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WO2024115462A1 - Procédé de détection de mouvement de golf à partir d'un dispositif électronique tel qu'une montre - Google Patents

Procédé de détection de mouvement de golf à partir d'un dispositif électronique tel qu'une montre Download PDF

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Publication number
WO2024115462A1
WO2024115462A1 PCT/EP2023/083312 EP2023083312W WO2024115462A1 WO 2024115462 A1 WO2024115462 A1 WO 2024115462A1 EP 2023083312 W EP2023083312 W EP 2023083312W WO 2024115462 A1 WO2024115462 A1 WO 2024115462A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
normalized
golf
signal
peak
regularized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2023/083312
Other languages
English (en)
Inventor
François De Picciotto
Cédric DE TALHOUET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LVMH Swiss Manufactures SA
Original Assignee
LVMH Swiss Manufactures SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR2212605A external-priority patent/FR3142359A1/fr
Application filed by LVMH Swiss Manufactures SA filed Critical LVMH Swiss Manufactures SA
Publication of WO2024115462A1 publication Critical patent/WO2024115462A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/681—Wristwatch-type devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00—Pattern recognition
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    • G06F18/21—Design or setup of recognition systems or techniques; Extraction of features in feature space; Blind source separation
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    • G06F2218/00—Aspects of pattern recognition specially adapted for signal processing
    • G06F2218/12—Classification; Matching
    • G06F2218/14—Classification; Matching by matching peak patterns

Definitions

  • the present invention relates to the field of electronic devices, worn on the wrist or on another part of the arm, such as bracelets or electronic watches, also called connected watches or "smartwatch" in English. More specifically, the present invention relates to an electronic device worn on the wrist or on another part of the arm, in particular a watch, equipped with hardware and software means for detecting golf shots.
  • the invention thus aims to eliminate at least some of these drawbacks.
  • the invention makes it possible to dispense with a sensor carried by the club or by the ball.
  • the invention relates to a golf shot detection method configured to operate on an electronic device worn on the wrist or on another part of the arm, such as a bracelet or a watch, comprising one or more angular measuring means or linear, particularly in orientation, speed or acceleration.
  • the electronic device in question may comprise at least one three-axis accelerometer and/or a three-axis gyroscope and/or at least one three-axis magnetometer, cooperating with a calculation unit and a space memory.
  • a golf shot being defined by a golf movement made by a user handling a golf club, the club having a face, and causing said club to describe a typical trajectory resulting in an impact between the face of the golf club and a ball.
  • the method comprises implementing a golf motion detection function and an impact detection function, the motion detection function being configured to, at any time, detect the completion of a golf movement associated with one of a set of predefined golf shots, including a drive, a swing and a putt, and the impact detection function is configured to synchronously detect an impact between the club golf ball and the golf ball, from measurements carried out by at least sensor embedded in the electronic device.
  • the golf movement detection function and the impact detection function are implemented solely from measurements carried out by at least one sensor embedded in the electronic device, such as a bracelet or a shows, excluding sensors on board the club or the ball, among at least one three-axis accelerometer and at least one three-axis gyroscope.
  • the measurements taken come from six on-board sensors: accelerometers and gyroscopes following three direct orthogonal axes, respectively.
  • the measurements are carried out continuously and are recorded at a first sampling step at least equal to 10 Hz, in particular approximately equal to 50 Hz plus or minus 10%, and at a second sampling step at less equal to 100 Hz for measurements carried out over at least one reduced time window.
  • the use of distinct sampling steps in particular the use of a sampling step making it possible to increase the number of measurements per unit of time over a reduced time window, makes it possible to promote impact detection while sparing the use of the internal memory of the electronic device.
  • the implementation of the golf movement detection function comprises, in particular on the condition that at least one signal corresponding to a measurement has an amplitude exceeding a predefined amplitude threshold:
  • a low-pass filter to the signals corresponding to the measurements, in particular a first-order low-pass filter, in particular to remove high-frequency noise and residues contained in the signals corresponding to the measurements;
  • the method further comprises:
  • the characterization, for each normalized signal of 1 to 3 peaks having the greatest amplitudes in height and/or width and/or prominence;
  • each normalized signal has, over a time window having a predefined regularized duration, for example equal to 2.5 seconds, a regularized main peak at a predefined main peak date , for example at 1.5 seconds in the time window, and where appropriate at least one secondary peak having a secondary peak date at a predefined date in the time window, for example 0.67 seconds before the main peak with a time having undergone temporal homothety.
  • a regularized main peak at a predefined main peak date for example at 1.5 seconds in the time window
  • at least one secondary peak having a secondary peak date at a predefined date in the time window for example 0.67 seconds before the main peak with a time having undergone temporal homothety.
  • the method further comprises:
  • the implementation of the golf motion detection function may include executing a golf motion recognition algorithm comprising, from golf shot datasets:
  • each regularized normalized signal and a model signal corresponding to an average golf swing movement for a set of golf movement types, including a drive and a putt said comparison comprising verifying that the regularized normalized signal is within an envelope defined between each model signal shifted by a negative offset and the same model signal shifted by a positive offset;
  • the method further comprises:
  • the method further comprises:
  • the implementation of the impact detection function includes:
  • the implementation of the impact detection function may include:
  • the implementation of the impact detection function includes:
  • measurements over the duration of a reduced time window comprising at least a portion of the normalized and regularized signal comprising the peak and the opposite peak;
  • the comparison, over said reduced time, between the at least one regularized normalized signal and the sinusoidal signal comprises:
  • the discrete Fourier series decomposition of the normalized and regularized signal and the detection of a confirmed impact as long as the duration during which the absolute value of the discrete Fourier series decomposition remains, for coefficients of interest of the decomposition, that is to say in particular for coefficients of the discrete Fourier series decomposition corresponding to the lowest non-zero frequency over the reduced time window, greater than or equal to a threshold equal to half the peak of this value absolute, is between a predefined minimum threshold and a predefined maximum threshold.
  • the invention also relates to a computer program type product, comprising at least one sequence of instructions stored and readable by a processor and which, once read by this processor, causes the steps of the method as presented previously to be carried out.
  • the invention further relates to a computer-readable medium comprising the computer program type product as presented previously.
  • the invention relates to a method for detecting golf movement implemented by means of sensors embedded in an electronic device, such as a bracelet or a watch, worn by the player, in particular on the wrist or possibly on another part of the arm.
  • the onboard sensor means cooperate with calculation means, display means and a memory which can preferably also be embedded in the electronic device, in particular the watch, for better compactness.
  • At least part of the calculation and display means and at least part of the memory can be hosted by an external device, such as a smartphone, a tablet or a computer for example.
  • the method according to the invention distinctly implements two functions, namely the detection of a golf movement, corresponding to a golf movement, and the detection of an impact, between the ball and the club, based, in particular exclusively, on data from sensors embedded in the electronic device worn by the player on the wrist or on another part of the arm, in particular the watch.
  • the present invention is more particularly described in the context of an implementation via a watch worn by the player.
  • this is an example and the invention also applies in the case where the player wears for example a bracelet or any other similar electronic device, worn on the wrist or on another part of the arm.
  • the on-board sensors used include in particular IMU type sensors (for Inertial Measurement Unit), such as accelerometers and/or gyroscopes and/or magnetometers along one to three axes.
  • IMU type sensors for Inertial Measurement Unit
  • accelerometers and/or gyroscopes and/or magnetometers along one to three axes.
  • the measurements are carried out continuously at a frequency greater than 100 Hz and recorded with a first sampling step preferably greater than 10 Hz, in particular equal to 50 Hz plus or minus 10%, and over at least one reduced time window ( described below), with a second sampling step greater than 100 Hz.
  • the invention notably provides for the implementation of successive and progressive detection layers. Initially not very selective, the detection layers become more discriminating and make it possible to determine with certainty whether a real golf movement has been played.
  • the golf movement detection function thus includes the continuous recording of data measured by sensors embedded in the electronic device, in particular the watch, in particular an IMU sensor integrating for example three accelerometers and three gyroscopes along three axes respective orthogonal to each other.
  • the accelerometers make it possible to measure accelerations of the watch, and therefore of the user's wrist, along three mutually orthogonal axes.
  • Gyroscopes make it possible to measure the rotation speeds of the watch, and therefore of the user's wrist, along three mutually orthogonal axes.
  • time signals formed from a plurality of acceleration or angular speed values as a function of time Thanks to the measurements carried out by these sensors, we obtain time signals formed from a plurality of acceleration or angular speed values as a function of time.
  • the temporal signals from these sensors are first filtered to filter out noise and high-frequency residuals.
  • a different filter may be implemented for the purposes of implementing the golf motion detection function and, respectively, for the purposes of implementing the impact detection function.
  • filtering of the temporal signals is implemented by a low-pass filter, in particular a first-order low-pass filter.
  • a peak is identified each time the amplitude of the signal exceeds a simple threshold, designated “POSSIBLE SWING” on the , in particular chosen as being “permissive”, that is to say not very discriminating, and a date of occurrence of the peak of greater amplitude is recorded in a memory, embedded in the watch or in a separate device.
  • POSSIBLE SWING a simple threshold
  • NO SWING no movement
  • At least one peak is detected, generally two peaks, potentially three peaks or more.
  • one to three peaks having the greatest amplitudes are kept in memory, with the date of occurrence of the peak of greatest amplitude, for at least one, preferably several, filtered temporal signals.
  • each of the height, width and prominence of each peak is then compared to a respective threshold of minimum height, minimum width and minimum prominence so as to confirm or deny the existence of a peak corresponding.
  • the respective thresholds can be predefined empirically.
  • simple thresholds are chosen, called “permissive”, that is to say not very discriminating, because it is important not to miss the detection of a golf movement.
  • the following steps make it possible to sufficiently discriminate between “false positives”, in particular thanks to the impact detection function.
  • the time signals corresponding to the measurements carried out by the different IMU sensors are then preferably normalized, as shown in the .
  • the standardization concerns in particular each of the signals delivered by the IMU sensors, corresponding to the measurements carried out, in acceleration, from measurements carried out by at least one accelerometer, and/or, in rotation speed, from measurements carried out by at least one a gyroscope.
  • Normalization consists in particular, according to one embodiment, of transposing the signal so that the maximum standard reached is equal to 1.
  • the general principle of signal normalization is known.
  • the common temporal base of the normalized signals is translated and contracted or dilated so as to bring the main peak and the possible secondary peak to chosen reference abscissa. This makes it easier to carry out further calculations and analyzes by working with normalized and regularized signals.
  • Said expansion or contraction coefficient of the time base can be mathematically constrained by imposed limits and used separately to contribute to the evaluation of the credibility of the original signal.
  • the implementation of the golf movement detection function comprises the execution of a golf movement recognition algorithm comprising, from a database of golf shots, in other words a database comprising a set of signals (accelerations and/or angular velocities on three axes) corresponding to trajectories of the electronic device during proven golf shots, the establishment of a vector ⁇ and a matrix of covariance P of the set of regularized standardized signals, so that said covariance matrix P mathematically represents an ellipsoid from which to evaluate the probability that a candidate trajectory, in other words a possible golf movement, is actually a golf movement .
  • a golf movement recognition algorithm comprising, from a database of golf shots, in other words a database comprising a set of signals (accelerations and/or angular velocities on three axes) corresponding to trajectories of the electronic device during proven golf shots, the establishment of a vector ⁇ and a matrix of covariance P of the set of regularized standardized signals, so that
  • each signal in the database is a realization
  • each temporal value of the signal being considered as a scalar variable distinct from to the product of the number of signals (typically 6 in the case of an IMU sensor allowing the measurement of acceleration and angular speed respectively along three axes) by the number of values forming said signals over the time window considered (typically a hundred time values recorded with the first sampling step).
  • Each trajectory in the database is then considered as a realization of the statistical variable X, for which the mean ⁇ and the covariance matrix P are then established from all the realizations.
  • a second method we first carry out a subsampling of the temporal signals to reduce the dimensionality n of X, of ⁇ and of the covariance matrix P, this reduction aiming to reduce the volume of calculations without losing representativeness.
  • a simple convolution averaging or simple linear filtering
  • the subsampling is as least destructive as possible.
  • ⁇ is the gamma function and ⁇ is the incomplete gamma function.
  • the candidate movement is then considered as an effective golf movement if the corresponding quantile is less than a fixed threshold quantile.
  • the implementation of the golf movement detection function comprises the execution of a golf movement recognition algorithm comprising, from a database of golf shots, the comparison between each regularized normalized signal and a model signal corresponding to a typical golf movement movement for each type of golf movement including at least one drive, a swing and a putt, said comparison comprising verifying that the regularized normalized signal is found in a probabilistic envelope defined to include the possible variability of a real golf movement. This probabilistic envelope is determined from a database of golf movements and the application of selected appropriate margins.
  • the golf movement database can be enriched by the collection of new data, particularly that of the user.
  • the database differs between right-handed users and left-handed users and depending on whether the watch is worn on the right wrist or the left wrist.
  • the comparison can then implement a learning algorithm capable of improving the model signals used.
  • a normalized error is calculated for each normalized signal regularized relative to the model signal of the type of shot identified and the verification that the normalized error is less than a threshold and that the sum of the normalized errors over all the regularized normalized signals is less than a threshold.
  • the normalized error is calculated according to the equation:
  • the threshold can be predefined or adjustable.
  • an instability of the normalized error for each regularized normalized signal and verify that the instability of the normalized error is less than a threshold for each regularized normalized signal and that the sum of the instabilities of the errors normalized on all the regularized normalized signals is less than a threshold.
  • This instability of the normalized error can for example be obtained by calculating the integral or the direct sum of the absolute value of the derivative of the normalized error.
  • the instability of the normalized error is calculated according to the equation:
  • the threshold can be predefined or adjustable.
  • N the number of measurements present in the time window (for example 0 to 2.5 seconds) after application of temporal homothety.
  • ⁇ is the average of the envelope for the signal of a normalized and regularized IMU sensor
  • ⁇ is the standard deviation of the envelope for the normalized and regularized signal X.
  • the conditions are:
  • Etot For each normalized and regularized signal, Etot must be less than a given threshold
  • Estab for each normalized and regularized signal, Estab must be lower than a given threshold
  • the sum of the Etot for all the normalized and regularized signals must be less than a given threshold
  • the sum of Estab for all the normalized and regularized signals must be less than a given threshold.
  • measurements recorded with a larger sampling step are analyzed.
  • the sampling step is chosen, in particular greater than 100 Hz, for example equal to approximately 400 Hz plus or minus 10% (in particular 416 Hz) or to approximately 800 Hz plus or minus 10% (in particular 833 Hz).
  • the measurements are stored in memory over the duration of a reduced time window.
  • the IMU sensor preferably accelerometer and/or gyroscope and/or magnetometer
  • a high sampling step greater than 100 Hz, in particular of the order of 400 Hz or of the order of 800 Hz.
  • the measurements taken are recorded continuously with the first sampling step, greater than 10 Hz, and the golf movement detection function is implemented on these measurements recorded with the first sampling step. 'sampling.
  • the impact detection function is preferably implemented over a reduced time window on measurements recorded with the second sampling step, which is greater than 100 Hz, for example of the order of 400 Hz or order of 800 Hz.
  • the amplitude threshold criterion is in particular applied to a derivative of the signal corresponding to the measurements carried out, which can be obtained by digital filtering, typically by means of a 1st order derivative filter, of the signal coming from the three-axis accelerometer.
  • the time constant of the diverter filter is chosen particularly low (a few milliseconds) so as not to cut off the frequencies of interest, it being understood that an impact is detected over a reduced time window lasting between approximately 15 and 30 ms.
  • this derivative daccz takes values greater than the predefined threshold, we check whether a change of sign and an exceeding of the threshold in the opposite direction occurs. If this is the case, we consider that an impact could have occurred and a detailed analysis of the signal is implemented over a time window reduced by a few tens of milliseconds, including the portion of the signal comprising the two opposite threshold crossings. as a sign.
  • this predefined threshold making it possible to identify a potential impact can be chosen dynamically, depending for example on the current amplitude on the acceleration or the rotation speed themselves. In this case, if the acceleration or rotation speed corresponding to the golf movement identified in parallel is high, then the threshold for identifying a potential impact will be higher, and vice versa.
  • the reduced time window dedicated to the detailed analysis of an impact lasts, for example, between 100 ms and 150 ms.
  • this fine analysis window we seek to verify whether the signal corresponding to the measurements recorded with the second sampling step is similar to a sinusoid having a period double the date gap between the two peaks of opposite sign mentioned above.
  • the period thus defined is realistic, by comparing the period corresponding to twice the date difference between the two peaks with a predefined minimum period and with a maximum period.
  • the period should be between 15ms and 30ms.
  • each regularized normalized signal to a sinusoidal signal, designated sinus_approx, whose period corresponds to twice the date difference between the peak and the opposite peak mentioned above.
  • an error is then calculated, in particular a square error, between the signal corresponding to the measurements and a sinusoidal signal equal to a period.
  • the error is therefore calculated only over the time subinterval equal to this period, said sinusoid being signed and temporally placed so that its maximum coincides with the first peak identified.
  • the threshold for the squared error in this comparison is defined by the equation:
  • N is the number of measurements in the normalized and regularized IMU sensor signal daccz (in this case an acceleration along the vertical z axis) present over the period.
  • Impact detection will then be validated if the squared error rmsd is less than a threshold.
  • the threshold is for example predefined, configurable or adjustable.
  • this error is less than a threshold, and, optionally, if its instability (as previously) is less than a threshold, then we confirm the detection of an impact.
  • a DFT Discrete Fourier Transform
  • Said sliding time window is chosen to be likely to correspond to a nominal sinusoid period as described above. This period is typically between 15 ms and 30 ms, for example equal to approximately 20 ms.
  • the Fourier analysis can be limited to the coefficients of interest of the decomposition, that is to say those of the lowest possible non-zero frequency over such a sliding time window.
  • the absolute value of the DFT exceeds a certain predefined threshold which, as before, can be adapted to the amplitude of the signal, in acceleration or rotation speed, then the analysis continues. Otherwise, we can consider that there was no impact.
  • this absolute value of the DFT is consistent with the amplitudes of the acceleration and/or rotation speed signals as recorded with the first sampling step.
  • "permissive" thresholds are defined to allow more potential golf movements and more potential impacts to be analyzed, so as to avoid not detecting some of them. Therefore, to avoid the opposite disadvantage which would be to detect "false positives", we calculate for each threshold crossing a probability associated with the proximity or not observed of these thresholds. Thus, a value included and far from the thresholds is associated with a high probability, while a value included but close to a threshold is associated with a low (or very low) probability. The final decision to detect a golf movement or an impact is then based on the total probability obtained by aggregation (in other words by multiplication) of the different probabilities thus obtained.
  • the validation of the impact detection can include the calculation of error and error instability as described using the equations [Math. 1], [Math. 2] and [Math. 3].
  • the confirmed detection of an impact also includes the verification of consistency between the movement detection and the impact detection.
  • the movement and the impact must for example be detected substantially simultaneously, typically in a narrow time window, in particular a few tenths of a second, for example 400 ms.
  • a narrow time window in particular a few tenths of a second, for example 400 ms.
  • the amplitude of the temporal signals of the IMU sensors must be consistent between the detected movement and the detected impact.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de détection de coup de golf configuré pour opérer sur un dispositif électronique comprenant au moins un accéléromètre trois axes et/ou un gyroscope trois axes, le procédé comprenant la mise en œuvre d'une fonction de détection de mouvement de golf et d'une fonction de détection d'impact, la fonction de détection de mouvement étant configurée pour, à tout moment, détecter la réalisation d'un mouvement de golf associé à un mouvement de golf parmi un ensemble de mouvements coups de golf prédéfinis, et la fonction de détection d'impact étant configurée pour détecter un impact entre le club de golf et la balle de golf, à partir de mesures réalisées par au moins capteur embarqué dans le dispositif électronique.

Description

Procédé de détection de mouvement de golf à partir d’un dispositif électronique tel qu’une montre
La présente invention concerne le domaine des dispositifs électroniques, portés au poignet ou sur une autre partie du bras, tels que des bracelets ou des montres électroniques, également désignées montres connectées ou encore « smartwatch » en anglais. Plus précisément, la présente invention vise un dispositif électronique porté au poignet ou sur une autre partie du bras, notamment une montre, doté de moyens matériels et logiciels pour détecter des coups de golf.
Les joueurs de golf pratiquant leur sport sur un parcours ont généralement besoin de suivre leur score, c’est-à-dire le nombre de coups qu’il leur a été nécessaire de jouer pour parvenir à mettre la balle dans le trou. Le cumul des scores par trou permet d’obtenir le score du joueur pour le parcours. En comparant son score au par du parcours, le joueur peut ainsi évaluer sa performance. En compétition, cela permet de classer les compétiteurs.
Notamment pour les joueurs amateurs, ou hors compétition, il est fastidieux pour les joueurs de noter chaque coup joué pour connaître leurs scores.
Il existe donc un besoin pour un procédé capable de calculer en temps réel le score d’un joueur de golf en détectant chacun de ses coups de golf de façon automatique.
Le document US 10,709,945 B2 décrit un concept visant à détecter des coups de golf à partir de capteurs embarqués dans un bracelet ou un boîtier de montre. Toutefois, ce document se limite à décrire des résultats escomptés, sans divulguer de procédé concret permettant de parvenir à cette détection de mouvement de golf. En outre, ce document ébauche un concept nécessitant un capteur d’impact ou de vibration embarqué sur l’objet (le club ou la balle a priori) concerné par l’impact.
L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients. Notamment, l’invention permet de se dispenser d’un capteur porté par le club ou par la balle.
 PRESENTATION DE L’INVENTION
Plus précisément, l’invention concerne un procédé de détection de coup de golf configuré pour opérer sur un dispositif électronique porté au poignet ou sur une autre partie du bras, tel qu’un bracelet ou une montre, comprenant un ou plusieurs moyens de mesure angulaire ou linéaire, notamment en orientation, en vitesse ou en accélération. En particulier, pour mettre en œuvre l’invention, le dispositif électronique en question peut comporter au moins un accéléromètre trois axes et/ou un gyroscope trois axes et/ou au moins un magnétomètre trois axes, coopérant avec une unité de calcul et un espace mémoire.
Un coup de golf étant défini par un mouvement de golf effectué par un utilisateur manipulant un club de golf, le club ayant une face, et faisant décrire audit club une trajectoire type aboutissant à un impact entre la face du club de golf et une balle de golf, le procédé comprend la mise en œuvre d’une fonction de détection de mouvement de golf et d’une fonction de détection d’impact, la fonction de détection de mouvement étant configurée pour, à tout moment, détecter la réalisation d’un mouvement de golf associé à un mouvement de golf parmi un ensemble de coups de golf prédéfinis, notamment un drive, un swing et un putt, et la fonction de détection d’impact étant configurée pour détecter, de façon synchrone, un impact entre le club de golf et la balle de golf, à partir de mesures réalisées par au moins capteur embarqué dans le dispositif électronique.
La distinction entre, d’une part, la fonction de détection de mouvement de golf et, d’autre part, la fonction de détection d’impact, la détection d'impact étant réalisée de façon active, est essentielle pour permettre d’améliorer la détection de tous les véritables coups de golf et pour réduire le risque de détection de « faux » coups de golf, tels que des répétitions d’entraînement. La détection d’impact, en particulier, rend possible la distinction entre coups d’essai et véritables coups de golf.
Selon un mode de réalisation, la fonction de détection de mouvement de golf et la fonction de détection d’impact sont mises en œuvre uniquement à partir de mesures réalisées par au moins un capteur embarqué dans le dispositif électronique, tel qu’un bracelet ou une montre, à l’exclusion de capteurs embarqués par le club ou la balle, parmi au moins un accéléromètre trois axes et au moins un gyroscope trois axes.
De préférence, les mesures réalisées proviennent de six capteurs embarqués : des accéléromètres et des gyroscopes suivant trois axes orthogonaux directs, respectivement.
Selon un mode de réalisation, les mesures sont réalisées en continu et sont enregistrés à un premier pas d’échantillonnage au moins égal à 10 Hz, notamment environ égal à 50 Hz plus ou moins 10 %, et à un deuxième pas d’échantillonnage au moins égal à 100 Hz pour des mesures réalisées sur au moins une fenêtre temporelle réduite.
Comme cela est décrit en détail ci-après, l’utilisation de pas d’échantillonnage distincts, en particulier l’utilisation d’un pas d’échantillonnage permettant d’augmenter le nombre de mesures par unité de temps sur une fenêtre temporelle réduite, permet de favoriser la détection d’impact tout en épargnant la sollicitation de la mémoire interne du dispositif électronique.
Selon un mode de réalisation, la mise en œuvre de la fonction de détection de mouvement de golf comprend, notamment à la condition qu’au moins un signal correspondant à une mesure présente une amplitude dépasse un seuil d’amplitude prédéfini :
l’application d’un filtre passe-bas aux signaux correspondant aux mesures, notamment d’un filtre passe-bas du premier ordre, notamment pour supprimer les bruits et résidus haute-fréquence contenus dans les signaux correspondants aux mesures ;
la normalisation de chacun des signaux correspondant aux mesures réalisées, notamment en accélération, à partir de mesures réalisées par l’au moins un accéléromètre, et/ou en vitesse de rotation, à partir de mesures réalisées par l’au moins un gyroscope ;
la comparaison des signaux normalisés à des seuils simples respectifs ;
l’identification, pour chaque signal normalisé, d’au moins un pic, lorsque l’amplitude du signal normalisé dépasse un seuil simple ;
l’enregistrement, pour chaque signal normalisé, d’une date de survenance du pic de plus grande amplitude.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend par ailleurs :
si au moins un pic a été détecté, la caractérisation, pour chaque signal normalisé, de 1 à 3 pics ayant les plus grandes amplitudes en hauteur et/ou en largeur et/ou en proéminence ;
la comparaison, pour chaque signal normalisé, de sa hauteur, de sa largeur et de sa proéminence à un seuil respectif de largeur minimale et/ou de hauteur minimale et/ou de proéminence minimale de façon à confirmer ou infirmer l’existence d’un pic correspondant ;
la régularisation de chaque signal normalisé comprenant au moins un pic confirmé, au moyen d’une homothétie temporelle consistant à :
contracter ou étirer chaque signal normalisé, sur le plan temporel, de sorte que chaque signal normalisé ait, sur une fenêtre temporelle ayant une durée régularisée prédéfinie, par exemple égale à 2,5 secondes, un pic principal régularisé à une date de pic principal prédéfinie, par exemple à 1,5 secondes dans la fenêtre temporelle, et le cas échéant au moins un pic secondaire ayant une date de pic secondaire à une date prédéfinie dans la fenêtre temporelle, par exemple 0,67 seconde avant le pic principal avec un temps ayant subi l’homothétie temporelle.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend par ailleurs :
la régularisation de chaque signal normalisé au moyen d’une homothétie en amplitude consistant à :
contracter ou étirer chaque signal normalisé, en amplitude, de sorte que signal normalisé ait, sur la fenêtre temporelle, une amplitude du pic principal égale à une valeur prédéfinie.
La mise en œuvre de la fonction de détection de mouvement de golf peut comprendre l’exécution d’un algorithme de reconnaissance de mouvement de golf comprenant, à partir de jeux de données de coups de golf :
la comparaison entre chaque signal normalisé régularisé et un signal modèle correspondant à un mouvement moyen de mouvement de golf pour un ensemble de types de mouvement de golf, notamment un drive et un putt, ladite comparaison comprenant la vérification que le signal normalisé régularisé se trouve dans une enveloppe définie entre chaque signal modèle décalé d’un offset négatif et le même signal modèle décalé d’un offset positif ;
en fonction de la comparaison, l’identification d’un type de mouvement de golf.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend par ailleurs :
le calcul d’une erreur normalisée pour chaque signal normalisé régularisé par rapport au signal modèle du type de coup identifié et la vérification que l’erreur normalisée est inférieure à un seuil et que la somme des erreurs normalisées sur l’ensemble des signaux normalisés régularisés est inférieure à un seuil ;
en fonction de la comparaison, la validation ou l’invalidation de la détection d’un type de mouvement de golf.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend par ailleurs :
le calcul d’une instabilité de l’erreur normalisée pour chaque signal normalisé régularisé et la vérification que l’instabilité de l’erreur normalisée est inférieure à un seuil pour chaque signal normalisé régularisé et que la somme des instabilités des erreurs normalisées sur l’ensemble des signaux normalisés régularisés est inférieure à un seuil ;
en fonction de la comparaison, la validation ou l’invalidation de la détection d’un type de mouvement de golf.
Selon un mode de réalisation, la mise en œuvre de la fonction de détection d’impact comprend :
la réalisation des mesures avec un pas d’échantillonnage supérieur à 100 Hz, par exemple égal à environ 400 Hz ou à environ 800 Hz plus ou moins 10 %, et le stockage en mémoire des mesures sur la durée de la fenêtre temporelle ;
la création d’une sous-fenêtre temporelle dans la fenêtre temporelle, centrée sur un pic ayant la plus grande amplitude dans chaque signal normalisé régularisé, la largeur de la sous-fenêtre ayant notamment une durée environ égale à la moitié de la durée de la fenêtre temporelle ;
la comparaison, sur ladite sous-fenêtre temporelle, entre chaque signal normalisé régularisé et un signal sinusoïdale de même période et de même amplitude que ledit pic sur la base d’une modélisation de l’erreur quadratique entre ledit signal normalisé régularisé et ledit signal sinusoïdal ;
la détection d’un impact confirmé dès lors que l’erreur quadratique pour chaque signal normalisé régularisé est inférieure à un seuil.
Selon un mode de réalisation, la mise en œuvre de la fonction de détection d’impact peut comprendre :
le calcul d’un score de crédibilité de la détection d’impact et la vérification que le score de crédibilité est supérieur à un seuil.
Selon un mode de réalisation, la mise en œuvre de la fonction de détection d’impact comprend :
la détection du dépassement d’un pic dans l’un au moins des signaux normalisés et régularisés, par dépassement d’un seuil, puis d’un pic opposé, dans le même signal, par dépassement d’un seuil de signe opposé ;
dans ce cas, l’enregistrement des mesures avec un deuxième pas d’échantillonnage supérieur à 100 Hz, par exemple égal à environ 400 Hz plus ou moins 10 % ou à environ 800 Hz plus ou moins 10 %, et le stockage en mémoire des mesures sur la durée d’une fenêtre temporelle réduite comprenant au moins une portion du signal normalisé et régularisé comportant le pic et le pic opposé ;
la comparaison, sur ladite fenêtre temporelle réduite, entre le signal normalisé et régularisé et un signal sinusoïdal de même période et de même amplitude que lesdits pic et pic opposé.
Selon un mode de réalisation, la comparaison, sur ladite temporelle réduite, entre l’au moins un signal normalisé régularisé et le signal sinusoïdal comprend :
la modélisation de l’erreur quadratique entre ledit signal normalisé régularisé et ledit signal sinusoïdal et la détection d’un impact confirmé dès lors que l’erreur quadratique est inférieure à un seuil ; et/ou
la décomposition en série de Fourier discrète du signal normalisé et régularisé et la détection d’un impact confirmé dès lors que la durée pendant laquelle la valeur absolue de la décomposition en série de Fourier discrète reste, pour des coefficients d’intérêt de la décomposition, c’est-à-dire en particulier pour des coefficients de la décomposition en série de Fourier discrète correspondant à la plus basse fréquence non-nulle sur la fenêtre temporelle réduite, supérieure ou égale à un seuil égal à la moitié du pic de cette valeur absolue, est comprise entre un seuil minimal prédéfini et un seuil maximal prédéfini. Autrement dit, on vérifie alors que la valeur absolue de la décomposition en série de Fourier discrète, compte tenu uniquement du ou des coefficients correspondant à la bande de fréquence recherchée pour la détection d’un impact (correspondant au signal sinusoïdal), reste supérieure ou égale à la moitié du pic de cette valeur absolue pendant une durée comprise entre un seuil minimal et un seuil maximal.
L’invention concerne également un produit de type programme d’ordinateur, comprenant au moins une séquence d’instructions stockée et lisible par un processeur et qui, une fois lue par ce processeur, provoque la réalisation des étapes du procédé tel que présenté précédemment.
L’invention concerne en outre un support lisible par un ordinateur comportant le produit de type programme d’ordinateur tel que présenté précédemment.
 PRESENTATION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
La est un graphique représentant des signaux issus de capteurs IMU et filtrés ;
La est un graphique représentant un pic sur un signal issu d’un capteur IMU ;
La représente la caractérisation d’un pic dans un signal issu d’un capteur IMU ;
La représente la normalisation de signaux issus de capteurs IMU ;
La montre des graphiques représentant des enveloppes modèles pour les signaux normalisés ;
La représente un zoom sur une sous-fenêtre temporelle appliqué à des signaux normalisés et régularisés, pour la détection d’impact ;
La montre une comparaison entre un signal normalisé et régularisé, sur une sous-fenêtre temporelle, avec un signal sinusoïdal « attendu ».
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
L’invention concerne un procédé de détection de mouvement de golf mis en œuvre au moyen de capteurs embarqués dans un dispositif électronique, tel qu’un bracelet ou une montre, porté par le joueur, en particulier au poignet ou éventuellement sur une autre partie du bras. Les moyens de capteurs embarqués coopèrent avec des moyens de calcul, d’affichage et une mémoire qui peuvent de préférence être également embarqués dans le dispositif électronique, notamment la montre, pour une meilleure compacité.
Alternativement, au moins une partie des moyens de calcul, d’affichage et au moins une partie de la mémoire peuvent être hébergés par un dispositif externe, tel qu’un smartphone, une tablette ou un ordinateur par exemple.
Pour détecter un mouvement de golf, le procédé selon l’invention met en œuvre distinctement deux fonctions, à savoir la détection d’un mouvement de golf, correspondant à un mouvement de golf, et la détection d’un impact, entre la balle et le club, à partir, notamment exclusivement, de données issues de capteurs embarqués dans le dispositif électronique porté par le joueur au poignet ou sur une autre partie du bras, en particulier la montre.
Dans ce qui suit, la présente invention est plus particulièrement décrite dans le contexte d’une mise en œuvre par l’intermédiaire d’une montre portée par le joueur. Il s’agit toutefois d’un exemple et l’invention s’applique aussi dans le cas où le joueur porte par exemple un bracelet ou tout autre dispositif électronique similaire, porté au poignet ou sur une autre partie du bras.
Les capteurs embarqués mis en œuvre comprennent en particulier des capteurs de type IMU (pour Inertial Measurement Unit signifiant Unité de Mesure Inertielle), tels des accéléromètres et/ou des gyroscopes et/ou des magnétomètres suivant un à trois axes.
Les mesures sont réalisées en continu à une fréquence supérieure à 100 Hz et enregistrées avec un premier pas d’échantillonnage de préférence supérieur à 10 Hz, notamment égal à 50 Hz plus ou moins 10 %, et, sur au moins une fenêtre temporelle réduite (décrite ci-après), avec un deuxième pas d’échantillonnage supérieur à 100 Hz.
Pour chaque fonction, l’invention prévoit notamment la mise en œuvre de couches de détection successives et progressives. D’abord peu sélectives, les couches de détection deviennent plus discriminantes et permettent de déterminer avec certitude si un vrai mouvement de golf a été joué.
En pratique, la fonction de détection de mouvement de golf comprend ainsi l’enregistrement en continu de données mesurées par des capteurs embarqués dans le dispositif électronique, notamment la montre, en particulier un capteur IMU intégrant par exemple trois accéléromètres et trois gyroscopes selon trois axes respectifs orthogonaux entre eux.
Selon un mode de réalisation, les accéléromètres permettent de mesurer des accélérations de la montre, et donc du poignet de l’utilisateur, suivant trois axes orthogonaux entre eux. Les gyroscopes permettent de mesurer des vitesses de rotation de la montre, et donc du poignet de l’utilisateur, selon trois axes orthogonaux entre eux.
Grâce aux mesures réalisées par ces capteurs, on obtient des signaux temporels formés d’une pluralité de valeurs d’accélération ou de vitesse angulaire en fonction du temps.
Notamment, les signaux temporels issus de ces capteurs sont d’abord filtrés pour filtrer le bruit et les résidus haute fréquence. On obtient alors des signaux filtrés accx, accy, accz (en provenance d’accéléromètres) et gyrx, gyry, gyrz, en provenance de gyroscopes, comme représenté sur la .
Un filtre différent peut être mis en œuvre aux fins de la mise en œuvre de la fonction de détection de mouvement de golf et, respectivement, aux fins de la mise en œuvre de la fonction de détection d’impact.
Pour la fonction de détection de mouvement de golf, on met par exemple en œuvre un filtrage des signaux temporels par un filtre passe-bas, notamment un filtre passe-bas du premier ordre.
On détaille ci-après des modes de réalisation de la fonction de détection de mouvement de golf.
Comme représenté sur la , pour chaque signal, on identifie un pic chaque fois que l’amplitude du signal dépasse un seuil simple, désigné « POSSIBLE SWING » sur la , notamment choisi comme étant « permissif », c’est-à-dire peu discriminant, et on enregistre dans une mémoire, embarquée dans la montre ou dans un dispositif distinct, une date de survenance du pic de plus grande amplitude. On détecte ainsi un potentiel mouvement de golf de type swing lorsque le seuil « POSSIBLE SWING » est franchi. En deçà, il n’y a pas de mouvement (« NO SWING ») et on n’a pas besoin de poursuivre l’analyse à ce stade.
Lorsqu’un mouvement de golf est exécuté, qu’il s’agisse d’un vrai coup ou d’un coup d’essai, on détecte ainsi au moins un pic, généralement deux pics, potentiellement trois pics ou plus. On conserve en tout cas en mémoire un à trois pics ayant les plus grandes amplitudes, avec la date de survenance du pic de plus grande amplitude, pour au moins un, de préférence plusieurs, signaux temporels filtrés. Selon l’invention, comme représenté sur la , on caractérise en termes de hauteur, largeur et proéminence ces un à trois pics.
Selon un mode de réalisation, chacune de la hauteur, la largeur et la proéminence de chaque pic est ensuite comparée à un seuil respectif de hauteur minimale, de largeur minimale et de proéminence minimale de façon à confirmer ou infirmer l’existence d’un pic correspondant.
Notamment, les seuils respectifs peuvent être prédéfinis empiriquement. On choisit pour cette première partie du procédé selon l’invention des seuils simples, dits « permissifs », c’est-à-dire peu discriminants, car il est important de ne pas rater la détection d’un mouvement de golf. Or les étapes suivantes permettent de discriminer suffisamment les « faux positifs », en particulier grâce à la fonction de détection d’impact.
Dès lors que la détection d’au moins un pic a été confirmé, selon l’invention, on détermine que les signaux temporels enregistrés correspondent à de possibles mouvements de golf. Dès lors, les signaux temporels correspondant aux mesures réalisées par les différents capteurs IMU sont ensuite de préférence normalisés, comme représenté sur la . La normalisation concerne en particulier chacun des signaux délivrés par les capteurs IMU, correspondant aux mesures réalisées, en accélération, à partir de mesures réalisées par au moins un accéléromètre, et/ou, en vitesse de rotation, à partir de mesures réalisées par au moins un gyroscope.
La normalisation consiste en particulier, selon un mode de réalisation, à transposer le signal de sorte que la norme maximale atteinte soit égale à 1. Le principe général de la normalisation de signaux est connu.
L’invention comprend alors, de préférence, la mise en œuvre d’une régularisation de chaque signal normalisé, comme représenté sur la . La régularisation des signaux normalisés comprend notamment la mise en œuvre d’une homothétie temporelle consistant à :
  • contracter ou étirer chaque signal normalisé, sur le plan temporel, de sorte qu’un signal normalisé ait, après régularisation, sur une fenêtre temporelle ayant une durée régularisée prédéfinie, par exemple égale à 2,5 secondes, un pic principal régularisé à une date de pic principal prédéfinie, par exemple à 1,5 secondes dans la fenêtre temporelle, et le cas échéant au moins un pic secondaire ayant une date de pic secondaire à une date prédéfinie dans la fenêtre temporelle, par exemple 0,67 seconde avant le pic principal avec un temps ayant subi l’homothétie temporelle. Cette homothétie donne un coefficient de contraction ou de dilation temporelle qui est le même pour l’ensemble des signaux normalisés.
Autrement dit, la base temporelle commune des signaux normalisés est translatée et contractée ou dilatée de façon à amener le pic principal et l’éventuel pic secondaire à des abscisses de référence choisies. Ceci permet de faciliter la suite des calculs et des analyses en travaillant avec des signaux normalisés et régularisés.
Ledit coefficient de dilation ou contraction de la base temporelle peut être mathématiquement contraint par des bornes imposées et utilisé séparément pour contribuer à l’évaluation de la crédibilité du signal d’origine.
Ensuite, selon un mode de réalisation, la mise en œuvre de la fonction de détection de mouvement de golf comprend l’exécution d’un algorithme de reconnaissance de mouvement de golf comprenant, à partir d’une base de données de coups de golf, autrement dit une base de données comprenant un ensemble de signaux (accélérations et/ou vitesses angulaires sur trois axes) correspondant à des trajectoires du dispositif électronique lors de coups de golf avérés, l’établissement d’un vecteur μ et d’une matrice de covariance P de l’ensemble des signaux normés régularisés, de sorte que ladite matrice de covariance P représente mathématiquement une ellipsoïde à partir de laquelle évaluer la probabilité qu’une trajectoire candidate, autrement dit un possible mouvement de golf, soit effectivement un mouvement de golf.
Pour établir la matrice de covariance P, on peut notamment mettre en œuvre les méthodes suivantes.
Selon une première méthode, on considère une variable vectorielle statistique X, dont chaque signal de la base de données est une réalisation, chaque valeur temporelle du signal étant considérée comme une variable scalaire distincte de X, de sorte que la dimension n de X est égale au produit du nombre de signaux (typiquement 6 dans le cas d’un capteur IMU permettant la mesure de l’accélération et de la vitesse angulaire respectivement suivant trois axes) par le nombre de valeurs formant lesdits signaux sur la fenêtre temporelle considérée (typiquement une centaine de valeurs temporelles enregistrées avec le premier pas d’échantillonnage). Chaque trajectoire de la base de données est alors considérée comme une réalisation de la variable statistique X, dont on établit alors la moyenne μ et la matrice de covariance P à partir de l’ensemble des réalisations.
Selon une deuxième méthode, on procède au préalable à un sous-échantillonnage des signaux temporels pour réduire la dimensionalité n de X, de μ et de la matrice de covariance P, cette réduction visant à réduire le volume de calculs sans perdre en représentativité. Selon une mise en œuvre, une convolution simple (moyennage ou filtrage linéaire simple) est appliquée à chaque signal temporel de façon à ce que le sous-échantillonnage soit le moins destructif possible.
A partir de cette matrice de covariance P, on peut, selon une mise en œuvre, rendre plus robustes les calculs ultérieurs en assurant une valeur minimale aux valeurs propres de ladite matrice de covariance P. Pour ce faire, selon cette mise œuvre :
  • on diagonalise la matrice de covariance P obtenue ;
  • on seuille la valeur absolue des valeurs propres en remplaçant les valeurs jugées trop faibles (qui seraient anormalement discriminantes) par une valeur plus élevée ;
  • on obtient alors la nouvelle matrice de covariance P modifiée.
A partir de la matrice de covariance P établie une fois et stockée, on cherche alors à évaluer la probabilité pour un possible mouvement de golf, autrement dit une trajectoire candidate, d’être un mouvement de golf effectif. Pour cela :
  • Selon cette mise en œuvre, on calcule également une fois la matrice racine supérieure de Cholesky, désignée par S, de la matrice de covariance P, de telle sorte que S soit triangulaire supérieure et que STS=P. S est donc stockée en mémoire et calculée une fois et est fournie en entrée de l’algorithme décrit ci-après, ainsi que le vecteur μ déjà établi.
  • Pour un possible mouvement de golf donné en entrée, on évalue comme précédemment la valeur spécifique de la variable vectorielle X associée.
  • On calcule alors Xa=ST/(X-μ), Xa étant donc le vecteur égal à la division à gauche du vecteur (X-μ) par la matrice ST (ST étant triangulaire inférieure).
  • Mathématiquement, Xa représente la réalisation des tirages aléatoires de chaque variable gaussienne, centrée, réduite, indépendantes entre elles, qui seraient nécessaires pour obtenir le mouvement candidat s’il était issue de la distribution gaussienne multidimensionnelle N(μ, P) décrite par μ et P. Si le mouvement candidat respecte la distribution sous-jacente N(μ, P), alors notamment suit une loi du χ2 à n degrés de libertés.
  • On peut alors, selon cette mise en œuvre, évaluer le quantile correspondant au mouvement candidat en tant que réalisation de N(μ, P), à partir de la fonction de répartition de la loi du χ2 à n degrés de libertés, donnée par ,
où Γ est la fonction gamma est γ est la fonction gamma incomplète.
Selon cette mise en œuvre, le mouvement candidat est alors considéré comme un mouvement de golf effectif si le quantile correspondant est inférieur à un quantile seuil fixé.
Selon un autre mode de réalisation, la mise en œuvre de la fonction de détection de mouvement de golf comprend l’exécution d’un algorithme de reconnaissance de mouvement de golf comprenant, à partir d’une base de données de coups de golf, la comparaison entre chaque signal normalisé régularisé et un signal modèle correspondant à un mouvement typique de mouvement de golf pour chaque type de mouvement de golf dont au moins un drive, un swing et un putt, ladite comparaison comprenant la vérification que le signal normalisé régularisé se trouve dans une enveloppe probabiliste définie de façon à inclure la variabilité possible d’un véritable mouvement de golf. Cette enveloppe probabiliste est déterminée à partir d’une base de données de mouvements de golf et de l’application de marges appropriées choisies.
Par exemple, la base de données de mouvements de golf peut s’enrichir par la collecte de nouvelles données, notamment celles de l’utilisateur. En particulier, selon un mode de réalisation, la base de données diffère entre utilisateurs droitiers et utilisateurs gauchers et en fonction du port de montre au poignet droit ou au poignet gauche.
En fonction de la comparaison, on identifie un type de mouvement de golf.
La comparaison peut alors mettre en œuvre un algorithme d’apprentissage apte à améliorer les signaux modèles utilisés.
Selon un mode de réalisation, pour valider la détection de mouvement de golf, on calcule une erreur normalisée pour chaque signal normalisé régularisé par rapport au signal modèle du type de coup identifié et la vérification que l’erreur normalisée est inférieure à un seuil et que la somme des erreurs normalisées sur l’ensemble des signaux normalisés régularisés est inférieure à un seuil.
Par exemple, l’erreur normalisée se calcule suivant l’équation :
où l’erreur s’écrit :
Le seuil peut être prédéfini ou être réglable.
En complément, on peut calculer par ailleurs une instabilité de l’erreur normalisée pour chaque signal normalisé régularisé et la vérification que l’instabilité de l’erreur normalisée est inférieure à un seuil pour chaque signal normalisé régularisé et que la somme des instabilités des erreurs normalisées sur l’ensemble des signaux normalisés régularisés est inférieure à un seuil. Cette instabilité de l’erreur normalisée peut par exemple être obtenue en calculant l’intégrale ou la somme directe de la valeur absolue de la dérivée de l’erreur normalisée.
Par exemple, l’instabilité de l’erreur normalisée se calcule suivant l’équation :
Le seuil peut être prédéfini ou être réglable.
Dans les équations qui précèdent, on note N le nombre de mesures présentes dans la fenêtre temporelle (par exemple 0 à 2.5 secondes) après application de l’homothétie temporelle.
µ est la moyenne de l’enveloppe pour le signal d’un capteur IMU normalisé et régularisé X.
σ est l’écart-type de l’enveloppe pour le signal normalisé et régularisé X.
Selon un mode de mise en œuvre de l’invention, pour valider la détection d’un mouvement de golf, les conditions sont :
pour chaque signal normalisé et régularisé, Etot doit être inférieur à un seuil donné ;
optionnellement, pour chaque signal normalisé et régularisé, Estab doit être inférieur à un seuil donné ;
optionnellement, la somme des Etot pour l’ensemble des signaux normalisés et régularisés doit être inférieure à un seuil donné ;
optionnellement, la somme des Estab pour l’ensemble des signaux normalisés et régularisés doit être inférieure à un seuil donné.
Selon un mode de réalisation, plusieurs parmi ces conditions doivent être remplies pour valider la détection d’un mouvement de golf. Notamment, l’ensemble de ces conditions peuvent devoir être cumulativement satisfaites.
Selon un mode de réalisation, plusieurs seuils, notamment deux seuils – un seuil bas et un seuil haut – peuvent être définis pour chaque paramètre. La validation d’un mouvement de golf est alors acquise par exemple lorsque l’on reste sous deux des seuils bas pour au moins un paramètre ou au moins deux paramètres quand les autres paramètres sont au-dessus des seuils bas tout en restant sous les seuils hauts.
Les exemples de fixation des conditions pour valider la détection d’un mouvement de golf, données ci-dessus, ne doivent pas s’interpréter limitativement, n’étant qu’illustratifs.
Il faut noter que d’autres méthodes de comparaison de signaux peuvent être mises en œuvre. Par exemple, on peut définir une fonction d’erreur toujours construite d’après la base de données décrite précédemment. On établit alors des variables réduites, construites comme combinaisons linéaires des valeurs temporelles individuelles de chaque signal normalisé et régularisé à chaque pas d’échantillonnage, les coefficients de ces combinaisons linéaires étant établies de sorte à maximiser la différence entre les valeurs prises par la variable réduite entre d’une part un signal normalisé et régularisé correspondant bien à un mouvement de golf à détecter et d’autre part un signal normalisé et régularisé ne correspondant pas à un mouvement de golf. Ensuite, on applique ces coefficients des combinaisons linéaires aux signaux normalisés et régularisés pour valider ou invalider la détection d’un mouvement de golf. Cette fonction d’erreur peut s’appliquer aussi pour la fonction de détection d’impact.
Pour la fonction de détection d’impact, on analyse des mesures enregistrées avec un pas d’échantillonnage plus important. Le pas d’échantillonnage est choisi, en particulier supérieur à 100 Hz, par exemple égal à environ 400 Hz plus ou moins 10 % (notamment 416 Hz) ou à environ 800 Hz plus ou moins 10 % (notamment 833 Hz). Le stockage en mémoire des mesures est réalisé sur la durée d’une fenêtre temporelle réduite.
De façon pratique, selon l’invention, le capteur IMU (accéléromètre de préférence et/ou gyroscope et/ou magnétomètre) réalise des mesures avec un pas d’échantillonnage élevé, supérieur à 100 Hz, notamment de l’ordre de 400 Hz ou de l’ordre de 800 Hz. Les mesures réalisées sont enregistrées en continu avec le premier pas d’échantillonnage, supérieur à 10 Hz, et la fonction de détection de mouvement de golf est mise en œuvre sur ces mesures enregistrées avec le premier pas d’échantillonnage.
La fonction de détection d’impact est mise en œuvre de préférence sur une fenêtre temporelle réduite sur des mesures enregistrées avec le deuxième pas d’échantillonnage, qui est supérieur à 100 Hz, par exemple de l’ordre de 400 Hz ou de l’ordre de 800 Hz.
A cette fin, tout comme pour la fonction de détection de mouvement, on applique en continu des vérifications sur des critères de seuil en amplitude du signal à chaque pas de temps et à haute fréquence, c’est-à-dire à la fréquence de réalisation des mesures.
Selon un mode de réalisation, le critère de seuil en amplitude est notamment appliqué sur une dérivée du signal correspondant aux mesures réalisées, pouvant être obtenue par filtrage numérique, typiquement au moyen d’un filtre dérivateur du 1er ordre, du signal issu de l’accéléromètre trois axes. La constante de temps du filtre dérivateur est choisie particulièrement faible (quelques millisecondes) pour ne pas couper les fréquences d’intérêt, étant entendu qu’un impact se détecte sur une fenêtre temporelle réduite d’une durée comprise entre 15 et 30 ms environ.
Selon l’invention, comme représenté sur la , si la valeur absolue de cette dérivée daccz prend des valeurs supérieures à seuil prédéfini, on vérifie si un changement de signe et un dépassement du seuil dans le sens opposé se produit. Si c’est le cas, on considère qu’un impact a pu se produire et une analyse fine du signal est mise en œuvre sur une fenêtre temporelle réduite de quelques dizaines de millisecondes, comprenant la portion de signal comportant les deux franchissements de seuil opposés en signe.
Il faut noter que ce seuil prédéfini permettant d’identifier un potentiel impact peut être choisi dynamiquement, en fonction par exemple de l’amplitude courante sur l’accélération ou la vitesse de rotation elles-mêmes. Dans ce cas, si l’accélération ou la vitesse de rotation correspondant au mouvement de golf identifié en parallèle est élevé, alors le seuil pour l’identification d’un potentiel impact sera plus élevé, et inversement.
La fenêtre temporelle réduite dédiée à l’analyse fine d’un impact dure par exemple entre 100 ms et 150 ms.
Comme cela est représenté sur la , sur cette fenêtre d’analyse fine, selon un mode de réalisation de l’invention, on cherche à vérifier si le signal correspondant aux mesures enregistrées avec le deuxième pas d’échantillonnage est similaire à une sinusoïde ayant pour période le double de l’écart de date entre les deux pics de signe opposé mentionnés ci-dessus.
Selon un mode de réalisation, on vérifie d’abord si la période ainsi définie est réaliste, en comparant la période correspondant au double de l’écart de date entre les deux pics avec une période minimale et avec une période maximale prédéfinies. Par exemple, la période doit être comprise entre 15 ms et 30 ms.
Comme représenté à la , on peut ainsi comparer chaque signal normalisé régularisé à un signal sinusoïdal, désigné sinus_approx, dont la période correspond au double de l’écart de date entre le pic et le pic opposé susmentionnés.
Par exemple, on calcule alors une erreur, notamment une erreur quadratique, entre le signal correspondant aux mesures et un signal sinusoïdal égal à une période. De préférence, l’erreur n’est donc calculée que sur le sous-intervalle temporel égal à cette période, ladite sinusoïde étant signée et temporellement placée de sorte que son maximum coïncide avec le premier pic identifié.
modélisation de l’erreur quadratique entre ledit signal normalisé régularisé et ledit signal sinusoïdal, et on détecte un impact confirmé dès lors que l’erreur quadratique pour chaque signal normalisé régularisé est inférieure à un seuil. Par exemple le seuil pour l’erreur quadratique dans cette comparaison est défini par l’équation :
où N est le nombre de mesures dans le signal de capteur IMU normalisé et régularisé daccz (en l’espèce une accélération suivant l’axe vertical z) présents sur la période.
La détection d’impact sera alors validée si l’erreur quadratique rmsd est inférieure à un seuil. Le seuil est par exemple prédéfini, paramétrable ou réglable.
Si cette erreur est inférieure à un seuil, et, optionnellement, si son instabilité (comme précédemment) est inférieure à un seuil, alors on confirme la détection un impact.
Il est évident que, selon l’invention, il est possible de sortir de la fonction de détection d’impact dès lors qu’une condition n’est pas satisfaite.
Selon un autre mode de réalisation, une DFT (Discrete Fourier Transform) est réalisée sur une fenêtre temporelle glissante sur le signal à haute fréquence, c’est-à-dire sur le signal correspondant aux mesures réalisées avec le pas d’échantillonnage élevé de réalisation des mesures. Ladite fenêtre temporelle glissante est choisie pour être susceptible de correspondre à une période nominale de sinusoïde telle que décrite ci-dessus. Cette période est typiquement comprise entre 15 ms et 30 ms, par exemple égale à environ 20 ms. L’analyse de Fourier peut se limiter aux coefficients d’intérêt de la décomposition, c’est-à-dire ceux de la plus basse fréquence non-nulle possible sur une telle fenêtre temporelle glissante.
Si la valeur absolue de la DFT dépasse un certain seuil prédéfini qui, comme précédemment, peut être adapté à l’amplitude du signal, en accélération ou vitesse de rotation, alors on poursuit l’analyse. Sinon, on peut considérer qu’il n’y a pas eu d’impact.
Si on poursuit l’analyse, on détermine la durée pendant laquelle ce seuil est franchi. On évalue alors le maximum atteint sur cette durée.
Selon un mode de réalisation, on peut également évaluer si cette valeur absolue de la DFT est cohérente des amplitudes des signaux en accélération et/ou en vitesse de rotation telles qu’enregistrées avec le premier pas d’échantillonnage.
Si c’est le cas, on peut évaluer la durée pendant laquelle la valeur absolue de la DFT reste supérieure ou égale à un seuil égal à la moitié du pic de cette valeur absolue. On détermine alors si cette durée est comprise entre un seuil minimal prédéfini et un seuil maximal prédéfini.
Si c’est le cas, on peut confirmer la détection d’impact. Sinon, on peut considérer qu’l n’y a pas eu impact.
Selon l’invention, il faut noter que les critères et vérifications énumérés ci-dessus peuvent être mis en œuvre de façon cumulatives. Alternativement, seuls certains de ces critères et vérifications sont mis en œuvre.
In fine, on détecte, ou non, l’existence d’un impact entre la balle et le club de golf.
Selon un mode de réalisation particulier, on définit des seuils « permissifs » pour permettre à davantage de mouvements de golf potentiels et à davantage d’impacts potentiels d’être analysés, de façon à éviter de ne pas en détecter certains. Dès lors, pour éviter l’inconvénient inverse qui serait de détecter des « faux positifs », on calcule pour chaque franchissement de seuil une probabilité associée à la proximité ou non constatée de ces seuils. Ainsi, une valeur incluse et loin des seuils est associée à une probabilité élevée, alors qu’une valeur incluse mais proche d’un seuil est associée à une probabilité faible (voire très faible). La décision finale de détection d’un mouvement de golf ou d’un impact repose alors sur la probabilité totale obtenue par agrégation (autrement dit par multiplication) des différentes probabilités ainsi obtenues.
Alternativement ou de façon complémentaire, la validation de la détection d’impact peut comprendre le calcul d’erreur et d’instabilité de l’erreur tels que décrits au moyen des équations [Math. 1], [Math. 2] et [Math. 3].
Selon un mode de réalisation, la détection confirmé d’un impact comprend par ailleurs la vérification d’une cohérence entre la détection de mouvement et la détection d’impact. Notamment, le mouvement et l’impact doivent par exemple être détectés sensiblement simultanément, typiquement dans une fenêtre temporelle étroite, notamment de quelques dixièmes de secondes, par exemple 400 ms. Ainsi, un impact qui serait détecté par exemple une seconde après un mouvement serait éliminé et ne permettrait pas d’identifier un véritable mouvement de golf.
En outre, par exemple, l’amplitude des signaux temporels des capteurs IMU doit être cohérent entre le mouvement détecté et l’impact détecté.

Claims (12)

  1. Procédé de détection de coup de golf configuré pour opérer sur un dispositif électronique, porté au poignet ou sur une autre partie du bras, tel qu’un bracelet ou une montre, comprenant un ou plusieurs moyens de mesure angulaire ou linéaire, notamment en orientation, en vitesse ou en accélération, tel qu’un accéléromètre trois axes et/ou un gyroscope trois axes et/ou un magnétomètre trois axes, coopérant avec une unité de calcul et un espace mémoire, un coup de golf étant défini par un mouvement de golf effectué par un utilisateur manipulant un club de golf, le club ayant une face, et faisant décrire audit club une trajectoire type aboutissant à un impact entre la face du club de golf et une balle de golf, le procédé comprenant la mise en œuvre d’une fonction de détection de mouvement de golf et d’une fonction de détection d’impact, la fonction de détection de mouvement étant configurée pour, à tout moment, détecter la réalisation d’un mouvement de golf associé à un mouvement de golf parmi un ensemble de coups de golf prédéfinis, notamment un drive, un swing et un putt, et la fonction de détection d’impact étant configurée pour détecter de façon synchrone un impact entre le club de golf et la balle de golf, à partir de mesures (accx, accy, accz, gyrx, gyry, gyrz) réalisées par au moins capteur embarqué dans le dispositif électronique.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la fonction de détection de mouvement de golf et la fonction de détection d’impact sont mises en œuvre uniquement à partir de mesures (accx, accy, accz, gyrx, gyry, gyrz) réalisées par au moins un capteur embarqué dans le dispositif électronique, à l’exclusion de capteurs embarqués par le club ou la balle, parmi au moins un accéléromètre trois axes et au moins un gyroscope trois axes.
  3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les mesures (accx, accy, accz, gyrx, gyry, gyrz) sont réalisées en continu et sont enregistrées à un premier pas d’échantillonnage au moins égal à 10 Hz, notamment égal à 50 Hz plus ou moins 10 %, et à un deuxième pas d’échantillonnage au moins égal à 100 Hz pour des mesures réalisées sur au moins une fenêtre temporelle réduite.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la mise en œuvre de la fonction de détection de mouvement de golf comprend :
    • l’application d’un filtre passe-bas aux signaux correspondant aux mesures (accx, accy, accz, gyrx, gyry, gyrz) réalisées, notamment d’un filtre passe-bas du premier ordre ;
    • la normalisation de chacun des signaux correspondant aux mesures réalisées, notamment en accélération, à partir de mesures réalisées par l’au moins un accéléromètre, et/ou en vitesse de rotation, à partir de mesures réalisées par l’au moins un gyroscope ;
    • la comparaison de l’un au moins des signaux normalisés à des seuils simples respectifs ;
    • l’identification, pour chaque signal normalisé, d’au moins un pic, lorsque l’amplitude du signal normalisé dépasse un seuil simple ;
    • l’enregistrement, pour chaque signal normalisé, d’une date de survenance du pic de plus grande amplitude.
  5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la mise en œuvre de la fonction de détection de mouvement de golf comprend, uniquement si au moins un signal correspondant à une mesure réalisée présente une amplitude supérieure ou égale à un seuil d’amplitude prédéfini,
    • l’application d’un filtre passe-bas aux signaux correspondant aux mesures (accx, accy, accz, gyrx, gyry, gyrz) réalisées, notamment d’un filtre passe-bas du premier ordre ;
    • la normalisation de chacun des signaux correspondant aux mesures réalisées, notamment en accélération, à partir de mesures (accx, accy, accz, gyrx, gyry, gyrz) réalisées par l’au moins un accéléromètre, et/ou en vitesse de rotation, à partir de mesures réalisées par l’au moins un gyroscope ;
    • la comparaison des signaux normalisés à des seuils simples respectifs ;
    • l’identification, pour chaque signal normalisé, d’au moins un pic, lorsque l’amplitude du signal normalisé dépasse un seuil simple ;
    • l’enregistrement, pour chaque signal normalisé, d’une date de survenance du pic de plus grande amplitude.
  6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, comprenant par ailleurs :
    • si au moins un pic a été identifié, la caractérisation, pour chaque signal normalisé, de 1 à 3 pics ayant les plus grandes amplitudes en hauteur et/ou en largeur et/ou en proéminence ;
    • la comparaison, pour chaque signal normalisé, de sa hauteur et/ou de sa largeur et/ou de sa proéminence à un seuil respectif de largeur minimale, de hauteur minimale et/ou de proéminence minimale de façon à confirmer ou infirmer l’existence d’un pic correspondant ;
    • la régularisation de chaque signal normalisé comprenant au moins un pic confirmé, au moyen d’une homothétie temporelle consistant à :
      • contracter ou étirer chaque signal normalisé, sur le plan temporel, de sorte que chaque signal normalisé ait, sur une fenêtre temporelle réduite ayant une durée régularisée prédéfinie, par exemple égale à 2,5 secondes, un pic principal régularisé à une date de pic principal prédéfinie, par exemple à 1,5 secondes dans la fenêtre temporelle, et le cas échéant au moins un pic secondaire ayant une date de pic secondaire à une date prédéfinie dans la fenêtre temporelle, par exemple 0,67 seconde avant le pic principal avec un temps ayant subi l’homothétie temporelle.
  7. Procédé selon la revendication 6, comprenant par ailleurs :
    • la régularisation de chaque signal normalisé au moyen d’une homothétie en amplitude consistant à :
      • contracter ou étirer chaque signal normalisé, en amplitude, de sorte que signal normalisé ait, sur la fenêtre temporelle, une amplitude du pic principal égale à une valeur prédéfinie.
  8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la mise en œuvre de la fonction de détection de mouvement de golf comprend l’exécution d’un algorithme de reconnaissance de mouvement de golf comprenant, à partir d’une base de données de coups de golf :
    • la comparaison entre chaque signal normalisé régularisé et un ensemble de signaux modèles correspondant respectivement à un mouvement moyen de mouvement de golf pour un ensemble de types de mouvement de golf, notamment un drive, un swing et un putt, ladite comparaison comprenant la vérification que le signal normalisé régularisé se trouve dans une enveloppe définie entre chaque signal modèle décalé d’un offset négatif et le même signal modèle décalé d’un offset positif ;
    • en fonction de la comparaison, l’identification d’un type de mouvement de golf.
  9. Procédé selon la revendication 8, comprenant par ailleurs :
    • le calcul d’une erreur normalisée pour chaque signal normalisé régularisé par rapport au signal modèle du type de mouvement de golf identifié et la vérification que l’erreur normalisée est inférieure à un seuil et que la somme des erreurs normalisées sur l’ensemble des signaux normalisés régularisés est inférieure à un seuil ;
    • en fonction de la comparaison, la validation ou l’invalidation de la détection d’un type de mouvement de golf.
  10. Procédé selon la revendication 9, comprenant par ailleurs :
    • le calcul d’une instabilité de l’erreur normalisée pour chaque signal normalisé régularisé et la vérification que l’instabilité de l’erreur normalisée est inférieure à un seuil pour chaque signal normalisé régularisé et que la somme des instabilités des erreurs normalisées sur l’ensemble des signaux normalisés régularisés est inférieure à un seuil ;
    • en fonction de la comparaison, la validation ou l’invalidation de la détection d’un type de mouvement de golf.
  11. Procédé selon l’une des revendications 6 à 10, dans lequel la mise en œuvre de la fonction de détection d’impact comprend :
    • la détection du dépassement d’un pic dans l’un au moins des signaux normalisés et régularisés, par dépassement d’un seuil, puis d’un pic opposé, dans le même signal, par dépassement d’un seuil de signe opposé ;
    • dans ce cas, l’enregistrement des mesures avec un deuxième pas d’échantillonnage supérieur à 100 Hz, par exemple égal à environ 400 Hz plus ou moins 10 % ou à environ 800 Hz plus ou moins 10 %, et le stockage en mémoire des mesures sur la durée d’une fenêtre temporelle réduite comprenant au moins une portion du signal normalisé et régularisé comportant le pic et le pic opposé ;
    • la comparaison, sur ladite fenêtre temporelle réduite, entre le signal normalisé et régularisé et un signal sinusoïdal (sinus_approx) de même période et de même amplitude que lesdits pic et pic opposé.
  12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la comparaison, sur ladite temporelle réduite, entre l’au moins un signal normalisé régularisé et le signal sinusoïdal comprend :
    • la modélisation de l’erreur quadratique entre ledit signal normalisé régularisé et ledit signal sinusoïdal (sinus_approx) et la détection d’un impact confirmé dès lors que l’erreur quadratique est inférieure à un seuil ; et/ou
    • la décomposition en série de Fourier discrète du signal normalisé et régularisé et la détection d’un impact confirmé dès lors que la durée pendant laquelle la valeur absolue de la décomposition en série de Fourier discrète reste, pour des coefficients d’intérêt de la décomposition en série de Fourier discrète, supérieure ou égale à un seuil égal à la moitié du pic de cette valeur absolue est comprise entre un seuil minimal prédéfini et un seuil maximal prédéfini.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20200086200A1 (en) * 2014-06-16 2020-03-19 Collateral Opportunities, Llc Method and electronic device for identifying golf swings and tracking statistics during a golf round
US10709945B2 (en) 2014-04-24 2020-07-14 Shot Scope Technologies Limited Golf-swing monitoring system

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