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加速度センサのサンプリング周波数を調整できるAndroidアプリを作った話

Last updated at 2020-04-20Posted at 2020-04-20

概要

私事ですがサクジツ，3軸加速度センサの値がcsvファイルで欲しくなりました．Qiita仲間の皆さんであれば誰しもこのような経験はあると思います

ということでXperiaが手元にあったので，google playから早速検索，加速度センサロガーなるものを片っ端からインストールしてみました

するとなんと！サンプリング周波数が任意に設定できません．．．

しかしiOSには設定できそうなアプリが存在したので，Androidでも作れるのではないかと健闘した物語です

まず調査

（注意）この章は作業ログならぬ勉強ログっぽく書いていきますので，日記感覚で見てください

すべてのアプリ(サンプル数6，7個)に共通している点で，サンプリングの間隔を大体でしか調整できませんでした

これについて調査していくと，加速度センサにおいては他の端末センサと違い具体的なサンプリングのレートを調整することができないらしいです
SensorManagerのリファレンスからregisterListenerについて見てみます

そして，この第3引数であるint sampling PeriodUsには以下4つの変数を基本的に与えます

こいつらはSensorEventクラスで定義されています（SensorEventリファレンス）

しかし，この第3引数に具体的な整数を入力したらどうなるのか，気になりますよね
ということで！　以下サイトで具体的に検証してくれていました←
https://akira-watson.com/android/accelerometer.html

ちなみに，実際の段取りではここまで事前調査を入念に行ったわけではなく，整数を入れてもうまく動作しなかったという沼に数時間はまり，ここに行きつきました(汗

それでは長々と失礼しましたが，先ほど言った通り，この事実が判明した時点でもう実装し始めちゃってます
フィルタリングでも何でもして無理やりサンプリング間隔を調整していきます，当方意地です

環境

windows 10 home
Android Studio 3.6.3
Android Smartphone Xperia SO-01K API: 28
AVD :Nexus 5X API: 24

実装

バージョンを見ていただければわかる通り，インストールしたばっかり，Android Studio初めて触ります
事前知識として，ボタンが簡単に作れるのは知っています

保険タイム終了，設計に行きます

設計

APIはどんな端末でも使えるようにと願いを込めて16に設定しました

結論からお見せすると，このスクショのようになります

サンプリング周波数調整方法

自分がぱっと思いついた実装方法ですが

　・sleep関数のようなものを使い，端末ごとフレームレートを落とす
　・ロー/ハイパスフィルタリングを用いて，ユーザ希望のサンプリング周波数となるような閾値を生成する
　・配列を等間隔に間引いて，サンプリングの間隔を広げることで実装する
　・毎フレームごとにcsvファイルに書き込んでいく

このくらいが挙げることができました

まぁこれは自分が製作中にアプローチした順番です
結果としては3つ目でうまいこといったので毎フレームごとにってやつはやっていません

まずは加速度を可視化する

まず加速度センサを使う時のサンプルコードです

MainActivity.java

    private SensorManager mManager;
    private TextView mX,mY,mZ;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // Get an instance of the SensorManager
        mManager = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);

        mX = (TextView)this.findViewById(R.id.textViewX);
        mY = (TextView)this.findViewById(R.id.textViewY);
        mZ = (TextView)this.findViewById(R.id.textViewZ);
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        // Listenerの登録
        Sensor accSensor= sensorManager.getDefaultSensor(
                                Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);

        this.mManager.registerListener((SensorEventListener) this, this.accSensor, SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST);

    }

    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();
        //Listenerの解除
        this.mManager.unregisterListener((SensorEventListener)this, this.accSensor);
    }

    @Override
    public void onSensorChanged(SensorEvent sensorEvent) {

        mX.setText("加速度センサーX:" + String.valueOf(sensorEvent.values[0]));
        mY.setText("加速度センサーY:" + String.valueOf(sensorEvent.values[1]));
        mZ.setText("加速度センサーZ:" + String.valueOf(sensorEvent.values[2]));

    }

    public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int n) {
    }
}

とりあえずこれで動きます，複数のセンサに対応させたいのであれば，onSensorChanged関数内で
if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER){}
と条件分岐させます

onSensorChangedメソッドを見ていただくとわかる通り，sensorEventクラスの中のvalues[0]～[2]にx,y,zの加速度が入っています（SensorEventのリファレンス参照）

したがって，これに計測日時を足したものをcsvに出力すれば，最大サンプリング周波数のcsvファイルが得られます

サンプリング周波数の検出方法については以下2つ（最後の参考資料にも記載あり）
https://qiita.com/taittide/items/2f6a70eae22117266a66
https://akihito104.hatenablog.com/entry/2013/07/22/013000

csv出力については今回のアプリの肝ではないので割愛します

間引いていく

今回のアプリの全体的な流れは

　①STARTボタンが押される
　　　　　　↓
　②新たなリストにx,y,z加速度を保存していく
　　　　　　↓
　③STOP/SAVEボタンが押される
　　　　　　↓
　④保存されていた加速度をcsvに出力用のリストにコピー
　　　　　　↓
　⑤csv出力用のリストからcsvに出力
　　　　　　↓
　⑥リストデータをすべて破棄．①を待つ

なので，④の工程で適切な大きさに間引いてあげることでサンプリング周波数を調整できます

まずサンプルコードです

MainActivity.java


public void changeandcopy_information() {

        accX_w = new ArrayList();
        accY_w = new ArrayList();
        accZ_w = new ArrayList();
        timeStamp_Time_forAcc_w = new ArrayList(timeStamp_Time_forAcc);
        int temp_size = timeStamp_Time_forAcc_w.size();
        boolean once = false;

        //配列を希望するサンプリングレートになるように間引くための変数
        int AdjustI = (int)(input_sampling_rate/wantConverting_sampling_rate);

        for (int i = 0; AdjustI*i < temp_size; i++) {
            if(!once){
                timeStamp_Time_forAcc_w.clear();
                once=true;
            }
            accX_w.add(accX.get(AdjustI*i));
            accY_w.add(accY.get(AdjustI*i));
            accZ_w.add(accZ.get(AdjustI*i));
            timeStamp_Time_forAcc_w.add(timeStamp_Time_forAcc.get(AdjustI*i));
        }
}

新キャラ変数の説明
accX,axxY,accZに加速度が保存されていて，それをcsv出力用のaccX_w,axxY_w,accZ_wにコピーするために，まず定義
timeStamp_Time_forAcc_wにはフレームの計測日時が格納されています
input_sampling_rateには，ユーザの端末の最大サンプリング周波数，wantConverting_sampling_rateはユーザが希望するサンプリング周波数が整数型で格納されています
AdjustIとonceはコード見た通りです

具体例を出して何をしているのかを説明しますと
端末の最大サンプリング周波数が400(Hz)，ユーザが希望するサンプリング周波数が100(Hz)だとします
ここで，純粋にそのままコピーすれば，変数_wたちの配列サイズは1秒間あたり400増えることになります
そこで，400/100（ユーザの端末の最大サンプリング周波数(Hz) / ユーザが希望するサンプリング周波数(Hz)）の値をfor文の中のiにかけてあげれば，iは0,1*400/100,2*400/100,..となり，配列の1秒間あたりのサイズは1/4である100になります

サンプリング周波数調整の成功です！！！
割り切れないとき？それはしょうがありません．誤差はつきものです