一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，包括如下步驟：S1、智能手機(jī)在操作者的帶動(dòng)下掃過墻面，并在運(yùn)動(dòng)過程中獲取內(nèi)置于所述智能手機(jī)中的加速度計(jì)、陀螺儀和磁傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)；其中，所述磁傳感器用于檢測(cè)墻內(nèi)的鐵磁性物體在地磁場(chǎng)的磁化作用下所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)；S2、根據(jù)所述加速度計(jì)和所述陀螺儀所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的位移數(shù)據(jù)；S3、根據(jù)所述位移數(shù)據(jù)和所述磁傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)建立墻內(nèi)物體的特征曲線，從所述特征曲線中識(shí)別出墻內(nèi)的鐵磁性物體。本發(fā)明的硬件成本低，設(shè)備和系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單快速的墻體物體探測(cè)識(shí)別的功能，適合家居使用。
【專利說明】一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法。

【背景技術(shù)】
[0002]如今，隨著人們對(duì)于空間利用率和美觀的要求不斷提高，室內(nèi)裝修在安裝家用管道諸如排水給水管道等時(shí)更加傾向于將管道埋在墻體內(nèi)部以節(jié)約空間和不影響室內(nèi)美觀。同時(shí)，現(xiàn)代建筑大都是采用鋼筋混凝土的形式構(gòu)成，也即是在墻體內(nèi)埋設(shè)鋼筋以增強(qiáng)墻體的機(jī)械強(qiáng)度。然而，這種設(shè)計(jì)帶來的問題便是當(dāng)我們需要知道墻體內(nèi)的有何物體時(shí)，我們就需要將墻體進(jìn)行一定破壞才能貨獲知，此種情況尤其在室內(nèi)裝修圖紙丟失或者不易獲取的情況下顯得更為迫切。
[0003]日常生活中經(jīng)常碰到如此情形:當(dāng)我們需要在墻壁上釘入物體時(shí)，由于事先不知該處墻體內(nèi)存在何物，經(jīng)常出現(xiàn)釘入墻體內(nèi)已存在物體上，從而輕則使得工具損毀，重則傷害到人。在此種情況下，低成本、便捷獲得此種信息的方法或系統(tǒng)無疑具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
[0004]為了解決物體探測(cè)識(shí)別的問題，目前的商用產(chǎn)品比如WalI Scanner, RadarScanner等產(chǎn)品中多采用雷達(dá)技術(shù)、多傳感器技術(shù)等一些高端技術(shù)。盡管這些產(chǎn)品在探測(cè)和識(shí)別墻內(nèi)物體具有較高的準(zhǔn)確度，然而由于其采用的技術(shù)和設(shè)備比較高端，因而價(jià)格不菲，而且往往便攜性較差。
[0005]針對(duì)于墻體內(nèi)物體探測(cè)這一問題，已有的技術(shù)多采用GPR(透地雷達(dá)技術(shù))，或者機(jī)械小豬(Mechanical Pig),或者采用傳感器膠囊遍歷整個(gè)管道網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行墻內(nèi)物體的探測(cè)。以上幾種方法中:GPR與機(jī)械小豬兩種技術(shù)均需要采用較精密復(fù)雜的設(shè)備或者系統(tǒng)，其缺點(diǎn)有二:其一，成本很高，不易獲取；其二，設(shè)備或者系統(tǒng)復(fù)雜笨重，不適合家居使用。而針對(duì)采用傳感器膠囊遍歷的方式，該方法對(duì)于管網(wǎng)具有多重限制，比如:整個(gè)管網(wǎng)的管徑大小須相等；管徑需要較大以防止傳感器膠囊阻塞管道；整個(gè)管網(wǎng)需要是一個(gè)連通的系統(tǒng)等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，硬件成本低，設(shè)備和系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使用方便，適合家居使用。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，包括如下步驟:
[0008]S1、智能手機(jī)在操作者的帶動(dòng)下掃過墻面，并在運(yùn)動(dòng)過程中獲取內(nèi)置于所述智能手機(jī)中的加速度計(jì)、陀螺儀和磁傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)；其中，所述磁傳感器用于檢測(cè)墻內(nèi)的鐵磁性物體在地磁場(chǎng)的磁化作用下所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)；
[0009]S2、根據(jù)所述加速度計(jì)和所述陀螺儀所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的位移數(shù)據(jù)；
[0010]S3、根據(jù)所述位移數(shù)據(jù)和所述磁傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)建立墻內(nèi)物體的特征曲線，從所述特征曲線中識(shí)別出墻內(nèi)的鐵磁性物體。
[0011]進(jìn)一步地，在步驟SI中，所述智能手機(jī)在操作者的帶動(dòng)下，以沖程運(yùn)動(dòng)的形式掃過墻面；所述沖程運(yùn)動(dòng)是指智能手機(jī)起始于靜止?fàn)顟B(tài)而終止靜止?fàn)顟B(tài)的短暫快速運(yùn)動(dòng)。
[0012]進(jìn)一步地，在步驟SI中，所述智能手機(jī)在操作者的帶動(dòng)下通過多次沖程運(yùn)動(dòng)掃過墻面；相鄰兩次所述的沖程運(yùn)動(dòng)之間留有時(shí)間間隔。相鄰兩次所述的沖程運(yùn)動(dòng)之間留有時(shí)間間隔可以使加速度和速度的校準(zhǔn)更準(zhǔn)確。
[0013]進(jìn)一步地,所述步驟S2包括:
[0014]S21、分別對(duì)所述加速度計(jì)、所述磁傳感器和所述陀螺儀所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，獲得加速度數(shù)據(jù)、磁場(chǎng)數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)；
[0015]S22、利用所述加速度數(shù)據(jù)和所述角速度數(shù)據(jù)，采用互補(bǔ)濾波器的方式估計(jì)所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的姿態(tài)角；其中，當(dāng)所述智能手機(jī)被判定處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，利用所述加速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角的估計(jì)值在互補(bǔ)濾波器中所占權(quán)重設(shè)置為0.98，利用所述角速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角估計(jì)值所占權(quán)重為0.02 ;當(dāng)所述智能手機(jī)被判定處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，利用所述加速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角的估計(jì)值在互補(bǔ)濾波器中所占權(quán)重設(shè)置為0.02，利用所述角速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角的估計(jì)值所占權(quán)重為0.98 ；
[0016]S23、利用所估計(jì)的所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的姿態(tài)角，根據(jù)力學(xué)原理消除掉所述智能手機(jī)的重力在運(yùn)動(dòng)方向投射的分量，獲得所述智能手機(jī)自身運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度值；
[0017]S24、對(duì)所述加速度值進(jìn)行積分計(jì)算，獲得所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度值；
[0018]S25、對(duì)所得速度值進(jìn)行一次積分，得到所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的位移數(shù)據(jù)。
[0019]進(jìn)一步地,所述步驟S3包括:
[0020]S31、將所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的位移數(shù)據(jù)作為橫軸，將濾波后的所述磁場(chǎng)數(shù)據(jù)作為縱軸，為墻體內(nèi)物體建立特征曲線；
[0021]S32、將所述特征曲線與數(shù)據(jù)庫中的各種類型的鐵磁性物體的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比，通過比較曲線的相似度，識(shí)別出墻內(nèi)的鐵磁性物體的類型。
[0022]進(jìn)一步地,所述步驟S24包括:
[0023]判斷所述智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0024]當(dāng)所述智能手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)下，所述智能手機(jī)的加速度值和速度值被視為零值；
[0025]當(dāng)所述智能手機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，對(duì)所述加速度值進(jìn)行一次積分計(jì)算，獲得所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度值。此改進(jìn)的有益效果在于通過校準(zhǔn)加速度來獲得更精準(zhǔn)的速度值，并通過強(qiáng)制將靜止?fàn)顟B(tài)下的速度值設(shè)為O值，減少積分過程速度的漂移。因而可以獲得精準(zhǔn)的位移數(shù)據(jù)。
[0026]進(jìn)一步，所述判斷所述智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法，包括:
[0027]根據(jù)指數(shù)均值EMA計(jì)算公式，獲得所述智能手機(jī)的加速度對(duì)應(yīng)的指數(shù)均值EMA ;其中，所述指數(shù)均值EMA計(jì)算公式為:
-nr1 X k[+"crp
[0028]EMA__V ^
' ΣΟΓ^-μ)' -
[0029]其中，μ是一個(gè)常數(shù)；和分別表示第i個(gè)X和y方向上的加速度值,N是濾波器窗口內(nèi)加速度數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)；
[0030]當(dāng)所述指數(shù)均值EMA大于閾值時(shí)，判定所述智能手機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)所述指數(shù)均值EMA小于或等于閾值時(shí)，判定所述智能手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)。
[0031]進(jìn)一步地，在步驟S21中，是通過滑動(dòng)均值濾波器，分別對(duì)所述加速度計(jì)、所述磁傳感器和所述陀螺儀所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；所述滑動(dòng)均值濾波器的滑動(dòng)窗口為7。
[0032]進(jìn)一步地，在步驟S22中，所述互補(bǔ)濾波器包括第一計(jì)算單元、第二計(jì)算單元以及加法器；則步驟S22具體包括:
[0033]通過所述第一計(jì)算單元對(duì)所述加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行換算處理，獲得加速度計(jì)所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角；
[0034]通過所述第二計(jì)算單元對(duì)所述角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，獲得陀螺儀所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角；
[0035]通過所述加法器將所述加速度計(jì)所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角與所述陀螺儀所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角按照所設(shè)定的權(quán)重進(jìn)行加法運(yùn)算，得到所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的姿態(tài)角。
[0036]進(jìn)一步地，在步驟S32中，通過判斷不同曲線間的歐氏距離來判斷其相似度。
[0037]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法通過綜合利用內(nèi)置于智能手機(jī)內(nèi)的多種傳感器，也即:加速度計(jì)，磁場(chǎng)感應(yīng)器和陀螺儀，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速地識(shí)別墻內(nèi)物體的功能。所述方法包含的步驟主要包括:以特定動(dòng)作移動(dòng)手機(jī)在墻面掃過以獲取手機(jī)內(nèi)置三種傳感器的數(shù)據(jù)；通過采用滑動(dòng)均值濾波和互補(bǔ)濾波器等方法對(duì)加速計(jì)和陀螺儀讀數(shù)的精細(xì)校準(zhǔn)，以及對(duì)一次積分后所得的速度進(jìn)行漂移處理，準(zhǔn)確地計(jì)算出手機(jī)移動(dòng)的位移；將以上步驟產(chǎn)生的位移與磁感應(yīng)器的讀數(shù)結(jié)合，從而能夠?yàn)槊恳活悏w內(nèi)不同的物體建立相應(yīng)的特征以作物體分類識(shí)別之用。本發(fā)明的有益效果在于硬件成本低，設(shè)備和系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使用方便，適合家居使用。由于智能手機(jī)具有廣泛的使用人群，因而本發(fā)明所提供的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法的適用人群也很廣，相比現(xiàn)有技術(shù)具有重要的改進(jìn)意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法的流程圖；
[0039]圖2是圖1中的步驟S2的具體流程圖；
[0040]圖3是圖2中的互補(bǔ)濾波器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0041]圖4a、圖4b與圖4c是手機(jī)的三個(gè)姿態(tài)角的示意圖；
[0042]圖5是圖1中的步驟S3的具體流程圖；
[0043]圖6是通過本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法測(cè)得的管道、鋼筋和鐵棒的特征曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044]請(qǐng)參閱圖1，其是本發(fā)明實(shí)施例提供一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法的流程圖。本發(fā)明實(shí)施例提供一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，包括如下步驟:
[0045]S1、智能手機(jī)在操作者的帶動(dòng)下掃過墻面，并在運(yùn)動(dòng)過程中獲取內(nèi)置于所述智能手機(jī)中的加速度計(jì)、陀螺儀和磁傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)；其中，所述磁傳感器用于檢測(cè)墻內(nèi)的鐵磁性物體在地磁場(chǎng)的磁化作用下所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)；
[0046]S2、根據(jù)所述加速度計(jì)和所述陀螺儀所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的位移數(shù)據(jù)；
[0047]S3、根據(jù)所述位移數(shù)據(jù)和所述磁傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)建立墻內(nèi)物體的特征曲線，從所述特征曲線中識(shí)別出墻內(nèi)的鐵磁性物體。
[0048]具體地，在步驟SI中，所述智能手機(jī)以沖程運(yùn)動(dòng)的形式掃過墻面；所述沖程運(yùn)動(dòng)是指智能手機(jī)起始于靜止?fàn)顟B(tài)而終止靜止?fàn)顟B(tài)的短暫快速運(yùn)動(dòng)。并且在步驟Si中，所述智能手機(jī)在操作者的帶動(dòng)下通過多次沖程運(yùn)動(dòng)掃過墻面；相鄰兩次所述的沖程運(yùn)動(dòng)之間留有時(shí)間間隔以備加速度和速度校核。在本實(shí)施例中，所述時(shí)間間隔是I秒至2秒。
[0049]請(qǐng)參閱圖2，其是圖1中的步驟S2的具體流程圖。所述步驟S2具體包括:
[0050]S21、分別對(duì)所述加速度計(jì)、所述磁傳感器和所述陀螺儀所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，獲得加速度數(shù)據(jù)、磁場(chǎng)數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，所用濾波器為滑動(dòng)均值濾波器，且所述滑動(dòng)均值濾波器的窗口寬度為7。作為變形實(shí)施例，該處也可以采用平滑濾波器，窗口寬度為5,階數(shù)為3。
[0051]S22、利用所述加速度數(shù)據(jù)和所述角速度數(shù)據(jù)，采用互補(bǔ)濾波器的方式估計(jì)所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的姿態(tài)角；其中，當(dāng)所述智能手機(jī)被判定處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，利用所述加速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角的估計(jì)值在互補(bǔ)濾波器中所占權(quán)重設(shè)置為0.98，利用所述角速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角估計(jì)值所占權(quán)重為0.02 ;當(dāng)所述智能手機(jī)被判定處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，利用所述加速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角的估計(jì)值在互補(bǔ)濾波器中所占權(quán)重設(shè)置為0.02，利用所述角速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角的估計(jì)值所占權(quán)重為0.98。加速度計(jì)是極易受外部干擾的傳感器，但是測(cè)量值隨時(shí)間的變化相對(duì)較小。而陀螺儀可以積分得到角度關(guān)系，動(dòng)態(tài)性能好，受外部干擾小，但測(cè)量值隨時(shí)間變化比較大?？梢钥闯?，它們優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)，結(jié)合起來才能有好的效果。所以兩個(gè)數(shù)據(jù)融合的方法就是設(shè)計(jì)算法在短時(shí)間尺度內(nèi)增加陀螺儀的權(quán)值，在更長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)增加加速度權(quán)值，這樣系統(tǒng)輸出角度就更真實(shí)了。
[0052]請(qǐng)參閱圖3，其是圖2中的互補(bǔ)濾波器的結(jié)構(gòu)框圖。在步驟S22中，所述互補(bǔ)濾波器包括第一計(jì)算單元1、第二計(jì)算單元2以及加法器3。步驟S22具體包括:
[0053]通過所述第一計(jì)算單元I對(duì)所述加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行換算處理，獲得加速度計(jì)所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角Θ acce ；
[0054]通過所述第二計(jì)算單元2對(duì)所述角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，獲得陀螺儀所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角 9 gyro ；
[0055]通過所述加法器3將所述加速度計(jì)所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角Θ acce與所述陀螺儀所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角Θ gyro按照所設(shè)定的權(quán)重進(jìn)行加法運(yùn)算，得到所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的姿態(tài)角Θ，實(shí)現(xiàn)對(duì)姿態(tài)角Θ的校準(zhǔn)。
[0056]S23、利用所估計(jì)的所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的姿態(tài)角Θ，根據(jù)力學(xué)原理消除掉所述智能手機(jī)的重力在運(yùn)動(dòng)方向投射的分量，獲得所述智能手機(jī)自身運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度值，以實(shí)現(xiàn)加速度校準(zhǔn)的目的。如圖4a至圖4b所示，其是手機(jī)的三個(gè)姿態(tài)角的示意圖。圖4a表示在xoy平面上繞z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角為Yaw (偏航角)；圖4b表示在xoz平面上繞y軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角為Roll (橫滾角)；圖4c表示在zoy平面上繞X軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角為Pitch (俯仰角)。在消除重力引起的加速度分量時(shí)，考慮到手機(jī)的移動(dòng)是緊貼墻壁進(jìn)行的，所以認(rèn)為手機(jī)的旋轉(zhuǎn)只在一個(gè)平面上(即與墻面平行的平面)進(jìn)行。若定義墻面所在平面為xoy平面，即手機(jī)的旋轉(zhuǎn)是圍繞z軸進(jìn)行的，而所用到的姿態(tài)角Θ即為繞z軸的旋轉(zhuǎn)角，如圖4a所示的情況。
[0057]S24、對(duì)所述加速度值進(jìn)行積分計(jì)算，獲得所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度值。
[0058]為了減少積分后的速度漂移，實(shí)現(xiàn)速度的校準(zhǔn)，步驟S24具體包括:
[0059]判斷所述智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0060]當(dāng)所述智能手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)下，所述智能手機(jī)的加速度值和速度值被視為零值；
[0061]當(dāng)所述智能手機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，對(duì)所述加速度值進(jìn)行一次積分計(jì)算，獲得所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度值。
[0062]其中，所述判斷所述智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法，包括:
[0063]根據(jù)指數(shù)均值EMA (Exponential Moving Average)計(jì)算公式,獲得所述智能手機(jī)的加速度對(duì)應(yīng)的指數(shù)均值EMA ;其中，所述指數(shù)均值EMA計(jì)算公式為:

Σ^^{1 - μΤ~ι X )%| + Qv2J
「00641'
EMAi =-^-—-
[0065]其中，μ是一個(gè)常數(shù)，此處取0.1 ;和分別指的是第i個(gè)X和y方向上的加速度值，N是濾波器窗口內(nèi)加速度數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，此處若采用滑動(dòng)均值濾波器則N = 7 ;指數(shù)均值EMA的閾值為5.4m/s2。
[0066]當(dāng)所述指數(shù)均值EMA大于閾值時(shí)，判定所述智能手機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)所述指數(shù)均值EMA小于或等于閾值時(shí)，判定所述智能手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)。
[0067]S25、對(duì)所得速度值進(jìn)行一次積分，得到所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的位移數(shù)據(jù)。
[0068]請(qǐng)參閱圖5，其是圖1中的步驟S3的具體流程圖。所述步驟S3具體包括:
[0069]S31、將所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的位移數(shù)據(jù)作為橫軸，將濾波后的所述磁場(chǎng)數(shù)據(jù)作為縱軸，為墻體內(nèi)物體建立特征曲線。
[0070]S32、將所述特征曲線與數(shù)據(jù)庫中的各種類型的鐵磁性物體的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比，通過比較曲線的相似度，識(shí)別出墻內(nèi)的鐵磁性物體的類型。
[0071]如圖6所示，其是通過本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法測(cè)得的管道、鋼筋和鐵棒的特征曲線圖。在圖6中，Pipe曲線即為管道的特征曲線，Rebar曲線即為鋼筋的特征曲線，Rod曲線即為鐵棒的特征曲線。通過比較曲線的相似度，從而對(duì)物體進(jìn)行判別；在本實(shí)施例中，通過判斷不同曲線間的歐氏距離來判斷其相似度。
[0072]相比與現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法通過綜合利用內(nèi)置于智能手機(jī)內(nèi)的多種傳感器，也即:加速度計(jì)，磁場(chǎng)感應(yīng)器和陀螺儀，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速地識(shí)別墻內(nèi)物體的功能。所述方法包含的步驟主要包括:以特定動(dòng)作移動(dòng)手機(jī)在墻面掃過以獲取手機(jī)內(nèi)置三種傳感器的數(shù)據(jù)；通過采用滑動(dòng)均值濾波和互補(bǔ)濾波器等方法對(duì)加速計(jì)和陀螺儀讀數(shù)的精細(xì)校準(zhǔn)，以及對(duì)一次積分后所得的速度進(jìn)行漂移處理，準(zhǔn)確地計(jì)算出手機(jī)移動(dòng)的位移；將以上步驟產(chǎn)生的位移與磁感應(yīng)器的讀數(shù)結(jié)合，從而能夠?yàn)槊恳活悏w內(nèi)不同的物體建立相應(yīng)的特征以作物體分類識(shí)別之用。本發(fā)明的有益效果在于硬件成本低，設(shè)備和系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使用方便，適合家居使用。由于智能手機(jī)具有廣泛的使用人群，因而本發(fā)明所提供的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法的適用人群也很廣，相比現(xiàn)有技術(shù)具有重要的改進(jìn)意義。
[0073] 以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、智能手機(jī)在操作者的帶動(dòng)下掃過墻面，并在運(yùn)動(dòng)過程中獲取內(nèi)置于所述智能手機(jī)中的加速度計(jì)、陀螺儀和磁傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)；其中，所述磁傳感器用于檢測(cè)墻內(nèi)的鐵磁性物體在地磁場(chǎng)的磁化作用下所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)； 52、根據(jù)所述加速度計(jì)和所述陀螺儀所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的位移數(shù)據(jù)； 53、根據(jù)所述位移數(shù)據(jù)和所述磁傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)建立墻內(nèi)物體的特征曲線，從所述特征曲線中識(shí)別出墻內(nèi)的鐵磁性物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，其特征在于: 在步驟SI中，所述智能手機(jī)在操作者的帶動(dòng)下，以沖程運(yùn)動(dòng)的形式掃過墻面；所述沖程運(yùn)動(dòng)是指智能手機(jī)起始于靜止?fàn)顟B(tài)而終止靜止?fàn)顟B(tài)的短暫快速運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，其特征在于: 在步驟SI中，所述智能手機(jī)在操作者的帶動(dòng)下通過多次沖程運(yùn)動(dòng)掃過墻面；相鄰兩次所述的沖程運(yùn)動(dòng)之間留有時(shí)間間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟S2包括: 521、分別對(duì)所述加速度計(jì)、所述磁傳感器和所述陀螺儀所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，獲得加速度數(shù)據(jù)、磁場(chǎng)數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)； 522、利用所述加速度數(shù)據(jù)和所述角速度數(shù)據(jù)，采用互補(bǔ)濾波器的方式估計(jì)所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的姿態(tài)角；其中，當(dāng)所述智能手機(jī)被判定處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，利用所述加速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角的估計(jì)值在互補(bǔ)濾波器中所占權(quán)重設(shè)置為0.98，利用所述角速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角估計(jì)值所占權(quán)重為0.02 ;當(dāng)所述智能手機(jī)被判定處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，利用所述加速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角的估計(jì)值在互補(bǔ)濾波器中所占權(quán)重設(shè)置為0.02，利用所述角速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角的估計(jì)值所占權(quán)重為0.98 ； 523、利用所估計(jì)的所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的姿態(tài)角，根據(jù)力學(xué)原理消除掉所述智能手機(jī)的重力在運(yùn)動(dòng)方向投射的分量，獲得所述智能手機(jī)自身運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度值； 524、對(duì)所述加速度值進(jìn)行積分計(jì)算，獲得所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度值； 525、對(duì)所得速度值進(jìn)行一次積分，得到所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的位移數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟S3包括: 531、將所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的位移數(shù)據(jù)作為橫軸，將濾波后的所述磁場(chǎng)數(shù)據(jù)作為縱軸，為墻體內(nèi)物體建立特征曲線； 532、將所述特征曲線與數(shù)據(jù)庫中的各種類型的鐵磁性物體的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比，通過比較曲線的相似度，識(shí)別出墻內(nèi)的鐵磁性物體的類型。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟S24包括: 判斷所述智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)； 當(dāng)所述智能手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)下，所述智能手機(jī)的加速度值和速度值被視為零值； 當(dāng)所述智能手機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，對(duì)所述加速度值進(jìn)行一次積分計(jì)算，獲得所述智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，其特征在于，所述判斷所述智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法，包括: 根據(jù)指數(shù)均值EMA計(jì)算公式，獲得所述智能手機(jī)的加速度對(duì)應(yīng)的指數(shù)均值EMA ;其中，所述指數(shù)均值EMA計(jì)算公式為:
Sitf1ICi I廣1X j^J+^1
Λ
Eg-2C1-Mr- 其中，μ是一個(gè)常數(shù)；和分別表示第i個(gè)X和y方向上的加速度值，N是濾波器窗口內(nèi)加速度數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)； 當(dāng)所述指數(shù)均值EMA大于閾值時(shí)，判定所述智能手機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)所述指數(shù)均值EMA小于或等于閾值時(shí)，判定所述智能手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，其特征在于: 在步驟S21中，是通過滑動(dòng)均值濾波器，分別對(duì)所述加速度計(jì)、所述磁傳感器和所述陀螺儀所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；所述滑動(dòng)均值濾波器的滑動(dòng)窗口為7。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，其特征在于，所述互補(bǔ)濾波器包括第一計(jì)算單元、第二計(jì)算單元以及加法器；則步驟S22具體包括: 通過所述第一計(jì)算單元對(duì)所述加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行換算處理，獲得加速度計(jì)所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角； 通過所述第二計(jì)算單元對(duì)所述角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，獲得陀螺儀所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角；通過所述加法器將所述加速度計(jì)所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角與所述陀螺儀所對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角按照所設(shè)定的權(quán)重進(jìn)行加法運(yùn)算，得到所述智能手機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中的姿態(tài)角。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種墻內(nèi)物體的識(shí)別方法，其特征在于: 在步驟S32中，通過判斷不同曲線間的歐氏距離來判斷其相似度。
【文檔編號(hào)】G01C21/20GK104237952SQ201410529529
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】鄒永攀, 伍楷舜, 倪明選 申請(qǐng)人:廣州市香港科大霍英東研究院