[发明专利]一种人体运动状态反演装置及方法

权利要求书

1.一种人体运动状态反演装置，其特征在于：包括，

信号采集模块，信号采集模块用于采集人体运动信息；

数据处理模块，其用于对信号采集模块所采集的数据进行处理，并将处理后的结果与设于数据处理模块处的人体预测模型进行匹配，从而获取人体运动姿态预测结果；以及

人机交互模块，其用于接收数据处理模块处处理得到的人体运动姿态预测结果并进行展示；

数据处理模块包括数据预处理单元、状态转移图建立单元、姿态解算单元、第一加权计算单元、融合分类单元和第二加权计算单元；数据预处理单元用于对信号采集模块所采集的信号进行预处理，并提取出多个特征点；状态转移图建立单元用于根据所述多个特征点建立或匹配状态转移图模型；姿态解算单元用于对经数据预处理单元处理后的数据进行姿态解算，以获取人体三维姿态信息；第一加权计算单元用于对所述多个特征点中的一个或多个与人体三维姿态信息进行加权计算，融合分类单元用于根据加权计算结果建立或匹配人体姿态预分类模型；第二加权计算单元用于对状态转移图模型和人体姿态预分类模型的匹配结果进行加权计算，从而建立或匹配人体姿态分类模型。

2.根据权利要求1所述的一种人体运动状态反演装置，其特征在于：信号采集模块包括集成于一人体穿戴设备处的三轴加速度传感器、三轴地磁传感器和三轴陀螺仪传感器，三轴加速度传感器用于采集人体运动过程中产生的加速度数据，三轴地磁传感器用于采集人体运动过程中产生的磁场数据，三轴陀螺仪传感器用于采集人体运动过程中产生的角速度数据和角度数据。

3.根据权利要求2所述的一种人体运动状态反演装置，其特征在于：姿态解算单元包括互补滤波单元和四元数算法单元，互补滤波单元包括用于对三轴加速度传感器所采集的数据进行中值滤波处理的中值滤波单元，用于对三轴地磁传感器所采集的数据进行校准的自校准单元，用于对三轴陀螺仪所采集的数据进行均值滤波处理的均值滤波单元，用于对中值滤波单元和自校准单元所处理的数据进行归一化处理的归一化处理单元，以及用于对归一化处理单元和均值滤波单元所处理的数据进行数据融合处理以获取四元数的数据融合单元；四元数算法单元用于对互补滤波单元所获取的四元数进行处理，以获取人体三维姿态信息。

4.根据权利要求1所述的一种人体运动状态反演装置，其特征在于：数据处理模块与人机交互模块通过蓝牙或Wi-Fi的方式进行数据传输。

5.根据权利要求1所述的一种人体运动状态反演装置，其特征在于：人机交互模块还与一远程服务模块进行数据交互，远程服务模块用于实现对相关数据的远程存储。

6.一种人体运动状态反演方法，其包括以下步骤：

步骤一，通过一信号采集模块采集人体运动信息；

步骤二，通过一数据处理模块对信号采集模块所采集的数据进行处理，并将处理后的结果与设于数据处理模块处的人体预测模型进行匹配，从而获取人体运动姿态预测结果；

该步骤中，首先建立人体姿态分类模型，在人体姿态分类模型建立后即可根据信号采集模块所采集的信息与人体姿态分类模型进行匹配以获取人体当前姿态；

在人体姿态分类模型的建立和对人体运动信息进行匹配时，通过一数据预处理单元对信号采集模块所采集的信号进行预处理，并提取出多个特征点；通过一状态转移图建立单元根据所述多个特征点建立或匹配状态转移图模型；通过一姿态解算单元对经数据预处理单元处理后的数据进行姿态解算，以获取人体三维姿态信息；通过一第一加权计算单元对所述多个特征点中的一个或多个与人体三维姿态信息进行加权计算，通过一融合分类单元根据加权计算结果建立或匹配人体姿态预分类模型；通过一第二加权计算单元对状态转移图模型和人体姿态预分类模型的匹配结果进行加权计算，进而建立或匹配人体姿态分类模型；

步骤三，通过一人机交互模块接收数据处理模块处处理得到的人体运动姿态预测结果并进行展示。

7.根据权利要求6所述的一种人体运动状态反演方法，其特征在于：步骤一中，采用三轴加速度传感器采集人体运动过程中产生的加速度数据，采用三轴地磁传感器采集人体运动过程中产生的磁场数据，采用三轴陀螺仪传感器采集人体运动过程中产生的角速度数据和角度数据。