CN106445096A - 用于排球功能的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电子设备的检测的方法，所述电子设备包括含有通过存储电能的构件采用电能供电的电子模块的壳体，所述电子模块包括连接到加速度传感器和存储器单元的计算单元，所述电子模块还连接到显示构件以便显示与所述加速度传感器的一些数据相关联的信息。

Description

用于排球功能的检测方法
技术领域
本发明涉及一种用于电子设备的检测方法，所述电子设备包括含有通过存储电能的构件采用电能供电的电子模块的壳体(case)，所述电子模块包括连接到加速度传感器和存储器单元的计算单元，所述电子模块还连接到显示构件以便显示与所述加速度传感器的一些数据相关联的信息。
背景技术
一种诸如电子装置或例如便携式时计的便携式电子物体(object)，包括通常由中间部分(middle part)形成的壳体，所述中间部分被后盖和玻璃封闭。在壳体内布置有电子模块，以便提供信息。该信息可以是与活动相关联的信息。这些活动主要与像跑步或步行的健身相关联。
为此，电子模块包括像加速度传感器的至少一个传感器。该电子电路还包括计算单元以便使用来自所述加速度传感器的数据，以及存储器来保存它们。
在计算单元中，实施算法。所述算法被编程以处理所述数据，以获得表示活动的数据。
然而，目前，很难具有一种能够精确确定活动的算法。例如，对于计步器，计算单元和算法很难确定用户是否步行或跑步。然而，步行活动或跑步活动的确定对于计算所越过的距离(crossed distance)是很重要的。
因此，如果难以确定像跑步或步行的简单活动的动作，则更难以提供便携式物体用于像排球的所检测的复杂动作。
事实上，在排球中，存在可以区分的不同类别的排球技术。除此之外，确定对球的冲击力，下文中称为“扣球力(smash power)”。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于例如排球活动中的算法，能够检测和表征像发球(serve)、传球(pass)、救球(dig)等的沙滩排球游戏中的球接触。
因此本发明涉及一种用于管理电子设备的方法，所述电子设备包括含有通过存储电能的构件采用电能供电的电子模块的壳体，所述电子模块包括连接到加速度传感器和存储器单元的计算单元，所述电子模块还连接到显示构件以便显示与所述加速度传感器的一些数据相关联的信息，所述方法包括以下步骤：
-从加速度传感器获取数据；
-使用用于过滤获取的数据的高通滤波器检测潜在活动，以便检测所测量的加速度的快速变化，以及使用低通滤波器过滤高通过滤的数据的范数(norm)，以仅检测显著活动；
-过滤高于第二阈值的低通过滤的高通范数的最大值以剔除(reject)非相关活动的更多部分；
-为分类准备数据，其中在峰值/击中(hit)前后的加速度数据从两端朝向所述击中被低通过滤以及从最接近所述击中的值开始被降采样，以及其中所述降采样的数据通过算法的分类步骤来传递，所述算法试图确定发生了什么活动；
-表征技术，其中所述表征基于使用L1-范数的1-近邻算法(1-Nearest Neighboralgorithm)。
在第一有利实施例中，它进一步包括确定击中力，所述确定击中力包括使用带通滤波器在击中前后的特定窗口中过滤加速度数据，高于所述带通过滤的数据的范数的总和与球的速度相关。
在第二有利实施例中，如果不断以近似适当频率获取数据的所述加速度传感器测量到在确定的阈值以上的加速度数据，则所述计算单元能够从所述计算单元休眠的低功率模式转到所述计算单元唤醒的正常模式。
在第三有利实施例中，低通滤波器和高通滤波器使用二阶无限脉冲响应滤波器。
附图说明
根据本发明的便携式电子装置或物体的目的、优点和特征将在以下本发明的至少一个实施例的详细描述中更清晰地呈现，所述实施例仅通过非限制性示例的方式给出并由所附附图示出，其中：
-图1和2是根据本发明的管理方法的示意图。
-图3是根据本发明的表征步骤的示意图。
具体实施方式
根据本发明的便携式物体是包括在壳体中的手表。所述壳体形成电子电路置于其中的外壳。所述电子电路包括计算单元或用于管理所述电子电路的处理单元、用于获取数据的传感器和以便保存这些数据的存储器。所述便携式物体还包括像LCD显示器的显示构件，以显示数据。
在像排球的运动活动中可以使用该便携式物体。在排球中，有众多不同类别的排球技术，可以区分为像救球、跳起救球(a dig with a jump)、低传(a lower pass)、高传(ahigh pass)、进攻(an attack)、跳攻(a jump attack)等等。除此之外，确定对球的冲击力，下文中称为“扣球力”。对于排球技术来说共同的是球通常碰到靠近手腕的下臂。这给予通过手腕上的表获取加速度传感器数据以确定和表征所使用的技术的可能性。
所述传感器是测量范围在-16g和+16g之间的3D加速度传感器，被以传感器轴与下臂对齐的方式附着到手腕。当手臂向下指向时，沿下臂骨，垂直于手掌并且水平指向。举例来说，因为排球比赛期间许多手臂动作沿这些轴都造成明显的加速度，这是非常有用的。加速度传感器被设置为在低功率模式下以包括在30Hz和50Hz之间、优选地在35Hz和45Hz之间、最优选地以大约40Hz的频率获取数据。
便携式物体的计算单元进一步包括一种算法，所述算法能够处理所述加速度数据以便获得表示活动的数据。对于本说明书，活动是排球。排球动作检测算法基于图1和2所示的多层方式。活动由特定阈值上加速度数据的变化来定义。在表中，以如下方式使用活动中断：仅当加速度传感器检测到活动时，通知操作系统并检索加速度数据。如果传感器没有检测到活动并因此不发送活动中断到操作系统时，则操作系统就不会检索加速度数据并且因此从不启动算法。
在检测算法的第一步骤中，加速度传感器被设置为阈值中断模式，在低功率模式下不断以近似40Hz获取数据，将它存储在环形缓冲器中并检查是否测量到高于确定的阈值的加速度。该阈值应该被包括在1g和3g之间、优选在1.5g和2.5g之间、以及最优选为约2g。如果测量到高于阈值的加速度，则在其上运行算法的微控制器唤醒，环形缓冲的加速度数据被传输到微控制器。为了更精确地解释，加速度传感器以特定速率获取数据。在当前情况下是40Hz。然后加速度数据首先被存储在加速度传感器本身中直到操作系统分块(inchunks)检索加速度数据。通过设置水印中断，操作系统告知加速度传感器，到它通知操作系统为止加速度传感器应存储多少数据集。在我们的情况中，水印被设定为20。也就是说，每次加速度传感器存储了20个数据集的数量，它就通知操作系统。然后，操作系统检索来自传感器的加速度数据，由此将数据从传感器的存储中移出到操作系统中。加速度传感器然后再次以新的加速度数据填满它自己的储存，并且一旦在存储中达到20个加速度数据集就再次通知操作系统。在我们的情况中，20的限制被称为水印水平。每次达到水印水平，加速度传感器向操作系统发送系统中断。促使操作系统来检索传感器数据。
检测算法的第二步骤是检测潜在排球活动。为此，加速度数据通过有效的二阶无限脉冲响应(IIR)滤波器高通过滤。截止频率应被包括在5Hz和15Hz之间、优选在7Hz和13Hz、以及最优选为约9Hz。这样做是为了检测所测量的加速度的快速变化。
为了仅检测显著活动，即，球与臂接触，计算并低通过滤(再次采用二阶IIR滤波器)高通过滤的数据的范数(x-y-z轴的平方和(squared sum))。截止频率应被包括在1Hz和10Hz之间、优选在2Hz和6Hz之间、以及最优选约为3Hz。
用于排球技术的可能的次数可能是高于第二阈值的该范数的峰值。该第二阈值应被包括在0.1g和1g之间、优选在0.2g和0.6g之间、最优选约为0.3g。在此阶段，所检测的最大值为约55％至70％的非相关活动和30％至45％的感兴趣的排球活动。对于所有下列操作考虑相对于原始加速度数据的IIR滤波器的响应延迟。
在第三步骤中，在另一滤波器中进一步分析高于第二阈值的低通过滤的高通范数的最大值，以剔除更多非相关活动。
数据分析表明，第二步骤中描述的滤波器的非相关最大值的大部分具有高通的最大值的相对低的值和对于就在峰值之前的原始加速度数据的范数的低值(峰值前5个和10个之间的原始加速度值被平均)，而相关排球活动的大多数由高通的数据中的高峰值或者由原始加速度数据的高的值或两者表征。
通过以线划分2D空间(高通范数峰值和峰值前的原始加速度范数)，来实现该滤波器，其中高于线的峰值被进一步处理并且区分出低于线的峰值(相对低的高通峰值和低的原始加速度范数)。这将非相关和相关排球活动的比例(球接触，即，击中)减少到约1：1。在高通峰值(即，可能球接触)前有大约25至35次(对于每个加速度传感器轴)原始加速度测量，在高通峰值之后有15至25次原始加速度测量，然后被转移到下一功能(function)。
在算法的第四步骤中，为分类准备数据。在峰值/击中之前和之后的3D原始加速度数据(不包括峰值处的加速度数据)从两端朝向击中被低通过滤，这意味着，在以峰值为中心的数据间隔中，所述过滤从间隔的端部处的数据到朝向所述峰值的数据操作。3D原始加速度数据也由2和4之间的因子(factor)，从最接近击中的值(从击中朝向端部)开始被降采样。低通滤波器可以是与在第二步骤中所公开和使用的滤波器相同的IIR滤波器。
然后降采样的数据通过算法的分类步骤传递，所述算法试图确定发生什么种类的活动以及优先地确定发生什么种类的排球活动(也区分出非相关活动)。
在第五步骤中，进行如图3所示的排球技术表征。所述排球技术表征基于在降采样的加速度数据空间中使用L1-范数的1-近邻算法。计算L1-范数来聚集(cluster)中心，每个中心唯一地与排球技术(即跳攻、低发球，...)或在正常的排球比赛期间发生的一些其它共同活动(即，拍手、相互阻截)或像拍手或人浪(la Ola)的粉丝活动相关。每个排球技术链接到存储器位置。因此，每次排球技术发生时，存储器位置中的数目增加。因此，在结束时，有可能以它发生时的时间戳显示每个排球技术的发生数量。
在替代实施例中，根据本发明的方法还包括第六步骤。在该第六步骤中，确定与球速密切相关的扣球力。以下述方式确定扣球力：当排球技术被检测到时，击中之前和之后的约0.6秒到0.8秒的特定窗口中的原始加速度数据通过二阶IIR滤波器带通。高于带通过滤的数据的范数的总和与球的速度高度相关。因为表只保留2位以显示综合扣球力，高于带通过滤的数据的范数的总和被缩放到从0至99的范围。采用另一因子乘以扣球力，有可能确定与实际球速高度相关的球速。
所述力属于排球技术。所述力也被保存在存储器中。可以管理存储器，使得对于每个检测的排球活动，所述检测的活动的力被保存。必须理解，对于每个扣球或每个传球或每个发球，力被保存。对于每次出现，所述便携式物体因此能够显示排球活动的力。
每次排球算法检测并保存排球活动，就通知表的操作系统。通过这种方式，表可以更新显示。
将清晰的是，在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对本发明的各种实施例作出对本领域技术人员显而易见的各种改变和/或改进和/或组合。

Claims (6)

1.一种检测方法，用于电子设备，所述电子设备包括含有通过存储电能的构件采用电能供电的电子模块的壳体，所述电子模块包括连接到加速度传感器和存储器单元的计算单元，所述电子模块还连接到显示构件以便显示与所述加速度传感器的一些数据相关联的信息，所述方法包括以下步骤：
-从所述加速度传感器获取数据；
-使用用于过滤所述获取的数据的高通滤波器检测潜在活动，以便检测所测量的加速度的快速变化，以及使用低通滤波器过滤所述高通过滤的数据的计算出的范数，以仅检测显著活动；
-过滤高于第二阈值的所述低通过滤的高通范数的最大值以剔除非相关活动的更多部分以及确定该范数的峰值/击中；
-为所述分类准备所述数据，其中在所述峰值/击中前后的加速度数据从两端朝向所述击中被低通过滤以及从最接近所述击中的值开始被降采样，以及其中所述降采样的数据通过算法的所述分类步骤来传递，所述算法试图确定发生了什么活动；
-其特征在于所述活动的表征基于在所述降采样的加速度空间中使用L1-范数的1-近邻算法。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，它进一步包括确定所述击中力的步骤，所述步骤包括使用带通滤波器在所述击中前后的特定窗口中过滤加速度数据，高于所述带通过滤的数据的所述范数的总和与球的速度相关。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，如果不断以近似在30Hz到50Hz之间的频率获取数据的所述加速度传感器测量到在确定的阈值以上的加速度数据，则所述计算单元能够从所述计算单元休眠的低功率模式转到所述计算单元唤醒的正常模式。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述确定的阈值包括在1.5和2.5g之间。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所述低通滤波器和所述高通滤波器使用二阶滤波器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二阈值包括在0.2和0.6g之间。
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