TWI722735B

TWI722735B - 使用健身器材以辨識肢體運動動作及計算肢體運動功率的方法、裝置及系統

Info

Publication number: TWI722735B
Application number: TW108147540A
Authority: TW
Inventors: 盧彥年; 許峻翔; 李念亞; 林淵翔
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2021-03-21
Also published as: TW202124960A

Abstract

本揭露提出一種使用健身器材以辨識肢體運動動作的方法，包括：藉由安裝在一健身器材上的一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段；以及根據上述複數訊號分段辨識上述肢體運動之一動作。

Description

使用健身器材以辨識肢體運動動作及計算肢體運動功率的方法、裝置及系統

本揭露一般涉及辨識肢體運動動作及計算肢體運動功率的方法、裝置及系統，且更加具體地說係有關於一種使用健身器材以辨識肢體運動動作及計算肢體運動功率的方法、裝置及系統。

近年來，隨著感測器技術的發展，動作識別的應用成為了人們關注的熱點。簡單的動作識別技術，如計步器等，已廣泛應用于智慧手環等可穿戴式裝置中。然而，這類裝置的動作識別功能相對單一，遠遠無法滿足肢體訓練中識別較多動作的需求。

目前主流的動作識別技術包括基於圖像感測器的和基於運動感測器的動作識別技術。

基於圖像感測器的動作識別技術主要是通過CCD或CMOS感測器對視覺圖像進行采集，並對採集到的圖像進行分析、處理，實現特徵提取、動作識別。這類方法的主要缺點在於動作採集過程中，需要感測器的實際位置及其與人體的相對位置比較固定，不適用於可以隨身攜帶的便攜性裝置，感測器產生的資料量非常大，影像處理過程往往需要功能強大的DSP和FPGA才能完成，不適用於低成本、低功耗的應用場景。

基於運動感測器的動作識別技術主要是以慣性感測器（例如，陀螺儀等裝置）為主，但陀螺儀本身存在漂移的問題，易造成位移、軌跡辨識誤差。

因此，需要一種使用健身器材以辨識肢體運動動作及計算肢體運動功率的方法、裝置及系統，以解決上述問題。

以下揭露的內容僅為示例性的，且不意指以任何方式加以限制。除所述說明方面、實施方式和特徵之外，透過參照附圖和下述具體實施方式，其他方面、實施方式和特徵也將顯而易見。即，以下揭露的內容被提供以介紹概念、重點、益處及本文所描述新穎且非顯而易見的技術優勢。所選擇，非所有的，實施例將進一步詳細描述如下。因此，以下揭露的內容並不意旨在所要求保護主題的必要特徵，也不意旨在決定所要求保護主題的範圍中使用。

因此，本揭露之主要目的即在於提供一種使用健身器材以辨識肢體運動動作及計算肢體運動功率的方法、裝置及系統，以改善上述缺點。

本揭露提出一種使用健身器材以辨識肢體運動動作的裝置，包括：一或多個處理器；以及一或多個電腦儲存媒體，儲存電腦可讀取指令，其中上述處理器使用上述電腦儲存媒體以執行：藉由安裝在一健身器材上的一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段；以及根據上述複數訊號分段辨識上述肢體運動之一動作。

本揭露提出一種使用健身器材以辨識肢體運動動作的系統，包括：一健身器材，包括：一慣性感測器，取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；一攝影機，拍攝上述健身器材，以取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；以及一電子裝置，連接至上述健身器材，接收上述健身器材所傳送之上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號及上述攝影機所傳送之上述已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段；以及根據上述複數訊號分段辨識上述肢體運動之一動作。

本揭露提出一種使用健身器材以計算肢體運動功率的方法，包括：藉由安裝在一健身器材上的一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段，以取得對應上述肢體運動之一次數及一時間；對上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號執行四元數計算及四元數旋轉，以取得一四元數轉換結果；經由一帶通濾波移除上述四元數轉換結果之一重力；以及根據移除上述重力後之四元數轉換結果、上述次數及上述時間取得上述肢體運動之一消耗功率。

本揭露提出一種使用健身器材以計算肢體運動功率的裝置，包括：一或多個處理器；以及一或多個電腦儲存媒體，儲存電腦可讀取指令，其中上述處理器使用上述電腦儲存媒體以執行：藉由安裝在一健身器材上的一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段，以取得對應上述肢體運動之一次數及一時間；對上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號執行四元數計算及四元數旋轉，以取得一四元數轉換結果；經由一帶通濾波移除上述四元數轉換結果之一重力；以及根據移除上述重力後之四元數轉換結果、上述次數及上述時間取得上述肢體運動之一消耗功率。

本揭露提出一種使用健身器材以計算肢體運動功率的系統，包括：一健身器材，包括：一慣性感測器，取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；一攝影機，拍攝上述健身器材，以取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；以及一電子裝置，連接至上述健身器材，接收上述健身器材所傳送之上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號及上述攝影機所傳送之上述已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段，以取得對應上述肢體運動之一次數及一時間；對上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號執行四元數計算及四元數旋轉，以取得一四元數轉換結果；經由一帶通濾波移除上述四元數轉換結果之一重力；以及根據移除上述重力後之四元數轉換結果、上述次數及上述時間取得上述肢體運動之一消耗功率。

在下文中將參考附圖對本揭露的各方面進行更充分的描述。然而，本揭露可以具體化成許多不同形式且不應解釋為侷限於貫穿本揭露所呈現的任何特定結構或功能。相反地，提供這些方面將使得本揭露周全且完整，並且本揭露將給本領域技術人員充分地傳達本揭露的範圍。基於本文所教導的內容，本領域的技術人員應意識到，無論是單獨還是結合本揭露的任何其它方面實現本文所揭露的任何方面，本揭露的範圍旨在涵蓋本文中所揭露的任何方面。例如，可以使用本文所提出任意數量的裝置或者執行方法來實現。另外，除了本文所提出本揭露的多個方面之外，本揭露的範圍更旨在涵蓋使用其它結構、功能或結構和功能來實現的裝置或方法。應可理解，其可透過申請專利範圍的一或多個元件具體化本文所揭露的任何方面。

詞語「示例性」在本文中用於表示「用作示例、實例或說明」。本揭露的任何方面或本文描述為「示例性」的設計不一定被解釋為優選於或優於本揭露或設計的其他方面。此外，相同的數字在所有若干圖示中指示相同的元件，且除非在描述中另有指定，冠詞「一」和「上述」包含複數的參考。

可以理解，當元件被稱為被「連接」或「耦接」至另一元件時，該元件可被直接地連接到或耦接至另一元件或者可存在中間元件。相反地，當該元件被稱為被「直接連接」或「直接耦接」至到另一元件時，則不存在中間元件。用於描述元件之間的關係的其他詞語應以類似方式被解釋（例如，「在…之間」與「直接在…之間」、「相鄰」與「直接相鄰」等方式）。

第1圖係顯示根據本發明一實施例中使用健身器材以辨識肢體運動動作的系統100之示例性示意圖。系統100可包括連接至網路120的一健身器材110及一電子裝置130。

健身器材110可至少包括一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)（圖未顯示）及一光球112（亦可稱為Marker或Optical）。慣性感測器可安裝至健身器材110之內部，其可包括偵測運動的加速度計及陀螺儀，用以偵測對象使用健身器材110進行肢體運動的三軸加速度訊號及三軸角速度訊號。

光球112可係安裝於健身器材110之外部，以方便拆卸。使用者可運用一高解析度攝影機（圖未顯示）拍攝並記錄偵測對象使用健身器材110進行肢體運動的運動軌跡。更詳細地說明，這些高解析度攝影機的周邊會設置紅外線發射器，並投射出肉眼不可見、高頻的紅外線閃光。光球112會反射紅外線的光點。透過高解析度攝影機接收上述光點後，可將光點資訊傳送至電子裝置130進行運算，以取得光球112在實體空間當中的三維X、Y、Z位移動作，以進一步得到健身器材110的運動軌跡。

電子裝置130可以透過網路120接收慣性感測器所傳送的三軸加速度訊號、三軸角速度訊號或透過網路120接收拍攝光球112之攝影機所傳送的運動軌跡。電子裝置130的類型範圍從小型手持裝置（例如，行動電話∕可攜式電腦）到大型主機系統（例如大型電腦）。可攜式電腦的示例包括個人數位助理(PDA)、筆記型電腦等裝置。網路可以是本領域技術人員所熟悉任何類型的網路，其可使用各種通訊上可用協定中的任一種來支援數據通訊，包括但不侷限於TCP/IP等等。舉例來說，網路可為一本地區域網路(Local Area Network，LAN)，像是乙太網路等等、一虛擬網路，包括但不侷限於虛擬專用網路(Virtual Private Network，VPN)、網際網路(Internet)、無線網路和/或這些和/或其他網路之任何組合。

值得注意的是，儘管健身器材110在第1圖中係以啞鈴作為例子，而肢體運動在第1圖中係以上肢運動作為例子，但本發明不應被限制於此。

應可理解，第1圖所示的電子裝置130係一使用健身器材以辨識肢體運動動作的系統100架構的示例。第1圖所示的每個元件可經由任何類型的計算裝置來實現，像是參考第12圖描述的計算裝置1200，如第12圖所示。

第2圖係顯示根據本揭露一實施例所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的方法200之流程圖。此方法可由如第1圖所示之電子裝置130所執行。

在步驟S205中，電子裝置藉由安裝在一健身器材上的一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號。在一實施例中，上述肢體運動係一上肢運動。在另一實施例中，上述健身器材係一啞鈴。

在步驟S210中，電子裝置取得上述肢體運動的一已知運動軌跡，其中上述已知運動軌跡係藉由拍攝安裝在上述健身器材上的一光球所取得。

接著，在步驟S215中，電子裝置根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段。更詳細地說明，在電子裝置將三軸加速度訊號及三軸角速度訊號分為複數訊號分段之前，可先對三軸加速度訊號及三軸角速度訊號進行「分析運動軸向」，以判斷哪個軸向的加速度振幅最大。接著，電子裝置可根據藉由光球取得已知運動軌跡的波峰及波谷，對三軸加速度訊號執行帶通濾波，使電子裝置對三軸加速度訊號的波峰及波谷進行校正，以將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段。換言之，波峰∕波谷即為向心∕離心動作的轉折點，因此每兩個波谷之間可視為是一個動作週期，每一訊號分段即為一動作週期。電子裝置可根據每一訊號分段取得上述肢體運動的動作次數及時間。在其他實施例中，電子裝置根據藉由光球取得已知運動軌跡的波峰及波谷，對三軸角速度，或三軸角速度及三軸加速度執行帶通濾波，以將上述三軸加速度訊號及/或上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段。再來，在步驟S220中，電子裝置根據上述複數訊號分段辨識上述肢體運動之一動作。

第3A～3C圖係顯示根據本揭露一實施例所述之根據光球的運動軌跡切分三軸加速度訊號及三軸角速度訊號之示意圖。如第3A圖所示，圖310係為光球於X、Y、Z軸的運動軌跡，圖320係為三軸加速度訊號，圖320係為三軸角速度訊號。使用光球於X、Y、Z軸的運動軌跡與三軸加速度訊號及三軸角速度訊號相比對，如3A圖所示，先對三軸加速度訊號及三軸角速度訊號進行分析運動軸向可以發現加速度訊號的Y軸振幅最大。從Z軸來看，光球的波峰波谷雖然與角速度訊號的位置較為同步。但由於運動時角速度訊號的變化有太多種可能性，若以角速度作為切分訊號分段的依據可能會造成誤判情況，因此切分訊號分段的作業還是須考慮Y軸的加速度訊號，如第3B圖所示。接著，Y軸的加速度訊號可先經過帶通濾波，過濾非動作之資訊，以與光球於Z軸的運動軌跡同步，如第3C圖所示。在第3C圖中，經過帶通濾波的Y軸加速度訊號（如虛線所示）可變得較平滑，以方便切分訊號分段，並推測離心/向心的動作時間。

第4A～4C圖係顯示根據本揭露一實施例所述之根據光球的運動軌跡將三軸加速度訊號及三軸角速度訊號切分為訊號分段之示意圖。第4A～4C圖係經由第3A～3C圖的方式所切分對應一個動作循環的訊號分段。如第4A圖所示，圖410及圖412係為使用者利用啞鈴進行二頭肌訓練動作之三軸加速度訊號及三軸角速度訊號的訊號分段。如第4B圖所示，圖420及圖422係為使用者利用啞鈴進行三頭肌訓練動作之三軸加速度訊號及三軸角速度訊號的訊號分段。如第4C圖所示，圖430及圖432係為使用者利用啞鈴進行飛鳥(Dumbbell shoulder fly)訓練動作之三軸加速度訊號及三軸角速度訊號的訊號分段。

以下將詳細說明在步驟S220中，電子裝置如何根據上述複數訊號分段辨識上述肢體運動之一動作。關於辨識肢體運動之動作的部分，本揭露係提出以電子裝置計算時域特徵以辨識肢體運動動作的方法。

第5圖係顯示根據本揭露一實施例所述之電子裝置藉由計算時域特徵以辨識肢體運動動作的方法500之流程圖。在執行方法500之前，電子裝置可事先計算每一動作之各軸時域特徵值（例如，加速度x軸平均值）及軸間時域特徵值（例如，角速度x軸與y軸的相位差），並建立及儲存一辨識模型於電子裝置之記憶體中，以識別肢體運動的動作。在一實施例中，上述辨識模型係可用一公式表示如下：

其中 R函式唯一自相關函數，而class=1~3可分別表示不同的動作。舉例來說，Class=1表示二頭彎舉動作、Class=2表示三頭屈伸動作、Class=3表示肩飛鳥動作。第6圖係顯示根據本揭露一實施例所述之電子裝置根據辨識模型識別肢體運動的動作之示意圖。如圖所示，透過辨識模型可清楚識別不同肢體運動的動作。例如，藍點區域係表示Class=1、綠點區域係表示Class=2、紅點區域係表示Class=3。

在步驟S505中，電子裝置根據在第2圖步驟S215中所取得之複數訊號分段計算一時域特徵。更詳細地說明，以第4A～4C圖的訊號分段為例。電子裝置可藉由第4A～4C圖中訊號分段的自相關(Autocorrelation)（也叫序列相關）找出訊號的重複模式。第7A～7C圖係顯示根據本揭露一實施例所述之經過自相關後訊號分段之示意圖。如第7A圖所示，圖710及圖712係為經過自相關後的二頭彎舉(Biceps curl)訓練動作之三軸加速度訊號及三軸角速度訊號的訊號分段。如第7B圖所示，圖720及圖722係為經過自相關後的三頭屈伸(Overhead triceps extension)訓練動作之三軸加速度訊號及三軸角速度訊號的訊號分段。如第7C圖所示，圖730及圖732係為經過自相關後的肩飛鳥(Shoulder fly)訓練動作之三軸加速度訊號及三軸角速度訊號的訊號分段。而根據第7A～7C圖中經過自相關後的訊號分段將可求出時域特徵，可利於區分三頭屈伸(Overhead triceps extension)訓練動作。在步驟S510中，電子裝置輸入上述時域特徵至一辨識模型，以辨識上述肢體運動之上述動作。

第8圖係顯示根據本揭露一實施例所述之使用健身器材以肢體運動功率的方法800之流程圖。此方法可由如第1圖所示之電子裝置130所執行。在步驟S805 中，電子裝置藉由安裝在一健身器材上的一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號。在一實施例中，上述肢體運動係一上肢運動。在另一實施例中，上述健身器材係一啞鈴。

在步驟S810中，電子裝置取得上述肢體運動的一已知運動軌跡，其中上述已知運動軌跡係藉由拍攝安裝在上述健身器材上的一光球所取得。接著，在步驟S815中，電子裝置根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段，以取得對應上述肢體運動之一次數及一時間。須注意的是，步驟S805~S815之動作與第2圖中之步驟S205~S215之動作相同，故詳細細節於此不再贅述。

在步驟S820中，電子裝置對上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號執行四元數計算及四元數旋轉，以取得一四元數轉換結果。在步驟S825中，電子裝置經由一帶通濾波移除上述四元數轉換結果之一重力。在步驟S830中，電子裝置根據移除上述重力後之四元數轉換結果、上述次數及上述時間取得上述肢體運動之一消耗功率。更詳細地說明，電子裝置接著可藉由一四元數旋轉矩陣取得絕對座標之三軸加速度資料及三軸角速度資料。電子裝置可扣除重力造成的加速度，其中扣除重力後的三軸加速度資料及三軸角速度資料即為使用者實際施加在健身器材上的作用力，如此即可由健身器材的質量和三軸加速度資料以及對應訊號分段所取得的次數及時間推算出進行肢體運動時所消耗之功率。

第9圖~第11圖更進一步說明電子裝置如何根據第8圖之流程取得肢體運動時所消耗之功率。第9圖係顯示根據本揭露一實施例所述之一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號之示意圖。如第9圖所示，六軸原始資料存在重力因素。雖然健身器材靜置狀態下較無影響，但健身器材在肢體運動狀態下（移動、轉動）重力會作用在三個軸向上。

第10A圖係顯示根據本揭露一實施例所述之訊號經過四元數計算之示意圖。第10B圖係顯示根據本揭露一實施例所述之訊號經過四元數旋轉之示意圖。如第10A圖所示，透過四元數計算後，可證明運動時重力影響各軸向的狀況。如第10B圖所示，經過四元數旋轉（反轉換），可將健身器材轉換回未旋轉的角度。而四元數轉換結果可以看出重力只作用在Z軸上。

第11圖係顯示根據本揭露一實施例所述之四元數轉換結果經過高通濾波之示意圖。如第11圖所示，四元數轉換結果已移除了重力。而電子裝置可根據移除上述重力後之四元數轉換結果、次數及時間，並使用一功能定理(Work-Energy Theorem)取得肢體運動之一消耗功率。

如上所述，透過本揭露之使用健身器材以辨識肢體運動動作及計算肢體運動功率的方法、裝置及系統，可避免慣性感測器本身存在漂移的問題，改善軌跡辨識誤差。

對於本發明已描述的實施例，下文描述了可以實現本發明實施例的示例性操作環境。具體參考第12圖，第12圖係顯示用以實現本發明實施例的示例性操作環境，一般可被視為計算裝置1200。計算裝置1200僅為一合適計算環境的一個示例，並不意圖暗示對本發明使用或功能範圍的任何限制。計算裝置1200也不應被解釋為具有與所示元件任一或組合相關任何的依賴性或要求。

本發明可在電腦程式碼或機器可使用指令來執行本發明，指令可為程式模組的電腦可執行指令，其程式模組由電腦或其它機器，例如個人數位助理或其它可攜式裝置執行。一般而言，程式模組包括例程、程式、物件、元件、數據結構等，程式模組指的是執行特定任務或實現特定抽象數據類型的程式碼。本發明可在各種系統組態中實現，包括可攜式裝置、消費者電子產品、通用電腦、更專業的計算裝置等。本發明還可在分散式運算環境中實現，處理由通訊網路所連結的裝置。

參考第12圖。計算裝置1200包括直接或間接耦接以下裝置的匯流排1210、記憶體1212、一或多個處理器1214、一或多個顯示元件1216、輸入/輸出(I/O)埠口1218、輸入/輸出(I/O)元件1220以及說明性電源供應器1222。匯流排1210表示可為一或多個匯流排之元件（例如，位址匯流排、數據匯流排或其組合）。雖然第12圖的各個方塊為簡要起見以線示出，實際上，各個元件的分界並不是具體的，例如，可將顯示裝置的呈現元件視為I/O元件；處理器可具有記憶體。

計算裝置1200一般包括各種電腦可讀取媒體。電腦可讀取媒體可以是可被計算裝置1200存取的任何可用媒體，該媒體同時包括易揮發性和非易揮發性媒體、可移動和不可移動媒體。舉例但不侷限於，電腦可讀取媒體可包括電腦儲存媒體和通訊媒體。電腦可讀取媒體同時包括在用於儲存像是電腦可讀取指令、資料結構、程式模組或其它數據之類資訊的任何方法或技術中實現的易揮發性性和非易揮發性媒體、可移動和不可移動媒體。電腦儲存媒體包括但不侷限於RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體或其它記憶體技術、CD-ROM、數位多功能光碟(DVD)或其它光碟儲存裝置、磁片、磁碟、磁片儲存裝置或其它磁儲存裝置，或可用於儲存所需的資訊並且可被計算裝置1200存取的其它任何媒體。電腦儲存媒體本身不包括信號。

通訊媒體一般包含電腦可讀取指令、資料結構、程式模組或其它採用諸如載波或其他傳輸機制之類的模組化數據訊號形式的數據，並包括任何資訊傳遞媒體。術語「模組化數據訊號」係指具有一或多個特徵集合或以在訊號中編碼資訊之一方式更改的訊號。舉例但不侷限於，通訊媒體包括像是有線網路或直接有線連接的有線媒體及無線媒體，像是聲頻、射頻、紅外線以及其它無線媒體。上述媒體的組合包括在電腦可讀取媒體的範圍內。

記憶體1212包括以易揮發性和非易揮發性記憶體形式的電腦儲存媒體。記憶體可為可移動、不移動或可以為這兩種的組合。示例性硬體裝置包括固態記憶體、硬碟驅動器、光碟驅動器等。計算裝置1200包括一或多個處理器，其讀取來自像是記憶體1212或I/O元件1220各實體的數據。顯示元件1216向使用者或其它裝置顯示數據指示。示例性顯示元件包括顯示裝置、揚聲器、列印元件、振動元件等。

I/O埠口1218允許計算裝置1200邏輯連接到包括I/O元件1220的其它裝置，一些此種裝置為內建裝置。示例性元件包括麥克風、搖桿、遊戲台、碟形衛星訊號接收器、掃描器、印表機、無線裝置等。I/O元件1220可提供一自然使用者介面，用於處理使用者生成的姿勢、聲音或其它生理輸入。在一些例子中，這些輸入可被傳送到一合適的網路元件以便進一步處理。計算裝置1200可裝備有深度照相機，像是立體照相機系統、紅外線照相機系統、RGB照相機系統和這些系統的組合，以偵測與識別物件。此外，計算裝置1200可以裝備有感測器（例如：雷達、光達）週期性地感測周遭一感測範圍內的鄰近環境，產生表示自身與周遭環境關聯的感測器資訊。再者，計算裝置1200可以裝備有偵測運動的加速度計或陀螺儀。加速度計或陀螺儀的輸出可被提供給計算裝置1200顯示。

此外，計算裝置1200中之處理器1214也可執行記憶體1212中之程式及指令以呈現上述實施例所述之動作和步驟，或其它在說明書中內容之描述。

在此所揭露程序之任何具體順序或分層之步驟純為一舉例之方式。基於設計上之偏好，必須了解到程序上之任何具體順序或分層之步驟可在此文件所揭露的範圍內被重新安排。伴隨之方法權利要求以一示例順序呈現出各種步驟之元件，也因此不應被此所展示之特定順序或階層所限制。

申請專利範圍中用以修飾元件之「第一」、「第二」、「第三」等序數詞之使用本身未暗示任何優先權、優先次序、各元件之間之先後次序、或方法所執行之步驟之次序，而僅用作標識來區分具有相同名稱（具有不同序數詞）之不同元件。

雖然本揭露已以實施範例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:系統 110:健身器材 112:光球 120:網路 130:電子裝置 200:方法 S205、S210、S215、S220:步驟 310、320、330:圖 410、412、420、422、430、432:圖 500:方法 S505、S510:步驟 710、712、720、722、730、732:圖 800:方法 S805、S810、S815、S820、S825、S830:步驟 1200:計算裝置 1210:匯流排 1212:記憶體 1214:處理器 1216:顯示元件 1218:I/O埠口 1220:I/O元件 1222:電源供應器

第1圖係顯示根據本發明一實施例中使用健身器材以辨識肢體運動動作的系統之示例性示意圖。第2圖係顯示根據本揭露一實施例所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的方法之流程圖。第3A～3C圖係顯示根據本揭露一實施例所述之根據光球的運動軌跡切分三軸加速度訊號及三軸角速度訊號之示意圖。第4A～4C圖係顯示根據本揭露一實施例所述之根據光球的運動軌跡將三軸加速度訊號及三軸角速度訊號切分為訊號分段之示意圖。第5圖係顯示根據本揭露一實施例所述之電子裝置藉由計算時域特徵以辨識肢體運動動作的方法之流程圖。第6圖係顯示根據本揭露一實施例所述之電子裝置根據辨識模型識別肢體運動的動作之示意圖。第7A～7C圖係顯示根據本揭露一實施例所述之經過自相關後訊號分段之示意圖。第8圖係顯示根據本揭露一實施例所述之使用健身器材以肢體運動功率的方法之流程圖。第9圖係顯示根據本揭露一實施例所述之一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號之示意圖。第10A圖係顯示根據本揭露一實施例所述之訊號經過四元數計算之示意圖。第10B圖係顯示根據本揭露一實施例所述之訊號經過四元數旋轉之示意圖。第11圖係顯示根據本揭露一實施例所述之四元數轉換結果經過高通濾波之示意圖。第12圖係顯示用以實現本發明實施例的示例性操作環境。

200:方法

S205、S210、S215、S220:步驟

Claims

一種使用健身器材以辨識肢體運動動作的方法，包括：藉由安裝在一健身器材上的一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段；根據上述複數訊號分段計算一時域特徵；以及輸入上述時域特徵至一辨識模型，以辨識上述肢體運動之該已知運動軌跡，其中該辨識模型包含一自相關函數。
如申請專利範圍第1項所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的方法，其中上述已知運動軌跡係藉由拍攝安裝在上述健身器材上的一光球所取得。
如申請專利範圍第1項所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的方法，其中上述肢體運動係一上肢運動。
如申請專利範圍第1項所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的方法，其中上述健身器材係一啞鈴。
一種使用健身器材以辨識肢體運動動作的裝置，包括：一或多個處理器；以及一或多個電腦儲存媒體，儲存電腦可讀取指令，其中上述處理器使用上述電腦儲存媒體以執行：藉由安裝在一健身器材上的一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段；根據上述複數訊號分段計算一時域特徵；以及輸入上述時域特徵至一辨識模型，以辨識上述肢體運動之該已知運動軌跡，其中該辨識模型包含一自相關函數。
如申請專利範圍第5項所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的裝置，其中上述已知運動軌跡係藉由拍攝安裝在上述健身器材上的一光球所取得。
如申請專利範圍第5項所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的裝置，其中上述肢體運動係一上肢運動。
如申請專利範圍第5項所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的裝置，其中上述健身器材係一啞鈴。
一種使用健身器材以辨識一肢體運動的系統，包括：一健身器材，包括：一慣性感測器，取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；一攝影機，拍攝上述健身器材，以取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；以及一電子裝置，連接至上述健身器材，接收上述健身器材所傳送之上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號及上述攝影機所傳送之上述已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段；根據上述複數訊號分段計算一時域特徵；以及輸入上述時域特徵至一辨識模型，以辨識上述肢體運動之該已知運動軌跡，其中該辨識模型包含一自相關函數。
如申請專利範圍第9項所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的系統，其中上述系統更包括：一光球，其中上述已知運動軌跡係藉由拍攝安裝在上述健身器材上的上述光球所取得。
如申請專利範圍第9項所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的系統，其中上述電子裝置根據上述複數訊號分段辨識上述肢體運動之上述動作之步驟更包括：根據上述複數訊號分段計算一時域特徵；以及輸入上述時域特徵至一辨識模型，以辨識上述肢體運動之上述動作。
如申請專利範圍第9項所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的系統，其中上述肢體運動係一上肢運動。
如申請專利範圍第9項所述之使用健身器材以辨識肢體運動動作的系統，其中上述健身器材係一啞鈴。
一種使用健身器材以計算肢體運動功率的方法，包括：藉由安裝在一健身器材上的一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段，以取得對應上述肢體運動之一次數及一時間；對上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號執行四元數計算及四元數旋轉，以取得一四元數轉換結果；經由一帶通濾波移除上述四元數轉換結果之一重力；以及根據移除上述重力後之四元數轉換結果、上述次數及上述時間取得上述肢體運動之一消耗功率。
如申請專利範圍第14項所述之使用健身器材以計算肢體運動功率的方法，其中上述已知運動軌跡係藉由拍攝安裝在上述健身器材上的一光球所取得。
一種使用健身器材以計算肢體運動功率的裝置，包括：一或多個處理器；以及一或多個電腦儲存媒體，儲存電腦可讀取指令，其中上述處理器使用上述電腦儲存媒體以執行：藉由安裝在一健身器材上的一慣性感測器(Inertial Measurement Unit，IMU)取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段，以取得對應上述肢體運動之一次數及一時間；對上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號執行四元數計算及四元數旋轉，以取得一四元數轉換結果；經由一帶通濾波移除上述四元數轉換結果之一重力；以及根據移除上述重力後之四元數轉換結果、上述次數及上述時間取得上述肢體運動之一消耗功率。
如申請專利範圍第16項所述之使用健身器材以計算肢體運動功率的裝置，其中上述已知運動軌跡係藉由拍攝安裝在上述健身器材上的一光球所取得。
一種使用健身器材以計算肢體運動功率的系統，包括：一健身器材，包括：一慣性感測器，取得一肢體運動在一空間直角座標系中的一三軸加速度訊號及一三軸角速度訊號；一攝影機，拍攝上述健身器材，以取得上述肢體運動的一已知運動軌跡；以及一電子裝置，連接至上述健身器材，接收上述健身器材所傳送之上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號及上述攝影機所傳送之上述已知運動軌跡；根據上述已知運動軌跡將上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號分為複數訊號分段，以取得對應上述肢體運動之一次數及一時間；對上述三軸加速度訊號及上述三軸角速度訊號執行四元數計算及四元數旋轉，以取得一四元數轉換結果；經由一帶通濾波移除上述四元數轉換結果之一重力；以及根據移除上述重力後之四元數轉換結果、上述次數及上述時間取得上述肢體運動之一消耗功率。
如申請專利範圍第18項所述之使用健身器材以計算肢體運動功率的系統，其中上述系統更包括：一光球，其中上述已知運動軌跡係藉由拍攝安裝在上述健身器材上的上述光球所取得。