监测体育锻炼事件的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是国际申请号为PCT/US2010/029068,申请日为2010年3月29日，进入中 国国家阶段的申请号为201080023854. 1，发明名称为"监测体育锻炼事件"的发明专利申请 的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请要求申请号为61/164, 277、在2009年3月27日申请的美国临时申请以及 申请号为61/249, 526、在2009年10月7日申请的美国临时申请的权益。优先申请的公开 内容以其全体被视为本申请的一部分（并通过参考并入）。
技术领域
[0004] 本发明涉及自动地标识在体育训练的训练过程中运动球类的运动的特性、并使用 这样所监测的动作来做出有关测试目标的体育能力的确定的系统与技术。 技术背景
[0005] 体育运动已经成为社会的组成部分，众多电视频道专用于体育赛事、专业运动员 促销各种产品、且公众给体育明星一一业余的以及专业的一一以高回报，从而支撑诸如高 校奖学金、赞助机会和其他产生收益的事业之类的经济回报。随着对于体育的更广泛的注 意，对于改进体育运动表现有更多的关注。如今的体育运动，开始于早至小学级别、在特定 领域专业化，并且进行整年的训练来改进其技术和状况。对一些人来说体育运动导致可能 有利可图的职业，而对另一些人而言导致以奖学金形式的学术的帮助，越来越多的运动员 开始追寻各种方式来改进他们的表现。
[0006] 良好的教练和个人努力是已知改进运动员表现的最好方法中的一些方法。有才能 的教练能经常观察到进行体育运动的运动员风格中的细微问题，并能引导选手来改正这些 问题。类似地，有能力的训练者能引导运动员来跟随特定方案而改进生理上的弱点。
[0007] 不论很多顶级教练或体育专家多么有能力和经验，人类观察力仅可捕捉或完全地 注意到影响运动员表现的小部分因素。因此，尽管多年地观察运动员在给定的运动如何竞 技，或者自己已经竞技了多年，最高超的训练者和教练仍然没有能力来量化他们所看到的 动作中的非常细小的差异。动作中的这些差异可能是比较以及诊断选手技能的最重要的元 素。还有，依赖于人类观察和判断的技术高度地倾向于在任何单个观察者的感知基础上的 意见或偏向。这个偏向，以及任何给定观察者相信其所看到的广泛的可变性，负面地影响教 练和训练者可提供给运动员的建议，且还负面地影响运动员对给他们的建议的感知（也就 是，如果运动员认为建议的提供者没有理解他们的能力的话，运动员可能忽略好的建议）。
[0008] 在需要体育运动技巧、肌肉存储的组合，且在压力环境下在移动运动物品（诸如 球）的同时要使用手-眼协调技巧的一些体育运动中，客观地量化并比较选手之间的单项 (discrete)技巧差异的能力基本不可能使用人类感知。不能标准化未被看到的技巧的元素 的净效应是仅仅过分依赖特定体育的可测量到的体育方面，诸如运动速度、强度和跳跃，这 会导致很多技巧高超的运动员被忽视。
[0009] 概述
[0010] 本发明描述了可被用于量化和基准化运动员当前的技巧熟练程度的系统与方法， 所述系统与方法使用传感器，所述传感器捕捉运动设备在动作中时（诸如篮球或足球）的 离散运动，从而将所述运动员的运动熟练程度和他们控制该运动设备的能力链接起来，将 该运动员控制该运动设备的移动的相关表现与其他运动员（已被汇集来提供基础表现指 标）的表现相比较，并对运动员提供反馈以使他们能改进他们的表现。
[0011] 为测量运动员技巧的熟练程度，可使用运动传感器来监测运动球类的运动以评估 运动员施加到该球上的不同的力，诸如在球上产生加速和自旋的力。计算机系统可测量这 些力来识别力的模式，此模式反映了运动员已经训练他的或她的肌肉以及手-眼协调来一 致地施加这些力的程度。计算机实现的系统可对传感器测量结果进行快速且一致的分析， 以创建用于比较目的的量化结果的汇总。利用可用一致且快速的方式来分析数据的算法， 设备的相关输出可被可靠地以在时间上有效率的方式传递给运动员，来提供立即且有意义 的改进反馈。
[0012] 来自运动设备的与动作相关的数据，诸如加速度和旋转数据，可被标识并编译为 有意义的样本，且该样本可被与以类似方式从具有已知技巧程度的运动员中收集的大量其 他样本相比较。例如，可为每一个运动级别（如，初等学校、高等学校、低等级高等院校（如， 第二部分或大专）、高等级高等院校、专业、和精英或全明星）确定使用运动设备而表现的 特定动作或运动训练过程的运动表现的特性。然后可将特定运动员的所采样的数据与已汇 集的数据进行比较（所述已汇集的数据使用同样的动作传感技术而收集、以同样的方式表 现同样的训练过程、来自那些已知表现为这些级别中的每一个的其他运动员），因此可确定 特定运动员的表现的级别。
[0013] 可预确定训练过程（drill)并在测试对象之间进行匹配，这样可将所得到的数据 在个人之间以有统计学显著意义的方式进行匹配和比较。训练过程被定义成运动员执行的 多步骤的体育过程，诸如以特定模式的带球、从球场所界定的点的特定数量的射门，以及沿 着图形（诸如沿着锥形（cone))奔跑，或在可被施加在地板上的直线上奔跑。
[0014] 因此，这样技术可向运动员或者招聘人员提供关于运动员所表现的客观技巧级别 (不论是对于特定技巧，而是对于整个运动的整体）的指示。另外，通过建议运动员进行可 采取以改进任何缺陷（该缺陷是当系统将该运动员的数据与其他运动员的数据进行比较 时所识别出的）的练习，这些结果可提供建设性的反馈。
[0015] 一些练习可模拟比赛类型的运动动作，诸如踢球或冰球，而其它练习可测试更一 般的体育能力，诸如力量、耐力和速度。例如，在一个测试中，可要求运动员以他或她的背部 躺卧并重复地将有重量的球扔向空中。扔球动作的爆发性可指示力量，这个力量与，例如， 双手的篮球转球或进攻性前锋进行的堵截相关。运动员保持这样的爆发力的级别（如，如 由诸如在球中的加速度计之类的动作传感器所测量的那样）可提供运动员对于这样的活 动的耐力的指示。在另一个练习中，可要求运动员垂直地跳跃数次。再次地，可将动作传感 器内嵌在球中，且当运动员跳跃的时候，运动员可持有该球，这样可测量出该运动员的爆发 力和耐力。可选地或附加地，可将传感器附着在运动员上，诸如在练习中运动员所穿着的背 心中。在第三个练习中，可要求运动员用侧扭（side twist)来进行仰卧起坐，且可使用运 动员持有的球中的、在运动员上身上的动作传感器，和/或在地板上的压力传感器来测量 运动员的核心力量（core strength)。最后，可挑战运动员当其追球的时候用胸部将较重的 球从一个门框（pylon)传递到另一个门框。帮助者可将球放置在运动员前面的下一个门框 上。再次，该球可含有动作传感器。这样的测试可帮助识别运动员的传球力量和跑动速度。
[0016] 在特定实现中，这样的系统和技术可提供一个或多个优势。例如，通过完成将球的 运动立即记录下来并简易地传递给计算系统的多个训练而可快速地分析运动员。还有，该 系统可记录运动员表现的细微方面，这些细微方面通过教练观看运动员、特别是对于快速 运动的体育运动（需要运动竞技、肌肉存储、视觉等才能成功）来说，是不能观察到的。另 外，通过此处提供的技术所提供的分析可以是一致且无偏差的，从而在不需要用于个人训 练的多个观察者的情况下，在一个高度地可收放（scalable)的系统中提供高质量的、客观 地分析。例如，可全国性地采用动作传感测试系统，供只具有有限量训练的技术人员操作。 这些分析，诸如数据收集，可以是无偏差且可称的，这样可在不必顾虑偏袒的主张的情况下 给运动员公平的评估，且在系统发展时不需要训练众多分析人员就可完成分析。
[0017] 【当权利要求完善的时候，附加实现会列在此。】
[0018] 在以下的附图和描述中阐述一个或多个实施例的细节。其它特征和优点将从描述 和附图、以及权利要求书中变得显而易见。
[0019] 附图描述
[0020] 图IA是用于电测量运动表现并给予有关表现的反馈的系统的概念图。
[0021] 图IB示出用于将传感的体育球接口至家用消费电子系统的系统。
[0022] 图2A是用于将运动员的表现指示符和为多个其他运动员所汇集的表现指示符进 行比较的图示计算机系统的框图。
[0023] 图2B是用于评估运动表现的基于计算机的系统的框图。
[0024] 图3A和3B是用于获得与运动员的表现相关的动作数据的示例过程的流程图。
[0025] 图3C是在涉及弹跳球的训练过程中标识特定事件的流程图。
[0026] 图4A-4B示出从在传球之后采取的篮球投篮所得的示例动作数据。
[0027] 图5A和5B示出可定义篮球投篮的参数。
[0028] 图6示出对于篮球投篮的示例陀螺仪和加速度计数据。
[0029] 图7示出从躺卧的对象胸部向上投球的示例数据。
[0030] 图8示出来自跳跃对象的示例动作数据。
[0031] 图9示出来自执行带侧扭（side tap)仰卧起坐的对象的示例动作数据。
[0032] 图10示意性地示出对扔和跑动的训练过程的设定。
[0033] 图11示出对于重复的扔和跑动的训练过程的动作数据。
[0034] 图12示出对于制作未装仪器（non-instrumented)的篮球（或类似类型的体育球 类）和装仪器的篮球的过程的比较。
[0035] 图13A-13K是如何将原始动作数据减少并过滤为适于对特定篮球动作（诸如盘 球）进行分析的形式的曲线图。
[0036] 图14示出可被用于实现此处描述的技术的计算机设备和移动计算机设备的示 例。
[0037] 在各附图中相似的附图标记指示相似的部件。
[0038] 详细描述
[0039] 本发明描述了用于通过测量已被教导为执行特定训练过程（所述特定训练过程 与其他运动员也已经执行了的训练过程相匹配）的运动员，从而以重复和客观的方式捕捉 和评估运动表现的系统和技术，。一般，诸如篮球或其他球类的运动设备可被提供有动作传 感器（诸如加速度计和角速度陀螺），或用动作传感器加以对其观察，从而记录有关运动员 操作该运动设备的方式的数据。从运动员处可捕捉附加数据，诸如经由基于激光的动作记 录器、压力传感垫和基于鞋子的传感器。可通过一个或多个训练过程来引导运动员，诸如盘 球或射门的训练过程，且当他们完成训练过程的时候可通过多种传感器来记录他或她的动 作。可良好地定义这训练过程，这样所捕捉的数据可被与该训练过程的其他实例相比较，包 括在不同时间段由同一个运动员所执行的训练过程的实例、以及其他运动员执行这个训练 过程的实例。
[0040] 可在运动员执行该训练过程的附近的计算系统上捕捉动作数据。数据的捕捉可， 例如，经由在体育设备中的传感器组件和附着在计算机上的无线接收器（诸如经由USB接 口或类似接口）之间的无线通信而发生。然后可以各种形式将动作数据转换、采样并变换， 并与来自其他运动员的已经被汇集用于稍后的统计或类似分析的数据相比较。其他运动 员可能已经被提供了有关他们的运动表现的级别的指示符，诸如他们是不是大学中学的选 手、大专的选手、第一档（division I)的选手、专业选手或者其他级别的选手。如果这些其 他运动员在受控条件（由技术人员指导或观察，以确保他们遵循了过程的合适的步骤）下 表现出同样或类似的训练过程，可将他们的所汇集的数据与第一运动员的数据相比较，来 确定在如刚才所述的技巧级别的连续体上，该运动员落在何处。
[0041] 这样的分析可以是简单的，诸如基于单个过程，或者可以是复杂的，涉及对一个运 动员的各种技巧组的测试的多个训练过程。简单测试可以作为初始测试而进行，来看运动 员是否有兴趣进行下一步测试。例如，可在诸如AAU比赛或3对3篮球赛的公众赛事中设 置测试。还可以，或可选地，进行更为复杂测试。例如，运动员可在固定的体育设施（诸如 在主要的地铁区域相对常见的设施）处参加更多的扩展测试。附加测试可测试包括对于持 球、跳跃、射门和其他类似技巧的测试在内的各种训练过程。
[0042] 分析可涉及标识在训练过程中的独立的子事件，诸如篮球从地板上弹跳和进入 /滑出运动员的手的独立事件。可通过跨越从训练过程中得出的动作数据而运行时向 (time-wise)窗、并寻找突然地加速或可代表拾球或弹跳的其他变化而标识出这样的子事 件。分析还可涉及，诸如通过标识在特定时间窗中没有充足的加速度（因此表示运动员让 球多次弹跳而不是盘球和/或需要在较低的高度和较高的频率盘球来重新获得对它的控 制），将运动员对球失去控制这样的情况孤立出来。
[0043] 可在远离各种测试中心的中心设施处产生测试结果。这样的设置可容许对系统的 简易部署，在很多实现中配置了传感器的球和无线收发器是需要被传送到远处的地点的唯 一硬件。可由技术人员提供诸如膝上型计算机之类的客户机计算机，且可在因特网上与远 程服务器进行通信，包括通过具有控制与体育设备的通信和上传所收集到的信息到服务器 的下载插件的web浏览器。
[0044] 服务器可因此包括web服务器，且客户机计算机可从服务器处接收回XML和/或 HTML文档形式的信息，这些文档可显示或以其它方式提供给运动员，并带有给运动员浏览 的数据概述，以及给运动员的指导和练习列表，用于使运动员克服由该测试所指示的任何 弱点。
[0045] 还可鼓励运动员在多个不同时间段进行测试。这样的测试可测量运动员所取得的 相对进步。还可将这样的相对进步与关于其他运动员的进步的所汇集的数据相比较。特定 运动员的进步的证据可以多个已知的数学和统计形式拟合，从而产生运动员近期和远期预 期进步的预测（如果该运动员以和其他类似进步的运动员的发展测量相匹配的发展速度 持续下去的话）。
[0046] 现在更具体地参看附图，图1是用于电测量运动表现并提供关于表现的反馈的系 统100的概念图。系统100 -般地包括位于正在进行测试的一个或多个运动员附近的子系 统，和远离运动员且包括一个或多个服务器的子系统。尽管此处示出为分离的系统，用于这 个系统的所有处理也可位于单个位置处。
[0047] 然而，分离的系统可提供多个优势。例如，这可免去在场地部署和维护计算机与软 件的需要。相反，只有有限量的技术，诸如一个或多个体育设备（如，球、鞋子、俱乐部等）需 要被送出去（sent out)，且软件可被下载到已经在场地上的计算机（诸如膝上型计算机）， 诸如经由管理与体育设备的通信并上载设备数据的web浏览器插件。因此，操作该系统的 公司通过使用已经由场地的个人所拥有的、且被用于其它目的的计算机可显著地降低其资 金成本。另外，通过维护，例如，体育设备的拥有权（ownership)，公司可较好地控制谁在使 用其技术，这样场地代表者在他们的代表期间结束的时候必须将设备返回。还有，当经由通 过因特网的下载而进行软件的场地部署的时候，公司可更简易地推出程序，且还可几乎不 费力就经常地保持它们的更新。另外，这样的分离的系统允许公司保持对其分析代码的较 好的控制，这样代码不会被轻易地拿走并提供给竞争对手，这样可以非常可控的方式来更 新软件并保持最新。
[0048] 还可继续寻求将场地内子系统和中心子系统的责任分开的复合方法。例如，诸如 膝上型计算机之类的客户机设备可被提供有代码以及足以在入门级别训练过程（诸如，八 字形运球）中来测试运动员的数据。基本测试代码的这种分发，相比需要到中心服务器的 一次来回的情况，可容许更快速且更可靠地进行测试。这样的可靠性对于入门级别的测试 也是重要的，因为在各种比赛和赛事的经常性的这样的测试是距离所需要的IT设备很远 的。
[0049] 在混合系统中，在运动员已经被介绍给该系统且决定他们想要接受附加的测试和 指导的后，可使用服务器系统来用于后来的、更多的扩展测试。以这个方式，可便利地介绍 系统100给运动员，且采用入门级别的训练过程，他们可被给予系统能力的价廉的尝试。尽 管为了测试这个过程可能妥协了安全性（因为分析代码可被传送到远程客户机设备），竞 争对手在任何情况下不能从一个训练过程中获得太多信息，所以安全性的风险被最小化。
[0050] 在图1中，本地计算机子系统由膝上型计算机108、无线接收器110和打印机112 组成。计算机108可采取任何其他形式，且可被装载有致使运动员数据（来自运动员所操 作的运动设备的所测量的动作和/或其他来源）将被分析、且致使报告被提供给运动员的 软件。计算机108可被装载有本地应用，来接收这样的输入并产生这样的报告，并且相关于 来自其他运动员的类似数据而分析该输入数据。可选地，计算机108可被加载有基本工作 场地应用，诸如web浏览器，且系统100可提供对于浏览器可下载的插件，该插件可控制与 接收器110和与服务器之间的通信。
[0051] 接收器110可采用各种形式，且可被引导为捕捉来自在本示例中为篮球104形式 的体育设备的动作数据。篮球104可以是普通的尺寸和形状，且可含有传感器组件，所述 传感器组件具有安装在其中的加速度计和角速度陀螺，其安装方式为基本不影响对球的把 持，以对系统100有用的方式捕捉球104的动作。然后，接收器110可以熟悉的方式与计算 机108通信，诸如通过USB接口等，从而相对简单地利用计算机108和系统100来捕捉动作 数据。
[0052] 打印机112被作为示例显示为这样的方式：可将关于运动员表现的报告呈现给运 动员。例如，可产生特定数量的附图或图表来可视化地示出运动员在技巧级别连续体上的 分数。另外，可以文字形式产生建议来给运动员，带有关于运动员可如何改进其表现的指 导，包括所建议的要执行的练习或训练过程来为特定任务而改进运动员的肌肉存储。例如， 如果运动员的测试指示运动员在盘球过程中没有以足够的速度来放掉球，系统100可推荐 训练过程并调整例行训练来克服这样的情况。
[0053] 除了以来自打印机112所提供的纸件形式，还可经由其他机制来将关于运动员的 表现的信息提供给他或她。例如，可将运动员的数据复制到拇指闪存驱动器或其他类似机 制中。然后运动员可返回到下一个测试进程并提供存储器机制用于与稍前时间中运动员的 技巧和