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手机躺在跑步机储物槽里也能精确计步华为是如何做到的?

鏃ユ湡;2019-06-17  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  人在走路过程中,身体各部位都有不同程度的运动,以手腕为例,会规律地前后摆动,产生的加速度可以分解成重力加速度和甩手加速度。其中,重力加速度始终垂直于大地,甩手动作使得加速度呈现周期性变化。

  最原始的计步器是机械式的,就是利用摆锤的原理,人走路的时候带动摆锤摆动,人走一步,摆锤摆一下,和金属接触通电一次,就完成了一次计步。

  但是,走路归走路,带个锤子太不方便。于是,在这个原理的基础上,人们又发明了电子计步器。

  手机上的电子计步器,出于体积和功耗的原因,一般采用电容式加速度传感器(Accelerometer),这个传感器有两个极,一个电极是固定的,另一个电极是弹性膜片。走路时,这个弹性膜片就会移动位置,使电容量发生变化,通过电路检测电容变化,进而测量出加速度。

  然后,传感器将数据传给计步器的大脑,一个运算单元(MCU),MCU基于算法将传来的加速度数据进行整合分析,判断出这个人是否在走或者跑,并记录走或跑多少步。

  当然,计步器在人身上所处的部位不同,产生的加速度可能不一样;还有,我们不像解放军叔叔走路那么标准,这些都容易让加速度没有上面那个图有规律。因此,要把步数计算出来,就要通过算法来处理这些信号数据。

  现在,很多智能手机中就安装了这种计步器,各种运动健康类APP可以直接获取数据,方便快捷,又便于分享。

  然而,自从有了步数排行榜,人类追求上(炫)进(耀)的心又激发了无数智慧,比如有人通过摇晃手机来增加计步数据。

  很简单,要么买一款智能手表或者智能手环戴上跑步,要么通过腰带或者臂带把手机绑身上。

  据统计,80%跑步机跑步的人,手机放在跑步机的储物槽里。有没有一款手机躺在跑步机的储物槽里,既能让我们正常使用手机,又能准确计算跑步机上跑的步数呢?

  华为Mate 20系列,经过长达超过12个月的开发,率先解决了这个问题——手机躺在跑步机的储物槽里也能精确计步!

  手机正常情况下计步依靠识别人的“摆锤”,而在跑步机上是通过识别“振动”来实现的。

  要让手机躺在跑步机的储物槽上精确识别走、跑、踏步带来的振动,首先就面临两个难题:

  第二, 健身房环境嘈杂,干扰因素众多,尤其是跑步机本身传送带的振动非常大,都会传递给手机,带来很大干扰噪声。

  想要的声音“非常小”,无用的噪声“非常大”,还要把“非常小”从里面抽离出来。这无异于在闹市里要听清楚老板的电话。

  华为工程师要解决的第一个难题,就是要收集跑步机振动的原始数据。为此,他们申请到了一个“小小的福利”——本项目期内可以无上限报销健身卡。

  发际线逐年消失的华为工程师们,这次纷纷办起了健身卡,办公区附近的健身会馆也开始转亏为盈。

  历经长达两个多月的日夜兼程,跑出了博尔特式强壮肌肉的华为工程师们终于收集了大量来自健身房的数据,经过分析,初步建立了跑步机的噪声振动模型。

  找到了噪声模型,又该如何最大化降低噪声与干扰呢?要知道,跑步机上跑步的不一定都是有“份量”的汉子,还有广大娇小的女生,她们在跑步机上“迈开莲步”,有时候简直是润物细无声,一丁点的噪声与干扰都会影响到计步的准确。

  要知道,通信领域一度也面临着噪声与干扰的难题。相信很多人都遭遇过通话时杂音干扰、甚至掉话的经历。从GSM到LTE,华为在与通信界的哼哈二将——噪声与干扰长年打交道中,早就累积了一大街世界领先的消除噪声与干扰技术。

  这一次,一些老本行的技术与经验,又可以派上用场了!他们根据噪声振动模型,设计了一款自适应滤波器,将跑步机的各种噪声干扰信号一层层过滤,终于“抽丝剥茧”般提取出步点的振动信号。

  为三十年的通信积累,像打通了数学和算法的“任督二脉”,融会贯通终于把跑步机的“脉搏”诊断出来了。

  然鹅,事情远远没那么简单,这个模型,在不同的健身房,不同的跑步机、不同的储物槽上都适用吗?

  进一步发散,每个人体重不同、跑步方式不一样,不同手机壳、甚至手机看视频和听音乐、手机放在面板上看视频等等都不一样,又怎么区分并精准计步?

  一个个不眠的夜晚讨论下来,项目组负责人最后想到了一个最笨也是最聪明的办法:

  历经长达数月的海量运动数据收集,他们通过华为麒麟芯片的强大AI自学习能力和算法,不断调优计步模型,最终能够适配不同体重不同性别的用户、不同手机外壳、Top20品牌不同型号的跑步机、常见各种健身房的环境……

  而对于走或跑过程中,手机状态的各种变化,如一会拿起来拍照、发个消息,一会放回储物槽看看视频,Mate 20系列的AI自学习算法,也能够在华为自由感知引擎的辅助下,对采集的海量数据进行分析,在时域和频域上找到手机不同状态的特征,从而精准识别手机状态,并基于深度学习的神经网络模型不断调优计步算法。

  这就相当于,篮球运动员通过不断练习,能够根据不同位置不同角度,采取对应的投球姿势和力度——距离远时大力投球、突破扣篮时三步跨栏……

  不管Mate 20系列手机是带在身上、捧在手心、还是放在跑步机上走跑,它都能准确识别出来,都能采用相对应的计步模型实现精确计步。

  值得一提的是,经过不断优化,华为Mate 20系列跑步机计步黑科技,计步准确率已经高达96%!达到了手机带在身上一样的水平。

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