feat: Sensor Alignment에 IMU 통합 (mtb? + rim: 정식 처리)

PPT 'VesiScan-Basic IMU FW 진행사항_260521' 사양 기반 구현.
실측 1회 (2026-05-27 12:24, 평평한 책상)로 endian/필드 순서/시간 순서 확정 후 정식 적용.

확정 사양 (실측):
- rim: 패킷 188B = [tag 4B "rim:"] [num 2B BE] [data 180B = 15 samples × 12B] [crc 2B]
- 1 sample = 12B: Ax 2B + Ay 2B + Az 2B + Gx 2B + Gy 2B + Gz 2B (모두 BE int16)
- Accel ±4g sensitivity: /8192 g/LSB
- Gyro ±500 dps sensitivity: /65.536 dps/LSB
- 샘플 순서: samples[0] = oldest (FIFO 순)

신규 파일:
- ble/ImuPacketCollector.kt — rim: 파서. ImuSample data class + 15-sample list 콜백
- services/ImuCsvLogger.kt — Clinical 모드 한정 imu.csv 자동 저장
  컬럼: scan_id, timestamp, clinical_label, firmware_version, sample_idx, ax_g, ay_g, az_g, gx_dps, gy_dps, gz_dps
- managers/ImuAnalysis.kt — 자세 추정/Tilt/흔들림 RMS 유틸 (간이, 임상 보정 필요)

수정:
- BleManager: imuCollector 필드 + sendMtb() 정식 명령
  (canSendMaa() 게이트 maa와 공유. piezo + IMU 동시 캡처)
- BleManager: rim: 핸들러 정식화 (imuCollector.parseRim 위임)
- PlacementGuideView: sendAllChannels → sendMtb 교체, imuCollector.onComplete 등록
  Clinical 모드일 때 ImuCsvLogger.log() 자동 호출
  Dev 모드 한정 상단 칩에 "IMU: Supine · tilt=N° · shake=N.Ndps" 표시

데이터 흐름:
  performScan → sendMtb? → 응답:
    1) reb × 6 (Piezo, 기존 처리)
    2) raa (Piezo end, 기존 onMultiChannelComplete 트리거)
    3) rim (IMU, 신규 imuCollector.onComplete → lastImuSamples 갱신 + imu.csv)

분석:
- ImuAnalysis.estimatePosture: Accel 평균으로 Supine/Sitting/Standing/Tilted/Moving 판정
- shakeRmsDps > 30 → "Moving" (자세 판정 보류)
- tiltDegrees: z축 vs 중력 각도

Co-Authored-By: Claude Opus 4.7 (1M context) <noreply@anthropic.com>
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@@ -392,6 +392,8 @@ class BleManager private constructor(private val context: Context) {
// Piezo Commands // Piezo Commands
val piezoCollector = PiezoPacketCollector() val piezoCollector = PiezoPacketCollector()
// IMU rim: 응답 파서. mtb? 명령 시 채워짐. PlacementGuide/Clinical에서 콜백 등록.
val imuCollector = ImuPacketCollector()
// ── Piezo Commands (테스터 exe와 동일 포맷: 파라미터=BE, 빈 파라미터=공백) ── // ── Piezo Commands (테스터 exe와 동일 포맷: 파라미터=BE, 빈 파라미터=공백) ──
@@ -415,6 +417,21 @@ class BleManager private constructor(private val context: Context) {
return true return true
} }
/**
* 정렬 모드 측정 (mtb?) — Piezo 6채널 + IMU 동시 캡처.
* 응답: reb: × 6 + raa: + rim: (각각 piezoCollector / imuCollector가 처리)
*
* canSendMaa() 게이트는 maa와 공유 (lastMaaSentMs 같이 사용).
*/
fun sendMtb(): Boolean {
if (!canSendMaa("sendMtb")) return false
lastMaaSentMs = System.currentTimeMillis()
piezoCollector.startMultiChannel(6)
imuCollector.reset()
sendRaw(CRC16.buildCommandASCII("mtb", " "))
return true
}
// ── NIRS Commands ── // ── NIRS Commands ──
fun sendNirsPowerOn() { fun sendNirsPowerOn() {
@@ -1013,6 +1030,11 @@ class BleManager private constructor(private val context: Context) {
} }
onImuReceived?.invoke(data) onImuReceived?.invoke(data)
} }
"rim:" -> {
val num = if (data.size >= 6) ((data[4].toInt() and 0xFF) shl 8) or (data[5].toInt() and 0xFF) else 0
debugLogger.rx("rim", data.size, "IMU ${num} samples")
imuCollector.parseRim(data)
}
else -> { else -> {
val hex = data.take(8).joinToString(" ") { "%02X".format(it) } val hex = data.take(8).joinToString(" ") { "%02X".format(it) }
debugLogger.rx("???", data.size, "unknown prefix='$prefix' hex=$hex") debugLogger.rx("???", data.size, "unknown prefix='$prefix' hex=$hex")
@@ -0,0 +1,100 @@
package com.example.medilightv2android.ble
/**
* IMU 6축 raw 샘플 (Accel xyz + Gyro xyz).
*
* FW VBTFW0116+ rim: 응답 한 패킷에 15 샘플 (ODR 50Hz → 약 300ms 분량).
* Sensitivity:
* - Accel ±4g: 1 LSB = 1/8192 g
* - Gyro ±500 dps: 1 LSB = 1/65.536 dps
*/
data class ImuSample(
val ax: Float, val ay: Float, val az: Float, // g 단위 (중력 가속도)
val gx: Float, val gy: Float, val gz: Float // dps 단위 (degrees/sec)
) {
/** 전체 가속도 크기 — 정지 시 ≈ 1g */
val accelMagnitude: Float get() = kotlin.math.sqrt(ax * ax + ay * ay + az * az)
/** Gyro 전체 크기 — 정지 시 ≈ 0 dps */
val gyroMagnitude: Float get() = kotlin.math.sqrt(gx * gx + gy * gy + gz * gz)
}
/**
* rim: 패킷 파서.
*
* 패킷 구조 (총 188B):
* [tag 4B "rim:"] [num_sample 2B BE] [imu_raw_data 180B] [crc 2B]
*
* imu_raw_data = 15 samples × 12B/sample, 모두 BE int16:
* [Ax 2B] [Ay 2B] [Az 2B] [Gx 2B] [Gy 2B] [Gz 2B]
*
* 샘플 시간 순서: samples[0] = oldest (FIFO 순), samples[N-1] = newest.
* 실측 검증 완료 (Az ≈ +1g 평평 자세, 2026-05-27).
*/
class ImuPacketCollector {
var samples: List<ImuSample> = emptyList()
private set
var onComplete: ((List<ImuSample>) -> Unit)? = null
var onLog: ((String) -> Unit)? = null
companion object {
private const val ACCEL_LSB_PER_G = 8192f // ±4g FSR
private const val GYRO_LSB_PER_DPS = 65.536f // ±500 dps FSR
private const val SAMPLE_SIZE_BYTES = 12
private const val HEADER_BYTES = 6 // tag(4) + num(2)
private const val CRC_BYTES = 2
}
fun reset() {
samples = emptyList()
}
/** rim: 패킷 한 번 받으면 호출. 188B 전체 ByteArray. */
fun parseRim(data: ByteArray) {
if (data.size < HEADER_BYTES + CRC_BYTES) {
onLog?.invoke("rim: too short (${data.size}B)")
return
}
val numSamples = readBe16(data, 4)
val payloadBytes = data.size - HEADER_BYTES - CRC_BYTES
val expectedBytes = numSamples * SAMPLE_SIZE_BYTES
if (payloadBytes < expectedBytes) {
onLog?.invoke("rim: payload short ($payloadBytes < $expectedBytes for $numSamples samples)")
return
}
val parsed = ArrayList<ImuSample>(numSamples)
for (i in 0 until numSamples) {
val off = HEADER_BYTES + i * SAMPLE_SIZE_BYTES
val axRaw = readBe16Signed(data, off)
val ayRaw = readBe16Signed(data, off + 2)
val azRaw = readBe16Signed(data, off + 4)
val gxRaw = readBe16Signed(data, off + 6)
val gyRaw = readBe16Signed(data, off + 8)
val gzRaw = readBe16Signed(data, off + 10)
parsed.add(ImuSample(
ax = axRaw / ACCEL_LSB_PER_G,
ay = ayRaw / ACCEL_LSB_PER_G,
az = azRaw / ACCEL_LSB_PER_G,
gx = gxRaw / GYRO_LSB_PER_DPS,
gy = gyRaw / GYRO_LSB_PER_DPS,
gz = gzRaw / GYRO_LSB_PER_DPS,
))
}
samples = parsed
onLog?.invoke("rim: $numSamples samples parsed (last: Az=${"%.3f".format(parsed.last().az)}g)")
onComplete?.invoke(parsed)
}
private fun readBe16(data: ByteArray, idx: Int): Int {
val hi = data[idx].toInt() and 0xFF
val lo = data[idx + 1].toInt() and 0xFF
return (hi shl 8) or lo
}
private fun readBe16Signed(data: ByteArray, idx: Int): Int {
var v = readBe16(data, idx)
if (v >= 0x8000) v -= 0x10000
return v
}
}
@@ -0,0 +1,91 @@
package com.example.medilightv2android.managers
import com.example.medilightv2android.ble.ImuSample
import kotlin.math.abs
import kotlin.math.atan2
import kotlin.math.sqrt
/**
* IMU 샘플 묶음(한 mtb 응답 = 15샘플)에서 자세/안정성 지표 추출.
*
* 가정: VBT 센서의 Accel z축이 환자 몸 바깥 방향(센서 면 → 위).
* 평평하게 누운 환자(Supine)에 부착 시 Az ≈ -1g (또는 +1g, 부착 면에 따라).
*
* 향후 임상 데이터로 calibration 필요.
*/
object ImuAnalysis {
/** 한 응답 안의 모든 샘플 평균 Accel vector */
fun meanAccel(samples: List<ImuSample>): Triple<Float, Float, Float>? {
if (samples.isEmpty()) return null
var sx = 0f; var sy = 0f; var sz = 0f
for (s in samples) { sx += s.ax; sy += s.ay; sz += s.az }
val n = samples.size
return Triple(sx / n, sy / n, sz / n)
}
/** 한 응답 안의 모든 샘플 평균 Gyro vector */
fun meanGyro(samples: List<ImuSample>): Triple<Float, Float, Float>? {
if (samples.isEmpty()) return null
var sx = 0f; var sy = 0f; var sz = 0f
for (s in samples) { sx += s.gx; sy += s.gy; sz += s.gz }
val n = samples.size
return Triple(sx / n, sy / n, sz / n)
}
/**
* 흔들림 강도 — Gyro 표준편차의 RMS. 정지 시 ≈ 0~5 dps, 흔드는 중 ≈ 50+ dps.
*/
fun shakeRmsDps(samples: List<ImuSample>): Float {
if (samples.size < 2) return 0f
val mean = meanGyro(samples) ?: return 0f
var sum = 0f
for (s in samples) {
val dx = s.gx - mean.first
val dy = s.gy - mean.second
val dz = s.gz - mean.third
sum += dx * dx + dy * dy + dz * dz
}
return sqrt(sum / samples.size)
}
/**
* 자세 추정 (간이 — Accel만 사용).
* 평균 Accel vector의 방향 → 어느 축이 중력에 가까운지 판정.
*
* 반환: "Supine" / "Sitting" / "Standing" / "Tilted" / "Moving"
*
* 임시 기준 (임상 데이터로 보정 필요):
* - |Az| 가장 큼 + Az > 0.7g: 환자 몸 누움 (Supine, 센서면 위 향함)
* - |Az| 가장 큼 + Az < -0.7g: 센서 뒤집힘
* - |Ay| 가장 큼: Sitting (몸 세움)
* - |Ax| 가장 큼: Standing 또는 옆 기울기
* - 기타: Tilted
* - shakeRmsDps > 30: Moving (자세 판정 불가)
*/
fun estimatePosture(samples: List<ImuSample>): String {
if (samples.isEmpty()) return "—"
if (shakeRmsDps(samples) > 30f) return "Moving"
val (ax, ay, az) = meanAccel(samples) ?: return "—"
val axAbs = abs(ax); val ayAbs = abs(ay); val azAbs = abs(az)
return when {
azAbs >= axAbs && azAbs >= ayAbs && azAbs > 0.7f ->
if (az > 0) "Supine" else "Supine (flip)"
ayAbs >= axAbs && ayAbs > 0.6f -> "Sitting"
axAbs > 0.6f -> "Standing"
else -> "Tilted"
}
}
/**
* Tilt 각도 (도) — 센서 z축이 중력에 대해 얼마나 기울었는지.
* 0° = z축이 정확히 중력 방향, 90° = z축이 수평.
*/
fun tiltDegrees(samples: List<ImuSample>): Float {
val (ax, ay, az) = meanAccel(samples) ?: return 0f
val mag = sqrt(ax * ax + ay * ay + az * az)
if (mag < 0.1f) return 0f // 자유낙하/이상치
val tiltRad = atan2(sqrt(ax * ax + ay * ay), abs(az))
return (tiltRad * 180.0 / Math.PI).toFloat()
}
}
@@ -0,0 +1,66 @@
package com.example.medilightv2android.services
import com.example.medilightv2android.ble.ImuSample
import java.io.File
import java.text.SimpleDateFormat
import java.util.Date
import java.util.Locale
/**
* IMU 샘플을 CSV로 저장. 임상 R&D 모드 한정.
*
* 파일 위치 (임상 모드일 때):
* Downloads/VesiScan_Sessions/{folder}/imu.csv
*
* 한 번의 mtb? 응답에서 15 샘플 → CSV 15행. scan_id로 같은 측정의 piezo adc.csv와 매칭 가능.
*
* Sensitivity:
* ax/ay/az: g (Accel ±4g, 1 LSB = 1/8192 g)
* gx/gy/gz: dps (Gyro ±500 dps, 1 LSB = 1/65.536 dps)
*
* Sample 순서: 한 응답 안에서 oldest→newest. sample_idx 컬럼으로 명시.
*/
object ImuCsvLogger {
private val timeFmt = SimpleDateFormat("HH:mm:ss.SSS", Locale.US)
/**
* 임상 모드 한정. ClinicalSessionStore.currentLogDir()가 있을 때만 저장.
* samples를 oldest→newest 순서로 그대로 기록.
*/
fun log(samples: List<ImuSample>) {
val dir = ClinicalSessionStore.currentLogDir() ?: return
if (samples.isEmpty()) return
try {
dir.mkdirs()
val file = File(dir, "imu.csv")
val isNew = !file.exists() || file.length() == 0L
val scanId = AdcCsvLogger.lastScanId // piezo adc.csv와 매칭용
val timestamp = timeFmt.format(Date())
val clinicalLabel = ClinicalSessionStore.currentLabel()
val fwVersion = com.example.medilightv2android.ble.BleManager.current?.firmwareVersion?.value ?: ""
file.bufferedWriter().use { _ -> } // ensure exists
java.io.FileWriter(file, !isNew).buffered().use { writer ->
if (isNew) {
writer.write("scan_id,timestamp,clinical_label,firmware_version,sample_idx,ax_g,ay_g,az_g,gx_dps,gy_dps,gz_dps")
writer.newLine()
}
for ((idx, s) in samples.withIndex()) {
writer.write(buildString {
append("$scanId,$timestamp,$clinicalLabel,$fwVersion,$idx,")
append("%.4f".format(s.ax)); append(",")
append("%.4f".format(s.ay)); append(",")
append("%.4f".format(s.az)); append(",")
append("%.4f".format(s.gx)); append(",")
append("%.4f".format(s.gy)); append(",")
append("%.4f".format(s.gz))
})
writer.newLine()
}
}
} catch (_: Exception) {
// 로그는 측정 자체를 막으면 안 됨 — silent fail
}
}
}
@@ -86,6 +86,8 @@ fun PlacementGuideView(appState: AppState) {
val greenHoldMs = 7000L // GREEN 후 최소 7초 유지 val greenHoldMs = 7000L // GREEN 후 최소 7초 유지
var greenFailCount by remember { mutableIntStateOf(0) } // GREEN 이탈 디바운스 var greenFailCount by remember { mutableIntStateOf(0) } // GREEN 이탈 디바운스
var lastChannelData by remember { mutableStateOf<List<PiezoChannelData>>(emptyList()) } var lastChannelData by remember { mutableStateOf<List<PiezoChannelData>>(emptyList()) }
// 최근 IMU 샘플 (15개, ODR 50Hz, ~300ms 분량). 자세 판정/흔들림 감지/임상 로그용.
var lastImuSamples by remember { mutableStateOf<List<com.example.medilightv2android.ble.ImuSample>>(emptyList()) }
var lastWallResults by remember { mutableStateOf<List<Pair<Int, Int>?>>(List(6) { null }) } var lastWallResults by remember { mutableStateOf<List<Pair<Int, Int>?>>(List(6) { null }) }
var debounceCount by remember { mutableIntStateOf(0) } var debounceCount by remember { mutableIntStateOf(0) }
var lastGuidePhase by remember { mutableStateOf(PlacementPhase.VERTICAL) } var lastGuidePhase by remember { mutableStateOf(PlacementPhase.VERTICAL) }
@@ -244,6 +246,27 @@ fun PlacementGuideView(appState: AppState) {
.padding(horizontal = 6.dp, vertical = 1.dp) .padding(horizontal = 6.dp, vertical = 1.dp)
) )
} }
// IMU 정보 (Dev 모드 한정) — 자세 + 흔들림 RMS
if (appState.isDevMode && lastImuSamples.isNotEmpty()) {
val posture = remember(lastImuSamples) {
com.example.medilightv2android.managers.ImuAnalysis.estimatePosture(lastImuSamples)
}
val shake = remember(lastImuSamples) {
com.example.medilightv2android.managers.ImuAnalysis.shakeRmsDps(lastImuSamples)
}
val tilt = remember(lastImuSamples) {
com.example.medilightv2android.managers.ImuAnalysis.tiltDegrees(lastImuSamples)
}
Text(
"IMU: $posture · tilt=${"%.0f".format(tilt)}° · shake=${"%.1f".format(shake)}dps",
fontSize = 10.sp,
fontWeight = FontWeight.SemiBold,
color = if (shake > 30f) Color.Red else MlSecondaryText,
modifier = Modifier
.background(Color.Gray.copy(alpha = 0.15f), RoundedCornerShape(4.dp))
.padding(horizontal = 6.dp, vertical = 1.dp)
)
}
} }
// 타이틀 — 28sp Bold (Hint와의 강조 균형. 이전 38sp ExtraBold는 화면을 압도) // 타이틀 — 28sp Bold (Hint와의 강조 균형. 이전 38sp ExtraBold는 화면을 압도)
@@ -827,7 +850,17 @@ fun PlacementGuideView(appState: AppState) {
} }
} // handler.post } // handler.post
bleManager.piezoCollector.onLog = { msg -> Log.d("PlacementGuide", msg) } bleManager.piezoCollector.onLog = { msg -> Log.d("PlacementGuide", msg) }
if (!bleManager.sendAllChannels()) { // IMU 콜백 등록 — rim: 응답이 reb×6 + raa 이후 도착. 임상 모드면 imu.csv에 자동 저장.
bleManager.imuCollector.onComplete = { imuSamples ->
handler.post {
lastImuSamples = imuSamples
if (com.example.medilightv2android.services.ClinicalSessionStore.currentSession != null) {
com.example.medilightv2android.services.ImuCsvLogger.log(imuSamples)
}
}
}
// mtb? — Piezo 6채널 + IMU 동시 캡처. 응답: reb×6 + raa + rim
if (!bleManager.sendMtb()) {
// Throttle됨 — isScanning 리셋 (deadlock 방지) // Throttle됨 — isScanning 리셋 (deadlock 방지)
isScanning = false isScanning = false
} }