用于感测和监测用户游泳活动的可穿戴系统和方法技术方案

一个系统可以用于检测用户的游泳活动的执行。该系统包括处理单元、缓冲器和静电电荷变化传感器，该静电电荷变化传感器被配置为在执行游泳活动期间感测用户的静电电荷变化并生成对应的电荷变化信号。处理单元被配置为获取电荷变化信号，在电荷变化信号中检测第一子部分信号，该第一子部分信号标识游泳活动的基本动作，将第一子部分信号存储在缓冲器中，计算在被存储在缓冲器中的第一子部分信号与电荷变化信号的第二子部分信号之间的自相关，并且基于自相关的结果，在第二子部分信号中检测基本动作的存在。基本动作的存在。基本动作的存在。

【技术实现步骤摘要】
用于感测和监测用户游泳活动的可穿戴系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月9日提交的意大利专利申请No.102020000021364的权益，该申请在此通过引用并入本文。


[0003]本专利技术总体涉及一种可穿戴系统和方法，用于感测和监测用户的游泳活动。

技术介绍

[0004]用于分析专业水平的游泳活动，以监测游泳动作员的表现和游泳风格的系统和方法是已知的。所使用的方法设想了视频采集和分析。这种方法由于需要安排彼此同步的多个视频摄像机并且需要进行复杂的后期处理，因此成本很高。例如，通过被放置在水上和水下的摄像机而获得的图像可以经由适当的图像处理操作来针对整个游泳过程实现信息的提取。这种方法的一些缺点涉及向教练员和动作员提供反馈的延迟，以及仅适用于专业环境(由于系统的成本和复杂性)。
[0005]目前，集成在可穿戴设备中的低成本动作传感器使具有相同目的的低水平设备得以使用。不幸的是，嘈杂的环境和游泳的复杂动作使数据的分析变得困难，这些数据通常是通过加速度计或其他惯性传感器来获得的；这个问题只能通过使用复杂的算法以处理获得的信号来部分地克服。通常，有必要穿戴众多传感器来补偿或减少误差，并改善性能指标的结果。此外，所使用的算法与传感器的定位密切相关。
[0006]Robert Mooney于2015年的题为"Inertial Sensor Technology for Elite Swimming Performance Analysis:A Systematic Review"的文件，总结了用于把游泳活动的分析作为目标的动作传感器的使用的各种可能性。从这篇文章中可以了解到，典型的游泳分析是以提取参数为导向的，这些参数能够测量动作员的表现并提供反馈以用于持续改进。这些参数中的一些参数是教练和动作员都感兴趣的，其中包括：检测单纯的游泳活动；游泳方式的分类；划水的计数；单圈时间的持续时间；每圈的速度/速率；等等。
[0007]R.Delgado
‑
Gonzalo等人的文件"Real
‑
time monitoring of swimming performance"，2016年，IEEE医学和生物学会(EMBC)第38届国际年会，佛罗里达州奥兰多，2016年，第4743
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4746页，提出了一种通过使用MEMS技术而获得的动作传感器测量上述参数中一些参数的方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的实施例可以克服现有技术的一些不足之处，提供一种用于感测游泳参数(例如，划水次数和风格分析)的系统，该系统便宜但可靠，并且需要减少计算负担。
[0009]作为一个示例，系统可用于检测用户的游泳活动的执行。该系统包括处理单元和耦合到处理单元的静电电荷变化传感器。该传感器被配置为在执行游泳活动期间感测用户的静电电荷变化并生成相应的电荷变化信号。处理单元被配置为获取电荷变化信号，在电
荷变化信号中检测标识游泳活动基本动作的第一子部分信号，将第一子部分信号存储在第一缓冲器中。计算存储在第一缓冲器中的第一子部分信号与电荷变化信号中的第二子部分信号之间的自相关，该信号在时间上紧随第一子部分信号，并根据自相关的结果，检测第二子部分信号中基本动作的存在。
附图说明
[0010]为了更好地理解本专利技术，现在单纯通过非限制性的示例并参考附图来描述其实施例，其中：
[0011]图1是根据本专利技术的实施例的包括电或静电电荷变化传感器的用于感测游泳活动的系统的示意图；
[0012]图2图示了在游泳活动期间用户可穿戴的电或静电电荷变化传感器的实施例；
[0013]图3A和图3B图示了在被称为“爬泳”的游泳方式的情况下的在来自图2的电荷变化传感器的输出处生成的相应信号；
[0014]图4A和图4B图示了在被称为“仰泳”的游泳方式的情况下的在来自图2的电荷变化传感器的输出处生成的相应信号；
[0015]图5A和图5B图示了在被称为“蛙泳”的游泳方式的情况下的在来自图2的电荷变化传感器的输出处生成的相应信号；
[0016]图6利用框图图示了由图1的系统实现的方法；
[0017]图7A和图7B图示了用于实现图6的方法的信号；
[0018]图8利用框图图示了由图1的系统实现的另一方法；
[0019]图9A至图9E以图形方式图示了图8的方法的步骤；以及
[0020]图10图示了用于实现图8的方法的信号。
具体实施方式
[0021]图1是根据本专利技术的一个方面的动作感测系统1的示意图。该动作感测系统1包括电子设备或系统4的处理单元2、以及被耦合到处理单元2的静电电荷变化传感器6。在一个实施例中，静电电荷变化传感器6被集成在设备4中。处理单元2从静电电荷变化传感器6接收电荷变化信号S
Q
，并且根据电荷变化信号S
Q
生成感测信号S
C
。
[0022]处理单元2在使用中实现了用于识别由设备4的用户做出的手势的方法。该手势的识别导致感测信号S
C
的生成。
[0023]作为非限制性的示例，设备4是用户可穿戴(例如在他/她的手腕上)的便携式电子设备，诸如智能手表。
[0024]在一个实施例中，处理单元2是被集成在设备4中的微控制器。
[0025]动作感测系统1具有至少一个敏感元件或电极(在图2中由附图标记5来标识)，用户的身体的部分(例如，手腕)可以面向该至少一个敏感元件或电极，以传送静电电荷信号。电极5可以被集成在设备4的情况中，或以某种其他方式(例如通过有线连接或外部无线连接)连接到设备4。针对在湿的环境中的使用，更具体地，在水中的使用，电极5被插入在防水外壳内，以便在使用期间不与水直接接触。外壳具有诸如不会屏蔽在使用期间由用户的身体生成并且必须由电极5获取的静电信号的材料。例如，外壳具有电介质或绝缘材料，例如
塑料材料。
[0026]如对于本领域技术人员来说将明显的是，其他实施例也是可能的，使得电极5在使用期间将与用户的身体的某个区域静电接触。
[0027]收集外部电荷的敏感元件(电极)5可以具有金属表面，或者是完全由涂有介电材料的金属材料制成的电极，或者再次具有被设置在集成敏感元件的设备的壳体下面的金属表面。在任何情况下，在使用期间，敏感元件5被电耦合到用户(特别是用户的手臂或手腕)，用于感测电荷或静电电荷的变化。
[0028]动作感测设备1受到由于用户的动作而引起的静电电荷的变化的影响。来自特定动作的信号(特别是，当手臂进入水中，以及当手臂离开水时，由于在各种游泳方式期间手臂接近用户身体的其余部分以及手臂远离用户身体的其余部分而引起的信号)可以相对于其他不感兴趣的动作并且相对于在用户不活动的情况下存在的背景噪音而被隔离和标识。
[0029]图3还图示了通过用于从电极5获取静电电荷信号并且与电极5一起实现静电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测用户的游泳活动的执行的系统，包括：处理单元；缓冲器；以及静电电荷变化传感器，被耦合到所述处理单元，并且被配置为在所述游泳活动的执行期间感测所述用户的静电电荷的变化并生成对应的电荷变化信号；其中，所述处理单元被配置为：获取所述电荷变化信号；检测所述电荷变化信号中的第一子部分信号，所述第一子部分信号标识所述游泳活动的基本动作；将所述第一子部分信号存储在所述缓冲器中；计算在被存储在所述缓冲器中的所述第一子部分信号与所述电荷变化信号中的第二子部分信号之间的自相关，所述第二子部分信号在时间上处于所述第一子部分信号之后；以及基于所述自相关的结果，在所述第二子部分信号中检测所述基本动作的存在。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理单元还被配置为：响应于在所述第二子部分信号中检测到所述基本动作，增加计数器。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理单元还被配置为：分析所述第一子部分信号或所述第二子部分信号，以便标识游泳风格。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理单元被配置为：通过确定所述自相关的计算产生等于或大于预定义的比较阈值的值，检测所述基本动作的存在。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理单元被配置为使用滑动窗口来选择所述第二子部分信号。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述电荷变化信号是时间变量，并且所述滑动窗口被设计为：只要所述自相关的结果确认所述基本动作的存在，就以与连续时刻相对应的离散步长沿所述电荷变化信号滑动。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述滑动窗口具有预定义的时间维度，并且以每个离散步长来界定相应的中间部分信号，所述自相关在由所述滑动窗口以每个离散步长而界定的每个中间部分信号和所述第一子部分信号之间被计算，其中所述第二子部分信号与在使所述滑动窗口滑动的时间间隔中所包括的所述电荷变化信号相对应。8.根据权利要求6所述的系统，其中所述自相关提供二进制值，所述二进制值以所述滑动窗口的滑动的每个离散步长被生成，并且只要在由所述滑动窗口以每个离散步长而界定的每个中间部分信号与所述第一子部分信号之间的相关结果大于预定义的相关阈值，就保持在恒定值。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理单元还被配置为：检测所述电荷变化信号中的第三子部分信号，所述第三子部分信号在时间上处于所述第二子部分信号之后并且标识所述基本动作；在所述缓冲器中利用所述第三子部分信号替换所述第一子部分信号；计算在被存储在所述缓冲器中的所述第三子部分信号与所述电荷变化信号的第四子部分信号之间的自相关，所述第四子部分信号在时间上处于所述第三部分信号之后；以及
基于在所述第三子部分信号与所述第四子部分信号之间的所述自相关的计算的结果，在所述第四子部分信号中检测所述基本动作的存在。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理单元被配置为通过以下来检测所述第一子部分信号：将所述电荷变化信号离散化，以生成离散值中的第一多个离散值；将所述离散值中的第二多个离散值存储在所述缓冲器中，所述第二多个离散值小于所述第一多个离散值；计算所述第二多个离散值的平均值；计算所述第二多个离散值的标准偏差；计算在所述第二多个离散值的所述平均值与所述标准偏差之间的比率的绝对值；以及当所述绝对值等于或大于预定义的阈值时，确认所述游泳活动的存在。11.根据权利要求10所述的系统，其中当所述第一子部分信号包括所述第二多个离散值的至少一个子集时，确认所述游泳活动的存在。12.根据权利要求10所述的系统，其中所述处理单元还被配置为通过以下来检测所述第一子部分信号：确定所述绝对值大于所述预定义的阈值；将所述第二多个离散值存储在第二缓冲器中；获取所述电荷变化信号的新离散值；通过存储所述新离散值并且从所述缓冲器中消除在时间上最久的离散值，更新所述缓冲器；在所述更新之后，计算被存储在所述缓冲器中的所述离散值的平均值；在所述更新之后，计算被存储在所述缓冲器中的所述离散值的标准偏差；以及当使用经更新的所述缓冲器而计算的所述绝对值大于所述预定义的阈值时，将所述新离散值存储在所述第二缓冲器中。13.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理单元还被配置为通过以下来检测所述第一子部分信号：重复以下操作：获取所述新离散值，更新所述缓冲器，在所述更新之后计算被存储在所述缓冲器中的所述离散值的所述平均值和所述标准偏差，以及只要使用经更新的所述缓冲器而计算的所述绝对值大于所述预定义的阈值就将所述新离散值存储在所述第二缓冲器中；以及使用被存储在所述第二缓冲器中的离散值的子集作为第一子部分信号。14.一种用于检测用户的游泳活动的执行的方法，所述方法包括：获取静电电荷变化信号，所述静电电荷变化信号由静电电荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：