WO2022028765A1 - Vorrichtung und verfahren zum erkennen von kopfgesten - Google Patents

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WO2022028765A1
WO2022028765A1 PCT/EP2021/066807 EP2021066807W WO2022028765A1 WO 2022028765 A1 WO2022028765 A1 WO 2022028765A1 EP 2021066807 W EP2021066807 W EP 2021066807W WO 2022028765 A1 WO2022028765 A1 WO 2022028765A1
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gestures
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Rui Zhang
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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/20—Movements or behaviour, e.g. gesture recognition

Definitions

  • the present invention relates to a method for recognizing head gestures, i.e. head-shake gestures and head-hick gestures, and a device for a head-worn device, in particular for earbuds, earphones, smart glasses or the like.
  • Earphones with additional functionality are referred to as "hearables".
  • the user can interact or communicate with the device by touch, gestures or voice control. For example, head nods or head shakes can be recognized in order to send the device an affirmative or negative message. With the help of such gestures, the user can operate settings and functions of hearable devices with simple head movements.
  • US 2012/020502 A uses the data from a yaw rate sensor
  • CN 107277661 A uses the data from a pressure sensor
  • US 2006/140422 A uses the data from an acceleration sensor.
  • Inertial sensors such as acceleration and yaw rate sensors are significantly more sensitive to changes in movement and more robust to environmental influences than others Sensors, such as pressure sensors, and therefore best suited for analyzing movements.
  • the change in orientation of the device in space i.e. the change in the rotation angle around the x, y and z axis, can be determined by merging yaw rate and acceleration sensor data.
  • the estimated orientation has a high accuracy over a short period of time, which can be useful for recognizing short-term gestures.
  • the power consumption of the yaw rate sensor is relatively high.
  • the fusion of yaw rate and acceleration sensor data also contributes to the high power consumption.
  • a 3-axis accelerometer is sufficient to determine the tilt angle of the head.
  • head nodding can be detected based on changes in the angle of inclination.
  • the coordinate system of the device may differ greatly from the coordinate system of the head depending on the user and their habits, so the tilt angle of the device is generally insufficient to detect head nods. Furthermore, it is not possible to detect head shaking based on the tilt angle.
  • the invention provides a method for recognizing head shake gestures and head nod gestures as well as a device for a head-worn device with the features of the independent patent claims.
  • the invention therefore relates to a method for recognizing head shaking gestures and head nodding gestures using an acceleration sensor device of a device worn on the head, the acceleration sensor device providing acceleration signals for three linearly independent spatial directions.
  • a norm of total acceleration is measured using the acceleration signals provided by the acceleration sensor device.
  • Head shake gestures and head nod gestures are recognized using the calculated norm of total acceleration.
  • a head shake gesture is detected as a function of a comparison of the calculated total acceleration norm with a predetermined threshold.
  • a head nod gesture is recognized as a function of recognizing that the calculated norm of the overall acceleration oscillates around a predefined acceleration value.
  • the invention accordingly relates to a device for a device worn on the head, having an acceleration sensor device and a signal processing device.
  • the acceleration sensor device provides acceleration signals for three linearly independent spatial directions.
  • the signal processing device calculates a norm of an overall acceleration based on the acceleration signals provided by the acceleration sensor device.
  • the signal processor recognizes head shake gestures and head nod gestures using the calculated norm of total acceleration.
  • the signal processing device performs the recognition of a head shake gesture depending on a comparison of the calculated norm of the total acceleration with a predetermined threshold value.
  • the signal processing device carries out the recognition of a head nod gesture depending on a recognition of an oscillation of the calculated norm of the total acceleration around a predefined acceleration value.
  • the invention provides a method for recognizing head gestures, which can be based solely on the data from an acceleration sensor.
  • the procedure is applicable to both devices worn in the ear (e.g. earplugs) or over the ear (e.g. headphones). be used, as well as for glasses.
  • the method is robust to the precise position at which the device is worn and is hardly affected by the orientation of the sensor during wear.
  • the method can achieve very high detection accuracy regardless of how the user wears the device. This results in a large area of application for different end devices, eg earplugs, headphones, glasses or the like.
  • the method relies only on accelerometer data, significantly reducing power consumption compared to methods using angular rate sensors, and allows for both head nod and head shake detection.
  • the process is therefore characterized by low power and resource consumption.
  • the magnitude of the acceleration signal corresponds to the magnitude of the gravitational acceleration, ie approximately 9.81 m/s 2 .
  • the acceleration which the acceleration sensor device additionally experiences due to the movement of the head when the head is shaken, is in the horizontal plane, i. H. perpendicular to the acceleration due to gravity.
  • the magnitude of the acceleration signal is greater than the magnitude of the acceleration due to gravity.
  • the acceleration generated by this head movement is in the same plane as the acceleration of gravity.
  • the direction of acceleration of head movement will be the same as or opposite to the direction of gravitational acceleration. It follows from this that the absolute value of the acceleration measured by the acceleration sensor device oscillates around the acceleration due to gravity. The fact that the measured acceleration when shaking the head is greater than the acceleration due to gravity and oscillates around the acceleration of gravity when nodding the head thus makes it possible to distinguish between shaking the head and nodding the head.
  • the term "norm of total acceleration” means a mathematical norm.
  • the Euclidean norm or 2-norm can preferably be used. However, other norms can also be calculated, such as a sum norm or 1 norm or a p norm.
  • the head-shaking gesture or head-hicking gesture is only recognized if a change over time (such as a time derivative) in the acceleration signals (i.e. a jerk), which is calculated using the acceleration signals provided by the acceleration sensor device, exceeds the specified threshold.
  • a change over time such as a time derivative
  • the acceleration signals i.e. a jerk
  • a norm of the change over time in the acceleration signals is calculated using the acceleration signals provided by the acceleration sensor device in order to detect whether the change over time in the acceleration signals exceeds the predefined threshold value.
  • the norm of the change in the acceleration signals over time is filtered by means of a low-pass filter, the filtered norm of the change in the acceleration signals over time being compared with the predetermined threshold value. High-frequency sensor noise can be suppressed by using the low-pass filter.
  • the amounts of the time derivatives of the acceleration signals are calculated and added to calculate the norm of the change in the acceleration signals over time.
  • the calculated norm of the overall acceleration is filtered using a low-pass filter, with head shaking gestures and head nodding gestures being recognized using the filtered norm of the overall acceleration. High-frequency sensor noise can be suppressed by using the low-pass filter.
  • the calculated norm of the overall acceleration is filtered using a moving average filter, with head shake gestures and head nod gestures being recognized using the filtered norm of the overall acceleration. The resources required for the calculation can be saved by using the moving average filter.
  • the calculated norm of the overall acceleration is filtered using a filter with a reduced sampling rate, with head shaking gestures and head nodding gestures being recognized using the filtered norm of the overall acceleration.
  • a head-shaking gesture is only recognized if the norm of the total acceleration exceeds the predefined threshold value for at least a predefined period of time. This allows head shake gestures to be distinguished from other jerky events.
  • the predefined acceleration value for recognizing the head nodding gesture corresponds to a gravitational acceleration.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an apparatus for a head-worn device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the time course of a norm of a total acceleration
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method for recognizing head shaking gestures and head nodding gestures according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a device 1 for a device worn on the head, in particular for earplugs, earphones, intelligent glasses or the like.
  • the device 1 includes an acceleration sensor device 2 with three sensor components 21, 22, 23, which each detect an acceleration along a spatial direction, the spatial directions being linearly independent. In particular, the spatial directions can be perpendicular to one another.
  • the acceleration signals generated by the sensor components 21, 22, 23 are output to a signal processing device 3 of the device 1 and processed by it.
  • the signal processing device 3 first distinguishes head gestures from other events. For this purpose, a change over time (time derivation) of the acceleration signals is calculated. Furthermore, a norm of the change in the acceleration signals over time is calculated, which is then optionally filtered using a low-pass filter. The filtered norm of the change in acceleration signals over time is compared to a predetermined threshold value. If the threshold is exceeded, a head gesture is recognized.
  • the signal processing device 3 checks whether a head-shaking gesture or a head-hicking gesture is present. For this purpose, the signal processing device 3 calculates a norm of an overall acceleration based on the acceleration signals provided by the acceleration sensor device 2 . Optionally, the calculated norm is then filtered using a low-pass filter, a moving average filter and/or a filter with a reduced sampling rate. The calculated norm of the total acceleration is given with a threshold compared. If the threshold value is exceeded for a predetermined period of time, the signal processing device 3 recognizes a head-shaking gesture.
  • the signal processing device 3 checks whether the calculated norm of the overall acceleration is oscillating around a predefined acceleration value. For example, the signal processing device 3 can check whether the predefined acceleration value is exceeded or fallen below more than a predefined number in a predefined time window. If an oscillation is detected, the signal processing device 3 detects a nodding gesture.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the time course of a norm of a total acceleration for alternating head shaking and head nodding.
  • a first waveform B 1 corresponds to a head-shaking gesture.
  • a large value of the calculated norm A of the total acceleration occurs, i.e. H. the specified threshold is exceeded.
  • a second waveform B2 corresponds to a nodding gesture.
  • the calculated norm A of the total acceleration oscillates around the gravitational acceleration g.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method for recognizing head shaking gestures and head nodding gestures.
  • a first step S1 sensor components 21, 22, 23 of an acceleration sensor device 2 of a device worn on the head generate acceleration signals for three linearly independent spatial directions.
  • time derivatives of the acceleration signals are first calculated, S21.
  • a standard for the change in the acceleration signals over time is also calculated, for example an LI standard, for which the amounts of the change in the individual acceleration signals over time are calculated separately and added, S22.
  • the norm of the time change of the acceleration signals is filtered by means of a low-pass filter, S23, and the filtered norm of the time change of the acceleration signals is compared with a predetermined threshold value, S24. If the threshold is exceeded, a head gesture is recognized, S25. However, it is not yet known whether this is a head-shake gesture or a head-hick gesture. This is determined in step S3, wherein features are extracted, based on which the detected head gesture can be classified as head shaking or head nodding.
  • a norm for a total acceleration is first calculated using the acceleration signals provided by the acceleration sensor device 2, S31. In the stationary state, this corresponds to the magnitude of the acceleration due to gravity.
  • the calculated norm of the total acceleration is filtered using a low-pass filter, S32.
  • the filtered norm of the total acceleration is further additionally filtered by means of a moving average filter for determining the moving average or by means of a filter with a reduced sampling rate, S33.
  • the filtered norm of total acceleration is compared to a predetermined threshold. If this is exceeded for a predetermined period of time, a head-shaking gesture is recognized, S34, if a head gesture is present. If it is recognized in step S25 that a head gesture is actually present, a head-shaking gesture is recognized, S41.
  • a head jerking gesture is recognized if a head gesture is present. If it is recognized in step S25 that a head gesture is actually present, a head nod gesture is recognized, S42.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfnickgesten unter Verwendung einer Beschleunigungssensoreinrichtung eines am Kopf getragenen Geräts, wobei die Beschleunigungssensoreinrichtung Beschleunigungssignale für drei linear unabhängige Raumrichtungen bereitstellt, mit den Schritten: Berechnen einer Norm einer Gesamtbeschleunigung anhand der von der Beschleunigungssensoreinrichtung bereitgestellten Beschleunigungssignale; und Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfnickgesten, unter Verwendung der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung; wobei das Erkennen einer Kopfschüttelgeste in Abhängigkeit von einem Vergleich der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung mit einem vorgegebenen Schwellenwert erfolgt; und wobei das Erkennen einer Kopfnickgeste in Abhängigkeit von einem Erkennen eines Oszillierens der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung um einen vorgegebenen Beschleunigungswert erfolgt.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen von Kopfgesten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Kopfgesten, d.h. Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten, und eine Vorrichtung für ein am Kopf getragenes Gerät, insbesondere für Ohrstöpsel, Ohrhörer, intelligente Brillen oder dergleichen.
Stand der Technik
Ohrhörer mit zusätzlicher Funktionalität werden als „Hearables“ bezeichnet. Über Berührung, Gesten oder Sprachsteuerung kann der Nutzer mit dem Gerät interagieren bzw. kommunizieren. Etwa kann Kopfnicken oder Kopfschütteln erkannt werden, um dem Gerät eine zustimmende oder ablehnende Nachricht zu übermitteln. Mithilfe derartiger Gesten kann der Nutzer Einstellungen und Funktionen von Hearable-Geräten durch einfache Kopfbewegungen bedienen.
Aus der US 2009/097689 A, der TWM 482914 U, der US 2013/316679 A, der US 2015/003651 A und der US 2015/036835 A sind Ansätze bekannt, um die Daten von mehreren Sensoren zu kombinieren, um Winkeländerungen des Kopfes in zwei oder drei Dimensionen, d. h. eine Rotation um eine x-, y- und z-Achse, zu verfolgen. Bei den Sensoren kann es sich um Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren und Drucksensoren handeln.
Weiter sind Ansätze bekannt, welche nur die Messdaten eines einzelnen Sensors auswerten. In der US 2012/020502 A werden die Daten eines Drehratensensors verwendet, in der CN 107277661 A die Daten eines Drucksensors und in der US 2006/140422 A die Daten eines Beschleunigungssensors.
Inertialsensoren wie Beschleunigungs- und Drehratensensoren sind deutlich sensibler bezüglich Bewegungsänderungen und robuster gegenüber Umwelteinflüssen als andere Sensoren, wie z.B. Drucksensoren, und dadurch am besten zur Analyse von Bewegungen geeignet.
Die Orientierungsänderung des Geräts im Raum, d.h. die Änderung der Rotationswinkel um x-, y-, und z-Achse, lässt sich durch die Fusion von Drehraten- und Beschleunigungssensordaten bestimmen. Die geschätzte Orientierung weist über kurze Zeit hinweg eine hohe Genauigkeit auf, was gut zur Erkennung von kurzzeitigen Gesten dienen kann. Insbesondere der Stromverbrauch des Drehratensensors ist jedoch relativ hoch. Die Fusion von Drehraten- und Beschleunigungssensordaten trägt ebenfalls zum hohen Stromverbrauch bei.
Falls ausschließlich Drehratensensordaten verwendet werden, können ebenfalls hohe Genauigkeiten in der Erkennung von Kopfgesten erzielt werden, da Kopfnicken und Kopfschütteln Winkeländerungen in verschiedenen Richtungen entsprechen, die durch Integration des Drehratensignals bestimmt werden können. Der Stromverbrauch dieses Ansatzes ist aufgrund der Verwendung des Drehratensensors jedoch ebenfalls deutlich höher im Vergleich zu Methoden, die nur auf Beschleunigungssensordaten beruhen.
Wenn das Koordinatensystem des Geräts entsprechend des Kopfkoordinatensystems ausgerichtet ist, wie z.B. im Fall der intelligenten Brille, ist ein 3-Achsen- Beschleunigungssensor ausreichend, um den Neigungswinkel des Kopfes zu bestimmen. Kopfnicken kann in diesem Fall anhand von Änderungen des Neigungswinkels detektiert werden. Bei Kopfhörern und insbesondere bei Ohrstöpseln kann das Koordinatensystem des Geräts jedoch abhängig vom Nutzer und dessen Gewohnheiten stark vom Kopfkoordinatensystem abweichen, sodass der Neigungswinkel des Geräts zur Erkennung von Kopfnicken im Allgemeinen nicht ausreicht. Des Weiteren ist es nicht möglich, anhand des Neigungswinkels Kopfschütteln zu detektieren.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten sowie eine Vorrichtung für ein am Kopf getragenes Gerät mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche bereit.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfnickgesten unter Verwendung einer Beschleunigungssensoreinrichtung eines am Kopf getragenen Geräts, wobei die Beschleunigungssensoreinrichtung Beschleunigungssignale für drei linear unabhängige Raumrichtungen bereitstellt. Eine Norm einer Gesamtbeschleunigung wird anhand der von der Beschleunigungssensoreinrichtung bereitgestellten Beschleunigungssignale gemessen. Kopfschüttelgesten und Kopfnickgesten werden unter Verwendung der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung erkannt. Das Erkennen einer Kopfschüttelgeste erfolgt in Abhängigkeit von einem Vergleich der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Das Erkennen einer Kopfhickgeste erfolgt in Abhängigkeit von einem Erkennen eines Oszillierens der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung um einen vorgegebenen Beschleunigungswert.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine Vorrichtung für ein am Kopf getragenes Gerät, mit einer Beschleunigungssensoreinrichtung und einer Signalverarbeitungseinrichtung. Die Beschleunigungssensoreinrichtung stellt Beschleunigungssignale für drei linear unabhängige Raumrichtungen bereit. Die Signalverarbeitungseinrichtung berechnet eine Norm einer Gesamtbeschleunigung anhand der von der Beschleunigungssensoreinrichtung bereitgestellten Beschleunigungssignale. Die Signalverarbeitungseinrichtung erkennt unter Verwendung der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten. Die Signalverarbeitungseinrichtung führt das Erkennen einer Kopfschüttelgeste in Abhängigkeit von einem Vergleich der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung mit einem vorgegebenen Schwellenwert durch. Die Signalverarbeitungseinrichtung führt das Erkennen einer Kopfhickgeste in Abhängigkeit von einem Erkennen eines Oszillierens der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung um einen vorgegebenen Beschleunigungswert durch.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Erkennung von Kopfgesten bereit, welches nur auf den Daten eines Beschleunigungssensors basiert sein kann. Das Verfahren ist sowohl für Geräte, die im Ohr (z.B. Ohrstöpsel) oder über dem Ohr (z.B. Kopfhörer) getragen werden, als auch für Brillen anwendbar. Das Verfahren ist robust gegenüber der genauen Position, an der das Gerät getragen wird, und wird kaum durch die Orientierung des Sensors während des Tragens beeinträchtigt. Das Verfahren kann unabhängig davon, wie der Nutzer das Gerät trägt, sehr hohe Detektionsgenauigkeiten erzielen. Dadurch ergibt sich ein großer Anwendungsbereich für unterschiedliche Endgeräte, z.B. Ohrstöpsel, Kopfhörer, Brillen oder dergleichen.
Das Verfahren beruht nur auf Beschleunigungssensordaten, wodurch der Stromverbrauch im Vergleich zu Methoden, die Drehratensensoren verwenden, deutlich verringert wird, und ermöglicht sowohl die Erkennung von Kopfnicken als auch von Kopfschütteln. Das Verfahren zeichnet sich also durch einen geringen Strom- und Ressourcenverbrauch aus.
Im Folgenden wird das dem Verfahren zugrunde hegende Prinzip genauer erläutert. Falls sich die Beschleunigungssensoreinrichtung in einem stationären Zustand befindet, entspricht der Betrag des Beschleunigungssignals dem Betrag der Erdbeschleunigung, d.h. etwa 9,81 m/s2.
Die Beschleunigung, welche die Beschleunigungssensoreinrichtung beim Kopfschütteln zusätzlich durch die Bewegung des Kopfes erfährt, befindet sich in der horizontalen Ebene, d. h. senkrecht zur Erdbeschleunigung. Der Betrag des Beschleunigungssignals ist in diesem Fall größer als der Betrag der Erdbeschleunigung.
Beim Kopfnicken befindet sich die durch diese Kopfbewegung generierte Beschleunigung in der gleichen Ebene wie die Erdbeschleunigung. Je nachdem, ob der Kopf auf oder ab bewegt wird, stimmt die Richtung der Beschleunigung der Kopfbewegung mit der Richtung der Erdbeschleunigung überein oder ist ihr entgegengesetzt. Daraus ergibt sich, dass der Betrag der von der Beschleunigungssensoreinrichtung gemessenen Beschleunigung um die Erdbeschleunigung herum oszilliert. Die Tatsache, dass die gemessene Beschleunigung beim Kopfschütteln größer als die Erdbeschleunigung ist und beim Kopfnicken um die Erdbeschleunigung herum oszilliert, ermöglicht somit eine Unterscheidung von Kopfschütteln und Kopfnicken.
Unter der Bezeichnung „Norm der Gesamtbeschleunigung“ ist eine mathematische Norm zu verstehen. Bevorzugt kann die euklidische Norm bzw. 2-Norm herangezogen werden. Jedoch können auch weitere Normen berechnet werden, etwa eine Summennorm bzw. 1- Norm oder eine p-Norm.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten wird die Kopfschüttelgeste oder Kopfhickgeste nur dann erkannt, wenn eine zeitliche Änderung (etwa eine Zeitableitung) der Beschleunigungssignale (das heißt ein Ruck), welche anhand der von der Beschleunigungssensoreinrichtung bereitgestellten Beschleunigungssignale berechnet wird, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Dadurch können Kopfgesten von anderen Nutzerbewegungen unterschieden werden. Die zugrunde liegende Überlegung ist, dass beim Kopfschütteln und Kopfnicken die Änderungen der Beschleunigungen größer sind als bei der üblichen Verwendung.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten wird zum Erkennen, ob die zeitliche Änderung der Beschleunigungssignale den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, anhand der von der Beschleunigungssensoreinrichtung bereitgestellten Beschleunigungssignale eine Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale berechnet. Die Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale wird mittels eines Tiefpassfilters gefiltert, wobei die gefilterte Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale mit dem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird. Durch Verwendung des Tiefpassfilters kann hochfrequentes Sensorrauschen unterdrückt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten werden zum Berechnen der Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale die Beträge der zeitlichen Ableitungen der Beschleunigungssignale berechnet und addiert.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten wird die berechnete Norm der Gesamtbeschleunigung mittels eines Tiefpassfilters gefiltert, wobei Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten anhand der gefilterten Norm der Gesamtbeschleunigung erkannt werden. Durch Verwendung des Tiefpassfilters kann hochfrequentes Sensorrauschen unterdrückt werden. Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten wird die berechnete Norm der Gesamtbeschleunigung mittels eines Gleitender-Mittelwert (englisch: Moving-Average)-Filters gefiltert, wobei Kopfschüttelgesten und Kopfnickgesten anhand der gefilterten Norm der Gesamtbeschleunigung erkannt werden. Durch Verwendung des Moving-Average-Filters können die für die Berechnung erforderlichen Ressourcen geschont werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten wird die berechnete Norm der Gesamtbeschleunigung mittels eines Filters mit reduzierter Abtastrate gefiltert, wobei Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten anhand der gefilterten Norm der Gesamtbeschleunigung erkannt werden. Durch Verwendung des Filters mit reduzierter Abtastrate können die für die Berechnung erforderlichen Ressourcen geschont werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten wird eine Kopfschüttelgeste nur dann erkannt, falls die Norm der Gesamtbeschleunigung den vorgegebenen Schwellenwert für mindestens eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet. Dadurch können Kopfschüttelgesten von anderen ruckartigen Ereignissen unterschieden werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten entspricht der vorgegebene Beschleunigungswert zum Erkennen der Kopfhickgeste einer Erdbeschleunigung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung für ein am Kopf getragenes Gerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer Norm einer Gesamtbeschleunigung; und Figur 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen von Kopfschütelgesten und Kopfnickgesten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Nummerierung von Verfahrensschriten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschrite gleichzeitig durchgeführt werden.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung 1 für ein am Kopf getragenes Gerät, insbesondere für Ohrstöpsel, Ohrhörer, intelligente Brillen oder dergleichen. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Beschleunigungssensoreinrichtung 2 mit drei Sensorkomponenten 21, 22, 23, welche jeweils eine Beschleunigung entlang einer Raumrichtung erfassen, wobei die Raumrichtungen linear unabhängig sind. Insbesondere können die Raumrichtungen senkrecht zueinander stehen.
Die von den Sensorkomponenten 21, 22, 23 erzeugten Beschleunigungssignale werden an eine Signalverarbeitungseinrichtung 3 der Vorrichtung 1 ausgegeben und von dieser verarbeitet. Die Signalverarbeitungseinrichtung 3 unterscheidet zuerst Kopfgesten von anderen Ereignissen. Hierzu wird eine zeitliche Änderung (Zeitableitung) der Beschleunigungssignale berechnet. Weiter wird eine Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale berechnet, welche anschließend optional mitels eines Tiefpassfilters gefiltert wird. Die gefilterte Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Falls der Schwellenwert überschriten wird, wird eine Kopfgeste erkannt.
Parallel oder anschließend überprüft die Signalverarbeitungseinrichtung 3, ob eine Kopfschütelgeste oder eine Kopfhickgeste vorliegt. Hierzu berechnet die Signalverarbeitungseinrichtung 3 eine Norm einer Gesamtbeschleunigung anhand der von der Beschleunigungssensoreinrichtung 2 bereitgestellten Beschleunigungssignale. Optional wird die berechnete Norm anschließend mitels eines Tiefpassfilters, eines Moving-Average-Filters und/oder eines Filters mit reduzierter Abtastrate gefiltert. Die berechnete Norm der Gesamtbeschleunigung wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Wird der Schwellenwert für eine vorgegebene Zeitspanne überschritten, erkennt die Signalverarbeitungseinrichtung 3 eine Kopfschüttelgeste.
Wird der Schwellenwert nicht überschritten, so überprüft die Signalverarbeitungseinrichtung 3, ob ein Oszillieren der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung um einen vorgegebenen Beschleunigungswert vorliegt. Beispielweise kann die Signalverarbeitungseinrichtung 3 überprüfen, ob der vorgegebene Beschleunigungswert in einem vorgegebenen Zeitfenster öfter als eine vorgegebene Anzahl überschritten bzw. unterschritten wird. Wird eine Oszillation erkannt, erkennt die Signalverarbeitungseinrichtung 3 eine Kopfhickgeste.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer Norm einer Gesamtbeschleunigung für abwechselndes Kopfschütteln und Kopfnicken. Ein erster Signalverlauf B 1 entspricht einer Kopfschüttelgeste. Hierbei tritt eine großer Wert der berechneten Norm A der Gesamtbeschleunigung auf, d. h. der vorgegebenen Schwellenwert wird überschritten. Ein zweiter Signalverlauf B2 entspricht einer Kopfhickgeste. Hierbei oszilliert die berechnete Norm A der Gesamtbeschleunigung um die Erdbeschleunigung g herum.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen von Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten.
In einem ersten Schritt S1 erzeugen Sensorkomponenten 21, 22, 23 einer Beschleunigungssensoreinrichtung 2 eines am Kopf getragenen Geräts Beschleunigungssignale für drei linear unabhängige Raumrichtungen.
Zumindest teilweise parallel oder auch in beliebiger Reihenfolge zeitlich aufeinanderfolgend wird erkannt, ob eine Kopfgeste vorliegt, S2, und ob bei Vorliegen einer Kopfgeste eine Kopfschüttelgeste oder Kopfhickgeste vorliegt, S3.
Zum Erkennen, ob eine Kopfgeste vorliegt, S2, werden zuerst zeitliche Ableitungen der Beschleunigungssignale berechnet, S21. Weiter wird eine Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale berechnet, etwa eine LI -Norm, wozu die Beträge der zeitlichen Änderung der einzelnen Beschleunigungssignale separat berechnet und addiert werden, S22. Die Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale wird mittels eines Tiefpassfilters gefiltert, S23, und die gefilterte Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen, S24. Falls der Schwellenwert überschritten wird, wird eine Kopfgeste erkannt, S25. Es ist jedoch noch nicht bekannt, ob es sich um eine Kopfschüttelgeste oder eine Kopfhickgeste handelt. Dies wird in Schritt S3 bestimmt, wobei Merkmale extrahiert werden, anhand derer die detektierte Kopfgeste als Kopfschütteln oder Kopfnicken klassifiziert werden kann.
Zum Erkennen, ob bei Vorliegen einer Kopfgeste eine Kopfschüttelgeste oder Kopfhickgeste vorliegt, S3, wird zuerst eine Norm einer Gesamtbeschleunigung anhand der von der Beschleunigungssensoreinrichtung 2 bereitgestellten Beschleunigungssignale berechnet, S31. Im stationären Zustand entspricht dies dem Betrag der Erdbeschleunigung .
Die berechnete Norm der Gesamtbeschleunigung wird mittels eines Tiefpassfilters gefiltert, S32. Die gefilterte Norm der Gesamtbeschleunigung wird weiter zusätzlich mittels eines Moving-Average-Filters zum Bestimmen des gleitenden Mittelwertes oder mittels eines Filters mit reduzierter Abtastrate gefiltert, S33.
Die gefilterte Norm der Gesamtbeschleunigung wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Wird diese für eine vorgegebene Zeitspanne überschritten, wird eine Kopfschüttelgeste erkannt, S34, sofern eine Kopfgeste vorliegt. Falls in Schritt S25 erkannt wird, dass tatsächlich eine Kopfgeste vorliegt, wird eine Kopfschüttelgeste erkannt, S41.
Wird erkannt, dass die gefilterte Norm der Gesamtbeschleunigung für eine vorgegebene Zeitspanne um den Betrag der Erdbeschleunigung herum oszilliert, wird eine Kopfhickgeste erkannt, sofern eine Kopfgeste vorliegt. Falls in Schritt S25 erkannt wird, dass tatsächlich eine Kopfgeste vorliegt, wird eine Kopfhickgeste erkannt, S42.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Erkennen von Kopfschütelgesten und Kopfhickgesten unter Verwendung einer Beschleunigungssensoreinrichtung (2) eines am Kopf getragenen Geräts, wobei die Beschleunigungssensoreinrichtung (2) Beschleunigungssignale für drei linear unabhängige Raumrichtungen bereitstellt, mit den Schriten:
Berechnen (S31) einer Norm einer Gesamtbeschleunigung anhand der von der Beschleunigungssensoreinrichtung (2) bereitgestellten Beschleunigungssignale; und
Erkennen (S4) von Kopfschütelgesten und Kopfnickgesten, unter Verwendung der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung; wobei das Erkennen (S42) einer Kopfschütelgeste in Abhängigkeit von einem Vergleich der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung mit einem vorgegebenen Schwellenwert erfolgt; und wobei das Erkennen (S41) einer Kopfhickgeste in Abhängigkeit von einem Erkennen eines Oszillierens der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung um einen vorgegebenen Beschleunigungswert erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kopfschütelgeste oder Kopfnickgeste nur dann erkannt wird, wenn eine anhand der von der
Beschleunigungssensoreinrichtung (2) bereitgestellten Beschleunigungssignale berechnete zeitliche Änderung der Beschleunigungssignale einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet (S2).
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zum Erkennen, ob die zeitliche Änderung der Beschleunigungssignale den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, anhand der von der Beschleunigungssensoreinrichtung (2) bereitgestellten Beschleunigungssignale eine Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale berechnet wird (S22), wobei die Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale mitels eines Tiefpassfilters gefiltert wird (523), und wobei die gefilterte Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale mit dem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird
(524). Verfahren nach Anspruch 3, wobei zum Berechnen (S22) der Norm der zeitlichen Änderung der Beschleunigungssignale die Beträge der zeitlichen Ableitungen der Beschleunigungssignale berechnet und addiert werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die berechnete Norm der Gesamtbeschleunigung mittels eines Tiefpassfilters gefiltert wird (S32), und wobei Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten anhand der gefilterten Norm der Gesamtbeschleunigung erkannt werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die berechnete Norm der Gesamtbeschleunigung mittels eines Moving-Average-Filters gefiltert wird (S33), und wobei Kopfschüttelgesten und Kopfnickgesten anhand der gefilterten Norm der Gesamtbeschleunigung erkannt werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die berechnete Norm der Gesamtbeschleunigung mittels eines Filters mit reduzierter Abtastrate gefiltert wird (S33), und wobei Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten anhand der gefilterten Norm der Gesamtbeschleunigung erkannt werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Kopfschüttelgeste nur dann erkannt wird, falls die Norm der Gesamtbeschleunigung den vorgegebenen Schwellenwert für mindestens eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vorgegebene Beschleunigungswert zum Erkennen der Kopfhickgeste einer Erdbeschleunigung entspricht. Vorrichtung (1) für ein am Kopf getragenes Gerät, mit: einer Beschleunigungssensoreinrichtung (2), welche dazu ausgebildet ist, Beschleunigungssignale fur drei linear unabhängige Raumrichtungen bereitzustellen; und einer Signalverarbeitungseinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist: a. eine Norm einer Gesamtbeschleunigung anhand der von der Beschleunigungssensoreinrichtung (2) bereitgestellten Beschleunigungssignale zu berechnen, und b. unter Verwendung der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung Kopfschüttelgesten und Kopfhickgesten zu erkennen, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, das Erkennen einer Kopfschüttelgeste in Abhängigkeit von einem Vergleich der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung mit einem vorgegebenen Schwellenwert durchzuführen; und wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, das Erkennen einer Kopfhickgeste in Abhängigkeit von einem Erkennen eines Oszillierens der berechneten Norm der Gesamtbeschleunigung um einen vorgegebenen Beschleunigungswert durchzuführen.
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