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三维惯性传感参数表征下的行人混合步态分类

上海大学学报（自然科学版） 2017年第4期23卷 491-500页

作者：蔡春艳张金艺李建宇王伟张洪晖上海大学微电子研究与开发中心上海200072 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室上海200072 上海大学新型显示与系统应用重点实验室上海200072

在行人步态分类研究领域中,传统的基于微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)惯性传感器技术的步态分类方法侧重于对行人单一步态模式进行区分,忽略了两个单一步态模式之间的过渡步态模式,从而降低了行人行走过程中走、跑... 详细信息

在行人步态分类研究领域中,传统的基于微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)惯性传感器技术的步态分类方法侧重于对行人单一步态模式进行区分,忽略了两个单一步态模式之间的过渡步态模式,从而降低了行人行走过程中走、跑、停等混合步态的分类精度,还会在时间上造成缺失,进而造成行人航迹推算产生不可估量的定位误差.从人体运动学角度出发分析了行人步态特点,同时利用9轴MEMS惯性传感器采集了行人步态原始数据并对其进行剖析,设定了人体三维惯性传感参数,以供后续分类算法使用.为了进一步提高整体混合步态的分类精度,针对朴素贝叶斯算法对相反过渡步态模式区分精度不高的问题,在其基础上通过加窗判断前后两个步态的连续性,完成了行人混合步态的最终分类.验证结果表明,和传统的样本熵与小波能量相结合方法相比,提出的三维惯性传感参数表征下的行人混合步态分类方法,不仅能区分出行人混合步态中的多种单一步态模式和多种过渡步态模式,同时整体分类精度提高了14.46%,从而有效证明了该方法在行人步态分类领域具有良好的理论价值和应用价值.

关键词：混合步态微机电系统人体运动学惯性传感

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悬浮式磁流体惯性传感黏阻与量程可控机理

暨南大学学报（自然科学与医学版） 2009年第5期30卷 469-473页

作者：徐晨刘桂雄张沛强华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

实现悬浮式磁流体惯性传感的量程控制关键在于分析基于经典黏性流体力学理论的动态黏度特性和流固系统运动特性.在质量块作简谐运动下,建立惯性传感结构中间隙的流动模型并对理论方程进行求解.在不同动力黏度下,对作简谐运动的传感运动... 详细信息

实现悬浮式磁流体惯性传感的量程控制关键在于分析基于经典黏性流体力学理论的动态黏度特性和流固系统运动特性.在质量块作简谐运动下,建立惯性传感结构中间隙的流动模型并对理论方程进行求解.在不同动力黏度下,对作简谐运动的传感运动块进行流阻力进行数值计算,结果表明:质量块所受黏阻力主要是两侧压力差,压力差随时间呈现简谐特性,幅值与磁流体动力黏度有较好的线性关系;在选定实验参数后研究结果为压差相位超前22°～40°,剪切应力超前在15°以内,且随着动力黏度增大而减少,当运动黏度达到75pma.s时,相位超前量变化趋缓.

关键词：磁流体惯性传感黏阻尼

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基于悬浮光力学的惯性传感颠覆性技术

中国工程科学 2018年第6期20卷 112-116页

作者：胡慧珠尹璋琦李楠车双良舒晓武刘承浙江大学光电科学与工程学院杭州310027 清华大学北京100084

悬浮光力学是光力学与量子光学结合的产物,为微纳机械振子的控制和测量提供了一种全新的量子方法,这种方法具有前所未有的观测精度,可接近甚至突破标准量子极限,具有广阔的发展和应用前景。目前国际上已在室温下利用此系统实现了力、力... 详细信息

悬浮光力学是光力学与量子光学结合的产物,为微纳机械振子的控制和测量提供了一种全新的量子方法,这种方法具有前所未有的观测精度,可接近甚至突破标准量子极限,具有广阔的发展和应用前景。目前国际上已在室温下利用此系统实现了力、力矩、位移、加速度等多个物理量的极高灵敏度测量。本文综述了悬浮光力学的研究现状及国内外在精密传感与测量方面的进展。作为近年来发展起来的一种前沿技术,悬浮光力学已逐渐从基础研究走向应用,特别是对惯性传感与精密测量领域有重要的应用前景。最后提出了发展基于悬浮光力学的惯性传感颠覆性技术的建议,为我国惯性传感与量子精密测量技术发展规划的制定提供参考。

关键词：光力学精密测量惯性传感颠覆性技术

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基于惯性传感的人员行进动作识别方法

电子测量与仪器学报 2014年第6期28卷 630-636页

作者：汪少初刘昱郝文飞刘开华路文平天津大学电子信息工程学院天津300072

人员行进动作的识别对于行人航位推算(PDR)的计算精度有至关重要的影响。将连续的行进过程依据零速率修正点(ZUPT)划分为单步动作后,准确的动作识别是PDR系统的难题之一。将惯性测量单元IMU固连在胫骨中间外侧位置,采集了大量人员行进... 详细信息

人员行进动作的识别对于行人航位推算(PDR)的计算精度有至关重要的影响。将连续的行进过程依据零速率修正点(ZUPT)划分为单步动作后,准确的动作识别是PDR系统的难题之一。将惯性测量单元IMU固连在胫骨中间外侧位置,采集了大量人员行进过程胫骨运动的加速度和角速度,建立了用于行进动作识别的惯性传感数据库。通过对人员的平地行走、上楼梯和下楼梯的惯性传感数据的分析,建议了一种结合运动特性寻找行进过程中零速率修正ZUPT点的方法。在完成单步步态划分的基础上,提出了一种基于支持向量机(SVM)理论,并采用惯性传感数据作为特征的SVM行进动作分类器。经大量人员行进实验验证,所建议的动作识别方法对于区分行走、上楼梯和行走、下楼梯,精度分别达到96%和85%。

关键词：行进动作识别惯性传感零速率修正支持向量机

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基于惯性传感的跌倒检测系统的设计与实现

基于惯性传感的跌倒检测系统的设计与实现

作者：石天山电子科技大学

学位级别：硕士

人口老龄化是一个世界性的问题。根据世界卫生组织的定义和我国第六次全国人口普查数据,我国已经步入老龄化社会。在日常生活中,老年人极易出现跌倒等意外情况。据央视报道,在中国每年约有4000万65岁以上的老人意外跌倒。当老人跌倒时,... 详细信息

人口老龄化是一个世界性的问题。根据世界卫生组织的定义和我国第六次全国人口普查数据,我国已经步入老龄化社会。在日常生活中,老年人极易出现跌倒等意外情况。据央视报道,在中国每年约有4000万65岁以上的老人意外跌倒。当老人跌倒时,若未得到及时救助,会造成不可挽回的后果,因此跌倒检测技术有很强的实际应用价值。本文的具体工作内容为:1)开展关于惯性传感节点佩戴位置对于数据影响的实验,选定腰部作为佩戴位置。将真实场景下跌倒样本与实验采集获得的跌倒样本进行对比,分析了二者的特点。对系统进行需求分析并确定设计目标,提出系统的技术方案。2)采集跌倒和日常行为活动的惯性数据样本,构建算法设计所需的数据集。对所获得的原始数据集进行预处理;使用Relief算法进行特征选择,选取了分类器设计所需的特征集合;兼顾系统开发,对比算法特异度和敏感度,选择决策树作为分类模型。3)实现包含云端服务器、安卓应用和惯性传感节点的跌倒检测系统。当检测到跌倒时,惯性传感节点向智能手机发送检测结果,由手机进行定位并向云端服务器发送求助信息,而云端服务器则通知社区或医院的监护人员对跌倒者进行救助。4)对整个系统的功能进行验证,验证结果表明系统功能均正确实现。对系统跌倒检测算法的敏感度和特异度进行测试,测试实验结果表明该跌倒检测算法敏感度为95.56%、特异度为98.00%,说明系统能够较为准确地检测跌倒且误报较少。本文通过分析跌倒检测的国内外研究现状,对比不同跌倒检测技术,选择基于惯性传感信号的检测技术进行方案设计,结合现在成熟的云端服务器技术和安卓智能手机,实现了一套基于惯性传感的跌倒检测系统。系统功能完善,具有较强的实用价值。

关键词：跌倒检测惯性传感统计特征决策树

基于惯性传感与ARM+DSP双核平台的便携式手术定位系统

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基于惯性传感与ARM+DSP双核平台的便携式手术定位系统

作者：杜承阳天津大学

学位级别：硕士

介入式内窥手术作为一种新型手术类型,因其创口小、二次感染可能性小等特点而引发了广泛的关注。在带来诸多便利的同时,介入式内窥手术也存在着不可忽视的缺点,那就是其精度要求过高,给医生的手术操作带来了巨大的挑战。传统上,医生只... 详细信息

介入式内窥手术作为一种新型手术类型,因其创口小、二次感染可能性小等特点而引发了广泛的关注。在带来诸多便利的同时,介入式内窥手术也存在着不可忽视的缺点,那就是其精度要求过高,给医生的手术操作带来了巨大的挑战。传统上,医生只能通过内镜成像结果,并结合自身经验,对手术器械所处位置以及应采取的操作进行估计,上述过程存在误差。一方面,可能会给病人带来不必要的痛苦。另一方面,也存在着临床事故的隐患。所以针对介入式内窥手术的器械前端定位技术也逐渐成为该领域的研究热点。目前,应用最广泛的手术定位技术,是通过放射造影得到手术器械在人体内的二维定位结果。该方法一方面会丢失三维位置信息,另一方面也会产生不必要的放射伤害。同时,电磁定位技术也得到了广泛的研究,该类系统通过电磁传感技术完成手术定位。但是电磁传感对磁干扰的高敏感性,使这类系统难以应对手术室中复杂的电磁环境。针对上述问题,本文设计并实现了一种新型的基于惯性传感的手术定位方案。在该系统中,通过将MEMS惯性传感模块安装于待定位的手术器械前端来完成手术定位任务。较电磁定位技术,本文的惯性定位方案具备更好的鲁棒性以及更为低廉的造价。考虑到手术室的实际应用条件,本文还设计了一套抗干扰算法。同时,本文通过嵌入式方案实现了系统的便携式小型化,节省了手术室宝贵的空间。本文的工作主要包括了:1.基于惯性传感,设计手术定位的姿态跟踪与位置定位算法,其中包含抗干扰算法模块,以降低手术定位过程中传感器可能受到的干扰。2.基于OMAP-L138 ARM+DSP双核平台,构建手术定位系统。ARM通过Linux操作系统,完成系统的控制及UI显示。DSP完成传感器数据处理,以及定位结果的解算。3.搭建手术定位评估平台,并基于此对本文提出的手术定位进行全面的评估与测试。

关键词：手术定位惯性传感 MEMS传感器磁场干扰

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基于惯性传感器的多节点动作捕获技术的研究

基于惯性传感器的多节点动作捕获技术的研究

作者：程顺均电子科技大学

学位级别：硕士

人体动作捕获在体育、动画和医疗健康等领域都有很好的应用前景。惯性动作捕获是指利用惯性传感器来记录人体动作的一种技术。这种技术具有不受场地限制、使用方便等优点。市场上已有的惯性动作捕获产品价格昂贵,算法被严格保密,不利于... 详细信息

人体动作捕获在体育、动画和医疗健康等领域都有很好的应用前景。惯性动作捕获是指利用惯性传感器来记录人体动作的一种技术。这种技术具有不受场地限制、使用方便等优点。市场上已有的惯性动作捕获产品价格昂贵,算法被严格保密,不利于动作捕获技术的应用和研究。本文对多节点动作捕获技术进行了研究和探索。本文的主要工作和创新点如下:1、本文首先介绍了典型的动作捕获系统的构成。然后分析了刚体空间姿态计算的相关理论基础,包括四元数、空间旋转和融合滤波算法等。比较了Mahony算法和Madgwick算法的数学原理和性能,最终选择了性能更优的Mahony算法。2、本文将人体抽象为10个节点组成的模型,用来显示动作捕获系统输出的结果。这10个节点包含了头部、躯干和四肢,能够捕捉除手势以外的人体常见动作。由于无法保证每次佩戴位置的一致性,所有惯性动作捕获产品都需要开机标定。本文提出了一种单步开机标定算法,简化了商业产品的多步标定步骤。研究了一种前向骨骼算法,实现了动作捕获结果的可视化。该算法在保证节点相对位置的前提条件下,避免了求取节点的绝对坐标,减小了运算量。3、搭建了一套10节点惯性动作捕获系统。该系统使用MPU9250作为主传感器,使用CAN总线汇总数据并通过无线传输至PC端。该系统在PC端实现了多传感器融合算法和多节点人体动作捕获算法。4、对系统的功耗和通信进行了测试,确保系统能够稳定地将所有传感器的数据传输至PC端。分析了三种传感器原始数据特征,证实了需要融合三种传感器的必要性。对比了地磁计启用前后对三个欧拉角的影响,发现地磁计具有消除航向角漂移,降低横滚角和俯仰角噪声的功能。最后,通过对人体动作与软件呈现的动画进行比对,证明该系统实现了对人体常见动作的捕捉。

关键词：动作捕获惯性传感融合滤波四元数

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一种基于惯性传感的自适应手术导航方法

中国激光 2015年第4期42卷 87-91页

作者：杜承阳陈晓冬牛德森汪毅郁道银天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

针对介入式内窥手术中手术器械实时定位的需要,提出基于惯性导航的手术定位方法,该方法既能够有效避免传统光学定位(OPT)中视线遮挡引发的定位区域受限问题,又能够克服电磁定位(EMT)对磁场干扰过于敏感的问题。从姿态估计与位置定位两... 详细信息

针对介入式内窥手术中手术器械实时定位的需要,提出基于惯性导航的手术定位方法,该方法既能够有效避免传统光学定位(OPT)中视线遮挡引发的定位区域受限问题,又能够克服电磁定位(EMT)对磁场干扰过于敏感的问题。从姿态估计与位置定位两个方面分析了传感器干扰的影响,并改进了已有的抗干扰技术。实验结果表明,在磁干扰情况下,姿态估计的误差在3°以内,位置测量的误差在4 mm以内,均达到临床应用要求。

关键词：传感器内窥手术惯性传感磁干扰自适应处理

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光力惯性传感技术研究进展

导航定位与授时 2018年第6期5卷 1-8页

作者：熊威尹璋琦张晓宝肖光宗韩翔罗晖国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410072 清华大学交叉信息研究院量子信息中心北京100084

光力惯性传感技术是利用光子与机械振子的相互作用,通过出射光的动量和角动量的变化实现对振子运动状态的监测,进而实现对其受力(矩),以及(角)速度、(角)加速度测量的新型惯性传感技术。该技术既有高极限精度的原理优势,又有微型化的技... 详细信息

光力惯性传感技术是利用光子与机械振子的相互作用,通过出射光的动量和角动量的变化实现对振子运动状态的监测,进而实现对其受力(矩),以及(角)速度、(角)加速度测量的新型惯性传感技术。该技术既有高极限精度的原理优势,又有微型化的技术优势,是惯性传感技术的前沿领域,具有极大的发展潜力。首先介绍了基于光阱系统和微腔系统的两类光力惯性技术,分析了其基本工作原理与物理特征;其次介绍了国内外光力惯性传感器件的研究现状;最后对光力惯性技术的发展特点、国内外差距进行了总结,并给出了我国发展光力惯性传感技术的建议。

关键词：惯性传感光力学光阱技术光学微腔