基于傳感器的運動活動測量的制作方法
【專利摘要】基于傳感器數據確定步速或速度可包括確定用戶的腳部和諸如地面的鍛煉表面的接觸時間的量?？赏ㄟ^確定傳感器數據中對應于諸如腳跟沖擊、腳趾脫離和隨后的腳跟沖擊的各種事件的樣本來確定接觸時間。在一個示例中，可通過確定超出對應的閾值的三個樣本值的序列（例如，三元組）來確定這些事件。可通過確定在最終事件樣本和中間事樣本之間的差值是否大于中間事件樣本和最初事件樣本之間的差值來確認確定的三元組（例如，腳跟沖擊、腳趾脫離和腳跟沖擊）的有效性。在確認之后，可從該三元組確定接觸時間。繼而可使用線性或非線性關系至接觸時間，來確定速度或步速。
【專利說明】基于傳感器的運動活動測量
【技術領域】
[0001]本發(fā)明總體地涉及運動表現監(jiān)測裝置，且更特別地涉及基于傳感器輸出以及使用信號處理對基于腳部的事件的檢測來確定運動信息。
【背景技術】
[0002]隨著對于健身和健康的增加的關注，運動活動感知裝置的普及在近期有了顯著的增長。運動活動傳感器的使用向個體提供了具體地識別進行的運動活動的量的能力。示例性地，在跑步、慢跑或步行中，個體將經常使用計步器或加速度器來測量途經的距離的量、行進的步數、燃燒的卡路里量、跑步的步速等。在一些當前的系統(tǒng)中，加速度器被用于確定用戶的腳部和地面的接觸時間的量，以確定步速。示例性地，題為“MONITORING ACTIVITYOF A USER IN LOCOMOTION ON FOOT”的美國專利N0.6，493，652描述了用于基于接觸時間確定用戶的步速的一些算法和方法。但是，通過其接觸時間和步速被確定的當前的算法和方法可能在不同的環(huán)境和在不同的用戶之間在精度上顯著地變化。此外，一些基于加速度器的運動活動測量系統(tǒng)僅能在用戶在特定的步速上跑步或移動時測量速度。此外，許多當前的系統(tǒng)需要頻繁的校準和重新校準來保持測量的精度。

【發(fā)明內容】

[0003]提供該概述以簡化的方式介紹一系列概念，其將在下文的詳盡描述中繼續(xù)描述。該概述不意圖確定要求的主題的關鍵特征或必要特征，也不意圖被用于輔助確定要求的主題的范圍。
[0004]本公開的方面涉及處理基于腳部的傳感器數據，以確定用戶的腳部和鍛煉表面的接觸時間的量，以及繼而基于其計算步速、距離、速度和/或其他運動指標。在一個示例中，確定用戶的接觸時間可包括確定諸如腳跟沖擊和腳趾脫離的特定事件在傳感器輸出中發(fā)生在何處。在特定的示例中，處理系統(tǒng)可識別三元組(triplet)事件，每一個三元組包括第一腳跟沖擊、腳趾脫離以及后續(xù)的第二腳跟沖擊。三元組的連續(xù)(例如，沒有干涉事件)本質允許處理系統(tǒng)確定用戶何時進行該步?；谌M的各個事件的時刻，可計算出腳部接觸時間。附加地或替換地，如果接觸時間是距離平均值的確定數個標準差，則可過濾接觸時間和相應的三元組。該過濾允許處理系統(tǒng)在計算步速和其他運動指標之前移除可能的異常值或有缺陷的數據點。
[0005]根據另一方面，可使用快速傅里葉變換方法來確定接觸時間。在一個示例中，可在傳感器輸出數據上進行快速傅里葉變換。來自該快速傅里葉變換的頻率峰值之一可繼而被確定為對應于接觸時間。恰當的頻率峰值的確定可基于從樣本研究獲得實驗數據和/或研究。
[0006]根據此外的另一方面，可將作用力模型或系統(tǒng)用于確定接觸時間以及繼而速度和/或步速。作用力可視覺地以及數學地和傳感器輸出信號的大小相關。因此，信號的大小越大，用戶的速度或步速越大。可推出公式或算法，以限定在傳感器輸出信號和接觸時間和/或步速之間的相關性。
[0007]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將從結合附圖的下列說明書中的示例中是明顯的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖1示出了根據此處描述的一個或多個方面的運動活動監(jiān)測系統(tǒng)。
[0009]附圖2示出了其中可使用此處描述的一個或多個方面的計算環(huán)境。
[0010]附圖3是從根據此處的一個或多個方面的傳感器接收的示例性數據的圖。
[0011]附圖4是基于根據此處描述的一個或多個方面的傳感器輸出數據的示例性標準偏差的圖。
[0012]附圖5是用于使用根據此處描述的一個或多個方面的傳感器輸出數據確定運動事件的示例性方法的流程圖。
[0013]附圖6是示出了使用根據此處描述的一個或多個方面確定用于確定運動事件的各個閾值和窗口大小的示例性方法的流程圖。
[0014]附圖7是示出了用于根據此處描述的一個或多個方面確定接觸時間、步速和速度的示例性方法的流程圖。
[0015]附圖8示出了根據此處描述的一個或多個方面的一組數據的示例性標準差以及平均值。
[0016]附圖9示出了可用于在根據此處描述的一個或多個方面的傳感器輸出數據上進行快速傅里葉變換(FFT)的計算機算法。
[0017]附圖1OA示出了根據此處描述的一個或多個方面的示例性傳感器輸出數據。
[0018]附圖1OB示出了附圖1OA的示例性傳感器輸出數據的樣本窗口。
[0019]附圖11是由FFT算法處理的附圖1OB的樣本窗口的圖。
[0020]附圖12A-12C示出了對應于根據此處描述的一個或多個方面的樣本窗口以及FFT處理后的樣本窗口的示例性傳感器輸出數據以及對應的圖。
[0021]附圖13A-13C示出了根據此處描述的一個或多個方面的用戶移動的不同速度的示例性傳感器輸出數據圖。
[0022]附圖14A-14C分別示出了附圖13A-13C中示出的傳感器輸出的示例性均值置中數據圖。
[0023]附圖15示出了示出了在根據此處描述的一個或多個方面的第一類型的移動的傳感器輸出的平均值和速度之間的關系。
[0024]附圖16示出了示出了在根據此處描述的一個或多個方面的第二類型的移動的傳感器輸出的平均值和速度之間的關系。
【具體實施方式】
[0025]盡管本發(fā)明允許具有許多不同形式的實施例，將在視圖中示出且在此處詳盡地描述本范明的優(yōu)選實施例，其中將理解本公開將被視作對本發(fā)明的原理的展示，而不意圖將本發(fā)明的廣闊的方面限制至示出且描述的實施例。
[0026]附圖1示出了一種示例性運動活動系統(tǒng)，其包括腳部安裝、基于加速度器的傳感器101以及信息顯示裝置103?？蓪⒛_部安裝傳感器101布置在鞋或其他類型的鞋類物件中，附連至用戶的腳部或腿部，附連至鞋類物件(例如，在諸如鞋帶的外部部分上或如通過鞋105示出的在鞋底部分內部)等。傳感器101包括固態(tài)加速度器，其配置為感知沿多個軸線的加速度。在一些示例中，加速度器101可為六軸加速度器。傳感器101可進一步包括無線發(fā)射器和/或收發(fā)器107，其允許傳感器101無線地提供數據至信息顯示裝置103。收發(fā)器107可整合入顯示裝置103，或可為可拆卸式連接的裝置。在一些布置中，傳感器101可在無線發(fā)射器或收發(fā)器之外附加地或替換地包括有線連接器或連接部，以及存儲介質(例如，閃存)以暫時地或永久地存儲數據。在一個示例中，傳感器101可存儲測量數據直至計劃的發(fā)送時間或直至接收到針對該數據的請求(例如，來自信息顯示裝置103)。附加地或替換地，傳感器101可包括其他類型的傳感器，包括壓敏電阻式開關、壓電換能器、接觸開關、水銀開關等。
[0027]信息顯示裝置103可包括無線接收器和或收發(fā)器，以從傳感器101接收數據和/或傳輸數據至傳感器101。示例性地，信息顯示裝置103可從傳感器101接收傳感器測量值，或傳輸指令至傳感器101 (例如，在手動用戶提醒時請求來自傳感器101的數據)。在一個或多個布置中，信息顯示裝置103可包括用戶佩戴裝置，諸如手表或其他腕部佩戴裝置、臂帶、胸帶、眼部佩戴物件、頭部佩戴物件等。信息顯示裝置103還可包括處理器、存儲器和/或其他輸入/輸出部件，諸如喇叭、觸屏輸入系統(tǒng)、麥克風、觸覺反饋裝置、數據端口以及連接器。存儲器可存儲可由處理器和裝置103執(zhí)行的計算機可讀指令，以處理來自傳感器101的傳感器數據。示例性地，在一個布置中，信息顯示裝置103可基于從傳感器101接收的信號和數據計算或以其他方式確定步速、距離和/或燃燒的卡路里。在此處將更詳盡地討論進行這樣的確定的算法、方法和系統(tǒng)。
[0028]在一個示例性操作方法中，用戶可通過按壓按鈕或輸入指令進入信息顯示裝置103來啟動數據記錄。響應于此，顯示裝置103可繼而開始從傳感器101接收信息，并將數據記錄在存儲器中。顯示裝置103還可動態(tài)地(例如，實時地)開始處理數據，從而諸如步速或距離的處理后的信息可 實時地顯示用作用戶的信息。用戶還可通過使用顯示裝置103輸入相應的指令來停止記錄和/或處理。記錄的數據可由顯示裝置103自動地存儲以預定量的時間或不確定的時間，取決于缺省設定或用戶偏好。在一些布置中，數據也可通過諸如互聯(lián)網的計算機網絡無線地傳輸至一個或多個遠端數據庫、服務器或其他系統(tǒng)。示例性地，裝置103可傳輸鍛煉活動數據至互聯(lián)網上的遠端運動表現追蹤站點。
[0029]在一個或多個構造中，用于產生表現指標的數據處理可通過獨立于信息顯示裝置103的裝置(未示出)進行。示例性地，處理可通過獨立的處理裝置進行，該處理裝置和傳感器101以及顯示裝置103兩者連接，且在一個特定的示例中，用作傳感器101和顯示裝置103之間的中間媒介(intermediary)?？蓪⑦@樣的處理裝置用在其中顯示裝置103可能不具有恰當的通信能力(例如，硬件、軟件、固件)以從傳感器101直接地接收數據的情形中。因此，獨立的處理裝置可配置為以兼容的方式和傳感器101接收傳感器數據以及通信，和提供信息至顯示裝置103。處理裝置可直接地和物理地連接至顯示裝置103。替換地，處理裝置可通過無線連接和顯示裝置103通信。類似地，處理裝置可使用近場通信協(xié)議和技術、局域網和/或廣域網連接物理地連接至傳感器101或無線地連接。在一些情形中，處理裝置可包括在廣域網或局域網上提供數據處理的遠端或本地服務器。
[0030]根據一個方面，傳感器101可配置為在將信息傳輸至顯示裝置103或獨立的處理裝置之前進行至少一些傳感器數據的處理。例如，傳感器101可通過測量的電壓中的變化檢測移動。為了使得數據更能被理解或易于處理，傳感器101可將電壓信息預處理成依照預定比例的值(例如，在O至255之間的無標號數字值)。傳感器101還可包括諸如閃存存儲器和/或硬盤存儲器的存儲器系統(tǒng)，用于存儲傳感器數據以預定量的時間。示例性地，傳感器數據可存儲在傳感器101中10天，直至存儲器充滿，直至用戶選擇清空存儲器等。
[0031]附圖2示出了可操作以處理各種數據和進行各種功能的計算裝置。示例性地，計算裝置201可對應于諸如附圖1的傳感器101的傳感器、處理裝置或系統(tǒng)和/或諸如附圖1的裝置103的信息顯示裝置。在附圖2的框式圖中，計算系統(tǒng)201可具有處理器203，以進行數學計算和對計算系統(tǒng)201及其相關聯(lián)的部件、隨機訪問存儲器(RAM) 205、只讀存儲器(R0M)207、輸入/輸出(I/O)模塊209和存儲器215的操作的控制。1/0209可包括麥克風、鼠標、生物測定掃描儀或識別器、鍵盤、觸屏、掃描儀、光學讀取器、和/或觸針(或其他輸入裝置(一個或多個))，通過其計算裝置201的用戶可提供輸入，且其還可包括用于提供聽覺輸出的一個或多個喇叭以及用于提供文本、聽視覺(audiovisual)和/或圖形化輸出的視頻顯示裝置。軟件(例如，計算機可讀指令)可存儲在存儲器215和/或其他存儲器中，以提供指令至處理器203，用于使得和允許裝置201進行而各種功能。示例性地，存儲器215可存儲由計算系統(tǒng)201使用的軟件，諸如操作系統(tǒng)217、應用程序219和相關的數據庫211。替換地，計算裝置201的一些或全部可實現在硬件或固件中(未示出)。在一個或多個布置中，計算裝置201可包括一個或多個內建傳感器，諸如關于附圖1的傳感器101描述的加速度器、心率傳感器、血壓傳感器等。
[0032]計算裝置201還可操作為移動通信裝置或終端(例如,移動電話、PDA、筆記本電腦等)，其包括各種其他的部件，諸如電池、喇叭和天線(未示出)。附加地或替換地，計算裝置201可通過調制解調器221或局域網(LAN)接口 213連接至一個或多個網絡。在一個或多個示例中，計算裝置201可具有至一個或多個網絡的有線或無線的連接，包括藍牙連接、蜂窩通信連接、衛(wèi)星連接和/或以上的組合。
[0033]附圖3示出了可由諸如附圖1的傳感器101的傳感器輸出的數據的示例性圖。圖300對應于用戶跑動活動且代表每秒400個樣本的數據采樣率(例如，由傳感器檢測的采樣電壓)，其原始信號范圍為0-4。用戶的步行(不論是走、小跑或跑動)可包括若干已知的事件，諸如腳跟沖擊(例如，當用戶的腳跟沖擊地面時)，其后是腳趾脫離(例如，當用戶的腳趾離開地面時)。在用戶的腳跟沖擊和腳趾脫離之間，用戶的腳部總體地和地面接觸。通過確定腳部地面接觸時間，可確定用戶的步速或速度。但是，僅基于原始信號輸出來確定用戶的腳跟何時沖擊地面以及何時用戶的腳趾從地面提升離開可能是困難的。如所示，圖300中的峰值和谷底的大量的數量使得難于確定特定的事件(例如，腳跟沖擊和腳趾脫離)。用于將原始數據輸出轉換或處理成更可用的格式以及后續(xù)地計算腳部接觸時間的量、用戶的步速和/或速度的算法是存在的。但是，如上所述，當前的算法和方法可取決于由用戶進行的移動的類型而在精度上顯著地變動。示例性地，一些算法可在沖刺鍛煉期間產生不準確的接觸時間，且由此，產生不準確的速度和距離(和慢速跑步或步行相比)。其他的算法可能在處理步行鍛煉中有確定準確的步速、速度和/或距離的困難。
[0034]本公開使用采用移動3點標準偏差公式對原始信號的預處理來更準確地確定各種步伐事件(即，腳跟沖擊和腳趾脫離)。示例性地，可將下列公式用于處理如附圖3中的圖300所不的原始信號輸出:..f 1-1 \

I ^ I." \1
σ: - t: — > |λ..-xj
[0035]V Λ ，.S5
[0036]在上述公式中，N是常數且代表用于確定標準偏差的樣本的數量，而X代表原始信號輸出的值。在上述的示例中，針對每個樣本數或時間i分析了 3個樣本(B卩，N=3)。該算法使用緊前一個、當前以及緊后一個樣本來確定對應于當前樣本的標準偏差。特別地，該算法將三個樣本中的每一個之間的差的平方以及三個樣本的均值求和。該和繼而被除以樣本數N。繼而通過求出此前的計算產生的值的平方根而計算出標準偏差?？捎嬎愠銮译S后將每個樣本的三點標準偏差制圖。
[0037]附圖4是基于上述的三點標準偏差算法施加至附圖3的原始信號數據而產生的標準偏差對樣本/時間的示例性圖。通過于處理原始信號(例如，在分析腳趾脫離或腳跟沖擊事件之前)，可更容易地確定腳跟沖擊(h.s.)和腳趾脫離(t.ο.)事件。示例性地，諸如峰401的峰可相對于諸如區(qū)域403a和403b的圖的非峰值部分在大小上更突出或更顯著。因此，對應于腳跟沖擊或腳趾脫離的峰可從不對應于這些事件的峰更容易地識別出。在一些布置中，可僅分析達到特定的大小(例如，標準偏差)的那些峰，來確定這些峰是否對應于腳跟沖擊或腳趾脫離事件?？稍诜治鲋袑⒉粷M足該閾值大小的那些峰過濾出或忽略。
[0038]附圖5示出了用于基于諸如由加速度器或其他基于腳部的傳感器產生的信號的輸入信號確定腳跟沖擊和腳趾脫離事件的示例性方法。在步驟500中，處理系統(tǒng)可從基于腳部的傳感器接收輸入信號。示例性地，信號可類似于附圖3中的圖300所示的信號。處理系統(tǒng)可和基于腳部的傳感器整體地制成，或包括無線地連接至或硬線連接至傳感器的物理上分立的裝置。在一個示例中，處理系統(tǒng)可被包括為外部佩戴、胸部佩戴、頭部佩戴、肩部佩戴或其他身體佩戴裝置的一部分。在步驟505中，處理系統(tǒng)可預處理信號數據來產生上文中關于附圖3和4所描述的三點標準`偏差值。在步驟510中，處理系統(tǒng)可后續(xù)地確定預處理過的數據中的樣本的平均值。平均值可針對樣本集合中的全部數據或少于全部數據的子集而計算出(例如，僅針對數據中的特定窗口)。示例性地，可確定包括緊前一個樣本值、當前樣本值、和緊后一個樣本值的集合，包括整個樣本集合的全部其他樣本值的集合等的平均值。使用確定的平均值，處理系統(tǒng)可繼而在步驟515中確定峰值閾值和寬度位置。寬度位置可規(guī)定當尋找特定的峰(例如，腳跟沖擊峰或腳趾脫離峰)時偏移的樣本的數量。而另一方面，峰值閾值可限定對于被視為可能的腳跟沖擊或腳趾脫離事件的樣本必須滿足的最小值。在下文中關于附圖6更詳盡地描述了確定峰值閾值和寬度位置的示例性過程。
[0039]在步驟520中，處理系統(tǒng)可選擇用于評價峰事件的樣本。示例性地，在開始該過程之后，選定的樣本可對應于預處理過的數據集合中的第一樣本。替換地,如果該過程已經開始，選定的樣本可為數據集合中的下一個樣本。在步驟525中，處理系統(tǒng)可確定樣本的值是否大于或等于在步驟515中確定的腳跟沖擊閾值。如果是，則處理系統(tǒng)可在步驟530中尋找在主峰樣本窗口中的腳跟沖擊事件的最大值。示例性地，處理系統(tǒng)可確定在當前的樣本40-60個樣本的主峰樣本窗口中具有最大值的樣本。主峰窗口可限定為從當前樣本開始且向前延伸以預定量的時間或樣本數量。在找到最大值之后，可在步驟535中將對應的樣本確定且標記為第一腳跟沖擊事件或峰。但是，如果當前樣本的值小于腳跟沖擊閾值，則處理系統(tǒng)可在步驟540中前進一個或多個樣本，且返回至步驟525。在一個示例中，處理系統(tǒng)可在當前樣本值小于腳跟沖擊閾值時偏移一個樣本。在其他不例中，處理系統(tǒng)可偏移多個樣本(例如，2、5、10、100 等)。
[0040]在已經在主峰樣本窗口中找到腳跟沖擊事件之后，處理系統(tǒng)可在步驟545中尋找具有輔助峰樣本窗口中的最大值的樣本。輔助峰值樣本窗口的大小可不同于主峰樣本窗口的大小或與其相同，且可根據此處描述的算法和過程計算出。在一個示例中，輔助峰值樣本窗口可具有距離當前樣本50-220個樣本的范圍。因此，處理系統(tǒng)可確定在該50-220個樣本窗口中具有最大值的樣本。在步驟550中，處理系統(tǒng)可確定在輔助峰樣本窗口中確定的最大值是否大于輔助閾值。在一個示例中，輔助閾值可對應于用于確定腳趾脫離事件的閾值(例如，腳趾脫離閾值)。如果不是，則處理系統(tǒng)可在步驟555中向前偏移多個樣本，且使用最新的當前樣本返回至步驟525。在一個或多個布置中，處理系統(tǒng)向前偏移的樣本的數量可對應于主峰值窗口大小(例如，40-60個樣本)。在其他示例中，偏移大小可對應于輔助峰值窗口大小(例如，50-220個樣本)或其他大小(例如，10個樣本、I個樣本、25個樣本、500個樣本等)。如果在另一方面，在輔助峰樣本窗口中確定的最大值大于輔助閾值，則處理系統(tǒng)可在步驟560中將對應的樣本確定且標記為腳趾脫離事件和峰值。此外，處理系統(tǒng)可繼而在步驟565中尋找在距離腳趾脫離事件樣本的樣本搜索窗口中具有較主閾值更大的值的后續(xù)的樣本。在一個示例中，搜索窗口可為距離腳趾脫離事件樣本60-300個樣本。如果沒有在在步驟570中確定的搜索窗口中找到該值，則處理系統(tǒng)可在步驟575中向前偏移多個樣本(例如，40-60個樣本)且返回至步驟525。而且，在一個或多個構造中，在步驟555和575中偏移的樣本的數量可相同。
[0041]但是，如果在搜索窗口中找到大于主閾值的值，則處理系統(tǒng)可繼而在步驟580中確定在局部最大窗口中的本地最大值。不例性地，處理系統(tǒng)可比較在樣本的局部最大窗口中的每一個樣本的值，來確定最大值。在局部最大窗口中對應于最大值的樣本可繼而在步驟585中被確定或標記為第二腳跟沖擊事件。處理系統(tǒng)可由此在達到步驟585時已經確定以及標記了第一腳跟沖擊樣本/事件，腳趾脫離樣本/事件和確定以及標記了第二腳跟沖擊樣本/事件。為了驗證和增加腳跟沖擊和腳趾脫離事件確定的準確性，處理系統(tǒng)可在步驟590中確定在第二腳跟沖擊值和 腳趾脫離值之間的差值是否大于在腳趾脫離事件和第一腳跟沖擊值之間的差值。如果不，則處理系統(tǒng)可在步驟593中從第二腳跟沖擊樣本向前偏移多個樣本。處理系統(tǒng)向前偏移的樣本的數量可示例性地在由主峰窗口的大小限定的范圍中，或可對應于其他大小。
[0042]如果，在另一方面，處理系統(tǒng)確定在第二腳跟沖擊值和腳趾脫離值之間的差值大于在腳趾脫離值和第一腳跟沖擊值之間的差值，則處理系統(tǒng)可在步驟595中將三個值和樣本確定和存儲為腳跟沖擊、腳趾脫離和腳跟沖擊事件的有效的三元組。在一個示例中，處理系統(tǒng)可將樣本數量和值存儲在三元組樣本和值的列表中。在已經存儲樣本值之后，處理系統(tǒng)可向前偏移多個樣本且繼續(xù)確定腳跟沖擊和腳趾脫離事件(例如，通過返回至步驟525)。在一個示例中，處理系統(tǒng)在確定有效的腳跟沖擊、腳趾脫離、腳跟沖擊三元組之后偏移的樣本的數量可具有從50-220個樣本的范圍。在一些布置中，確定有效的三元組之后偏移的樣本的數量可不同于響應于確定腳跟沖擊或腳趾脫離閾值尚未被滿足(例如，在步驟540、555和575中)而偏移的樣本的數量。[0043]附圖6示出了通過其腳跟沖擊和腳趾脫離閾值、樣本窗口大小和偏移量可被確定的方法。在步驟600中，系統(tǒng)可確定對應于傳感器信號的樣本率。示例性地，傳感器系統(tǒng)可對應于加速度器的數據輸出或使用上述的標準偏差算法的預處理后的信號。在步驟605中，處理系統(tǒng)可進一步計算信號中的樣本的平均值。例如，平均值可以在和附圖5的步驟510中描述的相類似的方式確定。在步驟610中，系統(tǒng)可基于在缺省樣本率(例如，400Hz、200Hz、300Hz、50Hz、1000Hz)和實際樣本率之間的比值而確定主峰窗口。在一個示例中，主峰窗口大小可根據下列公式計算出:
[0044]主峰窗口大小=取整(z*缺省率/實際率)
[0045]其中z對應于常數(例如，40)，且取整公式被用于對產生的值取整至最接近的整數。在步驟615中，系統(tǒng)可進一步基于平均值確定腳跟沖擊和腳趾脫離值閾值。在一個示例中，腳跟沖擊值閾值被如下地確定:
[0046]腳跟沖擊閾值=平均值+0.05
[0047]而腳趾脫離值閾值可使用該公式確定:
[0048]腳趾脫離閾值=1.1*平均值-0.225
[0049]在步驟620中，系統(tǒng)可確定用于基于實際樣本率對缺省樣本的比值以及平均值搜索腳趾脫離事件或樣本(例如，如在附圖5中的步驟535中描述的)而偏移的樣本的數量。當可能的腳跟沖擊樣本值不滿足對應的閾值(例如，附圖5的步驟525和575)和/或在驗證和存儲三元組(例如，附圖5的步驟593)之后，也可使用偏移量。示例性地，可將下列公式用于計算偏移量: [0050]偏移量=取整(取整(-40*平均值+70) * (缺省率/實際率))
[0051]最后，在步驟625中，系統(tǒng)可確定用于搜索腳趾脫離事件(例如，如在附圖5中的步驟540中描述的)的窗口的寬度。因此，處理系統(tǒng)可在為距離當前樣本以確定的偏移量的樣本開始的窗口中搜索腳趾脫離事件，其中窗口的大小等于確定的窗口寬度。示例性地，可將下列公式用于確定窗口寬度:
[0052]窗口寬度=取整(取整(-140*平均值+195)* (缺省率/實際率))
[0053]可在數據被從傳感器接收或由傳感器產生時后臺地進行上述的動態(tài)確定各個峰閾值、偏移量以及窗口寬度的過程。示例性地，平均值可被持續(xù)地確定，且閾值、偏移量和窗口寬度可被持續(xù)地更新。在一些示例中，附圖6的過程可以周期性安排或非周期性安排進行，例如每30秒、每10秒、每分鐘、每30分鐘、在由用戶提醒之后、在檢測到步速、接觸時間或速度等的偏移之后，和/或上述的組合。
[0054]在已經從傳感器輸出信號確定腳趾脫離和腳跟沖擊時間峰之后，處理系統(tǒng)可繼而確定用戶的接觸時間和步速，如附圖7所示。示例性地，在步驟700中，處理系統(tǒng)可通過確定在每一個三元組的腳趾脫離時間和腳跟沖擊事件之間的時間上的差值而計算每一個三元組(例如，腳跟沖擊、腳趾脫離和腳跟沖擊事件)的接觸時間(Tc)，其總體地對應于用戶的腳部和地面接觸的時間的量。在步驟705中，處理系統(tǒng)可進一步計算每一個三元組的步時間(Ts)。步時間對應于用戶進行一步所花費的時間的量(例如，從每一個三元組的腳跟沖擊至后續(xù)的腳跟沖擊事件)。因此，步時間可通過測量在兩個腳跟沖擊事件之間的時間上的差值而確定。在步驟710中，處理系統(tǒng)可確定和/或選擇將接觸時間和步時間和步速以及距離相關聯(lián)的公式或算法。示例性地，可形成一線性公式，其固定在接觸時間和步速時間的關系和/或接觸時間和步時間和距離的相關性。在一個或多個布置中，公式或等式可經驗地產生(例如，通過簡單的研究和數據)。
[0055]在步驟715中，處理系統(tǒng)可進行過濾操作，其將表現出距離平均接觸時間值大于預定數量的標準偏差的三元組移除。三元組的對應的接觸時間也可從計算出的接觸時間的集合中濾去。處理系統(tǒng)可過濾數據，以將可能干擾處理系統(tǒng)確定步速、速度、距離和其他指標的可能的不準確的數據移除。因此，如果接觸時間位于特定量的標準偏差之外(例如，1、
2、5個等)，則可將對應的三元組從數據集合移除。對應于被移除的三元組的時間段的步速、接觸時間、速度等可通過在接收的或未移除的三元組之間插值而確定。此外，處理系統(tǒng)可檢查以確定運動員并未停止。在一個示例中，處理系統(tǒng)可確定是否在該時間中檢測到任意加速。示例性地，如果有加速，則處理系統(tǒng)可確定用戶未停止。如果沒有加速，則處理系統(tǒng)可確定用戶停止。可在特定數量的步或接觸時間上，而非在可用的接觸時間的整個集合上，確定平均接觸時間值。示例性地，可基于最后5-10步計算平均值。類似地，可基于步或接觸時間的相同范圍而計算標準偏差。 [0056]附圖8示出了接觸時間對步或三元組數量的示例性圖。如圖所示,平均值初始地確定用于三元組的最后N步。繼而，可確定對應的標準偏移的數量的閾值(例如，1)，且基于相關的標準偏差可將接觸時間和相應的三元組從數據中濾去。
[0057]再次參照附圖7，在完成過濾之后，處理系統(tǒng)可繼而在步驟720中使用剩余的接觸時間計算或通過其他方式確定步速?？苫诤徒佑|時間的預定的線性關系而計算出步速。示例性地，該關系可由該公式確定:
[0058]步速=M*TC+B
[0059]其中M和B是限定線性關系的斜率和Y軸相交量的常數。在一個示例中，M和B可通過樣本數據經驗地確定。M和B還可基于由用戶進行的計算而被調節(jié)。還可計算不同類型的步速。示例性地，可基于單次接觸時間而確定即時步速，而可在基于從預定量的時間或步產生的接觸時間而確定的預定量的時間或步上確定平均步速。因此，在一個示例中，處理系統(tǒng)可計算在上一分鐘上的平均接觸時間，來確定用戶在該時間段上的平均步速。而且，在步驟725中，可從步速計算出距離。示例性地，步速可乘以時間的量，以確定用戶跑過或走過或移動的總距離。
[0060]根據一個或多個方面，在步速和接觸時間之間的關系可為非線性的。因此，在這樣的情形中，可推導出非線性公式來描述該關系。示例性地，可限定出且使用二次關系來從接觸時間獲知步速。
[0061]在如此處所述的使用三元組檢測來確定接觸時間之外或替代其，還可基于頻率和經驗分析來確定接觸時間。特別地，從諸如加速度器的傳感器接收的信號可被使用快速傅里葉變換(FFT)處理，以確定在信號中呈現的頻率范圍以及這些頻率的強度。
[0062]附圖9示出了可用于在接收的信號上進行FFT處理的示例性計算機算法。該示例性算法從 DFT/FFT 獲取(由 Paul Bourke 所著，http://paulbourke.net/miscellaneous/dft)o如注意到的，該算法初始地基于算法900的部分901中示出的值m計算樣本點的數量。該值“m”對應于樣本的數量的log2，而X和y分別代表樣本點的實數數組和虛數數組。在已經確定了數據點的數量之后，對部分903中示出的每個數據點進行位反轉處理。示例性地，I的值可由4位二進制表達式“0001”代表。在位反轉之后，該數據點的值(原來是0001)可反轉成“1000”(代表8的值)。在對X和y數組中的每一個數據點進行了位反轉之后，該算法示例性地使用部分905中示出的公式和過程來計算FFT。
[0063]附圖1OA示出了從沖刺進程產生的示例性傳感器信號。在一個布置中，傳感器信號可對應于75Hz的采樣率。從完整的傳感器信號，可獲取如圖1OB所示的樣本窗口 1001。由于峰和樣本的數量，即使獲取的樣本窗口可難于被用于確定接觸時間。因此，可在樣本窗口上進行FFT。使用的FFT可包括上文中關于附圖9所討論的算法。
[0064]附圖11示出了 FFT對頻率的圖1100，其可基于數據的樣本窗口的FFT產生。從該圖1100可確定對應于接觸時間的頻率。在一個示例中，可基于多個信號樣本經驗地確定頻率。在特定的示例中，可通過觀察和對對應于樣本輸出的跑步的視頻計時來確定樣本信號輸出的接觸時間。在確定了接觸時間之后，用戶可繼而手動地確定對應于確定的接觸時間的頻率。頻率可包括加速數據匹配至其的波的頻率。示例性地，跑步者的腳部接觸地面且繼而推開地面并進入空中且向下返回至地面的動作可產生加速度，其可和恰當的擬合函數相匹配(例如，sine和cosine波)。這些波的頻率可直接對應于運動員的腳活躍或進行了一些活動的特征時間。
[0065]上述過程可被重復 ，以確定是否可建立模式或規(guī)則來從諸如圖1100的FFT圖確定恰當的頻率。例如，樣本研究可表明第三低的頻率波總體地對應于接觸時間。因此,處理系統(tǒng)可自動地確定FFT對頻率圖1100中的第三最低頻率峰為對應于接觸時間的頻率。
[0066]附圖12A-12C為示出了傳感器輸出數據的FFT處理的示例性圖，來確定對應于接觸事件的頻率峰。特別地，附圖1201-1205可分別對應于傳感器輸出信號、對應的樣本窗口、以及對應的FFT頻率圖，其針對中速跑步(例如，在特定的步速或速度閾值之下的跑步)相對于對應于附圖10AU0B和11中示出的沖刺的傳感器輸出信號。
[0067]根據又一布置，可基于傳感器輸出信號的變動的均值來確定或計算運動員的速度。該確定可基于速度或步速和傳感器輸出信號的值之間的相關性或關系。傳感器輸出信號可代表由運動員進行的作用力的量。
[0068]附圖13A-13C為示出了當運動員以不同的步速或速度跑步或步行時產生的傳感器輸出數據的量的不同。例如，附圖13A示出了圖1301，其中運動員以第一步速或速度移動，其可是做慢速慢跑(例如，5mph或6mph)?？梢暤兀瑘D1301示出了顯著量的無信號空間(例如，由白色空間代表，和代表信號示出的深色線相對)。在附圖13B中，圖1303示出了第二步速移動的運動員的信號輸出，該第二步速相對于第一步速更快。在一個示例中，圖1303的傳感器輸出信號可對應于快速慢跑(例如，8mph, IOmph, llmph)。由于運動員的更快的速度或步速，基于運動員的移動產生更多的數據。因此，圖1303表現較少無信號空間(例如，和附圖13A的圖1301的白色或無信號空間的量相比具有較少的白色空間)。附圖13C示出了用于更快的步速的信號輸出數據的圖1305。該更快的步速可對應于在一個示例中的沖刺，且可由此產生甚至更多的量的傳感器輸出。由此，可通過產生在從運動傳感器(例如，加速度器)接收的輸出數據的量或大小和步速之間的線性關系而確定步速。示例性地，在樣本窗口上的更高的平均傳感器輸出值可代表更高水平的活躍度，且由此代表更快的步速或速度。
[0069]在一些布置中，處理系統(tǒng)可初步處理傳感器輸出數據以產生均值置中傳感器數據。示例性地，可針對傳感器輸出的給定的樣本階段計算出平均值，且繼而從該樣本階段中的每一個數據點中減去。附圖14A-14C為示出了分別對應于附圖13A-13C的傳感器輸出圖的均值置中傳感器數據。均值置中允許信號從負值至正值波動。使用這些值的絕對值允許計算運動員正在產生的總體均值加速度。示例性地，絕對值可反映一人正在進行的作用力或加速的程度。如果采用非均值置中的信號的平均值，則結果可為基線加速值，且將對于全部不同的跑步速度總體地相同。因此，通過使用均值置中，可移除或消除假低頻內容，且可更準確地確定運動員的作用力水平。在一個布置中，可基于下列公式確定特定樣本窗口的均值:
【權利要求】
1.一種方法，包括: 在由用戶進行的運動活動期間，確定由傳感器產生的信號，其中該信號包括多個樣本； 基于移動標準偏差處理該信號； 識別在該被處理的信號中的三個樣本的序列，該序列對應于由用戶進行的物理的腳步，其中該三個樣本的序列包括初始樣本、中間樣本以及最后樣本；和 基于在該初始樣本、中間樣本以及最后樣本中的至少兩個之間經過的時間來確定用戶的步速。
2.如權利要求1所述的方法，還包括: 確定最后樣本的值和初始樣本的值之間的第一差值； 確定中間樣本的值和初始樣本的值之間的第二差值； 確定該第一差值是否大于第二差值；且 響應于確定該第一差值大于第二差值，將該三個樣本的序列添加至列表。
3.如權利要求2所述的方法，還包括: 將多個三樣本序列添加至該列表；且 基于該列表中的多個三樣本序列而確定該用戶的多個接觸時間。
4.如權利要求3所述的方法，還包括: 確定該多個接觸時間的平均接觸時間； 確定該多個接觸之間的標準差；且 過濾掉距離該平均接觸時間超出閾值數個標準差的該多個步速的一個或多個接觸時間。
5.如權利要求1所述的方法，其中基于該初始樣本、中間樣本以及最后樣本中的至少兩個之間經過的時間來確定用戶的步速包括: 通過確定中間樣本和初始樣本之間的差值來確定接觸時間；且 應用預定的線性關系至該接觸時間，以計算用戶的步速。
6.如權利要求5所述的方法，還包括從多個線性關系中選擇出該預定的線性關系，其中該多個線性關系中的每一個對應于不同類型的運動活動。
7.如權利要求1所述的方法，其中確定對應于由用戶進行的物理腳步的處理過的信號中的三個樣本的序列包括: 從所述多個樣本中選擇出第一樣本； 確定第一樣本的值是否滿足第一閾值樣本值； 響應于確定該第一樣本的值不滿足第一閾值樣本值，在所述多個樣本中選擇出下一樣本；和 響應于確定該第一樣本的值滿足第一閾值樣本值: 確定預定大小的第一樣本窗口中的最大樣本值，其中該第一樣本窗口的下邊界對應于該第一樣本，和 將對應于該最大樣本值的樣本識別為初始樣本。
8.如權利要求7所述的方法,其中響應于確定第一樣本的值滿足閾值樣本值,該方法還包括:確定第二樣本窗口中的最大樣本值；且 確定該第二樣本窗口中的最大樣本值是否滿足第二閾值樣本值；且響應于確定第二樣本窗口的最大樣本值滿足第二閾值樣本值，將對應于第二樣本窗口的最大樣本值的樣本識別為中間樣本。
9.一種裝置，包括: 至少一個處理器； 存儲器，其操作地聯(lián)接至所述至少一個處理器且存儲計算機可讀指令，該指令在被執(zhí)行時使得該裝置: 在由用戶進行的運動活動期間，確定由傳感器產生的信號，其中該信號包括多個樣本； 基于移動標準偏差處理該信號； 確定在該被處理的信號中的三個樣本的序列，該序列對應于由用戶進行的物理的腳步，其中該三個樣本的序列包括初始樣本、中間樣本以及最后樣本；且 基于在該初始樣本、中間樣本以及最后樣本中的至少兩個之間經過的時間來確定用戶的步速。
10.如權利要求9所述的裝置，其中所述裝置包括傳感器。
11.如權利要求9所述的裝置，其中所述裝置還包括配置為連接至分立的顯示裝置的接口。
12.如權利要求9所述的裝置，其中該計算機可讀指令在被執(zhí)行時還使得該裝置: 確定最后樣本的值和初始樣本的值之間的第一差值； 確定中間樣本的值和初始樣本的值之間的第二差值； 確定該第一差值是否大于第二差值；且 響應于確定該第一差值大于第二差值，將該三個樣本的序列添加至列表。
13.如權利要求12所述的裝置，其中該計算機可讀指令在被執(zhí)行時還使得該裝置: 將多個三樣本序列添加至該列表；且 基于該列表中的多個三樣本序列而確定該用戶的多個接觸時間。
14.如權利要求13所述的裝置，其中該計算機可讀指令在被執(zhí)行時還使得該裝置: 確定該多個接觸時間的平均接觸時間； 確定在該多個接觸時間之間的標準差；且 過濾掉多個接觸時間中的距離該平均接觸時間超出閾值數個標準差的一個或多個接觸時間。
15.—種或多種非瞬時性計算機可讀介質，該介質存儲計算可讀指令，該指令在被執(zhí)行時使得裝置: 在由用戶進行的運動活動期間，確定由傳感器產生的信號，其中該信號包括多個樣本； 基于移動標準偏差處理該信號； 識別在該被處理的信號中的三個樣本的序列，該序列對應于由用戶進行的物理的腳步，其中該三個樣本的序列包括初始樣本、中間樣本以及最后樣本；且 基于在該初始樣本、中間樣本以及最后樣本中的至少兩個之間經過的時間來確定用戶的步速。
16.如權利要求15所述的一種或多種計算機可讀介質，其中基于在所述初始樣本、中間樣本以及最后樣本中的至少兩個之間經過的時間來確定用戶的步速包括: 通過確定中間樣本和初始樣本之間的差值來確定接觸時間；且 應用預定的線性關系至該接觸時間，以計算用戶的步速。
17.如權利要求16所述的一種或多種計算機可讀介質，其還包括計算機可讀指令，該指令在被執(zhí)行時使得裝置從多個線性關系中選擇出該預定的線性關系，其中該多個線性關系中的每一個對應于不同類型的運動活動。
18.如權利要求15所述的一種或多種計算機可讀介質，其中確定對應于由用戶進行的物理腳步的處理過的信號中的三個樣本的序列包括: 從所述多個樣本中選擇出第一樣本； 確定第一樣本的值是否滿足第一閾值樣本值； 響應于確定該第一樣本的值不滿足第一閾值樣本值，在所述多個樣本中選擇出下一樣本；和 響應于確定該第一樣本的值滿足第一閾值樣本值: 確定預定大小的第一樣本窗口中的最大樣本值，其中該第一樣本窗口的下邊界對應于該第一樣本，且 將對應于該最大樣本值的樣本識別為初始樣本。`
19.如權利要求15所述的一種或多種非瞬時性計算機可讀介質，還包括計算機可讀指令，該指令在被執(zhí)行時使得裝置: 確定最后樣本的值和初始樣本的值之間的第一差值； 確定中間樣本的值和初始樣本的值之間的第二差值； 確定該第一差值是否大于第二差值；且 響應于確定該第一差值大于第二差值，將該三個樣本的序列添加至列表。
20.如權利要求19所述的一種或多種非瞬時性計算機可讀介質，其還包括計算機可讀指令，該指令在被執(zhí)行時使得裝置: 將多個三樣本序列添加至該列表；且 基于該列表中的多個三樣本序列而確定該用戶的多個接觸時間。
【文檔編號】A61B5/11GK103781420SQ201280041097
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權日:2011年7月1日
【發(fā)明者】A.B.韋斯特, J.M.穆林 申請人:耐克國際有限公司