Что такое гироскоп в смартфоне для чего он нужен: Гироскоп в телефоне: для чего он нужен. Гироскоп в планшете

Смартфон Xiaomi Redmi 4a
Смартфон Xiaomi Redmi 5
Смартфон Xiaomi Redmi 5a

Для чего нужны гироскоп и акселерометр в мобильном телефоне? В чем их отличия?

Многие люди держат в руках новейшие технологии и восхищаются всем, что они могут делать с сенсорами смартфонов или мобильных устройств Android. Вы редко задаетесь вопросом, для чего используются определенные функции вашего устройства, но слышали ли вы когда-нибудь о гироскоп и акселерометр, продолжайте чтение.

Для чего нужны гироскоп и акселерометр в мобильном телефоне?

Мы редко исследуем внутренние системы наших электронных устройств, но мы использовали их функции, например измерять калории во время бега . Возможно, это не позволило нам адекватно или полностью использовать датчики, которые у них есть, поэтому мы расскажем, как работают два электронных датчика.

Однако, чтобы вы лучше понимали его функцию, мы покажем вам что такое гироскоп и акселерометр , для чего они используются и чем они отличаются. Важно понимать, что без этих датчиков многие приложения, которые вы используете ежедневно, не работали бы, и они зависят от модели Android. 

Что такое гироскоп?

Это датчик, который находится на материнской плате мобильного телефона и преобразует информацию, передаваемую другим датчиком, который мы называем акселерометром. Тогда этот датчик гироскопа измеряет негравитационное ускорение устройства , что позволяет нам указать точное местоположение нашей позиции, а также указать наши движения.

Функции гироскопа

Эти основные функции можно использовать после того, как активированный ou активировал гироскоп вашего смартфона или мобильного устройства . Чтобы вы максимально использовали свое мобильное устройство, они знают, для чего нужен гироскоп и что в будущем они, вероятно, будут становиться лучше с каждым днем.

• Определите скорость фокусировки мобильного телефона.
• Позволяет делать повернуть экран .
• Это помогает акселерометру записывать направление поворота.

• Если это фото, то с этим сенсор, вы можете применять фильтры к своим фотографиям , создавайте супер-реальные эффекты.
• Управляйте движениями в процессе игры в виртуальной реальности.
• Вы можете рассчитать расстояние до места, чтобы приспособить объект к этому пространству, например, чтобы найти большой объект.
• Вы можете проецировать реальное изображение, смоделированное изображение, это называется дополненная реальность .
• В играх виртуальной реальности, где мы используем гарнитуры, используется этот датчик, который заставляет что-то выглядеть реальным.
• Он позволяет формировать проекцию на 360 ° как для изображений, так и для видео, и эта опция есть в нескольких приложениях. Стоит проверьте, может ли ваше устройство использовать функцию 360 ° для видео , прежде чем вы попытаетесь его использовать, и не расстраивайтесь.

Что такое акселерометр?

Этот небольшой внутренний датчик нашего устройства фиксирует, в каком направлении оно было перемещено, будь то в вертикальном или горизонтальном направлении. Как мы уже упоминали, этот датчик работает в сочетании с датчиком гироскопа , обнаруживая различные движения ускорения.

Функции акселерометра

Ниже мы покажем вам функции или Quoi Серт акселерометр на вашем мобильном телефоне , скорее всего, вы сможете их идентифицировать, потому что вы их использовали.

• Он измеряет ускорение свободного падения веса и его изменения.
• Обнаружение вибрации в зависимости от используемого приложения.
• Рассчитайте расстояния.
• Если вы находитесь в движении, например, бегаете или бегаете трусцой, это позволяет вам подсчитать, насколько быстро вы принимаете пищу и даже сколько калорий вы потребили.
• Вы можете измерить воздействие от слабого до среднего, 
• Обычно это заставляет срабатывать остро нужные нам будильники.
• Перейти к разблокировке экрана.
• Доступ к музыке одним касанием.

В чем их отличия?

Возможно, мы могли бы подумать, что гироскоп и акселерометр – это одно и то же, но это не разные электронные компоненты, а что они работают как одна команда. 

1. Гироскоп получает вращение, а акселерометр не .
2. Акселерометр не имеет электронной способности различать происхождение движений.
3. Гироскоп может определять ориентацию в точке.
4. Акселерометр – линейный, гироскоп – угловой.

Эти датчики различаются в зависимости от модели устройства Android, и по мере выхода новых версий они будут включать датчики гироскопа и акселерометра. При использовании приложения, требующие гироскопа и акселерометра, вы поразмышляете над тем, что читаете здесь, и это побудит вас узнайте о других датчиках на вашем мобильном телефоне.

Как откалибровать датчики в смартфоне | Смартфоны | Блог

Производители редко об этом говорят, но в вашем смартфоне очень много датчиков. Зачем? Они экономят заряд аккумулятора, делают комфортной навигацию, избавляют от ошибочных нажатий и многое другое. Но случается так, что некоторые датчики начинают работать некорректно. Разбираемся, как откалибровать датчики смартфона вручную и возможно ли это вообще.

Какие бывают датчики в смартфоне и зачем они нужны?

Современные мобильные устройства обладают большим набором датчиков, и изредка среди них встречаются необычные варианты вроде измерения температуры и влажности окружающей среды, ультрафиолета и пульса, как это случилось со смартфоном Blackview BV9900.

Но стандартный набор включает в себя совсем другие, более привычные датчики.

Самым популярным из них можно смело назвать акселерометр. Предназначен для измерения ускорения по трем осям координат (X — поперечная, Y — продольная и Z — вертикальная) с учетом силы тяжести. Благодаря полученным данным смартфон словно начинает понимать свое положение в пространстве, и появляются такие функции, как автоповорот экрана или запуск приложений встряхиванием смартфона. Нашел себе применение акселерометр еще в некоторых играх и приложениях — за счет него при наклонах смартфона можно управлять чем-либо на экране. Такой способ управления станет хорошим дополнением сенсорному экрану.

Вторым по популярности идет датчик приближения (или приближенности), который отключает экран при телефонных разговорах, если смартфон находится возле уха (или любой другой части тела). А еще он может, наоборот, предотвратить включение дисплея, когда девайс находится в кармане. Почти все современные смартфоны оснащены отдельным датчиком приближения, но в некоторых устройствах реализован программный метод отключения экрана при разговоре, о котором в статье будет рассказано чуть позже.

Датчик освещенности (освещения) тоже почти всегда используется за исключением редких бюджетных моделей. Он измеряет уровень внешнего освещения в люксах, и отвечает за автоматическую настройку яркости в зависимости от внешних условий. Более того, в некоторых смартфонах автояркость неотключаемая, а вместе с подсветкой может изменяться и насыщенность цветовых оттенков.

Через магнитометр (компас) измеряется внешнее магнитное поле, а точнее его напряженность по трем осям. Как нетрудно догадаться, компас нужен для определения сторон света, а также он упрощает работу с приложениями-навигаторами — на картах гораздо быстрее получается определить направление движения. Магнитометр, к сожалению, есть уже не во всех смартфонах, но вполне может обнаружиться в бюджетном устройстве.

Гироскоп, который иногда путают с акселерометром, на самом деле работает с ним в паре и пригодится для измерения скорости вокруг осей X, Y и Z. Без гироскопа невозможно смотреть 360-градусные видеоролики и пользоваться технологией VR, так как смартфон не сможет отследить и зафиксировать движения в трехмерном пространстве. Без гироскопа нельзя комфортно играть и в некоторые игры. Самым популярным примером является Pokemon Go, в которой пользователи с девайсами, у которых нет гироскопа, не могут включить режим дополненной реальности и ловить покемонов через камеру.

Частым гостем в смартфонах стал датчик под названием шагомер, который измеряет количество пройденных пользователем шагов. Без него некоторые приложения, предназначенные для отображения физической активности пользователя, либо вовсе не будут работать, либо у них станет доступна лишь часть функционала. При этом есть софт, который замеряет шаги только при помощи акселерометра, но такой метод подсчета будет менее точным.

Завершает список популярных датчиков барометр — он встречается обычно в дорогих смартфонах, либо в некоторых защищенных девайсах среднего ценового сегмента. Барометр измеряет атмосферное давление и высоту над уровнем моря, и в целом датчик, как и магнитометр, может стать полезным дополнением при навигации.

Полный список датчиков, доступных в смартфоне, можно посмотреть, установив на смартфон одно или несколько бесплатных приложений, среди которых выделяются Device Info, Датчикер и Senson Kinetics, но список достойных вариантов на этом вовсе не заканчивается. Интересно же то, что иногда в списках вы можете увидеть слово Virtual, что указывает на программное происхождение датчика, и давайте попробуем разобраться в том, что это такое.

Что такое виртуальные датчики?

Под виртуальными понимаются датчики, которые работают исключительно за счет других датчиков или благодаря некоторым функциям смартфона. Такие датчики еще называют программными, то есть, на уровне железа в мобильном устройстве их нет, и по точности они всегда хуже, чем реальные датчики. К сожалению, калибровке такие датчики не поддаются, разве что производитель сам не создаст софт с таким функционалом.

Для примера можно привести современный аппарат Samsung M21, у которого именно виртуальные датчики освещенности и приближения. Внешнее освещение в смартфоне на самом деле измеряется с помощью фронтальной камеры, а вместо отдельного датчика приближения трудится экран, который отключается, когда вы касаетесь верхней его части при телефонных разговорах. Проблема в том, что в случае с приближением экран может не выключиться, если на вас надета шапка, а освещенность наверняка будет измеряться менее точно, что сделают работу автояркости менее чувствительной и более долгой.

А вот у бюджетных смартфонов Vivo и realme часто встречается виртуальный гироскоп, работа которого основана на акселерометре, и, вероятно, магнитометре. При просмотре 360-градусных видео можно заметить, что виртуальный вариант датчика реагирует на повороты менее точно, чем реальный, а картинка меняется не так плавно, как хотелось бы.

Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что виртуальные датчики делаются с целью экономии, а точнее для снижения стоимости смартфонов, но в целом, несмотря на недостатки, программные варианты чаще всего лучше, чем ничего.

Почему датчики перестают правильно работать и как это определить?

Причин, по которым датчики могут некорректно работать, может быть множество, и в некоторых случаях поможет только их замена, а иногда датчики по вине производителя плохо функционируют уже из коробки, и даже ремонт не способен устранить неисправность. Но рассмотрим варианты, когда любому пользователю под силу что-то изменить.

Нередко датчики приближения и освещенности начинают некорректно работать из-за наклеенной на экран пленки или защитного стекла, в которых не предусмотрен вырез для датчиков либо он сделан не слишком точно. Рано или поздно аксессуары, созданные для защиты дисплея, загрязняются и покрываются царапинами, и вот тогда во время разговора подсветка экрана может быть постоянно выключенной, а функция автояркости будет всегда стремиться сделать уровень подсветки меньше, чем это необходимо. В таком случае следует полностью снять пленку или стекло, либо попытаться сделать вырез для датчиков.

Еще одна трудность в том, что датчики приближения и освещенности трудно заметить на корпусе черного цвета, и обычно их становится видно, только после поднесения аппарата к яркому источнику света и рассматривания на предмет небольших маленьких точек на передней части смартфона, а точнее над дисплеем. В некоторых случаях датчики находятся на верхней грани, но тогда им ничего не должно мешать, если производитель грамотно реализовал их работу (а судя по отзывам, такое бывает не всегда).

Плохо работающий гироскоп, как и акселерометр, можно определить в уже упомянутых ранее приложениях, отображающих датчики в смартфоне. Если на неподвижно лежащем устройстве постоянно ощутимо меняются показатели хотя бы по одной из осей, то от таких датчиков совершенно не будет толка. Ниже на скриншоте можно посмотреть как выглядят нормальные значения в приложении Датчикер при неподвижно лежащем девайсе на ровной поверхности.

Недостаточно точный магнитометр в приложениях-компасах чаще всего пользователю будет предложено откалибровать, но еще оценку работы датчика можно получить из софта GPS-тест.

Как откалибровать (починить) датчики?

Калибровка компаса происходит за счет определенных действий, которые в зависимости от софта могут отличаться, но информация о которых наверняка должна появиться на экране приложений-компасов. 

Через приложение GPS Status получается откалибровать не только компаc, но и акселерометр, а также, при необходимости, можно сбросить данные GPS, что в некоторых случаях может улучшить работу навигации.

Если реакции на калибровку нет, и точность компаса оставляет желать лучше, то на Android-устройствах стоит попробовать установить приложение Цифровой компас и направление Qibla, которое иногда выручает, когда другие варианты оказываются бесполезны.

При настройке датчика приближения, а точнее при сбросе его настроек, иногда помогает софт Proximity Sensor Reset, в котором нужно следовать инструкциям на экране. Впрочем, судя по отзывам, не всем помогает такой метод, но альтернативных вариантов на самом деле немного.

В некоторых смартфонах откалибровать часть сенсоров получается прямо из настроек операционной системы. Точное расположение настроек давать нет смысла, так как в зависимости от модели оно может отличаться, но на скриншотах ниже можно посмотреть на то, как может выглядеть меню с функцией калибровки (на примере смартфонов AGM A10 и Ulefone Armor X7).

Предусмотрена калибровка и в инженерном меню для некоторых смартфонов, работающих на чипсетах от MediaTek. Попасть в инженерное меню можно, набрав  ‎*#*#3646633#*#*, или через приложение MTK Engineering Mode. Перед этим возможно потребуется активировать права разработчика зайти в «Настройки смартфона/Информация о телефоне» и шесть раз нажав на пункт «Информация о сборке» (названия могут немного отличаться).

Попав в инженерное меню, следует открыть вкладку Hardware Testing, а затем выбрать пункт Sensor, после чего должен открыться список с сенсорами, доступными для калибровки. Далее калибровка запускается нажатием на кнопку Start Calibration, после чего могут появиться подсказки о том, как правильно завершить калибровку.

Однако даже если в списке присутствует акселерометр (G-sensor), гироскоп и датчики приближения и освещенности, то при попытке калибровки вас может ждать неудача, а на экране — появиться надпись Fail. Такое бывает, и с этим ничего не поделаешь. Универсального метода устранения неполадок с некоторыми датчиками не существует, а иногда это и вовсе невозможно, но стоит опробовать все методы, описанные в статье.

Для смартфонов Xiaomi предусмотрена следующая инструкция для калибровки датчика приближения:

1. В поле вызова набираем символы и числа *#*#6484#*#*.
2. Попав в инженерное меню, нажимаем на три точки в правом верхнем углу — Additional tools.
3. Переходим пункт под названием Proximity sensor.
4. Жмем кнопку Calibrate. Работу датчика можно проверить путем его закрытия и открытия пальцем. При срабатывании датчика верхнее значение меняется с 5 на 0.

В меню Additional tools еще есть калибровка акселерометра и гироскопа — достаточно лишь следовать инструкциям в верхней части экрана.

Также можно посмотреть видеоинструкию:

Эксплуатация мобильных датчиков

Мы показываем, что гироскопы MEMS, используемые в современных смартфонах, достаточно чувствителен для измерения акустических сигналов вблизи телефон. Результирующие сигналы содержат только очень низкочастотные информации (< 200 Гц). Тем не менее мы показываем, используя обработку сигналов и машинного обучения, что этой информации достаточно, чтобы идентифицировать информацию о говорящем и даже анализировать речь. Начиная с iOS и Android не требуют специальных разрешений для доступа к гироскопу, как показывают наши результаты что приложения и активный веб-контент, которые не могут получить доступ к микрофону тем не менее, может подслушивать речь рядом с телефоном.

Полное сообщение USENIX’14:

Полный лист:
На веб-сайте безопасности USENIX ( 23-й симпозиум по безопасности USENIX (USENIX Security 14) )
Локальная копия: Гироскоп: Распознавание речи по сигналам гироскопа

Репозиторий Git на Bitbucket.org: https://bitbucket.org/ymcrcat/gyrophone/
Репозиторий содержит приложение Android и код Matlab.

Скачать Android-приложение (для выборки гироскопа): гиром.APK

Исходный код приложения для Android можно найти в каталоге App . Его можно построить с помощью Eclipse или ant . Чтобы построить с помощью системы сборки ant, просто перейдите к каталог приложений и запустите

 $ ant debug 

Вот веб-страница, демонстрирующая запись показаний датчика гироскопа с помощью кода Javascript. Вы должны просмотреть его используя ваше мобильное устройство. Данные самописца никуда не передаются, и можно для сохранения записанных показаний датчика в файл.

Данные:
Однозначное произношение, используемое для записи
Соответствующие записи гироскопа
Записи гироскопа преобразованы в файлы WAV (подкаталоги “1”, “2” и “3” соответствуют осям гироскопа)

Авторы: Ян Михалевский, Габи Накибли и Дэн Боне.

Мы демонстрируем, как множество датчиков на смартфоне можно использовать для создать надежный аппаратный отпечаток телефона.Такой отпечаток пальца можно использовать для деанонимизации мобильных устройств при их подключении на веб-сайты, а также в качестве второго фактора в идентификации законных пользователей для удаленный сервер. Мы представляем две реализации: одна основана на анализ АЧХ громкоговорителя-микрофона системы, а другой основан на анализе акселерометра конкретного устройства. ошибки калибровки. Наш отпечаток пальца на основе акселерометра особенно интересно, потому что акселерометр доступен через JavaScript работает в мобильном веб-браузере без запроса каких-либо разрешений или уведомление пользователя.Представляем результаты самого обширного датчика эксперимент по снятию отпечатков пальцев, проведенный на сегодняшний день, в ходе которого измерялись свойства сенсора с более чем 10 000 мобильных устройств. Мы показываем, что энтропия от датчика отпечатков пальцев достаточно, чтобы однозначно идентифицировать устройство среди тысячи устройств с низкой вероятностью столкновения.

Полный лист: Идентификация мобильного устройства с помощью сенсорного отпечатка пальца

Авторы: Христо Божинов, Дэн Боне, Ян Михалевский и Габи Накибли.

Точность датчика смартфона варьируется от устройства к устройству в мобильных исследованиях: случай пространственной ориентации

Сначала мы опишем исключение подозрительных значений броска. Затем представлена ​​описательная статистика отклонений по тангажу и крену, а затем статистический анализ, сравнивающий различные смартфоны.

Исключение значений крена при тангаже 85°

Значения крена, полученные при тангаже 85°, были исключены из всех комбинированных анализов, поскольку они показали необычно большие отклонения от объективных значений.Отклонения от объективных значений крена составили от – 28,5° до 55,7° (SD = 9,9°) при углах тангажа 85°. Отклонения от объективных значений крена для всех остальных углов тангажа составили от – 11,6° до 10,0° (SD = 1,8°). Возможные объяснения и интерпретации этой качественной разницы рассмотрены в разделе «Обсуждение». Основная гипотеза состоит в том, что угол 85° слишком близок к 90°, при котором нет значимых значений крена.

Влияние строительного материала RollPitcher

Мы провели измерения с помощью двух RollPitcher, которые различались материалом, из которого они были изготовлены, из металла и другого из пластика. Чтобы оценить, влияет ли материал RollPitcher на измерение, мы выполнили ту же процедуру измерения на идентичных смартфонах в RollPitcher в короткой последовательности. Это было выполнено с четырьмя разными смартфонами. Байесовские повторные измерения ANOVA с устройством RollPitcher были рассчитаны как переменная повторных измерений и отклонение основного тона как зависимая переменная. Фактор Байеса был BF ₁₀ = 0,156, не предоставляя доказательств эффекта устройства, но умеренные доказательства в пользу отсутствия различий.Величина эффекта фактора повторных измерений составила η ² = 0,0004, что указывает на то, что менее 0,1% дисперсии отклонений основного тона можно отнести к устройству RollPitcher. Результаты по отклонению крена были аналогичны BF ₁₀ = 0,136 и η ² < 0,001.

Отклонения тангажа и крена от объективных значений

Распределения отклонений измеренных датчиком значений тангажа и крена от объективных углов показаны на рис. 4. Распределения основаны на данных, собранных через браузер смартфонов.Среднее отклонение составило 0,05° по тангажу в диапазоне от –17,8° до 8,1° (SD = 1,2°). Для значений крена среднее отклонение составило 0,20° в диапазоне от –11,6° до 10,0° (SD = 1,8°). Рисунок 4 приложения показаны на рис. 5. Раздачи аналогичны тем, которые собирались через браузер.Среднее отклонение составило 0,05° по тангажу в диапазоне от – 5,71° до 3,48° (SD = 1,1°). Для значений крена среднее отклонение составило 0,21° в диапазоне от –14,7° до 10,3° (SD = 2,0°). Рис. 5 браузер и родное приложение были r = 0,91 для шага и r = .90 за рулон. В целом, результаты показывают высокое, хотя и не идеальное, совпадение между двумя режимами измерения.

Сравнение устройств и режима измерения

Байесовские повторные измерения Были рассчитаны ANOVA для абсолютных отклонений значений тангажа и крена от объективных углов. Это позволяет сравнивать отклонения в обоих направлениях и устраняет возможность того, что неточности в обоих направлениях компенсируют друг друга. Таким образом, это позволяет лучше сравнивать неоднородность между устройствами и программным обеспечением.Фактором повторных измерений был способ измерения, то есть родное приложение или веб-браузер. 56 смартфонов были включены в качестве промежуточного фактора. Результаты для значений отклонения шага показаны в таблице 2.

Неоднородность отклонений основного тона из-за смартфона показала очень сильную поддержку влияния смартфона с коэффициентом Байеса BF ₁₀ = 1,32 * 10 ¹⁰³ .Объясняемая дисперсия отклонений высоты тона смартфоном составила η ² = 0,38. Кроме того, коэффициент Байеса для повторных измерений подтверждает разницу отклонений основного тона из-за способа измерения, BF ₁₀ = 75,81, но объясняемая дисперсия была очень небольшой с η ² = 0,001. Включение смартфона в нулевую модель и вычисление коэффициентов Байеса для добавления взаимодействия показали очень сильную поддержку улучшения модели, BF ₁₀ = 9. 64*10 ⁹ . Этот результат означает, что режим измерения, браузер и собственное приложение, не влиял на все устройства одинаково, при этом некоторые устройства показали большие различия, чем другие. Средние абсолютные отклонения и их стандартные отклонения для браузерных значений высоты тона показаны на рис. 6. Рисунок 6Результаты для крена согласуются с результатами для тангажа. Фактор Байеса для повторных измерений действительно свидетельствовал о разнице отклонений по крену из-за способа измерения, BF ₁₀ = 0,08. Объясняемая дисперсия была очень низкой: η ² < 0,001. Неоднородность отклонений по крену из-за смартфона показала очень сильную поддержку влияния смартфона с коэффициентом Байеса BF ₁₀ = 1,73 * 10 ¹³⁶ . Объясняемая дисперсия отклонений по крену смартфоном была выше по сравнению с отклонениями по тангажу, η ² = .57.

При включении смартфона в нулевую модель и вычислении коэффициентов Байеса для добавления режима измерения и взаимодействия основной эффект режима измерения не улучшил модель , BF ₁₀ = 0,08, но снова произошло взаимодействие, BF ₁₀ = 4,23 * 10 ¹³ . Это означает, что для некоторых смартфонов режим измерения изменяет значения, но не в качестве основного эффекта.Средние абсолютные отклонения и их стандартные отклонения для браузерных значений крена показаны на рис. 7.

Средние абсолютные отклонения на основе браузера от объективных значений броска и их SD для смартфона данные браузера были доступны для всех устройств.

Линейная смешанная модель со смартфоном в качестве случайного эффекта была рассчитана для сравнения отклонений значений тангажа с отклонениями значений крена.Анализ подтвердил впечатление от описательных сюжетов. Отклонения от целевых значений крена превышали отклонения от значений тангажа в среднем на 0,36°, t (3260) = 10,91, p < 0,001, d = 0,28.

Гипотеза 3, согласованность отклонений в пределах одного и того же смартфона, была проверена с помощью ICC. Нас интересовало постоянство отклонений при измерении различных углов объектива. Для значений шага неточности показали умеренную согласованность внутри устройств, ICC = . 26, р < 0,001. Это означает, что отклонения измерения основного тона в устройстве были в некоторой степени одинаковыми во всех случаях измерения. Для значений броска согласованность неточностей внутри устройств была меньше, ICC = 0,07, p < 0,001. Отклонения измерения рулона не были такими стабильными в измеряемых устройствах.

Сравнение операционных систем и производителей

Для сравнения влияния операционной системы и производителей устройств на точность измерения были рассчитаны линейные смешанные модели со случайными точками пересечения для каждого устройства.Зависимой переменной всегда было абсолютное отклонение наклона, а угол, тангаж или крен включались в качестве ковариации. Поскольку было только одно устройство с ОС, отличной от Android или iOS, Nokia Lumia 950, в анализе сравнивались только эти две операционные системы. ОС устройства показала связь с точностью измерения, t(52,94) = – 2,39, p = 0,021. Устройства iOS показали немного меньшие неточности, но размер эффекта был очень мал с η ² = . 03. Средняя погрешность по тангажу и крену обеих операционных систем показана на рис. 8.

Абсолютные браузерные отклонения по тангажу и крену, агрегированные для операционных систем

Производитель устройства, например, Samsung, Apple, Huawei, не предсказал неточностей в отклонении по тангажу или крену, t(53,95) = – 0,174, р = 0,86.

В каких телефонах есть гироскоп и для чего он нужен. Гироскопы на радиоуправляемых моделях

Существует огромное количество изобретений, которые характеризуются длительной и очень богатой историей использования в различных приборах и устройствах.Часто можно услышать название чего-либо, но даже не иметь представления, для чего оно предназначено. Отсюда и возникает вопрос, что такое гироскоп? Это стоит понять.

Основное определение

Гироскоп – навигационное устройство, в котором в качестве основного элемента используется быстровращающийся ротор, закрепленный таким образом, что его ось вращения вращается. Два шарнира обеспечивают три степени свободы. При отсутствии каких-либо внешних воздействий на устройство ось собственного вращения ротора сохраняет постоянное направление в пространстве.Если на него действует момент внешней силы, стремящейся повернуть ось собственного вращения, то он начинает свое движение не вокруг направления момента, а вокруг оси, которая ему перпендикулярна.

Особенности устройства

Если говорить о том, что такое гироскоп, то стоит отметить, что в качественно сбалансированном и достаточно быстро вращающемся устройстве, установленном на высокосовершенных подшипниках, с малым трением момент практически отсутствует внешних сил, поэтому устройство способно сохранять свою ориентацию в пространстве практически неизменной.Поэтому он способен указывать угол поворота основания, на котором он закреплен. Именно так это впервые наглядно продемонстрировал французский физик Ж. Фуко. Если ограничить вращение оси специальной пружиной, то при установке устройства, на котором она совершает поворот, гироскоп будет деформировать пружину до тех пор, пока не уравновесится момент внешней силы. В этом случае сила растяжения или сжатия пружины будет пропорциональна угловой скорости самолета.По этому принципу работают авиационные указатели поворотов и многие другие гироскопические устройства. Поскольку в подшипниках создается очень мало трения, для поддержания вращения ротора гироскопа не требуется много энергии. Обычно для приведения его в движение, а также для поддержания этого движения достаточно маломощного электродвигателя или струи сжатого воздуха.

Гироскоп: Применение

Чаще всего используется в качестве чувствительного элемента для гироскопических устройств наведения, а также в качестве датчика угла поворота рулевого колеса или скорости рыскания для автоматически управляемых устройств.В некоторых случаях гироскоп может служить генератором энергии или момента силы.

На данный момент принцип работы гироскопа позволяет активно использовать его в авиации, судоходстве и космонавтике. Почти каждое глубоководное судно имеет гирокомпас для автоматического или ручного управления судном, а некоторые используют еще и гиростабилизаторы. Система управления огнем морской артиллерии обычно оснащается множеством дополнительных гироскопов, предназначенных для обеспечения устойчивой системы отсчета или измерения угловых скоростей.

Если вы понимаете, что такое гироскоп, то должны понимать, что без него автоматическое управление торпедами просто немыслимо. Вертолеты и самолеты также в обязательном порядке оснащаются этими приборами, чтобы предоставлять достоверную информацию о деятельности систем навигации и стабилизации. К таким устройствам относятся авиагоризонт, гироскопический указатель разворота и крена и вертикальный гироскоп. Если рассматривать вертолет с гироскопом, то это устройство может служить как устройством наведения, так и датчиком автопилота.Многие самолеты оснащены гиростабилизированным и другим оборудованием – фотоаппаратами с гироскопами, гиросектанами, навигационными прицелами. В военной авиации гироскопы активно используются в качестве составных элементов прицелов для бомбометания и воздушной стрельбы.

Применение в современных гаджетах

Итак, если рассматривать, что такое гироскоп, то следует отметить, что это устройство активно используется не только в ранее упомянутых областях. Современные смартфоны и планшеты оснащены массой дополнительных функций и модулей, при этом одни очень полезны, а другие могут мешать комфортному использованию устройства, раздражая пользователей.Одним из них является гироскоп в телефоне, который становится понятным при использовании вашего устройства. С одной стороны, это оказывается очень полезно, хотя с другой стороны, большинство пользователей предпочитают просто отключить его.

что это?

Для начала необходимо определиться, что это за устройство и каким функционалом оно характеризуется. Итак, гироскоп в телефоне — необходимый элемент для определения ориентации аппарата в пространстве. В некоторых случаях этот датчик можно использовать для защиты определенных элементов устройства от падения в будущем. По сути, этот датчик предназначен для обнаружения изменения положения, а при наличии акселерометра — и ускорения при падении. Затем информация передается в вычислительный блок гаджета. При наличии определенного ПО устройство решает, как ему дальше реагировать на произошедшие с ним изменения.

Для чего еще?

Итак, если с вопросом, что такое гироскоп, все становится ясно, то осталось выяснить, для чего он используется в телефонах.Защита внутренностей здесь не единственная задача. В сочетании с разнообразным ПО на него ложится ряд различных функций. Например, смартфон можно использовать для игр, в которых управление осуществляется за счет наклона, встряхивания или поворота устройства. Такое управление делает игры по-настоящему увлекательными, что делает их востребованными.

Можно отметить, что продукция Apple оснащена гироскопами, а они играют весьма существенную роль, так как на них завязана работа многих приложений.Специально для него был разработан режим под названием CoverFlow. Приложений, работающих в этом режиме, очень много, но можно остановиться на нескольких, которые наиболее ярко это демонстрируют. Например, если использовать калькулятор на iPhone, то пользователю в портретном положении будут доступны только простые действия, а именно: сложение, вычитание, деление и умножение. Но когда вы поворачиваете устройство на 90 градусов, все меняется. При этом калькулятор переходит в расширенный режим, то есть инженерный режим, в котором будет доступно гораздо больше функций.

Если вы понимаете, как работает гироскоп, то следует отметить, что его функции можно использовать и для определения собственного местоположения на земле.

Посмотреть карту местности на таком устройстве можно с помощью GPS-навигации, при этом карта всегда будет поворачиваться в том направлении, куда направлен ваш взгляд. Поэтому, если вы стоите лицом, например, к реке, то это будет отображаться на карте, а если вы повернетесь, то положение карты тоже изменится. Благодаря этому значительно упрощается ориентирование на местности и может оказаться весьма полезным для людей, увлекающихся активным отдыхом.

Проблемы с гироскопом в телефоне

Отдельно можно сказать о недостатках присущих гироскопам. Очень часто они отключаются из-за того, что программы реагируют на изменение положения в пространстве с некоторой задержкой. Например, если вы решили читать лежа на диване, с экрана смартфона или планшета, то гироскоп и связанная с ним программа будут менять ориентацию страницы каждый раз, когда вы поворачиваетесь или меняете положение. Это доставляет массу неудобств, так как очень редко устройство способно правильно интерпретировать положение в пространстве, а ситуация усугубляется запаздывающей реакцией программы.

Современные разновидности

Первые гироскопы были механическими. Этот тип устройства все еще используется сегодня, но с некоторыми улучшениями, чтобы сделать его более полезным. На данный момент существует лазерный гироскоп, лишенный недостатков, присущих механическим. И именно такое устройство используется в современной технике.

Сейчас все смартфоны оснащены как минимум одним сенсором, а чаще всего несколькими. Наиболее распространены датчики приближения, освещения и движения.Большинство смартфонов оснащены акселерометром, реагирующим на движение устройства в двух, максимум в трех плоскостях. Для полноценного взаимодействия с гарнитурой виртуальной реальности нужен гироскоп, улавливающий движения в любом направлении.

Гироскоп в смартфоне представляет собой микроэлектромеханический преобразователь угловых скоростей в электрический сигнал. Другими словами, этот датчик вычисляет изменение угла наклона относительно оси при повороте устройства.

Гироскоп относится к микроэлектромеханическим системам (МЭМС), в которых сочетаются механическая и электронная части.Такие сколы имеют размер порядка пары миллиметров или меньше.

Обычный гироскоп состоит из инерциального объекта, который быстро вращается вокруг своей оси. Таким образом, он сохраняет свое направление, а перемещение управляемого объекта измеряется изменением положения подвесов. Такой топ явно не влезет в смартфоны; Вместо этого используется MEMS.

Преобразование механического движения в электрический сигнал

В простейшем одноосном гироскопе две движущиеся массы движутся в противоположных направлениях (показаны синим цветом на рисунке).Как только приложена внешняя угловая скорость, на массу действует сила Кориолиса, которая направлена ​​перпендикулярно их движению (отмечено оранжевым цветом).

Под действием силы Кориолиса массы смещаются на величину, пропорциональную приложенной скорости. Изменение положения масс изменяет расстояние между подвижными электродами (роторами) и неподвижными (статорами), что приводит к изменению емкости конденсатора и, соответственно, напряжения на его обкладках, а это уже электрический сигнал.Эти множественные сигналы распознаются гироскопом MEMS, определяя направление и скорость движения.

Расчет ориентации смартфона

Микроконтроллер получает информацию о напряжении и преобразует ее в угловую скорость на данный момент. Величина угловой скорости может быть определена с заданной точностью, например, до 0,001 градуса в секунду. Чтобы определить, на сколько градусов повернуто устройство вокруг оси, необходимо мгновенную скорость умножить на время между двумя показаниями датчика.Если использовать трехосный гироскоп, то мы будем получать данные о вращениях относительно всех трех осей, то есть таким образом определять ориентацию смартфона в пространстве.

Здесь стоит отметить, что для получения значений углов необходимо проинтегрировать исходные уравнения, в которые входят угловые скорости. С каждым интегрированием ошибка увеличивается. Если вычислять положение только гироскопом, то со временем вычисляемые значения станут неверными.

Поэтому смартфонам тоже нужны данные с акселерометра для точного определения ориентации в пространстве. Этот датчик измеряет линейное ускорение, но не реагирует на повороты. Оба датчика способны полностью описывать все типы движения. Главное преимущество гироскопа перед акселерометром в том, что он реагирует на движение в любом направлении.

Зачем нужен гироскоп в смартфоне

Этому сенсору уделяется повышенное внимание последние пару лет, когда начали активно развиваться игры и приложения виртуальной реальности. Для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью программе необходимо точно определять положение человека в пространстве. Сейчас даже в самых бюджетных смартфонах есть акселерометр, но его показания сопровождаются шумом, а на повороты и движения в горизонтальной плоскости сенсор не реагирует. Поэтому для полного погружения в виртуальную реальность смартфон должен иметь гироскоп и акселерометр.

Как узнать есть ли в смартфоне гироскоп

Обычно в характеристиках смартфона указано какие датчики у него есть.Если вы сомневаетесь в правдивости информации, то помогут специальные программы. Например, Sensor Box для Android показывает информацию обо всех встроенных датчиках. Гироскоп обозначается как Gyroscope. Есть и другие способы, которыми мы

Или технология Bluetooth была чем-то из ряда вон выходящим. Сейчас все эти функции стали привычными, а некоторые из них даже устарели. Производители добавляют в свои модели новые функции, одной из которых является гироскоп в телефоне. Что это такое, как применяется?

Гироскоп и акселерометр

Многие люди часто путают их.Давайте разберемся.

Акселерометр, или G-сенсор, — это устройство, отслеживающее изменение положения устройства относительно его оси — например, повороты влево и вправо, на себя и от себя.

Гироскоп в телефоне позволяет регистрировать не только эти действия, но и любое перемещение устройства в пространстве, а также записывать скорость движения. Поэтому его можно считать улучшенным акселерометром.

Принцип работы гироскопа

Устройство представляет собой диск, закрепленный на двух подвижных рамах.Быстро крутится. При изменении положения этих рамок диск не сдвигается с места. Если постоянно поддерживать вращение, например, с помощью электродвигателя, то можно точно определить положение объекта, на котором установлен гироскоп. Это также может быть использовано для определения сторон света.

Применение

Еще в девятнадцатом веке гироскоп использовался военно-морскими силами и гражданскими кораблями, так как с его помощью можно было наиболее точно определить стороны света. Он также нашел свое применение в авиации и ракетостроении.

Гироскоп iPhone 4

В iPhone конструкция устройства немного отличается от классической, так как в его основе лежит микроэлектромеханический датчик. Принцип работы остается прежним.

Гироскоп в телефоне имеет очень широкий спектр применения. Конечно, в первую очередь это различные игры с использованием данной технологии. Самыми популярными среди них являются гоночные симуляторы и шутеры.Например: в шутерах используется так называемая «дополненная реальность» — выстрелы производятся по нажатию, а чтобы прицелиться, нужно менять положение смартфона — камера в игре будет двигаться точно так же.

Помимо игровой индустрии, гироскоп используется в различных программах. С его помощью доступ к различным функциям становится намного удобнее. Например, в некоторых операционных системах встряхивание устройства приводит к обновлению Bluetooth. Эта технология также используется в ряде конкретных приложений для измерения угла наклона (уровня).

В последнее время мобильная индустрия развивается все быстрее и быстрее. Еще недавно гироскоп в телефоне был модной новинкой, но сейчас он используется повсеместно и считается привычной частью любого смартфона. Возможно, буквально через несколько лет появится новое поколение устройств, позволяющих проецировать изображение в любую точку пространства, ведь наука движется вперед семимильными шагами. А пока мы можем только спекулировать на этом и искать способы использования тех технологий, которые уже изобретены.

Мобильные телефоны с каждым годом становятся все сложнее. Чтобы подсчитать количество всех сенсоров, встроенных в современные смартфоны, может не хватить пальцев обеих рук. Гироскоп в телефоне – что это за датчик, как он работает, каково его применение, можно ли отключить это устройство? Эти вопросы будут адресованы тем, кто хочет хорошо разобраться со своим смартфоном.

Что такое гироскоп

Юла, она же юла, известная игрушка. При быстром вращении сохраняет устойчивость в одной точке опоры. Это простое устройство является простейшим примером гироскопа — устройства, реагирующего на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, в трех плоскостях. Впервые этот термин употребил французский физик и математик Жан Фуко.

Гироскопы классифицируются по числу степеней свободы и по принципу действия (механические и оптические). Вибрационные гироскопические датчики, подвид механических, широко используются в мобильных устройствах. Использование GPS-навигации затмило первоначальную функцию гироскопов — помогать с ориентацией на местности, но эта технология по-прежнему незаменима в современных моделях телефонов.

Отличие от акселерометра

Оба этих прибора часто устанавливаются на современные мобильные гаджеты. Ключевое отличие гироскопа от акселерометра и других датчиков заключается в самом принципе работы этих устройств. Первый определяет собственный угол наклона относительно земли, а второй способен измерять линейное ускорение. Преимущество акселерометра в том, что знание ускорения позволяет точно рассчитать расстояние, на которое было перемещено устройство.

На практике оба устройства могут как заменять, так и дополнять друг друга. На самом деле и тот, и другой лишь регистрируют положение относительно земной поверхности. Подобно гироскопу, акселерометр может передавать информацию об ускорении на смартфон, на котором он установлен. Оба часто используются; они хорошо взаимодействуют. В таблице перечислены основные характеристики устройств.

Как это работает

Проще говоря, гироскоп — это волчок, который быстро вращается вокруг вертикальной оси, закрепленный на раме, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси, и прикрепленный к другой раме, которая вращается вокруг третьей оси.Как бы мы ни поворачивали волчок, он всегда имеет возможность оставаться в вертикальном положении. Датчики улавливают сигнал, как вершина ориентирована относительно рамок, а процессор получает информацию и считывает с высокой точностью, как в этом случае должны располагаться рамки относительно силы тяжести.

Что такое гироскоп в смартфоне

Большинство современных мобильных устройств оснащены гироскопами. Их также называют гироскопическими датчиками. Этот элемент смартфона работает на постоянной основе, автономно, не требует калибровки.Это устройство не нужно включать, но некоторые телефоны имеют функцию отключения для экономии энергии. Он выполнен в виде микроэлектромеханической схемы, расположенной под корпусом смартфона.

Для чего это нужно

Внедрение гироскопических технологий в мобильные устройства значительно расширило их функциональные возможности и добавило новый способ управления устройствами. Например, просто встряхнув телефон, вы ответите на входящий вызов. Изменение ориентации экрана наклоном смартфона также реализовано благодаря гироскопам; это устройство обеспечивает стабилизацию камеры.В приложении «Калькулятор» простой поворот экрана на 90 градусов открывает доступ к дополнительным функциям программы.

Благодаря гироскопу стало очень легко пользоваться картами, встроенными в смартфон. Если человек повернет свое устройство «лицом», скажем, к конкретной улице, то она будет отображаться на карте с высокой точностью. Хороший смартфон с гироскопом дает пару интересных возможностей для мобильных игр. Вождение виртуального автомобиля становится невероятно реалистичным, когда вы используете повороты своего смартфона для управления автомобилем.В технологиях виртуальной реальности повороты головы отслеживаются с помощью гироскопических датчиков.

Как работает гироскоп

В гироскопе два тела движутся в противоположных направлениях. При появлении угловой скорости на массы действует сила Кориолиса, перпендикулярная их движению. Массы смещаются на величину, пропорциональную приложенной скорости. Расстояние между подвижным и неподвижным электродами изменяется, что приводит к изменению емкости конденсатора и напряжения на его обкладках, а это уже электрический сигнал.Такие электронные сигналы распознаются гироскопом.

Как узнать есть ли в смартфоне гироскоп

Простой способ – ознакомиться с характеристиками устройства на официальном сайте производителя. Если есть гироскоп, то это обязательно будет указано. Некоторые производители умалчивают о том, есть ли в телефоне гироскоп, не желая тратить на него место. Их можно понять — все сейчас стремятся сделать телефон легче и тоньше.В таких случаях помогут сторонние приложения.

На YouTube есть целый раздел видео, которые можно вращать на 360 градусов. Если у вас есть возможность управлять таким видео через повороты смартфона, то гироскоп работает. Вы также можете установить приложение AnTuTu Benchmark, которое проводит полную диагностику вашего устройства. Там вы найдете строчку о наличии или отсутствии гироскопа.

В каких телефонах есть гироскоп

Первым смартфоном с гироскопом был Iphone 4.Покупатели положительно отреагировали на это новшество, и с тех пор телефоны с гироскопом начали заполнять рынок. Все последующие версии смартфонов Apple оснащались гироскопами. Владельцам андроид устройств в этом плане чуть сложнее, благо, о наличии сенсора можно узнать у консультанта перед покупкой, либо проверить самостоятельно. Важным бонусом является гироскоп в телефоне.

Видео

Несмотря на популярность этого датчика, многие задаются вопросом, что такое гироскоп.Попробуем разобраться.

1. Гироскоп в классическом понимании

Рассматриваемое нами устройство представляет собой, по сути, волчок, вращающийся вокруг вертикальной оси. Он закреплен в раме, вращающейся вокруг другой оси. Эта другая ось также закреплена в его раме, которая вращается вокруг третьей оси.

Благодаря этому, как бы ни поворачивался волчок, он всегда будет иметь вертикальное положение в пространстве.

Принцип работы гироскопа также можно увидеть на рисунке 1.Из него, в частности, можно понять, что классическое устройство имеет вибрирующие грузы. А частота их вибрации равна скорости, умноженной на движение.

Благодаря такому явлению, как ускорение Кариолиса, тело, несмотря на вращение, способно сохранять свое положение относительно плоскости вращения. Конечно, это происходит только во время вращения.

Собственно, на этом простом свойстве вращающихся тел и основан принцип работы гироскопа, который есть у большинства из нас в смартфоне.

Разработчики научились делать гироскоп намного проще и меньше. Это позволило уместить его в небольшую плату, которую можно разместить под корпусом любого современного мобильного устройства.

2. Назначение датчика в телефоне

В телефоне нужен для того, чтобы определить положение аппарата в пространстве.

Для пользователя все выглядит предельно просто — поворачиваешь смартфон горизонтально или вертикально и меняется положение всех иконок на экране.Это применимо для игр и различных программ.

Во многих случаях поворот экрана можно использовать для выполнения определенных действий, таких как блокировка клавиатуры.

Интересно: Впервые гироскоп был использован в iPhone 4. С тех пор этот датчик стал незаменимым элементом любого мобильного устройства.

Теперь вы знаете, как работает этот датчик. Стоит разобраться, как узнать, есть ли он в вашем гаджете.

3.Как проверить наличие гироскопа

В зависимости от операционной системы для этой цели могут использоваться разные программы:

• Блок датчиков для Android;
• Sensor Kinetics для iOS.

В первой программе нужно нажать на иконку “Датчик акселерометра”. Во втором ничего делать не нужно.

Есть еще более простой способ – если в настройках есть пункт “Поворот экрана” (или что-то подобное), то гироскоп есть.Но вышеупомянутые приложения помогают выявить проблемы в работе этого датчика.

Расширенный метод Movelet для классификации активности с использованием данных гироскопа и акселерометра смартфона

Abstract

Физическая активность, такая как ходьба и подъем по лестнице, обычно используется в биомедицинских учреждениях в качестве результата или ковариации. Исследователи традиционно полагались на опросы для количественной оценки уровней активности субъектов как в исследовательских, так и в клинических условиях, но опросы носят субъективный характер и имеют известные ограничения, такие как предвзятость припоминания. Смартфоны дают возможность ненавязчиво объективно измерять физическую активность в естественных условиях, но их данные, как правило, зашумлены и требуют тщательного анализа. Мы изучили потенциал данных акселерометра и гироскопа смартфона, чтобы различать ходьбу, сидение, стояние, подъем по лестнице и спуск по лестнице. Мы провели исследование, в котором четыре участника следовали протоколу исследования и выполняли последовательность действий с одним телефоном в переднем кармане и другим телефоном в заднем кармане.Субъекты были сняты на видео, а полученные кадры были аннотированы, чтобы установить пошаговую активность наземной правды. Мы представляем модифицированную версию так называемого метода движения для классификации типов деятельности и количественной оценки неопределенности, присутствующей в этой классификации. Наши результаты демонстрируют перспективность смартфонов для распознавания активности в естественных условиях, но они также подчеркивают проблемы в этой области исследований.

Ключевые слова: уровень активности, распознавание активности, цифровое фенотипирование

1.Введение

В последнее время многие исследователи выступают за более существенную роль крупномасштабного фенотипирования как пути к достижениям в биомедицинских науках. Из множества различных классов фенотипов точное определение социальных, поведенческих и когнитивных маркеров в естественных условиях традиционно представляло особые проблемы для феноменики из-за их временного характера, контекстуальной зависимости и отсутствия инструментов для их объективного измерения. Повсеместное распространение смартфонов дает возможность фиксировать эти маркеры в условиях свободной жизни, предлагая масштабируемое решение проблемы фенотипирования [1,2].Смартфоны имеют по крайней мере три явных преимущества по сравнению с другими подходами к социальному, поведенческому и когнитивному фенотипированию: (1) доступность этих устройств позволяет проводить большие исследования, не требуя дополнительных испытуемых инструментов; (2) опора на данные датчиков делает процесс ненавязчивым и не создает нагрузки для субъекта, что делает возможным долгосрочное наблюдение; и (3) сочетание двух предыдущих факторов позволяет, по крайней мере в принципе, получить эти маркеры проспективно из интересующей когорты по низкой цене.

Создание более точных и детализированных поведенческих цифровых фенотипов не только важно, но и очень своевременно [3]. В частности, мониторинг уровня физической активности находит применение в различных областях медицины [4]. Например, в психиатрии мониторинг активности может использоваться для оценки и выявления изменений тяжести депрессии [5]. Для онкологических больных мониторинг подвижности после операции может быть использован для количественной оценки ожидаемого течения послеоперационного восстановления и выявления пациентов, которые отклоняются от этого курса и могут иметь послеоперационные осложнения [6,7].Мониторинг уровня активности также можно использовать для оценки эффективности вмешательств, направленных на повышение уровня физической активности [8]. Традиционно уровни физической активности контролировались с использованием самоотчетов испытуемых с помощью анкет, опросов, интервью и дневников. Однако эти методы могут недооценивать или переоценивать истинные уровни активности, поскольку они подвержены ошибкам припоминания и систематической ошибке [8, 9, 10, 11, 12]. Методы самоотчета также могут быть обременительны для испытуемых, которые должны их заполнить, что может снизить соблюдение [10,13].

Для классификации разных видов физической активности рассмотрим данные трехосного акселерометра и трехосного гироскопа в смартфоне. Эти датчики выводят данные по трем ортогональным осям. В нашем наборе данных оси находятся в системе отсчета телефона, при этом ось x проходит слева направо по экрану телефона, ось y снизу вверх по экрану и ось z перпендикулярна экрану. Гироскоп измеряет угловую скорость относительно каждой оси, которая указывает направление и скорость вращения телефона вокруг оси.Акселерометр измеряет ускорение по каждой оси. В этой статье угловая скорость выражается в радианах в секунду (радиан/сек), а ускорение — в единицах g (1 g = 9,81 м/с/с). В наборе данных исследования, который анализируется в этой статье, мы собрали данные акселерометра и гироскопа iPhone с частотой 10 Гц, т. е. 10 выборок в секунду.

Отправной точкой нашего исследования является так называемый метод движений, разработанный Bai et al.[14] для распознавания активности с использованием данных носимых устройств. Этот метод был разработан для определения деятельности человека на основе данных трехосного акселерометра, который носят на бедре. Небольшой объем обучающих данных (т. е. данных с метками достоверности) собирается по субъекту и используется для создания словаря. Затем словарь можно использовать для классификации активности поступающих неразмеченных данных субъекта. Процедура подробно описана в разделе 2. С момента разработки метода движений были предложены дальнейшие расширения.Он и др. [15] расширили метод движения, включив в него три акселерометра, которые носят на правом бедре, левом запястье и правом запястье соответственно. Сяо и др. [16] расширил метод Movelet, чтобы выполнять распознавание действий для данного субъекта, используя словарь другого человека. В этой статье мы предлагаем новое расширение метода Bai et al. [14], что позволяет оценить точность полученных классификаций деятельности.

Появляется все больше литературы об использовании данных акселерометра смартфона или гироскопа для распознавания активности (см. Straczkiewicz and Onnela [17] и Trifan et al.[18] для систематических обзоров по этой теме). Обычный подход заключается в том, чтобы сначала извлечь признаки из данных (например, среднее значение и стандартное отклонение данных об ускорении вдоль определенной оси), а затем использовать эти признаки в качестве ковариат в классификаторе. Были протестированы различные классификаторы, такие как логистическая регрессия, деревья решений, k-ближайших соседей, метод опорных векторов, случайный лес и нейронные сети [17,19,20,21,22]. Мы исследовали метод движения в этой статье, потому что он предназначен для различения различных действий с использованием непрерывных данных от легкодоступных датчиков.Метод прозрачен и интерпретируем. Словари персонализированы для каждого субъекта, включая их уникальные данные о деятельности. Кроме того, метод требует меньше обучающих данных по сравнению с вышеупомянутыми методами [14]. В нашем анализе мы создали словарь каждого субъекта, используя всего несколько секунд их тренировочных данных для каждого занятия.

Немногие исследования изучали эффективность метода движения в данных смартфонов. Предыдущие исследования метода движения в основном были сосредоточены на данных акселерометрии носимых устройств [14,15,16].Насколько нам известно, только исследование Martin et al. [23] протестировали метод перемещения на данных смартфона. В своей работе они применили метод, чтобы различать различные виды транспорта (например, путешествие на автобусе, автомобиле, поезде или пешком) с использованием акселерометра смартфона и данных GPS. В этой статье мы рассматриваем данные акселерометра смартфона и гироскопа и фокусируемся на других действиях, которые являются общими для повседневной жизни, включая ходьбу с разной скоростью, сидение, стояние, подъем по лестнице и спуск по лестнице.

Основные вклады нашей статьи включают (i) применение метода Movelet к данным смартфона, (ii) применение метода Movelet к данным гироскопа, в то время как предыдущие анализы были ограничены данными акселерометра и GPS, и (iii) расширение метода движения для количественной оценки неопределенности, связанной с классификациями деятельности. В (i) и (ii) мы реализовали оригинальный метод перемещения, предложенный Bai et al. [14], а также вариации этого метода с использованием альтернативных метрик расстояния и преобразований данных.Данные, используемые в этой статье, были собраны в ходе проведенного нами эксперимента, в котором четыре здоровых участника выполняли различные действия, используя два смартфона и три носимых устройства. В настоящей статье основное внимание уделяется данным акселерометра и гироскопа двух смартфонов; совместный анализ данных смартфонов и носимых устройств будет обсуждаться в другом месте. Код, обсуждаемый в этой статье, доступен на GitHub, а необработанные данные используются совместно с этой статьей.

Статья организована следующим образом.В разделе 2 мы описываем процедуру сбора данных, использованную в нашем исследовании. Краткий обзор метода движения Бай и соавт. [14], и мы также обсуждаем варианты их метода, такие как альтернативные метрики расстояния и преобразования данных, используемые в нашем анализе. Кроме того, мы предлагаем новый метод количественной оценки неопределенности прогнозов активности по методу движения. В разделе 3 мы представляем результаты анализа набора данных нашего исследования. Основные выводы и будущие направления обсуждаются в разделе 4.

2. Материалы и методы

2.1. Процедура исследования

Существуют различные общедоступные наборы данных для распознавания активности с использованием данных датчика смартфона (например, Anguita et al. [24], Micucci et al. [25], Malekzadeh et al. [26]). Мы провели собственный сбор данных, поскольку, насколько нам известно, ни один из доступных общедоступных наборов данных не обладал всеми желаемыми атрибутами: (1) сбор необработанных данных гироскопа и акселерометра, (2) сбор данных о различных способах ношения телефона (например,г. , мы использовали два смартфона в переднем и заднем карманах брюк, соответственно, и переориентировали передний карманный телефон в четырех возможных направлениях), (3) сбор данных носимых устройств в дополнение к данным смартфона. Наше исследование было одобрено Harvard T.H. Институциональный наблюдательный совет Школы общественного здравоохранения Чана в феврале 2018 г. (протокол IRB17-2044), а сбор данных состоялся летом 2018 г. Требования к кандидатам включали возраст не менее 18 лет и способность ходить, стоять, подниматься и опускаться. лестнице без помощи человека или устройства.В исследовании приняли участие четыре здоровых человека, две женщины и два мужчины. Мы собрали данные о возрасте, весе, росте, поле, ведущей руке и предпочтительном способе ношения личного телефона (например, в кармане, руке или сумке). В таблице S1 в дополнительных материалах перечислены демографические характеристики участников. Возраст участников варьировался от 27 до 54 лет. При полном раскрытии информации Участник 1 является соавтором этой статьи.

Каждый участник прошел примерно часовую учебную поездку, во время которой он/она были снабжены смартфонами и носимыми устройствами.Чтобы устранить изменчивость из-за разных типов телефонов, все участники носили телефоны, предоставленные исследованием для сбора данных. Смартфоны включали iPhone в переднем правом кармане брюк и iPhone в заднем правом кармане брюк. На исследуемых телефонах работало приложение Beiwe, которое является частью платформы Beiwe с открытым исходным кодом для цифрового фенотипирования на основе смартфонов, разработанной нашей группой. Код для бэкэнда Beiwe доступен по адресу https://github.com/onnela-lab/beiwe-backend.Код для приложений Beiwe для iOS и Android доступен по адресу https://github.com/onnela-lab/beiwe-ios и https://github.com/onnela-lab/beiwe-android соответственно. Во время нашего исследования приложение было настроено на непрерывный сбор данных акселерометра и гироскопа с частотой 10 Гц. Кроме того, участник носил носимые устройства ActiGraph GT9X Link на левом запястье, правом запястье и правой лодыжке. Устройства ActiGraph непрерывно собирали данные гироскопа и акселерометра с частотой 100 Гц. Все учебные визиты записывались на видео, и видеоматериалы использовались для ручной аннотации наборов данных акселерометра и гироскопа каждого участника с посекундными метками активности.Мы подчеркиваем, что в этой статье основное внимание уделяется только данным смартфонов, а совместный анализ данных смартфонов и носимых устройств будет представлен в другом месте.

Участники тестировались отдельно друг от друга. Во время ее / его визита мы попросили участника выполнить ряд действий, в результате которых были получены либо обучающие данные для создания словаря участника (обсуждается в разделе 2.2), либо тестовые данные для оценки модели классификации на основе словаря. Во время сбора обучающих данных участник выполнял некоторые рутинные действия в течение короткого периода времени.Они включали в себя стояние (≈ 10 с), ходьбу по ровной поверхности (≈ 15 м), подъем на один лестничный пролет, спуск по лестничному пролету и выполнение двух повторений стойки на стуле (т. е. сидя в течение 10 с и вставая из положения сидя). Во время сбора тестовых данных участник следовал различным маршрутам в кампусе Гарвардского Лонгвуда, включая ходьбу, стояние, сидение на скамейках, подъем по лестнице и спуск по лестнице. Мы также собрали данные о ходьбе участников с разной скоростью, включая «нормальную» (их нормальная скорость), «медленную» (медленнее, чем обычно) и «быструю» (быстрее, чем обычно).Для одного из маршрутов участник проходил его четыре раза, каждый раз с разным положением телефона в переднем кармане. При сборе всех других данных передний карманный телефон был ориентирован так, что он был перевернут лицевой стороной телефона к ноге, а задний телефон также был ориентирован так, что он был перевернут лицевой стороной к ноге. Чтобы смоделировать реальную обстановку, а не контролируемую лабораторную среду, все данные были собраны в общественных местах. В дополнение к обучающим и тестовым данным мы собирали данные с iPhone, когда участник звонил и просматривал Интернет с помощью телефона, поскольку это обычные действия для пользователей телефонов. Схема полного протокола исследования приведена в .

Таблица 1

Схема протокола исследования.

Набор данных, использованный в этой статье, включая измерения акселерометра и гироскопа в доли секунды вместе с метками активности, размещен на Zenodo (DOI: 10.5281/zenodo.3925679). Код для нашего статистического анализа доступен на GitHub по адресу https://github.com/emhuang1/augmented-movelet.

2.2. Метод Movelet

Метод Movelet был предложен Bai et al. [14] для классификации активности с использованием данных акселерометра, собранных носимым устройством на фиксированной частоте. Этот метод требует лишь небольшого количества обучающих данных и может использоваться для обнаружения действий по выбору пользователя, даже тех, которые происходят только в течение короткого момента, например, переход от сидения к стоянию.В методе первым шагом является составление списка общих действий, которые субъект выполняет в своей повседневной жизни, таких как ходьба, подъем и спуск по лестнице, стояние, сидение и бег. Затем во время визита в клинику субъекта просят выполнить каждое действие, после чего собираются полученные данные. Эти данные называются обучающими данными, и для каждого действия требуется всего несколько секунд обучающих данных. Затем обучающие данные используются для создания словаря для субъекта, где каждая запись соответствует разным действиям.Каждая запись состоит из «мовелетов», которые определяются как односекундные окна данных. Движения для конкретной записи действия получаются с использованием сегмента обучающих данных, соответствующего действию. Аналитик данных перемещает односекундное окно вдоль этого сегмента данных, начиная с левого края окна в первой точке данных, сдвигая одну точку данных за раз, пока правый край окна не встретится с последней точкой данных. Мы будем называть движения в словаре «словарными движениями».Количество движений словаря для данной записи действия зависит от длительности обучающих данных для действия и частоты сбора данных. Например, если есть 2 секунды обучающих данных о ходьбе, собранных с частотой 10 Гц, в записи о ходьбе будет 11 движений словаря.

В нашем анализе в Разделе 3 мы создаем отдельный словарь для каждого субъекта, используя их собственные тренировочные данные. Предыдущие исследования показали, что использование персонализированной модели классификатора для каждого конкретного субъекта, которая может быть построена с использованием их личных данных (как мы делаем в нашем анализе) или путем использования данных других субъектов, похожих на них, может повысить точность классификации [20]. ,27,28].

После сбора обучающих данных субъект продолжает свою повседневную жизнь, в результате чего появляются новые данные без меток активности. Для новых данных словарь субъекта используется для классификации деятельности, происходящей в любой заданный момент времени. Во-первых, каждое движение в новом наборе данных сравнивается со всеми движениями словаря, и наиболее близкое совпадение идентифицируется на основе метрики расстояния, такой как евклидово расстояние. Например, если наиболее близкое совпадение с движением словаря в записи обхода, перемещение в новом наборе данных классифицируется как ходьба.Во-вторых, для данного момента времени большинство голосов берется среди соседних движений, здесь взятых как движение, которое начинается в момент времени, и движение в следующую секунду. Большинство голосов определяет прогнозируемую метку активности в момент времени.

2.3. Варианты метрики расстояния и типа данных

При определении словарного мувлета, наиболее близкого к заданному мувлету из новых данных, необходимо использовать метрику расстояния для сравнения любых двух мувлетов.Бай и др. [14] предлагают следующую метрику, основанную на евклидовом расстоянии. Пусть n обозначает количество выборок, собранных за одну секунду. Для любого заданного движения M пусть x=x1,x2,…,xn обозначает вектор данных по оси x, записанных за односекундное окно от данного датчика (например, акселерометра). Эти точки располагаются в порядке времени сбора, а временной разрыв между соседними точками составляет 1 час, где ч — частота сбора данных. Аналогично обозначим данные по оси y для подвижки M как y=(y1,y2,…,yn) и данные по оси z как z=(z1,z2,…,zn).Для любого заданного индекса i значения xi, yi и zi измеряются одновременно. Для другого движения M′ обозначим его векторы данных как x′=(x1′,x2′,…,xn′) для оси x , y′=(y1′,y2′,…,yn′) для y -ось и z’=(z1′,z2′,…,zn’) для z -оси. Пусть функция dL2 измеряет евклидово расстояние между двумя векторами одинаковой длины, например,

dL2(x,x′)=∑i=1n(xi−xi′)2.

Чтобы сравнить движения M и M’, можно вычислить евклидово расстояние отдельно для каждой оси данных, получив dL2(x,x’) для оси x , dL2(y,y’) для y. и dL2(z,z′) для оси z .Метрика расстояния, предложенная Bai et al. [14] представляет собой среднее значение этих трех осевых евклидовых расстояний.

Другая метрика расстояния может быть получена с использованием корреляции. Процедура аналогична описанной выше, за исключением использования метрики расстояния dr, определяемой как

dr(x,x′)=1n−1∑i=1nxi−x¯sxxi′−x′¯sx′,

где x¯ и sx — среднее значение и стандартное отклонение наблюдений (x1,x2,…,xn), а x′¯ и sx’ — среднее значение и стандартное отклонение наблюдений (x1′,x2′,…,xn′ ).При поиске словарного движения, которое является наиболее близким соответствием, следует определить словарное движение, которое максимизирует среднюю корреляцию 13(dr(x,x′)+dr(y,y′)+dr(z,z′)). В нашем анализе в разделе 3 наши основные результаты используют евклидову метрику расстояния. Кроме того, мы представляем анализ чувствительности с использованием метрики на основе корреляции. Потенциальной областью будущих исследований является изучение эффективности других показателей расстояния.

Другим вариантом метода перемещения является игнорирование трехмерных данных и использование данных векторной величины, определенных следующим образом.В любой данный момент времени t пусть x,y,z обозначают данные акселерометра или гироскопа в момент времени t (обратите внимание, что x , y и z являются скалярными). Тогда величина в момент времени t равна x2+y2+z2. Если используются только данные о величине, каждое движение представлено одним вектором из n точек, а не тремя специфичными для оси векторами длиной n . Определения метрики расстояния аналогичны определениям для трехосных данных, описанных выше, за исключением того, что этап усреднения результатов, специфичных для оси, опущен.В нашем анализе в Разделе 3 мы реализуем метод движения с использованием трехосных данных и отдельно с использованием только данных о величине, и сравниваем результаты.

Следует отметить, что длина движения (установленная в разделе 2. 2 как одна секунда) является параметром настройки, который выбирается по усмотрению аналитика. Выбор длины окна может повлиять на результаты классификации. Если длина слишком мала, данных для различения действий будет недостаточно. Если длина слишком велика, окна, скорее всего, будут содержать несколько действий, что затруднит классификацию действий.Бай и др. [14] рекомендовали использовать длину движения, которая была бы достаточной для того, чтобы различать разные действия. Основываясь на этом руководстве, они сочли, что окно в одну секунду подходит для их исследования. Наше исследование включало схожие виды активности (например, ходьба, стояние, сидение) и одинаковую частоту дискретизации датчика 10 Гц, поэтому мы также используем односекундные движения в нашем анализе в Разделе 3.

2.4. Количественное определение неопределенности

Количественное определение неопределенности важно для методов, использующих данные со смартфона, поскольку мы можем затем определить классификации действий, которые могут быть неверными. Для решения этого аспекта мы также предлагаем метод количественной оценки неопределенности в классификации деятельности по методу движения. Для любого данного участника рассмотрите часть его/его помеченных данных (т. е. данных, для которых доступны метки действий), которые не использовались для создания его/его словаря. Например, при демонстрации этого метода в разделе 3.6 мы используем четырехминутный сегмент размеченных данных, включая ходьбу, подъем по лестнице, спуск по лестнице и стояние, которые не использовались для построения словаря.Используя метод перемещения, мы вычисляем прогнозы меток активности для каждой временной точки в наборе данных. Напомним, что для каждого момента времени t прогнозируемая метка активности основана на большинстве голосов — голоса берутся из движения, начинающегося в момент времени t , в дополнение к соседним движениям, которые начинаются в следующую секунду. Для времени t определим пропорцию большинства голосов как долю голосов за метку действия, которая в конечном итоге получила большинство голосов, и обозначим ее через v(t). 1v(t)}.(A(t)=1) ниже заданного порога. Мы проверяем этот подход эмпирически и исследуем влияние выбора порога в разделе 3.6. Схема расширенного метода перемещения, включая количественную оценку неопределенности, показана на рис.

Схема расширенного метода перемещения.

3. Результаты

3.1. Данные обучения

Сначала мы представляем данные обучения участников. Были собраны тренировочные данные для стояния, ходьбы, подъема по лестнице, спуска по лестнице и стояния на стуле.и представить необработанные трехосные (т. е. x , y , z ) данные во время сбора тренировочных данных для переднего карманного гироскопа и акселерометра, соответственно. На каждом из рисунков четыре столбца соответствуют Участникам с 1 по 4 соответственно. Каждая строка соответствует определенному действию. Полная стойка на стуле была разбита на три отдельных действия, включая (i) переход из положения стоя в положение сидя («стоять в сидение»), (ii) сидеть и (iii) переход из положения сидя в положение стоя («сидеть в положение стоя»). ).Действия «standToSit» и «sitToStand» фиксируют мгновенные переходы между сидением и стоянием, а «сидеть» фиксируют данные, происходящие между этими переходами, когда человек сидел. На рисунках S1 и S2 в дополнительных материалах показаны тренировочные данные для заднего карманного гироскопа и акселерометра соответственно.

Тренировочные данные (трехосевые) с гироскопа смартфона в переднем кармане. Показаны необработанные трехосные данные ( x = красный, y = зеленый, z = синий) от переднего карманного гироскопа.В столбцах указан идентификационный номер участника, а в строках — выполняемое действие. Для действий «стоять, сидеть», «сидеть» и «сидеть, стоять» мы наносим данные для первого из двух стульев. В нашем наборе данных система координат для осей x, y и z выглядит следующим образом. Если вы смотрите на телефон, удерживая его в вертикальном положении, ось X проходит слева направо, ось Y проходит снизу вверх, а ось Z проходит через экран к вам. Чтобы определить направление вращения вокруг любой заданной оси, возьмите правую руку и направьте большой палец в положительном направлении оси, а затем согните пальцы.При этом ваши пальцы будут указывать в направлении положительного вращения (т. е. положительной угловой скорости).

Тренировочные данные (трехосевые) с акселерометра смартфона в переднем кармане. Показаны необработанные трехмерные данные ( x = красный, y = зеленый, z = синий) с переднего карманного акселерометра. Подробнее см.

В целом, мы наблюдаем значительную изменчивость среди участников. Например, в , есть явные различия в данных о ходьбе между субъектами.Например, данные для Участника 3 имеют меньшую амплитуду, чем для Участника 1, а для Участника 4 мы видим большую амплитуду по оси x , которой нет в данных для других участников. Также существуют различия между данными переднего кармана и заднего кармана. Например, для участника 2, если мы сравним данные переднего гироскопа () и данные заднего гироскопа (рисунок S1 в дополнительных материалах) во время ходьбы, ось y (зеленая) имеет самую высокую амплитуду в данных переднего кармана, в то время как x -ось (красная) имеет наибольшую амплитуду в данных заднего кармана.

Для всех участников передних и задних карманных гироскопов выходной сигнал во время сидения и стояния составляет приблизительно 0 радиан в секунду, потому что телефон не вращается во время любого действия. Используя передний карманный акселерометр (), мы можем различать положение сидя и стоя, потому что в положении стоя телефон находится вертикально (так что у нас есть +1g на оси и ), в то время как телефон становится ближе к горизонтали с возможным некоторым наклоном во время сидения ( чтобы гравитация больше не падала только на ось и ).

Следует отметить, что все значения ускорения в нашем наборе данных включают гравитацию. Чтобы получить измерение ускорения исключительно за счет движения объекта, лучше вычесть гравитационную составляющую. Это просто, если смартфон находится в состоянии покоя или в равномерном прямолинейном движении, но если устройство подвергается произвольному ускорению, необходимы дополнительные измерения и корректировки, например, основанные на ориентации устройства [29]. Однако способ выполнения этих корректировок, вероятно, различается в зависимости от телефонов и производителей телефонов, и поскольку наш метод основан на распознавании образов и не зависит от характера ускорения, мы решили использовать нескорректированные (необработанные) данные об ускорении.

На рисунках S3–S6 в дополнительных материалах представлена ​​величина необработанных трехосных данных для переднего гироскопа, заднего гироскопа, переднего акселерометра и заднего акселерометра соответственно. В наших результатах, приведенных ниже, мы применяем метод движения с использованием трехосных данных и выполняем анализ чувствительности с использованием данных магнитуды.

3.2. Краткое описание применения метода Movelet к тестовым данным

Мы применили метод Movelet к данным акселерометра и гироскопа отдельно. Для каждого участника мы создали его/его словарь, используя четыре секунды обучающих данных для каждого действия.Если было доступно более четырех секунд, мы использовали средние четыре секунды. Список действий в словаре включает действия, расположенные справа от поля . Чтобы сделать классификации активности для тестовых данных от переднего гироскопа, мы использовали словарь, соответствующий переднему гироскопу. Обращение с задним гироскопом, передним акселерометром и задним акселерометром было аналогичным.

Мы разделили набор тестовых данных на три сегмента и представили результаты для каждого сегмента в следующих трех подразделах.Три сегмента — это первичный сбор тестовых данных (этапы 1, 2, 5 и 6 сбора тестовых данных, см. ), ходьба с разной скоростью (этап 3 сбора тестовых данных) и переориентация переднего карманного телефона (этап 4 сбор тестовых данных).

3.3. Результаты для основных тестовых данных

Сначала мы представляем результаты для основного сегмента тестовых данных. Для любой интересующей активности мы определяем чувствительность участника как долю правильных меток прогнозируемой активности (т.т. е., которые соответствуют метке истинного действия), когда меткой истинного действия является интересующее действие. Например, чувствительность участника к ходьбе — это доля прогнозируемых меток активности, которые являются «ходьбой», когда истинная метка активности — «ходьба». Мы стремимся к максимальной чувствительности. Мы рассчитали чувствительность каждого участника к интересующим его действиям: стояние, ходьба, подъем по лестнице, спуск по лестнице, переход от стояния к сидению, сидение и переход от сидения к стоянию.Результаты были рассчитаны для каждой из восьми уникальных настроек типа датчика (акселерометр или гироскоп), метрики расстояния (расстояние L2 или корреляция) и типа данных (трехосный или амплитуда). показывает среднюю чувствительность среди участников для каждого интересующего вида деятельности и при каждом параметре. В таблицах S2–S9 дополнительных материалов мы приводим подробные результаты для каждого участника, включая их значения чувствительности и их распределение меток прогнозируемых действий для каждого действия.Таблицы S2–S5 относятся к метрике расстояния L2 и соответствуют переднему гироскопу, заднему гироскопу, переднему акселерометру и заднему акселерометру соответственно. Аналогично таблицы S6–S9 относятся к метрике корреляционного расстояния.

Средняя чувствительность по субъектам для основного сегмента тестовых данных (этапы 1, 2, 5 и 6). Панель ( a ) соответствует смартфону в переднем кармане, а панель ( b ) смартфону в заднем кармане. Для каждой панели столбцы представляют собой различные действия во время сбора тестовых данных.Каждая строка представляет собой уникальную комбинацию типа датчика (акселерометр или гироскоп), метрики расстояния (расстояние L2 или корреляция) и типа данных (трехосный или величина). Как показано в легенде справа, чем выше средняя чувствительность, тем темнее оттенок.

Сначала мы сосредоточимся на трех энергичных действиях: ходьба, подъем по лестнице и спуск по лестнице. Для акселерометра использование магнитуды и расстояния L2 (т. е. acc/L2/mag), как правило, давало самую высокую среднюю чувствительность среди участников для активной деятельности.Для данных переднего кармана средняя чувствительность при акк/L2/маг составила 0,73 при ходьбе, 0,72 при подъеме по лестнице и 0,56 при спуске по лестнице. Для данных заднего кармана средняя чувствительность составила 0,76 при ходьбе, 0,72 при подъеме по лестнице и 0,54 при спуске по лестнице. Варианты acc/cor/tri и acc/cor/mag также имели высокую среднюю чувствительность при ходьбе: 0,77 и 0,78 для переднего кармана и 0,74 и 0,73 для заднего кармана. Тем не менее, они имели более низкую среднюю чувствительность к действиям на лестнице, чем acc/L2/mag.Например, для переднего кармана средняя чувствительность при подъеме по лестнице составила 0,38 для acc/cor/tri и 0,51 для acc/cor/mag.

При сравнении двух типов датчиков средняя чувствительность при ходьбе, подъеме по лестнице и спуске по лестнице была выше при использовании данных гироскопа, чем при использовании данных акселерометра. Что касается гироскопа, варианты gyro/L2/tri, gyro/L2/mag и gyro/cor/tri имели самую высокую среднюю чувствительность к активной деятельности. Для переднего кармана средняя чувствительность для гироскопа/L2/tri была равна 0.83 при ходьбе, 0,92 при подъеме по лестнице и 0,79 при спуске по лестнице. Результаты для gyro/L2/mag составили 0,81, 0,84 и 0,50 соответственно, а результаты для gyro/cor/tri — 0,81, 0,91 и 0,73. Для заднего кармана средняя чувствительность гироскопа/L2/tri была 0,87 при ходьбе, 0,87 при подъеме по лестнице и 0,55 при спуске по лестнице. Результаты для gyro/L2/mag составили 0,87, 0,87 и 0,46 соответственно, а для gyro/cor/tri — 0,90, 0,70 и 0,44.

Акселерометр имел более высокую среднюю чувствительность, чем гироскоп, для стационарных действий стоя и сидя.Например, для переднего кармана средняя чувствительность в положении стоя составила 0,63 для acc/L2/tri по сравнению с 0,26 для гироскопа/L2/tri. Используя данные гироскопа, алгоритм имел тенденцию путать стояние и сидение, потому что телефон не вращался ни в одном случае.

Как показано на , использование расстояния L2 в качестве метрики расстояния в большинстве случаев дает более высокую среднюю чувствительность по сравнению с использованием корреляции. Мы можем увидеть это, сравнив оттенки в рядах 1 и 3, 2 и 4, 5 и 7 и 6 и 8 на каждой панели. Сравнивая ряды 1 и 2, 3 и 4 и т. д., мы также можем сравнить результаты для трехосных данных с данными магнитуды. Для акселерометра данные магнитуды в большинстве случаев улучшали среднюю чувствительность. Например, в заднем кармане средняя чувствительность при подъеме по лестнице составила 0,53 для acc/L2/tri по сравнению с 0,72 для acc/L2/mag. Кроме того, средняя чувствительность для сидения составила 0,48 для acc/L2/tri по сравнению с 0,81 для acc/L2/mag. Для гироскопа использование данных магнитуды имело более высокую среднюю чувствительность в некоторых случаях и более низкую среднюю чувствительность в других случаях.

3.4. Результаты для ходьбы с разной скоростью

Используя второй сегмент тестовых данных, мы рассмотрели случай, когда участник ходил с разной скоростью (шаг 3 в разделе «Тестовые данные»), включая «нормальную», «быструю» и « медленная скорость. Мы проверили, может ли алгоритм правильно классифицировать эти действия как ходьбу. показывает среднюю чувствительность среди участников отдельно для каждой скорости ходьбы, где чувствительность определяется как доля прогнозируемых меток активности, которые являются «ходьбой». Мы показываем среднюю чувствительность для каждой уникальной настройки типа датчика, показателя расстояния и типа данных. В дополнительных материалах в таблицах S10 и S11 представлены подробные результаты для конкретных участников при использовании расстояния L2, а в таблицах S12 и S13 представлены аналогичные результаты при использовании метрики корреляционного расстояния.

Средняя чувствительность по испытуемым к данным теста, собранным на шаге 3 (ходьба с разной скоростью). Панель ( a ) соответствует переднему карманному телефону, а панель ( b ) — заднему карманному телефону.Подробнее см.

Средняя чувствительность была самой высокой при обычной ходьбе по сравнению с медленной и быстрой ходьбой. Это было ожидаемо, потому что тренировочные данные для ходьбы собирались с нормальной скоростью. При обычной ходьбе и гироскоп, и акселерометр правильно классифицировали ходьбу. Для акселерометра средняя чувствительность варьировалась от 0,68 до 0,85 для переднего кармана и от 0,71 до 0,87 для заднего кармана. Эти диапазоны зависят от метрики расстояния и типа данных.Средняя чувствительность гироскопа была выше, чем акселерометра. Для гироскопа средняя чувствительность при нормальной ходьбе колебалась от 0,83 до 0,88 для переднего кармана и от 0,87 до 0,99 для заднего кармана. Для каждой пары метрики расстояния и типа данных чувствительность различалась у разных участников. Например, используя настройку gyro/L2/tri для переднего кармана, ходьба была правильно предсказана в 82 % случаев для участника 1, в 100 % времени для участника 2, в 69 % для участника 3 и в 100 % для участника. 4, как показано в таблице S10 в дополнительных материалах.

Для гироскопа и обычной ходьбы использование данных магнитуды работало немного лучше, чем использование трехосных данных, как показано немного более темным оттенком для трехосных ячеек по сравнению с их аналогами магнитуды в . Интересно, что для акселерометра средняя чувствительность, как правило, была ниже при использовании данных магнитуды, чем трехосных данных для переднего кармана (например, 0,84 для acc/L2/tri против 0,68 для acc/L2/mag), но выше для заднего кармана. карман (например, 0,71 для acc/L2/tri против 0.87 для акк/L2/mag).

Для быстрой ходьбы гироскоп также имел более высокую чувствительность, чем акселерометр. Средняя чувствительность гироскопа варьировалась от 0,52 до 0,86 для переднего кармана и от 0,69 до 0,97 для заднего кармана. Средняя чувствительность акселерометра варьировалась от 0,51 до 0,58 для переднего кармана и от 0,40 до 0,60 для заднего кармана. Три самых высоких средних значения чувствительности для переднего кармана были достигнуты с помощью gyro/L2/tri при 0,86, gyro/L2/mag при 0.82 и гироскоп/кор/маг на 0,62. Для заднего кармана самая высокая средняя чувствительность была для гироскопа/L2/mag – 0,97, затем gyro/L2/tri – 0,80, а затем acc/L2/mag и gyro/cor/tritie – 0,77. Таким образом, наилучшие результаты были получены при использовании гироскопа и расстояния L2.

При медленной ходьбе средняя чувствительность была значительно ниже, чем при обычной и быстрой ходьбе. При ошибке медленную ходьбу часто путали с подъемом или спуском по лестнице. Средняя чувствительность гироскопа варьировалась от 0.от 12 до 0,56 для переднего кармана и от 0,27 до 0,55 для заднего кармана. Средняя чувствительность акселерометра варьировалась от 0,20 до 0,40 для переднего кармана и от 0,16 до 0,32 для заднего кармана. Для переднего кармана самая высокая средняя чувствительность составила 0,56 для gyro/cor/tri, за которой следует gyro/L2/tri с 0,45. Для заднего кармана средняя чувствительность снова была самой высокой для gyro/cor/tri (0,55), за которым следует gyro/L2/tri (0,38).

3.5. Результаты переориентации телефона в переднем кармане

Третий этап сбора тестовых данных включал изменение ориентации телефона в переднем кармане.Телефон можно положить в карман брюк в четырех возможных ориентациях, в зависимости от того, обращен ли экран телефона к ноге человека и находится ли телефон вверх ногами или правой стороной вверх. Для каждой ориентации данные могут быть преобразованы обратно в стандартную систему отсчета путем изменения знака двух среди трех осей ( x , y , z ) данных; какие две оси зависят от ориентации телефона, как показано в таблице S14 в дополнительных материалах. Однако это преобразование может быть трудно использовать на практике, поскольку мы можем не знать ориентацию телефона в каждый момент времени.

Мы стремились оценить эффективность метода перемещения применительно к данным, собранным с другой ориентации, по сравнению с той, которая использовалась на этапе сбора обучающих данных. Во время сбора тестовых данных мы попросили участников повторить один курс четыре раза (шаг 4 в разделе «Тестовые данные»). Курс включал стояние, ходьбу, а также подъем и спуск по лестнице. Каждый раз, когда участник повторял курс, телефон в переднем кармане переориентировался, так что наблюдались данные для каждой возможной ориентации.Для тестовых данных, собранных во время этого сегмента, мы внедрили метод движения, используя либо (i) необработанные трехосные данные без какой-либо корректировки, даже если обучающие данные были собраны в одной ориентации, либо (ii) данные магнитуды. Мы ожидали, что использование данных магнитуды будет иметь лучшую производительность классификации, поскольку оно устраняет эффект ориентации телефона. Мы также протестировали каждую из метрик расстояния, расстояние L2 и корреляцию. Этот анализ был сосредоточен на телефоне в переднем кармане, поскольку телефон в заднем кармане не был переориентирован.представляет среднюю чувствительность отдельно для каждой ориентации. Результаты для конкретных участников приведены в дополнительных материалах в таблицах S15–S20 для расстояния L2 и в таблицах S21–S26 для корреляции.

Средняя чувствительность по субъектам для тестовых данных, собранных на шаге 4 (различная ориентация телефона в переднем кармане). Четыре панели соответствуют четырем возможным ориентациям: ( a ) телефон вверх ногами, экран обращен к ноге; ( b ) телефон вверх дном, экран не обращен к ноге; ( c ) телефон лицевой стороной вверх, экраном к ноге; ( d ) телефон лицевой стороной вверх, экран не обращен к ноге.Каждая панель дает результаты для телефона в переднем кармане. Подробнее см.

a соответствует ориентации, при которой телефон перевернут экраном вниз и обращен к ноге. Эта панель имеет самую высокую среднюю чувствительность среди четырех панелей, поскольку она использует ту же ориентацию, что и при сборе обучающих данных. По сравнению с a, d выглядит очень похоже. Для этой панели ориентация прямо противоположна а, телефон расположен правой стороной вверх, а экран не обращен к ноге.Хотя ориентация здесь отличается от той, которая используется при сборе обучающих данных, средняя чувствительность все еще может быть высокой при использовании трехосных данных, в частности, для гироскопа и действий при ходьбе и подъеме по лестнице. Средние чувствительности в b,c также близки между собой, но их средние чувствительности не так высоки, как для a,d.

Внутри каждой панели строки чередуются между двумя типами данных, трехосными и величинами. Для b, c ряды величин имеют улучшенную среднюю чувствительность (как показано более темными оттенками) по сравнению с их трехосными аналогами.Например, в c средняя чувствительность при ходьбе составляет 0,12 для acc/cor/tri по сравнению с 0,78 для acc/cor/mag. Для d использование данных магнитуды улучшило среднюю чувствительность акселерометра, но не гироскопа. Например, средняя чувствительность для подъема по лестнице составляет 0,58 для акк/L2/три по сравнению с 0,72 для акк/L2/маг и 0,92 для гироскоп/L2/три по сравнению с 0,83 для гироскоп/L2/маг.

3.6. Количественная оценка неопределенности

Теперь мы представляем результаты для метода количественной оценки неопределенности, предложенного в разделе 2.4. В этом анализе мы реализовали метод движения с использованием трехосных данных и расстояния L2, фокусируясь на гироскопе в переднем карманном телефоне. Такой же анализ может быть выполнен с использованием других вариантов метода движения (например, с данными о величине или метрикой корреляционного расстояния). Для каждого участника мы подобрали модель логистической регрессии, используя данные переднего гироскопа, собранные, когда участник выполнил первый шаг в сборе тестовых данных (см. Шаг 1 в разделе «Тестовые данные»). Этот шаг должен был обойти четырехугольник кампуса Гарвардского Лонгвуда, который включал в себя ходьбу, подъем по лестнице, спуск по лестнице и стояние. Объясняющая переменная, используемая в модели, представляла собой долю большинства голосов. Мы не включили метку прогнозируемой активности в качестве еще одной объясняющей переменной, поскольку в данных четырехугольника не было представлено сидячей активности в словаре. Мы проверили наш метод, используя данные переднего гироскопа, собранные в другой раз, когда участник обошел четырехугольник с передним карманным телефоном в том же месте (во время шага 4 в разделе «Тестовые данные»).Для этого сегмента данных мы использовали подобранную модель логистической регрессии для оценки вероятности P(A(t)=1) для каждого момента времени t . Впоследствии, если предполагаемая вероятность опускалась ниже заданного порога, соответствующая метка прогнозируемой активности исключалась. Чтобы определить влияние выбора порога, мы провели анализ чувствительности, изменяя порог от 0 до 1 с шагом 0,01. a представляет долю исключенных прогнозов в зависимости от порога.Чем выше порог, тем больше прогнозов исключается. Участники различаются; при большинстве пороговых значений у Участников 2 и 4 исключено меньше прогнозов, чем у Участников 1 и 3. Например, при пороге 0,5 доля исключенных предсказанных меток составляет 0,27 для Участника 1, 0,04 для Участника 2, 0,10 для Участника 3, и 0,003 для Участника 4. При пороге 0,75 исключаются пропорции 0,41, 0,15, 0,43 и 0,08 соответственно.

Исключения из прогноза на основе модели логистической регрессии.Панель ( a ) показывает долю исключенных предсказанных меток (ось y ) в зависимости от выбора порога (ось x ) отдельно для каждого участника. Панель ( b ) показывает кривые ROC для конкретных участников. На каждой кривой мы обводим точку, соответствующую порогу 0,5, в качестве эталона.

Кривые ROC для конкретных участников представлены в b. Чувствительность по оси y представляет собой вероятность исключения предсказанной метки при условии, что предсказанная метка неверна. Один минус специфичность по оси x представляет вероятность исключения предсказанной метки при условии, что предсказанная метка верна. Разные точки на каждой кривой соответствуют разным выборам порога. Обводим точку, соответствующую порогу 0,5, как контрольную точку. При этом пороге пары чувствительность/специфичность составляют 0,62/0,84 для участника 1, 0,19/0,98 для участника 2, 0,21/0,96 для участника 3 и 0,01/0,998 для участника 4. При более высоком пороге 0.75 пары чувствительность/специфичность составляют 0,77/0,70 для участника 1, 0,46/0,89 для участника 2, 0,77/0,76 для участника 3 и 0,28/0,95 для участника 4. В качестве примера интерпретации результатов, для участника 3, доля исключенных неверных меток (чувствительность) выросла с 0,21 при использовании порога 0,5 до 0,77 при использовании порога 0,75. Доля правильных меток, которые не были исключены (специфичность), снизилась с 0,96 до 0,76. Как и в случае а, кривые у разных участников различаются, и, следовательно, предпочтительный порог также может различаться у разных участников. Например, выбирая между пороговыми значениями 0,50 и 0,75, мы могли бы выбрать пороговое значение 0,75 для Участника 4, поскольку 95% правильно предсказанных меток были сохранены, а 28% неправильных предсказанных меток были исключены. С другой стороны, для Участника 1 мы могли бы предпочесть порог 0,50, потому что для порога 0,75 было сохранено только 70% правильных предсказанных меток, а 84% сохраняются при пороговом уровне 0,5.

4. Обсуждение

В этой статье мы распространили метод перемещения на данные акселерометра и гироскопа смартфона, чтобы различать ходьбу, подъем по лестнице, спуск по лестнице, стояние и сидение.Мы также разработали новое расширение метода для оценки точности классификации активности в каждый момент времени. При анализе набора данных нашего исследования использование данных гироскопа имело тенденцию превосходить данные акселерометра для действий, связанных с движением тела (например, ходьба, подъем по лестнице и спуск по лестнице), в то время как использование данных акселерометра было предпочтительнее для стационарных действий (например, стояние и сидение). ). Для действий, связанных с движением, метод лучше всего правильно определял ходьбу и подъем по лестнице, но с большими трудностями при спуске по лестнице.Он также лучше классифицировал ходьбу в обычном и быстром темпе, чем медленную ходьбу, которую иногда путали с использованием лестницы. В нашем анализе чувствительности мы обнаружили, что выбор метрики расстояния и типа данных влияет на результаты классификации активности, а оптимальный выбор может зависеть от датчика и типов активности. Наш метод количественной оценки неопределенности можно использовать для пометки классификаций деятельности, которые, вероятно, неверны, и выбор соответствующего порога может отличаться от человека к человеку.

Представленный метод требует сбора тренировочных данных о каждом участнике, что может быть затруднительно в крупных исследованиях. Одним из вариантов является сопоставление каждого участника без помеченных данных о тренировках с другим человеком, для которого доступны помеченные данные о тренировках, и это сопоставление может быть основано на таких переменных, как возраст, рост, вес, пол и предпочтительное положение при ношении телефона. Потенциальной будущей областью исследований является проверка этого подхода. Еще один способ упростить сбор обучающих данных — включить сбор данных в рутинные тесты, которые уже проводятся во время визитов в клинику, такие как тест с шестиминутной ходьбой.

Еще одна проблема заключается в рассмотрении различных возможных мест размещения телефона. В этой статье мы сосредоточились на случае, когда телефон находится в кармане брюк. Данные исследования показали, что размещение телефона в переднем кармане по сравнению с задним карманом повлияло на данные и последующую классификацию активности. Данные также будут выглядеть по-разному, если телефон находится в руке, рюкзаке или сумочке. Можно обрабатывать неизвестные и изменяющиеся во времени положения телефона, дополняя словарь записями для каждого потенциального способа ношения телефона, например.g., имея несколько записей для ходьбы, включая «ходячий карман», «ходячий рюкзак» и «ходячая рука». Компромисс заключается в том, что это удлинит время сбора обучающих данных и увеличит необходимое время вычислений, потому что в словаре участника будет больше движений. Что еще более важно, количество реальных вариаций положения при переноске может быть неизвестно априори, и их может быть слишком много, чтобы их можно было включить в сбор данных для обучения. Таким образом, потенциальной областью будущих исследований является изучение дополнительных характеристик, таких как величина, которые устойчивы к ориентации датчика.Этот тип подхода не потребует расширения сбора обучающих данных.

В дополнение к различному расположению телефона в данные со смартфона также вносится изменчивость, когда субъект выполняет одно и то же действие с разной интенсивностью или скоростью. Это изменение, которое происходит естественным образом в условиях свободного проживания, может затруднить классификацию активности [30], что мы наблюдали в нашем исследовании, когда пытались классифицировать медленную ходьбу как ходьбу. Одно из направлений будущих исследований — сделать метод движения более устойчивым к этим естественным вариациям данных смартфонов, собранных в условиях свободной жизни. Другой потенциальной областью будущих исследований является предварительная обработка данных, например, с использованием методов сглаживания данных, перед внедрением метода движения и изучение влияния на производительность классификации.

Метод Movelet был разработан для данных носимых устройств, которые собираются непрерывно с заданной частотой. Непрерывный сбор во времени данных акселерометра и гироскопа с частотой 10 Гц на смартфоне дает 155 520 000 точек данных на субъекта в месяц и в зависимости от научных вопросов и других соображений (таких как стоимость передачи данных с телефона на исследовательский сервер, если сотовая связь данные, а не Wi-Fi), может быть разумным полагаться на выборочные, а не на постоянно собираемые данные.Для наших исследований на основе смартфонов мы иногда используем дизайн сбора данных, который включает в себя чередование каждого датчика между циклами включения и выключения с заранее заданными промежутками времени [31,32]. Для акселерометра и гироскопа обычно используется схема сбора данных: 30 с включено, 30 с выключено. Потенциальной областью будущих исследований является адаптация метода движения для обработки заранее запланированных пропущенных периодов, возникающих в результате таких схем выборки.

Какие датчики есть в моем смартфоне? Как они работают?

Смартфоны, которыми мы пользуемся сегодня, представляют собой сложные маленькие машины, которые за последнее десятилетие претерпели невероятную эволюцию.Теперь они могут работать как личные помощники, которые могут контролировать наше сердцебиение, отслеживать наши движения и предугадывать наши потребности.

Но задумывались ли вы когда-нибудь, как ваш смартфон достигает таких выдающихся результатов? Многие из этих самых крутых подвигов достигаются с помощью различных датчиков в вашем телефоне. Но знаете ли вы, сколько датчиков смартфона в вашем устройстве и какова их цель?

Давайте проверим их все —

1. Акселерометр

Акселерометр определяет ускорение, вибрацию и наклон для определения движения и точной ориентации по трем осям. Приложения используют этот датчик смартфона, чтобы определить, в какой ориентации находится ваш телефон: портретной или альбомной.

Он также может определить, направлен ли экран вашего телефона вверх или вниз. Акселерометр также может определить, насколько быстро ваш телефон движется в любом линейном направлении.

2. Гироскоп

также предоставляет информацию об ориентации и направлении, например вверх/вниз и влево/вправо, но с большей точностью, например, насколько сильно наклонено устройство. В этом его отличие от акселерометра — гироскоп тоже может измерять вращение, а первый — нет.

Таким образом, он может сказать, насколько смартфон был повернут и в каком направлении. Популярные приложения, такие как Pokemon Go и Google Sky Map, используют датчик гироскопа, чтобы определить направление, в котором направлен наш телефон.

3. Магнитометр

Наши смартфоны оснащены магнитометром, который мы обычно называем компасом. Он может обнаруживать магнитные поля, поэтому приложение компаса в телефонах использует этот датчик смартфона, чтобы указывать на северный полюс планеты.

Всякий раз, когда вы открываете Карты Google или Apple Maps, запускается магнитометр, чтобы определить, в каком направлении должна быть карта.Этот датчик может очень хорошо обнаруживать металл, поэтому он также используется в приложениях для металлоискателей.

Абсолютная ориентация телефона представлена ​​углами рыскания, тангажа и крена. Он обнаруживается комбинацией акселерометра, компаса и гироскопа.

4. GPS

(GPS) в смартфоне связываются со спутниками, чтобы определить наше точное местоположение на Земле. Технология GPS на самом деле не использует данные из Интернета, поэтому мы можем найти свое местоположение на картах даже после потери сигнала, но сама карта размыта, так как для загрузки деталей требуется Интернет — так работает офлайн-карта. GPS используется во всех приложениях для определения местоположения, таких как Uber и Google Maps.

Акселерометр, гироскоп, магнитометр и GPS работают вместе, чтобы создать идеальную навигационную систему в вашем смартфоне.

5. Датчик приближения

Датчик приближения использует инфракрасный светодиод и детектор ИК-излучения, чтобы определить, насколько близко телефон находится к внешнему объекту. Он используется во время звонков, и когда телефон подносится к лицу, чтобы сделать или принять звонок, датчик обнаруживает это и отключает сенсорный дисплей, чтобы избежать непреднамеренного ввода через кожу.

6. Датчик внешней освещенности

Датчик освещенности определяет уровень освещенности поблизости и соответствующим образом регулирует яркость дисплея. Он используется в автоматической настройке яркости для уменьшения или увеличения яркости экрана смартфона в зависимости от наличия света.

7. Микрофон

Микрофон представляет собой звуковой датчик, который определяет и измеряет громкость звука. Несмотря на то, что доступны различные типы микрофонных датчиков, в смартфонах обычно используются электретные микрофоны микроразмера.

Помимо совершения и приема звонков, он используется для голосового поиска и голосовых команд для приложений цифровых помощников, таких как Google Assistant, Siri, Cortana и т. д.

8. Датчики сенсорного экрана

Через датчики смартфона на сенсорном экране постоянно проходит электрический ток, и прикосновение к экрану вызывает изменение сигналов. Это изменение действует как ввод для устройства. До того, как Apple представила емкостный сенсорный экран, в дисплее использовались резистивные экраны.Но в настоящее время емкостный экран используется практически во всех смартфонах.

9. Датчик отпечатков пальцев

Прошли те времена, когда нужно было запоминать пароли и шаблоны для разблокировки телефона, так как сегодня многие пользователи предпочитают использовать сканер отпечатков пальцев. Датчик отпечатков пальцев сегодня обеспечивает биометрическую проверку безопасности многих смартфонов. Это емкостный сканер, который записывает ваш отпечаток пальца электрически.

Когда вы кладете палец на его поверхность, выступы на ваших отпечатках пальцев касаются поверхности, а впадины между выступами слегка расходятся.Короче говоря, он измеряет различные расстояния и рисунок между гребнями на поверхности вашего пальца. Этот датчик смартфона весьма полезен в приложениях, требующих аутентификации, таких как мобильные платежные приложения.

Читайте также: Как работает сканер отпечатков пальцев — применение биометрии

10. Шагомер

Шагомер используется для подсчета шагов, а фитнес-трекер использует этот датчик для подсчета количества пройденных вами шагов.Шагомеры обычно используют значения, генерируемые акселерометром, для отслеживания ваших движений, таких как бег или ходьба.

11. Датчики штрих-кода/QR-кода

Большинство смартфонов оснащены датчиками штрих-кода, которые могут считывать штрих-код, обнаруживая отраженный от кода свет. Он генерирует аналоговый сигнал с переменным напряжением, который представляет собой штрих-код. Затем этот аналоговый сигнал преобразуется в цифровой и, наконец, декодируется, чтобы выявить содержащуюся в нем информацию. Датчики штрих-кода полезны при сканировании продуктов со штрих-кодами или QR-кодов.

12. Барометр

Многие высококлассные телефоны Android, такие как Pixel и iPhone, оснащены барометром. Барометр измеряет атмосферное давление, поэтому он очень полезен для обнаружения изменений погоды и расчета высоты, на которой вы находитесь.

13. Датчик сердечного ритма

Следующим идет датчик сердечного ритма, который измеряет сердцебиение с помощью светодиодных и оптических датчиков. Светодиод излучает свет на кожу, а этот датчик смартфона ищет отраженные им световые волны.

Существует разница в интенсивности света при наличии пульса. Сердцебиение измеряется путем подсчета изменений интенсивности света между мельчайшими пульсациями кровеносных сосудов. Многие приложения для фитнеса и здоровья используют этот метод для расчета частоты сердечных сокращений.

14. Термометр

Каждый смартфон поставляется со встроенным термометром для контроля температуры внутри устройства и аккумулятора. В случае перегрева компонента система автоматически выключается, чтобы предотвратить повреждение.

Однако некоторые телефоны поставляются с дополнительными термометрами для измерения температуры окружающей среды. Если вы помните, Samsung Galaxy S4 хвастался термометром, который умеет измерять температуру. Такие датчики термометра могут использоваться приложениями для определения температуры в помещении.

15. Датчик влажности воздуха

Теперь, когда мы говорим о Galaxy S4, давайте обсудим и датчик влажности воздуха. S4 стал первым смартфоном с датчиком влажности воздуха. Он мог бы измерять влажность воздуха, и собранные им данные сообщали бы пользователю, являются ли заданные температура и влажность воздуха оптимальными или нет. Но опять же, этот тип датчика используется только в некоторых телефонах.

16. Счетчик Гейгера

Теперь это один датчик смартфона, который вы не должны ожидать найти в обычных устройствах. На самом деле есть только один телефон, который его поддерживает — Sharp Pantone 5. Этот телефон был выпущен только в Японии. Счетчик Гейгера в нем может измерять текущий уровень радиации в этом районе.

Заключительные слова

В наши телефоны встроено так много технологий, что мы часто воспринимаем их как должное.Но это одни из самых важных датчиков смартфона, о которых вам следует знать. Учитывая, что смартфоны становятся умнее день ото дня, а датчики играют в этом важную роль, этот список определенно будет увеличиваться, и я буду продолжать его добавлять. Если есть датчик смартфона, о котором я забыл упомянуть в этой статье, сообщите нам об этом в разделе комментариев ниже!

Читайте также: Таблица аппаратного обеспечения компьютера: можете ли вы идентифицировать части своего ПК?

Есть ли гироскоп и акселерометр.

В этой статье речь пойдет о паре миниатюрных устройств, встроенных во многие современные электронные устройства: плееры, планшеты, коммуникаторы, фото- и видеокамеры. А именно – про гироскоп и акселерометр. Кстати, следует сказать, что слово «гироскоп» является синонимом слова «гироскоп», а синонимом слова «акселерометр» является G-сенсор. Гироскоп и акселерометр сами по себе разные вещи (некоторые их путают), но прекрасно дополняют друг друга, работая в паре.

Акселерометр (G-сенсор) — это миниатюрное устройство, которое, говоря научным языком, измеряет проекцию кажущегося ускорения. Проще говоря, он определяет угол наклона прибора относительно поверхности Земли. Программное обеспечение, которое получает информацию об угле наклона от акселерометра, поворачивает изображение на экране. Например, на устройстве с G-сенсором для переключения на альбомную (альбомную) ориентацию экрана достаточно просто повернуть устройство на 90 градусов. Изображение на экране будет вращаться как бы «само по себе», так как сработает акселерометр.

Гироскоп (датчик гироскопа) — устройство, служащее для определения ориентации устройства в пространстве, для отслеживания его перемещения. Программное обеспечение, используемое совместно с гироскопом, способно быстро реагировать на перемещение устройства в пространстве и принимать соответствующие решения. Например, в ноутбуках гироскоп позволяет быстро включить режим удержания жесткого диска в случае падения или просто резкого движения устройства.Это очень полезно, поэтому желательно, чтобы ноутбук/нетбук, который вы покупаете, был оснащен гироскопическим датчиком. Однако во многих ноутбуках для аналогичных целей используется акселерометр.

В современных коммуникаторах, телефонах и планшетах акселерометр и гироскоп также используются в качестве важных элементов управления игровым процессом. В результате игрок имеет возможность управлять, например, виртуальным автомобилем в некоторых гонках простыми поворотами, встряхиванием и другими движениями устройства. И, конечно же, набор игр не ограничивается гонками.Существует огромное количество самых разнообразных игр, использующих гироскоп и акселерометр в качестве элементов управления. Все это делает игровой процесс более увлекательным и интерактивным.

На ряде устройств ПО также может использовать акселерометр и гироскоп в самых разных случаях… Например, на коммуникаторах iPhone в портретной (стандартной) ориентации экрана чаще всего встречается калькулятор – только кнопки с цифрами и отображаются простейшие арифметические операции. Но при повороте устройства на 90 градусов калькулятор автоматически переходит в профессиональный режим – появляются кнопки с тригонометрическими, логарифмическими и другими функциями.

Кроме того, в iPhone, iPod и iPad акселерометр активируется музыкальным проигрывателем: в портретной (вертикальной) ориентации экрана на дисплее отображается список песен/авторов/альбомов, а при повороте устройства на 90 градусов, он переключается в своего рода режим под названием CoverFlow. Изображения обложек альбомов появляются на экране, и их можно прокручивать простым движением пальца. Важно понимать, что у акселерометра здесь только одна функция: обеспечить автоматический переход из стандартного режима в режим CoverFlow.

Еще одно применение описанных датчиков можно увидеть в режиме навигации. Например, вы просматриваете карту местности на своем устройстве (с GPS-модулем, разумеется). Эта карта с помощью гироскопа отображается в соответствии с вашим местоположением; иными словами, на экране изображена схема местности, которая находится прямо перед вами. Поворачиваешь, и карта на экране тоже поворачивается. На самом деле карта всегда совпадает с направлением вашего взгляда/тела. Это очень практично.

Наконец, стоит отметить функцию шагомера, которая есть у некоторых устройств с акселерометром (например, iPod Nano 5-го и 6-го поколения, коммуникаторы iPhone). Шагомер позволяет измерить расстояние, пройденное за день (или, например, расстояние, которое вы пробежали за какое-то время). Правда, точность измерения зависит от многих факторов и иногда бывает очень низкой.

Как видите, акселерометр и гироскоп – вполне полезные вещи, хотя, конечно, жизненной необходимости в них нет.Также хотелось бы отметить, что гироскопический датчик и акселерометр не обладают телепатическими свойствами и реагируют на любые повороты и движения устройства, в том числе и случайные. Это, конечно, раздражает, и многие из этих датчиков просто отключены. Лично я им пользуюсь.

Отдельно стоит сказать об акселерометрах (G-сенсорах) в ридерах на электронных чернилах. Из-за специфики экрана e-ink (он медленный) G-сенсор в ридере – очень сомнительное удовольствие. Если сработает по ошибке, то придется ждать пока изображение/текст на экране повернется в не нужный вам режим, а потом пока не произойдет обратное вращение.

А ложные срабатывания на самом деле не так уж и редки. Например, вы ложитесь с читалкой на кровать или диван, а G-сенсор дает сигнал — нужно повернуть текст на экране. А вам это совсем не нужно. Мы подождали, перевернули текст обратно. Тогда они решили повернуться на свою сторону. Снова сработал G-сенсор, и снова напрасно. Как видите, неудобно. Именно поэтому многие пользователи ридеров на электронных чернилах отключают акселерометр. И именно поэтому я не рекомендую делать наличие акселерометра (равно как и гироскопа) одним из критериев выбора ридера.Лучше, чтобы у ридера была возможность поворачивать текст/изображение на экране одной кнопкой. Это действительно удобно.

Раз уж я вспомнил о ридерах, то стоит сказать несколько слов о ридерах PocketBook, на которые можно установить дополнительную программу под названием FBReader 180 (распространяется бесплатно). В этой программе есть очень интересная функция: перелистывание путем наклона устройства. На самом деле листать страницы книг можно и не нажимая кнопок, достаточно наклонить устройство на определенный угол вправо/влево.Значение этого угла задается в настройках. Имейте в виду, что эта функция работает только на устройствах PocketBook со встроенным G-сенсором: модели 360, 360+, 602, 603, 612, 902, 903, 912.

Напоследок дам такой совет. : если вы планируете использовать акселерометр или гироскоп своего устройства, обязательно проверьте правильность их работы при покупке, чтобы потом не было разочарования. И я очень не рекомендую покупать устройства со встроенным акселерометром без возможности его выключения.К сожалению, такие устройства выпускаются (как правило, небольшими китайскими фирмами), и иногда они досаждают своим владельцам ложными срабатываниями этого датчика.

И помните, что наличие и гироскопа, и акселерометра намного лучше, чем наличие только акселерометра (G-сенсора). Гироскоп в паре с G-сенсором способен более точно определять положение устройства в пространстве, а возможностей интерактивного управления — например, в играх — станет больше.

Новейшие смартфоны оснащены многочисленными датчиками.Одним из самых полезных модулей является гироскоп. Почему такое устройство внедряется в системы сотовой связи? Гироскоп в смартфоне — что это? Какие функции на него возложены? Обо всем этом пойдет речь в нашей публикации.

Краткий экскурс в историю

Гироскоп — изобретение французского ученого Леона Фуко. Прототип, по принципу работы которого функционируют современные устройства, был использован физиком для того, чтобы отследить особенности суточного вращения планеты.

Инновационные гироскопы используются не только для отслеживания удельной вибрации различных тел. В настоящее время основным назначением прибора является определение углов отклонения предметов по отношению к плоскостям. Для чего нужен гироскоп в смартфоне? Объединение такого модуля с акселерометром открывает возможность отслеживания перемещений телефона в трехмерном пространстве.

Впервые устройство сотовой связи с таким модулем на борту представила компания Apple. Произошло это во время презентации модели смартфона iPhone 4.Впоследствии новаторское решение стали имитировать самые разные разработчики телефонов.

Гироскоп в смартфоне — что это?

Гироскоп в сотовом телефоне не имеет ничего общего с традиционным механическим устройством. Здесь модуль представляет собой микроскопическую электронную плату, которая способна рассчитывать угловые скорости, передавая соответствующую информацию в виде электрических сигналов. Как правило, размеры такого чипа составляют всего несколько миллиметров. Если ответить в общих чертах на вопрос: “Гироскоп в смартфоне – что это такое?” Но так ли это?

Отличие гироскопа от акселерометра

Гироскоп в смартфоне – что это? Такой модуль способен передавать в различные приложения данные об угле наклона мобильного гаджета по отношению к земной поверхности.Аналогичная функция возложена и на акселерометр. Однако у этих устройств разный принцип действия. Ведь работа акселерометра основана на вычислении собственного ускорения в пространстве. На практике отмеченные возможности обеих систем оказываются взаимозаменяемыми. Именно по этой причине современные смартфоны оснащены как гироскопом, так и акселерометром.

Функции гироскопа

Зачем нужен гироскоп в смартфоне? Использование датчика открывает следующие возможности. В первую очередь за счет элементарного встряхивания мобильного телефона пользователь имеет возможность быстро ответить на входящий звонок. Гироскоп позволяет просматривать изображения, переключать аудиозаписи в плеере, облегчает перелистывание страниц при просмотре текстовых документов.

Зачем еще гироскоп в смартфоне? Модуль становится крайне удобным при использовании калькулятора. За счет отклонения гаджета в ту или иную сторону можно выбирать функции умножения, деления, вычитания и сложения значений.

Разработчики мобильных устройств нашли применение гироскопу и при работе с различными приложениями и программами… Встряхивание некоторых устройств автоматически обновит Bluetooth. Наличие модуля становится очень удобным, когда необходимо измерить уровни и углы наклона.

Гироскоп незаменим при работе с электронными картами. Модуль дает возможность определить точное положение пользователя на определенной территории. При запуске навигатора карта будет менять положение вслед за поворотом человека. Если пользователь повернется лицом к тому или иному объекту, он тут же отобразится на визуальной схеме. Такая функция будет крайне полезна для людей, увлекающихся активным отдыхом, в частности путешествиями и спортивным ориентированием.

Любителям мобильных игр не обойтись без гироскопа. Функциональный модуль способствует созданию более реалистичной картинки и облегчает работу. Всевозможные симуляторы, шутеры и трехмерные приключенческие игры становятся особенно правдоподобными благодаря гироскопу.Чтобы поездка на виртуальной машине или полет на самолете казались более реальными, достаточно изменить положение смартфона в одной из плоскостей.

Если пользователь мобильного телефона планирует в будущем использовать шлем виртуальной реальности, то обязательным условием является наличие гороскопа. Без сенсора система смартфона станет не в состоянии отслеживать повороты головы, перемещение человека в пространстве.

Недостатки

А вот наличие гироскопа в смартфоне может обернуться минусом, причем таким, что отдельные пользователи пытаются сразу отключить функциональный модуль. Речь идет о реакции некоторых приложений на изменение положения сотового телефона в пространстве со значительной задержкой.

Сравнительным недостатком наличия гироскопа в смартфоне является неудобство, которое может возникнуть при чтении электронной книги. Если пользователь произвольно изменит позу, датчик тут же трансформирует ориентацию страницы в соответствующей плоскости. Эти моменты обычно раздражают.

Как определить есть ли в смартфоне гироскоп

Узнать о наличии функционального модуля в системе мобильного устройства можно несколькими способами.Самый простой и доступный вариант — ознакомиться с описанием модели смартфона на официальном сайте производителя или просмотреть техническую документацию, прилагаемую к гаджету.

Есть и другие решения. Например, можно прибегнуть к установке на телефон специальных приложений. Одним из таких является AnTuTu Benchmark. После установки и запуска приложения достаточно перейти на вкладку «Информация». Через несколько мгновений на экране отобразятся все характеристики смартфона.

В качестве альтернативы вышеуказанному варианту можно использовать утилиту Sensor Sense. Приложение фиксирует данные, которые поступают со всех датчиков, встроенных в мобильное устройство. Если в списке «отслеживаемых» модулей нет гироскопа, это будет свидетельствовать о его отсутствии.

Гироскопы использовались в телефонах последние пять лет. Сегодня без них не обходится ни одно устройство. Но до сих пор многие не знают, что это такое.

Если при создании телефона исходной идеей была возможность общаться на расстоянии, то благодаря развитию современных технологий это полноценное многофункциональное устройство.

Поскольку на мировом рынке всегда существует большая конкуренция между брендами, компании стремятся показать своей целевой аудитории новые решения, выгодно отличающиеся от других производителей. Именно конкуренция привела к появлению гироскопа в смартфонах.

Именно благодаря ему устройства стали более функциональными, завоевали хорошие отзывы владельцев. Если еще недавно гироскопы считались диковинным элементом устройства, то сегодня целевую аудиторию сложно удивить их наличием.И несмотря на то, что одни считают гироскоп полезным элементом телефонной системы, другие предпочитают его отключать.

Что это?

Гироскоп — это специальный чип (в смартфоне), который анализирует положение объекта в пространстве и определяет углы его размещения. Самый простой пример Стандартный гироскоп — это вертушка — игра, разработанная специально для детей. Впервые гироскоп был представлен публике немецким астрономом и математиком И.Боненбергер.

В некоторых научных работах также содержится информация о том, что устройство на самом деле было изобретено тремя годами ранее. Гироскопические датчики активно используются в большом количестве областей науки и техники, в том числе в авиации, судоходстве, космонавтике. Их устанавливают в бытовую технику, и, естественно, современные смартфоны.

Гироскоп и акселерометр – принципиально разные вещи

Почему-то в обществе сложилось представление, что акселерометр и гироскоп – идентичные устройства, которые, соответственно, предназначены для выполнения схожих функций. На самом деле это далеко не так. вмонтированный в смартфон для того, чтобы отслеживать его вращение в пространстве. Гироскопические датчики отвечают за гораздо больший список задач:

• перемещение устройства в пространстве;
• определение стороны света;
• скорость перемещения в пространстве;
• другие функции.

В целом функционал очень похож, поэтому сам гироскоп представляет собой существенно модернизированный акселерометр, выпускаемый как отдельное устройство.Если акселерометр регистрирует поворот дисплея, то гироскопы позволяют определять движение в трех плоскостях. Некоторые приложения активно используют встроенную микросхему для решения внутренних проблем.

Основные функции гироскопа в современных смартфонах

С использованием гироскопов в смартфонах производители воспользовались рядом новых возможностей. Вне зависимости от того, в каком устройстве установлена ​​микросхема, владелец обязательно отметит функциональность.

Например, раньше, чтобы ответить на важный звонок, нужно было нажать кнопку или коснуться экрана. Теперь, просто встряхнув телефон, вы можете начать разговор. Кроме того, гироскоп дает возможность просматривать фотографии, интересные изображения, перелистывать страницу в электронной книге. В аудиоплеерах у вас есть возможность выбрать другую песню, не касаясь никаких кнопок.

Гироскопические датчики невероятно удобны в калькуляторах. В портретном использовании становится возможным справиться с минимальным количеством функций — умножать, делить, вычитать или складывать.

Если владелец перевернет телефон на 90 градусов, он получит ряд дополнительных возможностей… По сути, перед ним появится настоящий инженерный калькулятор. И самое главное, вам не нужно тратить время на поиск и выбор каждый раз нужной функции в меню настроек – система самостоятельно определяет, когда необходимо перейти на инженерную версию, а когда вернуться на обычную.

Может показаться, что гироскоп отвечает только за выполнение обычных функций. На самом деле это далеко не так. Разработчики программного обеспечения также обратили внимание на возможности гироскопов.

Некоторые операционные системы предоставляют возможность повторного поиска устройств. Микрочипы позволяют пользователю использовать специальные программы, с помощью которых определяется уровень и угол наклона объекта. Поэтому, если вы увидите строителя, который с помощью айфона измеряет дома угол расположения тех или иных предметов, не стоит удивляться.

Гироскопы очень удобны, если владельцу смартфона необходимо определить область, в которой находится человек.Вам может показаться, что за такую ​​функцию отвечает только датчик GPS, но на самом деле это не так.

Теперь самостоятельно вычисляет текущие координаты местоположения, а гироскоп определяет направление, в котором повернут человек в реальном времени. Например, если вы находитесь на открытой местности, где нет дорог, но вам нужно добраться до ближайшего населенного пункта, просто повернитесь к нему лицом — и на экране вы увидите, куда можно пройти, если постоянно идти прямо. Наоборот, повернувшись спиной к нужной местности, вы тоже это заметите.

Наличие таких помощников значительно облегчает ориентирование на незнакомой местности. Таким образом, гироскоп — незаменимый элемент смартфона, которым пользуются люди, увлекающиеся активным отдыхом.

Естественно, дело не без недостатков. Некоторые владельцы телефонов с гироскопом предпочитают его отключать. Например, некоторые приложения могут медленно реагировать на изменение текущего положения в пространстве. Кроме того, если вы лежите и читаете книгу, перевернутую на бок, гироскоп сразу даст указание программе изменить ориентацию страницы.В результате вы можете столкнуться с рядом неудобств.

Как и кто чаще всего использует гироскоп?

Практика показывает, что гироскоп чаще всего используется геймерами. Наличие такой микросхемы в смартфоне существенно меняет принцип игры. Изображение лучше. Так, например, раньше нужно было нажать кнопку на экране, чтобы указать направление поворота автомобиля.

Теперь достаточно повернуть смартфон в сторону, чтобы машина поехала в указанном направлении.… Причем интенсивность поворота зависит от угла наклона телефона. Для резкого поворота в поворот придется развернуть устройство на 60-70 градусов.

В шутерах использование гироскопических датчиков способствует быстрому наведению на цель противника. Разработчики тренажеров не обошли стороной использование гироскопа.

Второй по популярности категорией пользователей являются представители сложных профессий, требующих предельной аккуратности. Например, некоторые автомеханики могут определить правильность установки деталей, просто поднеся к ним телефон.Строители проверяют ровность несущих конструкций — информация о степени расположения выводится прямо на экран.

выводы

Гироскоп — сложное устройство, без которого не обходится ни один современный смартфон. Его изобретение и внедрение в мобильные устройства позволили значительно расширить функциональные возможности. Телефон с собственным гироскопом можно использовать не только для совершения звонков, но и для определения ракурсов объектов, текущего направления объекта в пространстве и т.д. скоро.Даже для принятия входящего звонка достаточно просто встряхнуть телефон и начать диалог, не нажимая никаких кнопок, не касаясь экрана.

Производители постоянно совершенствуют конструкцию гироскопов. Так что современные модели не требуют столько энергии, сколько раньше. Даже если вы не используете гироскоп, не выключайте его, при условии, что он не мешает.

В противном случае (например, при чтении электронной книги лежа на диване) все равно придется деактивировать.Без гироскопа мы бы не смогли полноценно ориентироваться на незнакомой территории. Гироскоп по праву можно считать одним из важнейших элементов современных телефонов и планшетов, увеличивая количество полезных функций.

Гироскоп — один из многих современных датчиков, без которого сложно представить работу смартфона.

Область применения этого датчика в телефоне достаточно обширна. Полноценный гироскоп визуально напоминает вертушку внутри нескольких обручей.Из-за своих размеров такую ​​конструкцию невозможно установить в гаджет, поэтому ее заменили датчиком на основе микроэлектромеханической системы.

Что такое гироскоп?

Гироскоп в современном телефоне — датчик, позволяющий автоматически менять ориентацию экрана в зависимости от положения смартфона.

Впервые в iPhone 4 был установлен гироскоп, благодаря которому устройство приобрело новый полезный функционал. С помощью сенсора пользователи могут, например, листать страницы и переключать треки в плеере, встряхивая смартфон.

Чтобы включить датчик на устройствах с операционной системой Android 4.0 KitKat и выше, просто разверните шторку уведомлений и активируйте опцию автоповорота экрана.

Акселерометр и гироскоп

Как правило, современные телефоны оснащены этими датчиками попарно. Принцип их работы хоть и похож, но не дублируется. измеряет ускорение объекта при движении, а гироскоп измеряет угол отклонения аппарата относительно разных плоскостей.

Функции гироскопа в смартфонах

Гироскоп вывел геймплей на новый уровень. Вращая устройство в пространстве, пользователь может управлять автомобилем, проводить игровые дуэли, искать персонажей и многое другое.

Если говорить о стандартных приложениях, то наиболее показательные преимущества гироскопа, например, в приложении-калькуляторе. В портретной ориентации пользователю доступны стандартные действия: сложение, вычитание, умножение и деление.Повернув телефон на 90 градусов, можно получить широкий набор тригонометрических функций на все случаи жизни.

Конечно, с автоматической работой сенсора гораздо удобнее смотреть видео на ютубе и листать фото. Также с помощью сенсора можно сделать из телефона строительный уровень — для этого нужно скачать специальное приложение.

На самом деле недостатков у гироскопа нет. Конечно, иногда возникает дискомфорт при просмотре картинок или чтении, когда при смене позы человека и устройства возможны нежелательные изменения ориентации экрана. Решение простое – отключить автоповорот в настройках.

Для каждого современного смартфона привычно оснащать различными датчиками. Например, в смартфонах датчики отвечают за освещенность, приближение, магнитометрию, ускорение, измерение приближения и расстояния. Кроме того, смартфоны оснащены акселерометрами и гироскопами. Здесь мы поговорим о последнем, так как многих интересует – что такое гироскоп, который часто работает в паре с акселерометром, а также – как им пользоваться?

Примечательно, что гироскоп был изобретен в середине 19 века французским ученым Леоном Фуко.С помощью изобретенного им гироскопа Фуко проводил наблюдения за суточным вращением Земли. Что же касается современных гироскопов, то они используются не только для определения вращения тела. Основное их назначение – определение угла отклонения определенного тела по отношению к плоскости. Очень часто в смартфонах гироскоп работает в паре с акселерометром, чтобы можно было отслеживать и фиксировать движение, и в данном случае речь идет о трехмерном пространстве.

Интересно, что первым смартфоном, в характеристиках которого появился гироскоп, стал гаджет Apple iPhone 4.И, поскольку Apple очень часто выступает законодателем мод, многие производители мобильных устройств подхватили идею и тоже стали оснащать свои смартфоны гироскопом. Справедливости ради следует отметить, что использование гироскопа – это не просто тренд, когда практическая польза вызывает сомнения. Приложение гироскопа на самом деле привнесло парочку совершенно новых и интересных возможностей. Как уже было сказано, в смартфонах гироскоп обычно используется в связке с акселерометром, что делает устройство более чувствительным к изменениям положения, например, это касается наклона. , вращение и другие даже мельчайшие движения.Такое оборудование с определенным программным обеспечением может защитить смартфон при его падении или ударе.

Рентгеновский гироскоп в iPhone 4

Кроме того, для возможности полноценного взаимодействия с гарнитурой виртуальной реальности гироскоп просто незаменимая вещь, так как он улавливает движение смартфона во всех направлениях. Другими словами, чтобы нормально взаимодействовать с виртуальной реальностью, необходимо точно определять человека в пространстве, для чего, собственно, и предназначен гироскоп.И, несмотря на то, что сегодня даже недорогие устройства оснащены акселерометром, его датчиков недостаточно для работы с приложениями виртуальной реальности из-за множества ошибок и невозможности определения поворотов и движения в горизонтальной плоскости. Для максимально эффективного погружения в виртуальную реальность необходимы и акселерометр, и гироскоп.

По своей сути гироскоп в смартфоне представляет собой микроэлектромеханический преобразователь угловых скоростей в электрический сигнал.Другими словами, способность гироскопа вычислять изменение угла наклона относительно оси при вращении смартфона. Гироскоп — это разновидность микроэлектромеханической системы (МЭМС), в которой присутствуют как механическая, так и электронная части. Размер такого чипа в среднем составляет несколько миллиметров или даже меньше.

Между тем современные мобильные устройства оснащены гироскопом в основном для улучшения качества игры. Вам больше не нужны виртуальные джойстики, чтобы играть в гонки или другие игры на смартфоне.Вы можете управлять автомобилем или вертолетом, просто меняя положение смартфона в пространстве — наклоняя его вправо или влево, к себе или от себя, а также вперед или назад, удерживая его горизонтально. Также гироскоп умеет определять скорость, с которой движется аппарат. Например, для управления игрой можно использовать не только вращение смартфона, но и скорость вращения. Благодаря этому не только играть, но и управлять смартфоном в целом можно более точно и удобно.

Кроме того, гироскоп в смартфоне можно использовать для определения текущего местоположения на земле. С помощью смартфона, оснащенного гироскопом, удобно определять направление движения. В частности, это можно сделать с помощью GPS-навигации, когда карту можно поворачивать в нужном направлении. Это можно сделать, просто повернув смартфон в руках в нужном направлении по отношению к нужному объекту, например, населенному пункту — карта тоже повернется в нужном вам направлении. На нашем портале вы найдете информативную статью о том, в чем разница между GPS и A-GPS.

В чем разница между акселерометром и гироскопом

Между тем, раз уж мы упомянули акселерометр, не вдаваясь в лишние подробности, кратко отметим, в чем основное отличие акселерометра от гироскопа. Если коснуться основных отличий акселерометра от гироскопа, то стоит упомянуть принцип их работы.В случае гироскопа угол наклона рассчитывается по отношению к земле, а возможности акселерометра включают расчет собственного ускорения, также относительно земли. Как показывает практика, обе эти аппаратные составляющие могут служить либо поодиночке — хотя в ряде случаев и недостаточно эффективно, — либо дополнять друг друга. Поэтому сегодня подавляющее большинство смартфонов оснащены и гироскопом, и акселерометром.

В заключение стоит отметить, что некоторые пользователи предпочитают отключать гироскоп на своем смартфоне.Это связано с тем, что многие программы могут реагировать на изменение положения в пространстве с некоторой задержкой. Например, при просмотре картинок или фотографий ориентация страницы может меняться при малейшем изменении положения тела, что может нервировать.

Как датчики делают смартфоны умными

Это ваш проводник, когда вы заблудились, ваша камера для селфи, ваш цифровой кошелек, DJ и игровая приставка, и они даже могут быть вашим личным помощником.О, и вы также можете позвать людей с ними.

сегодня настолько умны, что многие из нас не могут представить себе работу, отдых или игру без них. И многие из этих интеллектуальных функций основаны на некоторых действительно интеллектуальных датчиках.

Внутри новейших смартфонов находится головокружительное множество микроскопических сенсоров. Даже стандартный мобильный телефон будет иметь как минимум 10 датчиков, способных позволить любому превратить свое устройство в мощную мобильную физическую лабораторию.

Общие датчики

Общие датчики, которые вы найдете в большинстве смартфонов:

• акселерометр
• гироскоп
• магнитометр (компас)
• микрофон
• датчик приближения
• GPS
• датчик внешней освещенности
• сенсорный экран
• барометр
• термометр (внутренний)

Вот как работают пять самых полезных сенсоров смартфонов.

Акселерометр

Это измеряет ускорение (скорость изменения скорости) и, если вы знаете массу, их можно использовать для расчета результирующей силы, действующей на объект.

Хотя существует множество различных типов акселерометров для смартфонов, все они состоят из крошечного электронного устройства, выгравированного на кремниевой микросхеме, известной как микроэлектромеханическая система (МЭМС).

Компоненты акселерометра MEMS механически реагируют на ускорение – движение или напряжение.Это индуцирует напряжение, которое используется для измерения движения и ориентации.

Измеряя ускорение в трех измерениях, ваш телефон может интерпретировать показания акселерометра, чтобы отключиться при падении или сказать, идете ли вы, бежите, едете или летите.

Гироскоп

Международная космическая станция стабилизируется четырьмя огромными гироскопами, размером почти с космонавтов станции. Напротив, электронный гироскоп вашего смартфона имеет толщину человеческого волоса.

Неузнаваемые учеными, которые впервые разработали и использовали гироскопы в 18 и 19 веках, гироскопы для смартфонов представляют собой устройства MEMS, такие как акселерометры, но вместо того, чтобы реагировать на ускорение, механические части устройства реагируют на вращение телефона.

В сочетании акселерометры и гироскопы смартфонов предоставляют информацию о движении и ориентации, необходимую для всего: от автоматического поворота телефона до использования мобильной дополненной реальности.

Микрофон

Возможно, самый важный датчик вашего смартфона, учитывая его роль в выполнении исходной единственной задачи телефона — звонить людям, микрофон встроен в отверстие прямо под экраном.

Большинство современных микрофонов для смартфонов представляют собой устройства MEMS, в основном состоящие из заряженной диафрагмы, предварительного усилителя и аналого-цифрового преобразователя.

Когда вы издаете звук, давление воздуха перемещает диафрагму, что изменяет напряжение на мембране.

Это напряжение усиливается предварительным усилителем и, наконец, преобразуется в цифровой сигнал, который может использовать смартфон.

Магнитометр

Ваш смартфон содержит три датчика магнитного поля на основе МЭМС, закрепленных перпендикулярно друг другу, для определения направления магнитного севера.

Эти датчики в основном используются в навигационных приложениях, запускаясь, например, при открытии Google Maps.Но некоторые приложения используют эти магнитные измерения более творчески, позволяя использовать телефон в качестве металлоискателя.

Физики используют сложные магнитометры для измерения космической погоды и событий, таких как выбросы корональной массы, которые посылают сильные магнитные поля от Солнца в космос, запутывая технологии здесь, на Земле. Несмотря на сложность, вы можете проанализировать необработанные данные магнитометра вашего смартфона, чтобы обнаружить эти солнечные явления.

Датчик приближения

Датчик приближения, состоящий из инфракрасного (ИК) диода и детектора ИК-излучения, будет расположен в верхней части экрана, рядом с приемником.

Он испускает луч инфракрасного света, часть которого отражается, если объект находится на расстоянии около 10 см или меньше от устройства.

Когда сигнал ИК-излучения регистрирует отражение луча назад, эта информация может использоваться телефоном для автоматического выключения экрана устройства, поскольку обычно это означает, что телефон находится близко к уху или в кармане. Это помогает предотвратить непреднамеренные нажатия на экран и ненужную разрядку аккумулятора.