensor 12; 상기 신호 증폭부(20)를 통해 전처리된 가속도 신호와 기 입력된 비교신호를 시간에 따라 순차적으로 비교하여 가장 크게 나타나는 중력 방향 가속도 신호를 보행 이벤트로 획득하기 위한 신호 처리부(22)와;A signal processor 22 for sequentially obtaining the acceleration signal, which is the greatest, by comparing the acceleration signal pre-processed by the signal amplification unit 20 with a comparison signal previously inputted according to time, as a walking event; 상기 신호 처리부(22)에서 처리된 결과를 저장하기 위한 저장부(24) 및;A storage unit 24 for storing the result processed by the signal processing unit 22; 상기 신호 처리부(22)에서 처리된 결과를 외부로 디스플레이하기 위한 표시부(26)를 포함하되;A display unit 26 for displaying the result processed by the signal processor 22 to the outside; 상기 신호 처리부(22)는 상기 3축 가속도 센서(12)로부터 입력되는 중력 방 향 가속도 신호들 중 연속된 2개의 신호값의 미분값이 양수에서 음수로 변하는 변곡점, 상기 비교신호가 상기 중력 방향 가속도 신호보다 작다가 커지는 점 및, 상기 중력 방향 가속도가 지정된 문턱치 이상되는 점을 모두 만족하는 중력 방향 가속도 신호를 상기 보행 이벤트로 획득하는 것을 특징으로 하는 전자식 가속도 센서를 이용한 보행 검출 장치.The signal processor 22 is an inflection point at which a derivative value of two consecutive signal values among the gravity direction acceleration signals input from the three-axis acceleration sensor 12 is changed from positive to negative, and the comparison signal is the gravity direction acceleration The gait detection device using the electronic acceleration sensor, characterized in that for obtaining a gravity direction acceleration signal that satisfies both the point smaller than the signal and the point that the gravity direction acceleration is greater than a specified threshold.
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