[发明专利]面向钢琴弹奏的惯性手套多模态特征提取方法

权利要求书

1.一种面向钢琴弹奏的惯性手套多模态特征提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：数据采集，采用一对惯性手套，分别安装于左右手的手背以及手指关节处，周期性的读取k时刻每个惯性传感器的信息，包括k时刻的三轴加速度信息及三轴角速度信息；

步骤二：姿态解算，运用互补滤波算法，分别计算k时刻双手手背以及手指各关节的20个惯性传感器俯仰角和横滚角；

步骤三：获取按键标志符，实时采集按键信息，外部装备在琴键按下的时刻输出数据，通过外部装置，判断当前时刻是否有键按下，输出格式为key＝0或1，key＝1表示当前时刻有琴键按下，key＝0表示当前时刻没有按键按下；

步骤四：截取有效活动段数据，采用固定长度为15的滑动窗口进行数据的截取；

步骤五：对有效活动段据进行多模态特征提取。

2.根据权利要求1所述的面向钢琴弹奏的惯性手套多模态特征提取方法，其特征在于，步骤一所述惯性手套包含了二十个惯性传感器，每个惯性传感器包含三只陀螺仪与三只加速度计。

3.根据权利要求1所述的面向钢琴弹奏的惯性手套多模态特征提取方法，其特征在于，步骤二的具体过程如下：

1)计算标准重力加速度在载体系x轴、y轴和z轴上的分量：

其中，v_x(k)，v_y(k)，v_z(k)分别为k时刻标准重力加速度在载体系x轴、y轴和z轴上的分量，q₀(k-1)、q₁(k-1)、q₂(k-1)、q₃(k-1)分别为k-1时刻的姿态四元数；

2)计算加速度的模：

其中，|a(k)|为k时刻加速度的模，ax(k)，ay(k)，az(k)分别为k时刻采集的惯性传感器x轴、y轴和z轴的加速度；

对加速度计的输出进行归一化处理采用如下公式：

其中，a^b(k)分别为归一化处理后k时刻的加速度，上标T表示转置；

3)计算系统估算值与加速度量测值的误差：

其中，运算符×表示叉乘，e′_x(k)，e′_y(k)，e′_z(k)分别为k时刻误差在x轴、y轴和z轴上的分量；

计算陀螺仪的积分校正值：

其中，e_x(k)，e_y(k)，e_z(k)分别为k时刻反馈给陀螺仪x轴、y轴和z轴进行校正的积分补偿值,e_x(k-1)，e_y(k-1)，e_z(k-1)分别为k-1时刻反馈给陀螺仪x轴、y轴和z轴进行校正的积分补偿值,M为惯性传感器的采样周期，K_I为积分校正参数；

4)计算选取加速度的模|a(k)|在0.9g～1.1g的情况下，采用误差修正陀螺仪；陀螺仪的校正采用如下公式：

其中，ωx(k)，ωy(k)，ωz(k)分别为陀螺仪输出的x轴、y轴和z轴轴角速度的值，分别为校正后的x轴、y轴和z轴的角速度，K_P为比例校正参数；

5)姿态四元数更新采用如下公式：

采用如下公式对更新后的姿态四元数进行归一化处理：

其中，分别为更新后的姿态四元数，norm(k)为k时刻四元数的模，q₀(k),q₁(k)，q₂(k)，q₃(k)分别为归一化后得到的k时刻的姿态四元数；

6)计算横滚角和俯仰角：

pitch(k)＝arcsin(2*(q₀(k)*q₂(k)-q₁(k)*q₃(k)))

其中，pitch(k)，roll(k)为k时刻的俯仰角和横滚角。