[发明专利]头部姿态感应装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及运动中的人体头部姿态检测，更具体地，是一种头部姿态感应装置和方法。

背景技术

在医疗康复、运动训练和娱乐领域，常常需要获取参与者头部的运动状态和运动参数，以满足不同需要，例如，用于头颈部的康复矫正、为训练者提供训练结果或者在娱乐游戏中用头部姿态进行控制等。对于头部运动状态和运动参数的获取，可通过在使用者佩戴的头盔上设置三维运动跟踪系统而实现，然后对这些跟踪系统测得的数据进行处理，并输送到不同的界面，例如显示器。传统的三维跟踪系统包括电磁跟踪系统、光学跟踪系统、机械跟踪系统、声学跟踪系统等。

例如，授权公告号为CN100559874C的中国发明专利“基于全方位视觉传感器的头盔”提供了一种解决方案。该方案中，在头盔本体的顶部设置有全方位视觉传感器，一个微处理器与该全方位视觉传感器相连接，用于接收和处理全方位视觉传感器的视频数据。该全方位视觉传感器包括外凸折反射镜、摄像头等。

上述跟踪系统，在具体应用中各有一些局限性。例如，电磁跟踪系统容易受外界磁场干扰，可能因磁场变化引起误差。而如上述文献所用的光学跟踪系统容易受实现阻挡，除此之外，光学跟踪系统常常不同提供角度方向上的数据。机械跟踪系统的特点是比较笨重，灵活性差，而且有一定的惯性，并且由于机械连接的限制，对用户有一定的机械束缚。声学跟踪系统的局限性在于工作范围有限，信号传输不能受遮挡，且易受温度、气压、湿度和环境反射声波的影响。

因此，需要一种创新的头部姿态检测方案，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有的头部姿态检测方案中的上述不足，从而提供了一种新的头部姿态检测装置和方法。

本发明的头部姿态感应装置，包括惯性传感器检测单元，与该惯性传感器检测单元相连接的模数转换单元，与该模数转换单元相连接的信息处理单元，该信息处理单元连接有输入单元和输出单元，其中：

所述惯性传感器检测单元包括惯性传感器，用于对头部姿态信息进行检测，并输出该头部姿态信息的模拟信号；

所述模数转换单元包括模数转换器，用于将所述惯性传感器检测的模拟信号转换为头部姿态信息的数字信号；

所述信息处理单元用于对所述头部姿态信息的数字信号进行计算，得出运动状态数据和运动参数数据，并将该运动状态数据和运动参数数据传输给所述输出单元；

所述输入单元用于将控制指令输送给所述信息处理单元。

优选地，所述运动状态数据包括头部伸缩数据，头部转动数据、点头数据、摇头数据和静止数据，所述运动参数数据包括头部运动频率数据、头部运动速度数据和头部运动角度数据。

优选地，所述惯性传感器为加速度计、陀螺仪以及倾角传感器中的一种或多种。

优选地，所述信号处理单元连接有信号发送单元，所述信号发送单元用于将所述运动状态数据和头部运动数据作为控制信号发送给外部设备，所述外部设备为车辆、船只、飞机中的一种或多种。

本发明的头部姿态感应方法，包括以下步骤：

a，利用惯性传感检测单元对头部姿态信息进行检测，并输出该头部姿态信息的模拟信号；

b，将所述惯性传感器检测的模拟信号转换为头部姿态信息的数字信号；

c，对所述头部姿态信息的数字信号进行计算，得出运动状态数据和运动参数数据，并将该运动状态数据和运动参数数据传输给输出单元。

优选地，所述步骤a中，所述惯性传感检测单元输出的头部姿态信息的模拟信号包括头部在空间坐标X、Y、Z方向上的加速度模拟信号，所述步骤b中，所述头部姿态信息的数字信号包括头部在空间坐标X、Y、Z方向上的加速度数字信号；

所述步骤c中，对所述头部姿态信息的数字信号进行计算的步骤，包括：

对空间坐标X、Y、Z方向上的加速度数字信号分别进行积分，得出所述运动状态数据和运动参数数据，其中所述运动状态数据为头部运动方向数据，所述运动参数数据为头部侧倾的速度数据和头部倾斜角度数据。

优选地，所述步骤a中，所述惯性传感检测单元输出的头部姿态信息的模拟信号包括头部在空间坐标X、Y、Z方向上的角速度模拟信号，所述步骤b中，所述头部姿态信息的数字信号包括头部在空间坐标X、Y、Z方向上的角速度数字信号；

所述步骤c中，对所述头部姿态信息的数字信号进行计算的步骤，包括：