無線度量計算和反饋裝置、系統和方法與流程

本文中所描述的實施例一般涉及可穿戴式計算。本文中所描述的實施例還涉及用于確定和報告運動活動數據的系統和方法。

背景技術：

大多數基于比賽的運動涉及一個教練、多個運動員、以及每個運動員的多個關鍵性能度量。這通常產生了不可避免的情形，其中側重于教練同時有太多性能度量和太多運動員。這導致教練一次關注少數運動員，或者一次只關注一個或兩個度量，而所有其它信息丟失。這不僅限制了教練在鍛煉期間可以執行的實時動作量，而且還消除了在運動員季節內長期跟蹤這些性能度量的任何可能性。當然，如果教練甚至不能計算所有的度量，則他們不可能記錄它們。競技游泳是這些運動的一個示例。

無論是在泳池中還是在開放水域中的競技游泳都是由數字和統計來驅動的運動。許多人沒有認識到，但教練和游泳者在他們正在訓練的同時不斷統計或計算度量。池邊地面上的教練盡力跟蹤度量，計算度量并且在不同時間對十二個度量采取行動，同時也輪流觀察每個游泳者以發現一般技術問題。這個計算度量的過程在有限的練習時間內是非常耗時的，并且當大量運動員在水中時可能是不準確的。由于記錄度量通常不實用或者甚至不可能，所以教練或運動員沒有辦法準確地跟蹤他們在一個賽季過程中的進展，或者注意他們出現的負面趨勢。

如果教練想要游泳者在中距離游泳期間改變某物，則他/她必須通過揮動或吼叫來引起游泳者的注意，然后游泳者必須停止中距離游泳來傾聽，然后再次開始。

團隊游泳者不是唯一面臨挑戰的游泳者。休閑泳池游泳者、非團隊三項全能運動員或憑自己的力量游泳的任何人面臨試圖跟蹤這些和其它游泳度量的這些同樣問題，但是不能讓教練幫助跟蹤該數據并且解決技術問題。除此之外，一個獨自游泳者在沒有團隊的情況下進行游泳時，會面臨一般無聊的問題。

現有設備侵入到游泳者，諸如手腕/腳踝帶或胸帶條，其在運動中不太理想，其中，使水中的阻力最小化可能是重要的，并且直接影響性能以及游泳者在水中的“感覺”。其它設備需要使用按鈕陣列進行用戶交互。這種所需的物理交互進一步阻礙了游泳者在他們鍛煉期間的體驗。

技術實現要素：

按照本文中所描述的實施例的方面，提供了一種用于穿戴在用戶頭部上的可穿戴式計算設備。該設備具有至少一個連接件，用于連接到彈性條帶，該彈性條帶的大小被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍。該設備具有防水存儲體和防水存儲體內的至少一個傳感器。存在被緊固在防水存儲體內的至少一個數據處理器，該數據處理器耦合到至少一個用戶輸出部件以及無線收發器并且耦合到至少一個非暫態計算機可讀介質。該介質包含處理指令，該處理指令在由至少一個數據處理器執行時，使至少一個數據處理器將從至少一個傳感器接收的傳感器數據傳送到外部設備(諸如集線器14或計算設備)。外部設備可以使用傳感器數據來計算多個游泳度量。

按照本文中所描述的實施例的方面，至少一個數據處理器至少部分地基于傳感器數據來計算多個游泳度量。

按照本文中所描述的實施例的方面，可穿戴式計算設備具有緊固到防水存儲體內的彈性條帶的無線通信子系統，該至少一個數據處理器耦合到無線通信子系統。處理指令使至少一個數據處理器：經由無線通信子系統將所計算的多個游泳度量中的至少一個游泳度量傳送到至少一個計算設備。

按照本文中所描述的實施例的方面，可穿戴式計算設備具有至少一個用戶輸出部件，至少一個數據處理器耦合到至少一個用戶輸出部件；其中，處理指令使至少一個數據處理器：響應于經由無線通信子系統從至少一個計算設備接收的數據，在至少一個用戶輸出部件處呈現所接收的數據的指示，以供傳達給用戶。

按照本文中所描述的實施例的方面，可穿戴式計算設備包括緊固到防水存儲體內的彈性條帶的至少一個數據存儲子系統，至少一個數據處理器耦合到至少一個數據存儲子系統。處理指令使至少一個數據處理器將所計算的多個游泳度量中的至少一個游泳度量存儲在至少一個數據存儲子系統中。

按照本文中所描述的實施例的方面，提供了一種具有用于穿戴在用戶頭部上的可穿戴式計算設備的系統，該可穿戴式計算設備附接到具有防水存儲體的彈性條帶，該彈性條帶的大小被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍。至少一個傳感器緊固到防水存儲體內的彈性條帶。至少一個數據處理器緊固到防水存儲體內的彈性條帶，該數據處理器耦合到至少一個用戶輸出部件，并且耦合到至少一個非暫態計算機可讀介質。該設備將傳感器數據傳送到外部設備用于進一步處理，并且在一些示例中，可以至少部分地基于從至少一個傳感器接收的數據來計算多個游泳度量。外部設備可以是云處理器、計算設備、集線器14等。可穿戴式計算設備的處理指令使至少一個數據處理器經由無線通信子系統將所計算的多個游泳度量中的至少一個游泳度量傳送到至少一個計算設備。

按照本文中所描述的實施例的方面，提供了一種確定頭戴式可穿戴式計算設備中的至少一個游泳度量的方法，該頭戴式可穿戴式計算設備可附接到彈性條帶，該彈性條帶的大小被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍。該方法可以包括：頭戴式可穿戴式計算設備從安裝到彈性條帶的至少一個傳感器接收數據，該至少一個傳感器包括至少一個陀螺儀；并且頭戴式可穿戴式計算設備至少部分地基于從至少一個傳感器接收的數據來計算多個游泳度量。

按照本文中所描述的實施例的一個方面，提供了一種用于穿戴在用戶頭部上的可穿戴式計算設備。該設備附接到彈性條帶并且具有防水存儲體。彈性條帶的大小被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍。防水存儲體容納多個傳感器并且緊固到彈性條帶。傳感器可以是加速度計、陀螺儀和磁力計。無線通信子系統緊固到防水存儲體內的彈性條帶。該設備具有用戶輸出部件和防水存儲體內的至少一個數據處理器，其耦合到無線通信子系統，耦合到至少一個用戶輸出部件，并且耦合到至少一個非暫態計算機可讀介質，該非暫態計算機可讀介質包含處理指令以供至少一個數據處理器執行。數據處理器可以至少部分地基于從多個傳感器接收的數據來計算多個游泳度量；經由無線通信子系統將所計算的多個游泳度量中的至少一個游泳度量傳送到至少一個計算設備；以及在至少一個用戶輸出部件處呈現所計算的多個游泳度量中的至少一個游泳度量的指示，以供傳達給用戶。

按照本文中所描述的實施例的另一方面，提供了一種系統，該系統具有可穿戴式計算設備和至少一個計算設備。可穿戴式計算設備的處理指令使至少一個數據處理器經由無線通信子系統將所計算的多個游泳度量中的至少一個游泳度量傳送到至少一個計算設備。

按照本文中所描述的實施例的另一方面，提供了一種確定頭戴式可穿戴式計算設備中的至少一個游泳度量的方法，該頭戴式可穿戴式計算設備包括：彈性條帶，其大小被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍。該方法包括：頭戴式可穿戴式計算設備從安裝到彈性條帶的多個傳感器接收數據。可以使用多種傳感器，諸如至少一個加速度計、至少一個陀螺儀等。頭戴式可穿戴式計算設備至少部分地基于從多個傳感器接收的數據來計算游泳度量。該頭戴式可穿戴式計算設備將所計算的多個游泳度量中的至少一個游泳度量無線地傳送到至少一個計算設備。該可頭戴式可穿戴式計算設備在可穿戴式計算設備的至少一個用戶輸出部件處呈現所計算的多個游泳度量中的至少一個游泳度量的指示，以供傳達給用戶。

按照本文中所描述的實施例的另一方面，提供了一種用于穿戴在用戶頭部上的可穿戴式計算設備，該設備包括：至少一個條帶連接件，該條帶連接件用于連接到彈性條帶，該彈性條帶的大小被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍；防水存儲體，其緊固到該連接件；緊固到防水存儲體或防水存儲體內的至少一個傳感器；防水存儲體內的電源；無線收發器，該無線收發器在防水存儲體內或緊固到防水存儲體用于與至少一個外部設備進行無線通信；防水存儲體內的至少一個數據處理器，其耦合到至少一個用戶輸出部件并且耦合到至少一個非暫態計算機可讀介質，該非暫態計算機可讀介質包含處理指令，該處理指令在由至少一個數據處理器執行時使至少一個數據處理器：(i)至少部分地基于傳感器數據計算多個性能度量，并且將所計算的性能度量的至少一部分傳送到外部設備；或(ii)將從至少一個傳感器接收的傳感器數據的至少一部分傳送到外部設備，該外部設備被配置成至少部分地基于傳感器數據來計算多個性能度量。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有防水存儲體內的無線通信子系統，該至少一個數據處理器耦合到無線通信子系統；其中，處理指令使至少一個數據處理器：經由無線通信子系統將所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量傳送到至少一個計算設備。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有至少一個用戶輸出部件，該至少一個數據處理器耦合到至少一個用戶輸出部件；其中，處理指令使至少一個數據處理器：響應于經由無線通信子系統從至少一個計算設備接收的數據，在至少一個用戶輸出部件處呈現所接收的數據的指示，以供傳達給用戶。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有防水存儲體內的至少一個數據存儲子系統，該至少一個數據處理器耦合到至少一個數據存儲子系統；其中，處理指令使至少一個數據處理器：將所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量存儲在至少一個數據存儲子系統中。

在一些實施例中，至少一個傳感器包括至少一個加速度計或至少一個陀螺儀。

在一些實施例中，至少一個傳感器包括至少一個磁力計。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有至少一個用戶輸出部件，該至少一個數據處理器耦合到至少一個用戶輸出部件；其中，處理指令使至少一個數據處理器：在至少一個用戶輸出部件處呈現所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量的指示，以供傳達給用戶。

在一些實施例中，彈性條帶包括第一條帶端和第二條帶端，防水存儲體位于第一條帶端和第二條帶端之間，可穿戴式計算設備包括：護目鏡框架，其包括一對護目鏡鏡片孔、以及第一護目鏡框架端和第二護目鏡框架端，該護目鏡框架的圍繞每個護目鏡鏡片孔的部分保持相應的護目鏡鏡片，第一條帶端和第二條帶端的每個條帶端緊固到第一護目鏡框架端和第二護目鏡框架端中的相應一個護目鏡框架端。

在一些實施例中，防水存儲體沿著與護目鏡框架相對的條帶來設置。

在一些實施例中，至少一個用戶輸出部件包括至少一個顯示器，該至少一個顯示器應用于護目鏡鏡片中的至少一個護目鏡鏡片，該至少一個顯示器耦合到至少一個數據處理器，所述呈現包括：在顯示器上顯示所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量的指示。

在一些實施例中，使用所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量的指示來實時更新所述呈現。

在一些實施例中，該至少一個顯示器位于相應的至少一個護目鏡鏡片的外周。

在一些實施例中，該至少一個用戶輸出部件包括至少一個防水耳機，該至少一個防水耳機連接到條帶并且耦合到至少一個數據處理器。

在一些實施例中，防水存儲體包括一體地限定在條帶內的至少一個封閉的內部腔室。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有限定防水封殼內部的剛性防水封殼，該封殼緊固到所封閉的內部腔室內的條帶；其中，至少一個傳感器、至少一個數據處理器和至少一個非暫態計算機可讀介質中的每一個都容納在防水封殼內部內。

在一些實施例中，所計算的多個性能度量是游泳度量，其包括以下各項中的至少一項：劃水計數、劃水頻率、每次劃水的距離、游泳次數和游泳分段游、劃水類型、水下距離、蹬壁距離、每次劃水的距離、劃水頻率、節奏、呼吸模式、每長度的呼吸、速率、位置、心率、水平漂移、轉身時間、燃燒的卡路里、乳酸、踢水率、GPS跟蹤、游泳時間、休息時間、鍛煉時間、所游的總距離、俯仰、偏航、橫滾、線性速度、劃水簡檔、以及技術速度。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有心率監測傳感器，該心率監測傳感器連接到條帶并且耦合到至少一個數據處理器。

按照本文中所描述的實施例的另一方面，提供了一種系統，包括：多個可穿戴式計算設備，每個可穿戴式計算設備用于穿戴在用戶的頭上并且包括：至少一個條帶連接件，用于連接到彈性條帶，該彈性條帶的大小被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍；緊固到至少一個條帶連接件的防水存儲體；緊固到防水存儲體或防水存儲體內的至少一個傳感器；和防水存儲體內的至少一個數據處理器，其耦合到至少一個用戶輸出部件，并且耦合到至少一個非暫態計算機可讀介質，該非暫態計算機可讀介質包含由至少一個數據處理器執行的處理指令；與多個可穿戴式計算設備中的一個或多個可穿戴式計算設備進行無線通信的至少一個計算設備；其中，每個所述可穿戴式計算設備的處理指令使至少一個數據處理器：(i)至少部分地基于傳感器數據來計算多個性能度量，并且將所計算的性能度量的至少一部分傳送到外部設備；或(ii)將從至少一個傳感器接收的傳感器數據的至少一部分傳送到外部設備，該外部設備被配置成至少部分地基于傳感器數據來計算多個性能度量。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有至少一個用戶輸出部件，該至少一個數據處理器耦合到至少一個用戶輸出部件；其中，處理指令使至少一個數據處理器：響應于經由無線通信子系統從至少一個計算設備接收的數據，在至少一個用戶輸出部件處呈現所接收的數據的指示，以供傳達給用戶。

在一些實施例中，至少一個計算設備將所計算的多個性能度量中的所發送的至少一個性能度量與用戶簡檔相關聯。

在一些實施例中，每個可穿戴式計算設備由用戶標識符標識，并且傳感器數據的一部分或性能度量的一部分鏈接到相應的可穿戴式計算設備的用戶標識符。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有至少一個計算設備的對應計算設備，其中，至少一個計算設備包括具有性能應用的移動設備，其中，該系統還包括連接到至少一個計算設備的至少一個計算集線器，該至少一個計算設備將傳感器數據的一部分或性能度量的一部分傳送到計算集線器。

在一些實施例中，該系統具有連接到至少一個計算集線器的云數據服務器，以接收傳感器數據的一部分或性能度量的一部分。

在一些實施例中，該系統具有教練設備，該教練設備連接到至少一個計算集線器或移動設備，以接收傳感器數據的一部分或性能度量的一部分。

在一些實施例中，所計算的多個性能度量是游泳度量，其包括以下各項中的至少一項：劃水計數、劃水頻率、每次劃水的距離、游泳次數和游泳分段游、劃水類型、水下距離、蹬壁距離、每次劃水的距離、劃水頻率、節奏、呼吸模式、每長度的呼吸、速率、位置、心率、水平漂移、轉身時間、燃燒的卡路里、乳酸、踢水率、GPS跟蹤、游泳時間、休息時間、鍛煉時間、所游的總距離、俯仰、偏航、橫滾、線性速度、劃水簡檔、以及技術速度。

按照本文中所描述的實施例的另一方面，提供了一種確定頭戴式可穿戴式計算設備中的至少一個性能度量的方法。該頭戴式可穿戴式計算設備包括彈性條帶，該彈性條帶的大小被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍。該方法包括：頭戴式可穿戴式計算設備從可拆卸地安裝到彈性條帶的至少一個傳感器接收數據；頭戴式可穿戴式計算設備至少部分地基于從至少一個傳感器接收的數據來計算多個性能度量，或者將原始數據傳送到外部設備以用于計算多個性能度量；以及頭戴式可穿戴式計算設備基于所計算的性能度量來提供反饋。

在一些實施例中，性能度量是游泳度量，其中，所述計算包括至少部分地基于從至少一個傳感器接收的數據來確定游泳劃水類型，其指示可穿戴式計算設備的用戶的頭部的移動。

在一些實施例中，性能度量是游泳度量，其中，所述計算包括至少部分地基于從至少一個傳感器接收的數據來檢測可穿戴式計算設備的用戶的至少一個游泳轉身運動，其指示可穿戴式計算設備的用戶的頭部的角速度和線性加速度，以確定轉身運動的性能度量。

在一些實施例中，性能度量是游泳度量，其中，所述計算包括至少部分地基于從至少一個傳感器接收的數據來檢測可穿戴式計算設備的用戶的至少一個游泳轉身運動，其指示包括將所確定的速率減小到零速度和所感測的蹬壁運動的事件的序列。

在一些實施例中，性能度量是游泳度量，其中，所述計算包括至少部分地基于從至少一個傳感器接收的數據來確定游泳速度。

在一些實施例中，頭戴式可穿戴式計算設備將所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量無線地傳送到至少一個計算設備。

在一些實施例中，頭戴式可穿戴式計算設備在可穿戴式計算設備的至少一個用戶輸出部件處呈現所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量的指示，以供傳達給用戶。

在一些實施例中，所計算的多個性能度量是游泳度量，其至少包括劃水計數，該劃水計數基于頭部運動的運動數據來計算，該運動數據被表達為傳感器數據。

在一些實施例中，該系統具有所計算的多個性能度量是至少包括劃水類型的游泳度量，該劃水計數基于可穿戴式計算設備的水下距離和每長度的劃水的數目來計算，水下距離和每長度的劃水數目從傳感器數據來確定。

在一些實施例中，該系統具有所計算的多個性能度量是至少包括劃水頻率的游泳度量，該劃水頻率基于頭部運動的運動數據來計算，該運動數據被代表為傳感器數據。

在一些實施例中，所計算的多個性能度量是游泳度量，其至少包括被代表為傳感器數據的每次劃水的距離。

在一些實施例中，所計算的多個性能度量是游泳度量，其包括以下各項中的至少一項：劃水計數、劃水頻率、每次劃水的距離、游泳次數和游泳分段游、劃水類型、水下距離、蹬壁距離、每次劃水的距離、劃水頻率、節奏、呼吸模式、每長度的呼吸、速率、位置、心率、水平漂移、轉身時間、燃燒的卡路里、乳酸、踢水率、GPS跟蹤、游泳時間、休息時間、鍛煉時間、所游的總距離、俯仰、偏航、橫滾、線性速度、劃水簡檔、以及技術速度。

在一些實施例中，該方法包括：處理所計算的性能度量以標識一個或多個性能效率，以及基于一個或多個性能效率來生成反饋通知。

在一些實施例中，所述呈現被實時更新。

按照本文中所描述的實施例的另一方面，提供了一種用于穿戴在用戶頭部上的可穿戴式計算設備，該設備包括：至少一個包括防水存儲體的彈性條帶，該彈性條帶的大小被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍；至少一個傳感器，其緊固到至少一個彈性條帶并且在防水存儲體內；防水存儲體內的電源；無線收發器，其緊固到至少一個彈性條帶或防水存儲體內用于與至少一個外部設備進行無線通信；緊固到至少一個彈性條帶并且在防水存儲體內的至少一個數據處理器，其耦合到至少一個用戶輸出部件，并且耦合到包含處理指令的至少一個非暫態計算機可讀介質，該處理指令當由至少一個一個數據處理器時，使至少一個數據處理器：(i)至少部分地基于傳感器數據來計算多個性能度量，并且將所計算的性能度量的至少一部分傳送到外部設備；或(ii)將從至少一個傳感器接收的傳感器數據的至少一部分傳送到外部設備，該外部設備被配置成至少部分地基于傳感器數據來計算多個性能度量。

在一些實施例中，所計算的多個性能度量是游泳度量，其包括以下各項中的至少一項：劃水計數、劃水頻率、每次劃水的距離、游泳次數和游泳分段游、劃水類型、水下距離、蹬壁距離、每次劃水的距離、劃水頻率、節奏、呼吸模式、每長度的呼吸、速率、位置、心率、水平漂移、轉身時間、燃燒的卡路里、乳酸、踢水率、GPS跟蹤、游泳時間、休息時間、鍛煉時間、所游的總距離、俯仰、偏航、橫滾、線性速度、劃水簡檔、以及技術速度。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有防水存儲體內的無線通信子系統，該至少一個數據處理器耦合到無線通信子系統；其中，處理指令使至少一個數據處理器：經由無線通信子系統將所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量傳送到至少一個計算設備。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有至少一個用戶輸出部件，該至少一個數據處理器耦合到至少一個用戶輸出部件；其中，處理指令使至少一個數據處理器：響應于經由無線通信子系統從至少一個計算設備接收的數據，在至少一個用戶輸出部件處呈現所接收的數據的指示，以供傳達給用戶。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有防水存儲體內的至少一個數據存儲子系統，該至少一個數據處理器耦合到至少一個數據存儲子系統；其中，處理指令使至少一個數據處理器：將所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量存儲在至少一個數據存儲子系統中。

在一些實施例中，至少一個傳感器包括至少一個加速度計或至少一個陀螺儀。

在一些實施例中，至少一個傳感器包括至少一個磁力計。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有至少一個用戶輸出部件，該至少一個數據處理器耦合到至少一個用戶輸出部件；其中，處理指令使至少一個數據處理器：在至少一個用戶輸出部件處呈現所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量的指示，以供向用戶傳達。

在一些實施例中，該彈性條帶包括第一條帶端和第二條帶端，該防水存儲體位于第一條帶端和第二條帶端之間，可穿戴式計算設備包括護目鏡框架，其包括一對護目鏡鏡片孔、以及第一護目鏡框架端和第二護目鏡框架端，圍繞每個護目鏡鏡片孔的護目鏡框架的一部分保持相應的護目鏡鏡片，第一條帶端和第二條帶端中的每一個條帶端緊固到第一護目鏡框架端和第二護目鏡框架端中相應的一個護目鏡框架端。

在一些實施例中，防水存儲體沿著與護目鏡框架相對的條帶來定位。

在一些實施例中，該至少一個用戶輸出部件包括至少一個顯示器，該至少一個顯示器應用于護目鏡鏡片中的至少一個護目鏡鏡片，該至少一個顯示器耦合到至少一個數據處理器，所述呈現包括：在顯示器上顯示所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量的指示。

在一些實施例中，使用所計算的多個性能度量中的至少一個性能度量的指示來實時更新該呈現。

在一些實施例中，該至少一個顯示器位于相應的至少一個護目鏡鏡片的外周。

在一些實施例中，該至少一個用戶輸出部件包括至少一個防水耳機，該至少一個防水耳機連接到條帶并且耦合到至少一個數據處理器。

在一些實施例中，防水存儲體包括一體地限定在條帶內的至少一個封閉的內部腔室。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有限定防水封殼內部的剛性防水封殼，封殼緊固到封閉的內部腔室內的條帶；其中，至少一個傳感器、至少一個數據處理器和至少一個非暫態計算機可讀介質中的每一個都容納在防水封殼內部內。

在一些實施例中，可穿戴式計算設備具有心率監測傳感器，該心率監測傳感器連接到條帶并且耦合到至少一個數據處理器。

在這方面，在詳細解釋本發明的至少一個實施例之前，應當理解，本發明在其應用中不限于以下描述或本文中所提供的示例中所闡述的或在附圖中圖示的構造的細節和部件的布置。本發明能夠具有其它實施例并且能夠以各種方式來實踐和執行。還有，應當理解，本文中所使用的措辭和術語是為了描述的目的，而不應被認為是限制性的。

附圖說明

在附圖中，通過示例圖示了實施例。應當清楚地理解，描述和附圖僅用于說明的目的，并且有助于理解，而且不旨在作為對本發明的限制的限定。

圖1圖示了根據一些實施例的實現方式的系統的系統圖。

圖2圖示了根據一些實施例的處理器實現方式。

圖3圖示了根據一些實施例的無線集線器設備的透視圖。

圖4圖示了圖3的無線集線器設備的分解圖。

圖5圖示了根據一些實施例的可穿戴式游泳單元設備的防水單元的透視圖。

圖6圖示了圖5所示的防水單元的分解圖。

圖7圖示了由人穿戴的可穿戴式游泳單元設備的實現方式的透視圖。

圖8圖示了根據一些實施例的連接的實現方式。

圖9圖示了根據一些實施例的封殼的實現方式。

圖10和圖11圖示了根據一些實施例的可穿戴式游泳單元設備。

圖12至圖14圖示了根據一些實施例的移動應用的用戶視圖的示例性屏幕視圖的界面。

圖15圖示了根據一些實施例的可穿戴式游泳單元設備的護目鏡內顯示器的實現方式。

圖16圖示了根據一些實施例的可穿戴式游泳單元設備的實現方式的護目鏡部分的分解圖。

圖17圖示了根據一些實施例的可穿戴式游泳單元設備的護目鏡內顯示器的實現方式。

圖18圖示了根據一些實施例的可穿戴式游泳單元的護目鏡內顯示器的實現方式。

圖19圖示了根據一些實施例的示例性屏幕視圖的界面。

具體實施方式

圖1示出了作為說明性示例運動的由游泳者穿戴的可穿戴式計算設備12的系統10。可穿戴式計算設備12在本文中還可以被描述為“可穿戴式游泳單元”或“WSU”。本發明可以提供多個可穿戴式游泳單元12，以被多個游泳者中的每一個游泳者同時且獨立地使用。每個可穿戴式游泳單元12可以與集線器14無線地傳達數據，該集線器14匯集來自每個可穿戴式游泳單元12的所有數據并且向移動設備16傳送一個信號。該數據可以由包括在WSU 12中或者與WSU 12通信的一個或多個傳感器來生成。該數據然后可以在傳輸之前由WSU 12或者由集線器14或者由集線器14來分析，諸如計算機在線服務器18之類的一個或多個其它計算機與集線器14或WSU 12通信。在分析本文中所描述的數據的情況下，應當理解，在本發明的各種實施例中，數據分析可以由以下各項中的一項或多項來執行：WSU 12、集線器14、移動設備20、以及遠程計算機服務器18(如果可用)。

提供附接或緊固到彈性條帶的可穿戴式計算設備12。可穿戴式計算設備12具有在該示例中使得能夠靈活放置在護目鏡的彈性條帶上的連接器。可穿戴式計算設備12可以從護目鏡上拆卸。可穿戴式計算設備12可以與不同種類的護目鏡一起使用。可穿戴式計算設備12可以附接到例如與用戶頭部的后部區域接觸的條帶的一部分。在不同的實施例中，可以存在其它配置。可穿戴式計算設備12具有防水存儲體，并且彈性條帶的大小被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍。設備12具有緊固在防水存儲體內或緊固到防水存儲體或以其它方式聯接到防水存儲體的傳感器。描述了不同示例傳感器(例如，加速度計、陀螺儀)。傳感器可以緊固到彈性條帶。可穿戴式計算設備12可以至少部分地基于從至少一個傳感器接收的數據來計算游泳度量。可穿戴式計算設備12可以包括緊固到彈性條帶或防水存儲體的無線通信子系統，并且可以經由無線通信子系統將原始數據或所計算的游泳度量傳送到至少一個計算設備16，18。可穿戴式計算設備12可以包括至少一個用戶輸出部件，并且可以在至少一個用戶輸出部件處呈現所計算的游泳度量中的至少一個度量的指示，以供傳達給用戶。該指示可以是在連接到條帶的耳機中播放的音頻，或者可以可視地顯示在條帶的眼睛護目鏡部分中的顯示器上。可以有緊固到防水存儲體的音頻控制器。可穿戴式計算設備12包括諸如微芯片的處理器，以連接該部件并且提供通信總線。該指示可以例如向用戶提供實時反饋。

系統10可以變換原始傳感器數據，并且計算一個或多個游泳度量，包括劃水計數、每次劃水的距離、劃水頻率、節奏、呼吸計數和模式、分段游、心率、劃水類型、所游的距離、所游的時間、鍛煉期間的休息時間、水平漂移、踢水率、水下距離、轉身時間、燃燒的卡路里、乳酸水平、技術效率、劃水簡檔、線性速度簡檔、功率循環、加速度、速率、位置、頭部位置(俯仰、偏航、橫滾)、角速度、以及線性加速度。系統10可以用于在練習期間(自動地)向運動員或教練提供運動員表現的實時反饋，或者使用該豐富的數據并且隨時間跟蹤該數據來向個體游泳者提供游泳建議或教練。反饋可以是音頻反饋。本發明的系統可以在線存儲所有這些數據，以便由游泳者和教練隨時間(例如，整年)跟蹤游泳者的表現。系統10可以允許教練基于可以提供的工具來分析數據并且向他們的運動員發送筆記和信息。

系統10還可以提供社交媒體方面，其中，游泳者可以在線和在其它社交媒體網站上公布或共享游泳者的鍛煉。這個社交媒體方面也用于朋友們一起訓練，甚至與來自世界各地的彼此競爭，或甚至與同一池中的陌生人能夠通過統一系統來競爭。當游泳者游泳并且允許游泳者或教練為給定的鍛煉設定目標時，系統10還可以提供構建訓練。

可穿戴式游泳單元12可以用于代替游泳者眼睛護目鏡上的條帶。可穿戴式游泳單元12可以包括一個或多個傳感器和設備，諸如加速度計、陀螺儀、磁力計、心率監測器和其它傳感器。每個WSU 12可以唯一地與游泳者相關聯，并且可以包含標識游泳者(或取決于運動的其它運動員)的唯一標識符(“ID”)，其可以與任何數據一起從WSU 12傳送到移動應用16。

系統

圖1示出了彼此無線通信的WSU 12、集線器14和移動應用16。在使用單個WSU 12的情況下，WSU 12可以直接與計算設備16通信，諸如用戶的移動電話、平板電腦、膝上型計算機、臺式計算機或其它計算設備16。計算設備16上的應用(諸如移動應用16)可以接收和處理來自WSU 12的數據。在進入游泳的水之前，用戶可以將WSU 12連接到計算設備。這種單獨的連接可以通過RF來完成，并且因為它可以在本地配對設備，所以不需要互聯網連接。當個體游泳者正在游泳時，可穿戴式游泳單元可以向計算設備(移動設備)發送數據。該設備不需要靠近游泳者，但是如果它是防水的，則移動設備可能在泳池池邊地面上，以使游泳者可視地跟蹤他們的度量。一旦游泳者完成他們的鍛煉，由可穿戴式單元收集的所有數據就可以存儲在移動設備16中，直到設備再次連接到互聯網。一旦設備16連接到互聯網，則該應用可以自動將從WSU 12收集的數據上傳到計算機服務器以存儲在在線數據服務器18中。該數據然后可以至少部分地通過將接收的數據與用戶的唯一ID相關聯的計算機服務器18而鏈接到游泳者的在線簡檔。然后，游泳者可以訪問該簡檔20以跟蹤他們隨時間的推移的表現。

除了在一些示例性實施例中與移動設備16的通信之外，諸如在團隊環境中的多個WSU 12的系統流程可以類似于個體系統流程的系統流程。作為說明性示例，在實踐開始之前，教練或組長可以經由藍牙將移動設備連接到無線集線器14。然后所有可穿戴式單元12可以經由本地RF連接而直接連接到無線集線器14。該數據可以在無線集線器14上處理，然后通過較早制作的藍牙連接而發送到移動設備16。來自所有WSU 12的數據可以被移動應用16上的所有游泳者實時觀看。在練習之后，該系統通過在線自動上傳每個游泳者的所有實踐數據來與個體一樣工作，該實踐數據可以鏈接到每個游泳者相應的簡檔，其然后可以被每個游泳者及他們的教練在他們的在線簡檔20上查看。

在本文中所描述的實施例的方面中，可穿戴式計算設備12緊固到彈性條帶并且具有防水存儲體。彈性條帶的大小可以被設置成配合在人頭部的圓周的至少一部分周圍。可穿戴式計算設備12具有緊固到防水存儲體內的彈性條帶的多個傳感器。傳感器可以是加速度計、陀螺儀、磁力計等。無線通信子系統緊固到彈性條帶和/或可以在防水存儲體內。可以存在耦合到無線通信子系統的防水存儲體內的至少一個用戶輸出部件和至少一個數據處理器(參見例如圖2)、至少一個用戶輸出部件、以及包含處理指令的至少一個非暫態計算機可讀介質。處理指令使至少一個數據處理器預處理原始傳感器數據以傳送到移動設備16或云服務器18。處理指令還可以至少部分地基于從傳感器接收的數據來計算游泳度量。設備12然后可以經由無線通信子系統將所計算的游泳度量傳送到計算設備(具有簡檔20)，并且在至少一個用戶輸出部件處呈現所計算的多個游泳度量的指示，以供傳達給用戶。

一些實施例可以包括眼睛護目鏡部分，在其它實施例中，可穿戴式計算設備12可以不一定包括眼睛護目鏡部件。在這樣的實現方式中，WSU 12可以是穿戴在游泳者頭上的條帶，其中傳感器和其它計算電子器件在防水存儲體中被緊固到條帶。在這種情況下，用戶輸出部件可以包括諸如骨傳導耳機之類的耳機，以便在游泳的同時向用戶呈現游泳度量或指令。

在其它實施例中，彈性條帶可以包括第一條帶端和第二條帶端，防水存儲體位于第一條帶端和第二條帶端之間。在一些示例實施例中，可穿戴式計算設備12附接到條帶。在其它示例實施例中，可穿戴式計算設備12附接到眼睛護目鏡框架，該眼睛護目鏡框架具有一對護目鏡鏡片孔、以及第一護目鏡框架端和第二護目鏡框架端。眼睛護目鏡框架的圍繞每個護目鏡鏡片孔的一部分保持相應的護目鏡鏡片，第一條帶端和第二條帶端中的每一個條帶端被緊固到第一護目鏡框架端和第二護目鏡框架端中的相應一個護目鏡框架端。防水存儲體可以沿著與眼睛護目鏡框架相對的條帶來定位。用戶輸出部件可以包括至少一個顯示器(諸如透明發光二極管(LED)顯示器)，該顯示器被應用于護目鏡鏡片的至少一個護目鏡鏡片。該顯示器可以耦合到至少一個數據處理器。該指示可以經由HUD(圖16)顯示，例如以在顯示器上顯示所計算的多個游泳度量。可選地，可以用所計算的多個游泳度量中的至少一個游泳度量的指示來實時更新該呈現。可選地，至少一個顯示器可以位于相應的至少一個護目鏡鏡片的外周。

防水存儲體可以包括一體地限定在條帶內的至少一個封閉的內部腔室。可穿戴式計算設備12還可以包括限定防水封殼內部的剛性防水封殼，該封殼緊固到在封閉的內部腔室內的條帶，其中，多個傳感器、無線通信子系統、至少一個數據處理器和至少一個非暫態計算機可讀介質中的每一個都被容納在防水封殼內部內。

可穿戴式計算設備12可以包括心率監測傳感器(諸如紅外或光學)，該心率監測傳感器連接到條帶并且耦合到至少一個數據處理器。心率監測器可以定位在用戶的相應耳廓或者太陽穴處。

用戶輸出部件可以包括至少一個防水性骨傳導耳機，該防水性骨傳導耳機連接到條帶并且耦合到至少一個數據處理器。

處理指令還可以使至少一個數據處理器：響應于經由無線通信子系統從至少一個計算設備16接收的數據，在至少一個用戶輸出部件處呈現接收到的數據的指示，以供傳達給用戶。這樣，由可穿戴式計算設備12確定的游泳度量可以被聽覺地或視覺地呈現給用戶，并且從另一計算設備(諸如集線器14設備)接收的指令或其它數據也可以呈現給用戶，或者同時或與其它游泳度量交替。例如，由可穿戴式計算設備12所確定的游泳度量的所有音頻/視頻反饋可以在可穿戴式計算設備12處呈現給用戶，而不依賴于來自單獨計算設備的任何數據或數據處理。然而，可穿戴式計算設備12從單獨的計算設備16，18接收的任何數據也可以如所描述的在可穿戴式計算設備12處呈現。

硬件

可穿戴式游泳單元(WSU 12)將是完全防水的，以便保護其內的電子部件以及運動員。防水可以通過以下步驟完成：(1)將電子部件封裝在剛性封殼中，其然后用允許電子器件起作用但防止它們暴露于環境(即，水)的防水化學化合物來填充；或(2)將電子部件封裝在剛性封殼中，然后將剛性封殼包覆模制在防水化合物中以保護電子部件以免暴露；或(3)將電子部件封閉在剛性封殼中并且用墊圈和蓋子來密封，該墊圈和蓋子將被壓配合或擰緊以便產生防水密封。應當理解，可以采用這些或其它選項中的任何一個選項。特別地，相較于沒有提供剛性封殼的實施例，在提供剛性封殼的實施例中，對于其中容納的部件的保護可以增加。

可以在WSU 12中提供的電子部件(包括傳感器)的非窮舉列表包括：6軸慣性測量單元(3軸數字加速度計和3軸數字陀螺儀)、或9軸慣性測量單元(3軸數字加速度計、3軸數字陀螺儀和3軸數字磁力計)；微控制器(例如，Cortex-M4F微控制器，諸如來自ST的STM32F429)；非微控制器存儲裝置，以存儲度量和媒體(例如，NOR/NAND SPI Flash)；無線模塊，以將所計算的度量傳送到集線器，以及將新設置從集線器14傳送到WSU 12(例如，868/915MHz無線電)；實時時鐘，以確保度量和事件的同步定時；具有電池充電電路的鋰離子聚合物電池；USB接口，以與設備通信以進行固件更新，并且以提供用于充電的電力；PCB。這是說明性示例實施例。

例如，防水單元可以包含傳感器，諸如例如，陀螺儀和加速度計以及磁力計。來自這些傳感器的數據可以經由電路板上的微控制器來處理(圖2)。在該單元內還可以存在用于存儲媒體、用戶配置信息和長期度量存儲的附加的非微控制器存儲器。WSU 12可以包括用于直接與集線器14或移動設備16通信的無線通信模塊。該無線模塊可以經由WiFi、藍牙或另一個定制協議進行通信，以允許多個單元彼此無線連接或者與一個或多個集線器14和(多個)移動設備16無線連接。WSU 12還可以包括至少一個電池，以為部件供電；以及充電電路，以允許對單元充電。這些部件在圖2所示的實施例中示出，該圖2示出了示例電路板圖像布局。注意，部件的精確大小和數目可以改變并且為了說明的目的而示出。例如，設置在WSU 12中的傳感器和電氣部件中的每一個可以連接到并且位于單個PCB上。

WSU 12可以獨立于任何其它計算設備而使用，以記錄任何確定的游泳度量以供在WSU 12處的實時或稍后訪問。

可以存在諸如例如附加的硬件部件：

·多種加速度計、陀螺儀和磁力計，以允許高級噪聲減少技術；

·紅外到光學心率監測器，以提供圍繞運動員表現的進一步度量；

·(多個)反饋機制，以通過音頻(通過音頻模塊和骨傳導耳機)或觸覺反饋(通過振動電機)向運動員提供反饋；

·GPS和3G/GSM，以在室外環境中收集和傳送數據，其中，運動員覆蓋更大的距離，并且需要更大的傳輸范圍來將度量傳送回教練；

·氣壓傳感器或數字羅盤，以考慮慣性測量單元隨時間的誤差(例如，漂移)；和

·其它傳感器，被要求來確定任何其它性能度量或生物度量。

RF協議

WSU 12可以直接與移動設備16(在單WSU 12—移動設備配置的情況下)或者通過集線器14(在多WSU 12—移動設備配置的情況下)通信。

在與移動設備16的直接通信期間，可以使用高級RF通信協議(例如，藍牙)。使用高級協議(諸如藍牙)的好處是大多數移動設備16已經啟用用于通信的協議，并且在移動設備側上可能需要最小配置來與WSU 12通信。

然而，在多WSU12—移動設備配置中，高級協議(諸如藍牙)可能由于在兩側上導航協議棧中的層所需的開銷而很麻煩。在這樣的事件中，可以使用更簡單的流線型協議，以便減少等待時間并且允許網絡上的增加的帶寬。作為說明性示例，使用RF協議的連接可以在多WSU12—移動配置中使用。

設計RF協議的示例要求可以如下：

開銷很少—保持協議盡可能簡單；

RF需要是非阻塞的—信號處理事件和度量計算不能被RF開銷阻塞；

需要保證度量傳輸—WSU 12不能跳過度量傳輸并且需要確保該度量由集線器接收；和

向用戶呈現度量的順序是重要的—需要同步地向用戶呈現度量(即，不能在較早生成的度量之前呈現后者生成的度量)。

RF技術可以包括軟件確認(ACK)。發射器上的微控制器(WSU 12或集線器14)向具有數據有效載荷的傳輸模塊發送傳輸請求。模塊發送請求并且返回到工作檢測事件和度量計算(在WSU 12的情況下)或進入睡眠(在集線器的情況下)。如果還沒有接收到ACK，則發射器重試具有相同有效載荷的傳輸事件。在此過程期間，如果已經計算了附加度量，則將它們添加到發射器上的隊列。一旦已經接收到ACK，則嘗試傳輸下一度量。

這種通信方式用于幾乎所有的RF傳輸使用情況，包括向集線器14發送新度量；當WSU 12在線時，同步到集線器14；以及向WSU 12發送新的配置數據。當集線器14想要將非關鍵數據傳達到WSU 12時(例如，向給定WSU 12發送游泳者特定設置參數)，還存在附加事件。在這種情況下，RF協議使用沒有ACK的偽UDP協議。該協議的用例包括網絡上的心跳查驗(heartbeat pings)和非關鍵配置數據。

集線器

如圖3和圖4所示，該系統10可以包括無線集線器14，當多個WSU 12同時在不同的游泳者上使用并且需要來自多個WSU 12的數據時，可以使用該無線集線器14。集線器14可以由團隊和教練使用，但還可以由任何其它組的游泳者使用。集線器14可以連接到多個WSU 12，經由每個WSU 12的相應無線通信模塊而無線地從每個WSU 12接收數據，并且將所接收的數據發送到設備(諸如由游泳教練使用的移動設備)以基于所接收的數據來顯示或分析針對每個游泳者計算的不同游泳度量。無線集線器14還可以用作具有多個插入端口或通過無線充電的多個單元的充電塢。每個無線游泳單元可以通過RF連接而連接到無線集線器14。來自連接到無線集線器14的所有單元的數據然后可以在板上被處理和組合，然后經由諸如單個藍牙連接之類的連接而被發送到移動設備16。然后可以在移動應用16上顯示每個單元和每個游泳者的數據，其將在本文進一步解釋。每個單元12可以被分配唯一的ID，該唯一的ID鏈接到穿著它的游泳者，因此當被轉移到移動應用16時，每個單元的數據可以鏈接到該唯一的ID，并且然后可以在相應游泳者的名字旁邊顯示該數據。集線器14可以包括屏幕，以示出用戶確切地連接了多少以及哪些單元12，以及諸如每個單元上的電池電平之類的可能的其它信息。在集線器14中使用的電子器件硬件會模擬在WSU 12—具有未填充IMU部分中使用的電子器件硬件，并且添加用于與移動設備通信的藍牙模塊。

圖4示出了示例性集線器14的分解圖，其具有為PCB 46、電池48和藍牙44RF連接提供防水封殼的封殼蓋子50和封殼基座42。集線器14具有用于無線通信的天線40。

示例設計

因此，如圖5所示，WSU 12可以包括剛性防水封殼，其可以由一個或多個硬塑料結構元件制成，通過螺釘、螺栓、粘合劑、密封劑或產生防水密封的任何其它類型的緊固裝置而緊固在一起。如圖6的分解圖所示，主要電氣部件和傳感器可以容納在封殼內。WSU 12具有帶有封殼蓋子68和封殼基座62的封殼。WSU 12封殼容納電池66和PCB 64。WSU 12具有連接60，以例如緊固到或附接到條帶。對于其它示例應用，該連接可以連接到不同的運動設備。

該塑料封殼可以是完全防水的。可以使用稱為灌封的方法來完成封殼的防水，其中，液體化合物被澆注在電路和電池上，其會固化并且保護部件免受水的影響。防水可以使用墊圈和蓋子來完成，該蓋子將墊圈緊固抵靠封殼的基座以產生防水密封。防水也可以使用注塑成型技術來完成，諸如包覆模制，其直接在板和電池上(或在包含到板和糊狀物的莢上以提供保護防止包覆成型過程的熱量和壓力)產生模制，其然后創建完全防水的固體組件。

圖7中示出了示例性實施例的組裝的WSU 12的示例性實施例的圖。WSU 12的封閉的部分可以緊固到條帶70，作為如圖7所示的獨立單元，或者可以形成條帶70的一部分。

封殼可以以舒適并且游泳者不會察覺的方式來建造。封殼還可以被設計成容易地連接到游泳者護目鏡條帶。該設備的一個版本可以包括機械連接60a，60b，其中具有中斷，以允許護目鏡條帶通過該中斷而滑動并且停留在如圖8所示的開放體中。

RF信號強度可以隨著RF模塊和封殼之間的適當氣隙而增加。對于墊圈和包覆模制的防水方法，這只需要將封殼設計成允許一定的氣隙以確保信號強度的最小下降。對于灌封技術，可能需要將氣袋設計到封殼中，電路板將被密封以確保沒有灌封化合物泄漏到該袋中。這將允許所需的氣隙，即使在整個板和電池上澆注液體灌封化合物，同時仍然提供所需的防水。該氣袋概念可以被看作是圖9所示的封殼內的區域63。

封殼還可以容納或提供用于系統10的其它傳感器和設備的安裝表面。可選地，當穿戴在用戶的頭上時，WSU 12可以容納在條帶的背部上的條帶內部。可以存在緊固到WSU 12的音頻控制器80。封殼或條帶可以包括其上用于控制各種功能的一個或多個按鈕，諸如WSU 12的可選媒體播放器功能性，諸如播放/暫停、音量和跳過歌曲。如圖10所示，可以通過入耳式耳機或者通過骨傳導耳機82來聽到單元的音頻功能。心率監測傳感器84也可以位于條帶本身內，或者以其它方式附接到條帶本身，與WSU 12的封閉部分分開。游泳者的心率可以從游泳者頭部上的兩個不同位置來取得：(1)游泳者的太陽穴，或(2)游泳者的耳垂，其中使用紅外(IR)或光學發射器和接收器。如果采用IR傳感器，則它可以將光發射到皮膚中，然后該光的一些光可以反射回到接收器。當血液脈動時，接收器讀取較低的光水平，其然后產生具有用于計算每分鐘心跳(BPM)的峰值或脈沖的信號。在附圖中示出了兩種不同的布局：圖10示出了使用太陽穴心率傳感器84的可穿戴式游泳單元，而圖11示出了耳垂心率傳感器86。條帶可以提供幾個調整點，以使游泳者可以將心率傳感器、防水單元和骨傳導耳機定位在適合于特定游泳者的頭部解剖結構(例如，頭部大小和頭部形狀)的相應位置中。條帶可以被設計成與任何護目鏡進行接口，因為存在游泳者喜歡的許多風格的護目鏡。WSU12的防水單元部件可以小于圖中所示的單元。各個傳感器可以大致如圖10和11所示來放置。

游泳度量

可穿戴式游泳單元包含傳感器，諸如加速度計、陀螺儀、磁力計和GPS單元。該系統采用操作以基于游泳者頭部的移動來確定關鍵性能度量。來自這些操作的數據可以組合到進一步的操作中，以確定除了游泳者的心率之外的游泳度量。游泳者的實況心率可以通過條帶上的傳感器來確定，該傳感器可以夾在游泳者的耳朵上或者可以從游泳者的太陽穴直接感測。可以由本發明的系統來計算的實況游泳度量包括：劃水計數、每次劃水的距離、劃水頻率、節奏、呼吸計數和模式、分段游、心率、劃水類型、所游的距離、所游的時間、鍛煉期間的休息時間、水平漂移、踢水率、水下距離、轉身時間、燃燒的卡路里、乳酸水平、技術效率、劃水簡檔、線性速度簡檔、功率循環、加速度、速率、位置、頭部位置(俯仰、偏航、橫滾)、角速度、以及線性加速度。可選地，可以在WSU 12中提供多個加速度計。可選地，可以在WSU 12中提供多個陀螺儀。可選地，可以在WSU 12中提供多個磁力計。可選地，可以在WSU 12中提供多個GPS單元。

本發明的系統可以采用各種操作來分析游泳度量。

游泳度量：示例方法論

類似的方法可以用于從原始傳感器數據來確定所有游泳度量。這些技術包括濾波技術、傳感器融合技術、數字信號處理(DSP)技術以及機器學習技術。傳感器融合技術組合不同傳感器的感覺數據，以單獨與傳感器的確定性相比而增加數據的確定性。可能使用的傳感器融合技術包括中心極限定理、卡爾曼濾波器、貝葉斯網絡和Dempster-Shafer理論中的任一個或全部。

DSP技術可以涉及在時域和頻域中操縱數據。這些技術可以包括雙線性變換、離散傅里葉變換、離散時間傅立葉變換、濾波器設計、線性時不變(LTI)系統理論、最小相位、傳遞函數、Z變換、Goertzel算法和s平面分析中的任一個或全部。

機器學習技術可以用于創建可以從數據學習的過程。例如，與已知實際值組合的游泳原始數據的足夠大的數據庫可以允許基于來自已知數據庫的特定置信水平來對諸如劃水類型、劃水事件、定時事件(開始、轉身、停止)之類的特定度量進行分類。存在可以應用的許多機器學習技術，包括以下各項中的任一項或全部項：決策樹學習、關聯規則學習、人工神經網絡、歸納邏輯編程、支持向量機、聚類、貝葉斯網絡、強化學習、相似性和度量學習、稀疏字典學習、隱馬爾可夫模型和遺傳算法。

這些定理和方法論提供了可以用于從WSU 12中的傳感器數據來計算游泳度量的技術的非窮舉列表。

游泳度量：游泳時間/分段游

游泳時間和分段游可以分解成三個狀況：開始狀況、轉身狀況和停止狀況。每個狀況可以由從由傳感器產生的信號看到的多個特點來確定。這些特點可能根據所游動的劃水類型而不同。對于開始狀況，這些特點中的一些特點可以包括當他們從墻壁上蹬離時他們從垂直旋轉到水平的游泳者運動，其后為當游泳者蹬離墻壁并且以可以開啟計時器的某一速度繼續時，加速度突然增加。可以實施許多糾錯技術以最小化或消除這些狀況中的每一個狀況的假陽性或假陰性的發生。一種用于開始狀況的誤差糾正的方法可以是一旦在蹬壁事件之后并且超時計時器結束之前檢測到一定數目的劃水，則確認游泳者事實上正在游泳，以確保游泳者不是錯誤的開始。轉身狀況是游泳者在墻壁處轉身的時間，并且可以分為兩種類型：自由式/仰泳轉身、蝶泳/蛙泳轉身。轉身狀況可以在由傳感器產生的信號中感測，其與正常游泳相比具有非常獨特的外觀。轉身狀況還發生在兩個游泳長度的中間，其可能在發生轉身的振蕩信號中顯示出明顯的干擾。轉身可以進一步分解為轉身開始和轉身結束狀況，以便有助于最小化轉身識別的假陽性。轉身開始和轉身結束需要兩組特點來確認轉身事件，其可以使其更準確和/或一致。

一旦該操作確定了轉身事件，它就記錄事件的特定時間，其從先前事件(開始或轉身狀況)減去等于針對該長度的分段游時間(該分段游被記錄)，但是總游泳時間定時器會繼續，因為游泳可能不結束(除非他們“完成”，在這種情況下，該單元基于以下結束狀況方法論來識別他們不再游泳)。基于來自傳感器的信號中的多個特點來確定結束狀況(當游泳者停止游泳時)。這些特點可以包括當游泳者撞擊墻壁時的加速度的尖峰、當他們完成時游泳者頭部從水平移動到垂直的運動、以及由于游泳者不再在游泳的同時振蕩而減小的信號的方差和標準偏差。諸如方差和標準偏差之類的特點還可以用作誤差糾正方法，以確認游泳者事實上已經停止，然后可以進一步分析信號，以基于信號中的其它特點(諸如當他們撞擊墻壁時的減速)來確定該結束狀況的確切時間。一旦確定結束狀況時間，就可以從先前狀況(開始或轉身)中減去，以確定該長度的分段游時間。然后，可以通過將從開始事件到停止事件計算的所有分段游時間相加或通過從開始狀況上的時間戳中減去結束狀況上的時間戳來確定整個重復時間。

游泳度量：劃水類型

可以基于游泳者頭部的運動來確定劃水類型。每次劃水(蝶泳、仰泳、蛙泳和自由泳)都有自己獨特的信號簡檔，其對于所有游泳者而言允許一致地感測到它們。可以從信號的閾值特點到機器學習技術來使用許多方法，這些機器學習技術將與已知劃水類型的大數據庫相比對具有一定置信水平的信號進行分類。自由泳可以基于游泳者的頭部在他們劃水時的橫滾運動并且基于他們對他們身體的左右的呼吸來確定。仰泳可能基于游泳者的頭部的橫滾運動以與自由泳相同的方式來確定，但是該值可以被反轉，因為游泳者的面部可能向上離開游泳池，并且可能沒有呼吸模式，因為游泳者可以在仰泳中連續呼吸。可以基于獨特向上劃水離開水和與每個長度的動力拉出的測量相結合的劃水的俯沖運動來確定蛙泳。蝶泳可以通過劃水的波浪式運動來確定并且與蛙泳相比缺乏動力拉出。蝶泳也可以具有獨特的呼吸模式，其中當他們呼吸時，游泳者的頭部可以抬起并且與當簡單地劃水時他們頭部向下相比較，向上旋轉離開水。

每次劃水的平均風格可以基于平均模式來獲知，并且該單元可以在它們使用它時學習其個體游泳者的風格和技術。隨著單元被更多地使用，其可以通過使用諸如移動平均之類的方法論基于游泳者的技術不斷地更新關鍵參數。這些參數可以通過檢測來自傳感器的原始數據或者當每次劃水是游泳時計算的俯仰、偏航和橫滾的模式中的關鍵特點來找到。當游泳者游過水中時，每次劃水產生圍繞軸線的振蕩模式。每次劃水具有獨特的模式，并且每個游泳者可以對于每次劃水具有唯一的模式，并且為每個特定游泳者計算的參數的使用可以增加操作的準確性。在首次購買時，還可以存在單元的初始校準，其中運動員可以游動每次劃水的某一距離，其可以將系統校準到他們的特定技術。可以用于校準的參數以及當游泳者使用該設備時用于學習的參數可以包括劃水特點，諸如其劃水信號的峰值、頻域特點和過零點位置。參數還可以包括給定游泳者的歷史度量，其可以幫助為每個游泳者的每次劃水以不同的速度提供每個度量的邊界或期望值。

游泳度量：劃水計數

劃水計數：游泳者的劃水計數基于游泳者頭部在他們劃水通過水中時的運動來確定。每個劃水類型在可以用于確定劃水事件的發生的運動傳感器數據中創建唯一振蕩信號簡檔(如在劃水類型部分中所提及的)。當游泳者劃水通過水中時，它們在信號中產生振蕩。這種一致的振蕩使其可以檢測每個劃水事件的精確時間，其然后可以用來計數長度中所采取的劃水的數目。在所有三個軸的加速度計和陀螺儀信號中都可以看到傳感器數據中的這種振蕩。這可以提供6個單獨的原始數據信號，其可以以多種方式使用或操縱以精確地確定劃水事件。這些操縱可以使用本部分前面所提及的任何或所有DSP和機器學習技術來完成。

這些振蕩運動還可以通過對于每個劃水類型不同的歐拉角(俯仰、偏航和橫滾)來看到。對于自由泳，游泳者輕輕地橫滾他們的頭部，其中每次劃水可以在橫滾讀數中感測。對于具有類似橫滾的仰泳，但它不如自由泳顯著。蝴蝶和蛙泳均具有在俯仰測量值中讀取的波狀運動。每當該單元的俯仰讀數通過一定極限時，可以增加劃水計數。當每個單元學習擁有它的游泳者的具體技術時，可以自動修改特定極限或峰值。

系統10可以能夠使用加速度而不是允許單元安裝在游泳者的頭部上的角度來確定劃水計數。本發明可以確定不僅僅是劃水計數。可選地，還可以使用確定劃水計數的其它方法。

游泳度量：水下/蹬壁距離

水下距離是游泳者在蹬離墻壁之后行進的距離，直到他們從水中突出。這可以使用游泳者在長度上的平均速度(泳池長度除以游泳該長度所花費的時間)和游泳者從水中突出的時間來測量。在各種信號中可以看到該突出，并且僅在計算每圈所進行的劃水時可以看到的第一劃水之前發生。然后通過將突出事件的時間乘以平均速度來計算水下距離。可以使用在長度過程內的實況速度簡檔乘以突出時間來確定更準確的水下距離。當游泳者在水下時，該速度簡檔可以顯示更精確的速率分布，并且可以在水下產生更高的精確距離。

游泳度量：每次劃水的距離

每次劃水的距離：每次劃水的距離(DPS)是游泳者通過每次劃水行進通過水中的距離，并且得自包括劃水計數和水下距離的其它度量。通過找到長度(泳池長度減去水下距離)的總游泳距離并且將其除以該長度上的劃水總數來簡單地測量每個長度上的每次劃水的平均距離。泳池的長度可以是使用中的特定泳池的已知變量：短距離泳場(SCY-25碼)、短距離泳場(SCM-25米)或長距離泳場(LC-50米)。還可以僅使用與游泳者實況/實時速度組合的每個劃水事件具有相關聯的時間戳的劃水計數來找到更高的分辨率或實時(非平均)DPS，其可以允許在游泳者在給定長度內改變速度的情況下跨越長度來顯示DPS的簡檔。

游泳度量：劃水頻率

劃水頻率或循環時間是游泳者劃水的速度—劃水/分鐘是標準單位。找出劃水頻率的方法類似于找出每次劃水的距離，并且可以知道水下距離和每長度的劃水數目。水下距離(或者在這種情況下，其是更重要的)是第一次劃水事件之前的時間，其可以從長度的總時間中減去，以給出劃水該長度所花費的總時間。然后通過將長度中的劃水數目除以劃水所花費的時間量，然后將其轉換為熟悉的格式(諸如劃水/分鐘)來找到劃水頻率。通過使用所有劃水事件在長度的過程中的精確時間戳，可以找到更精確的劃水頻率。由于信號可以是振蕩信號，所以該讀數實際上是信號的頻率。這種較高分辨率的劃水頻率還能夠示出跨過長度的劃水頻率的改變，其可以是有用信息以示出游泳者是否在一段長度上加速或者他們是否簡單地投入更多努力以獲得相同的輸出速度并且變得低效。

游泳度量：節奏

節奏是他們的左臂的游泳者劃水頻率對他們的右臂的劃水頻率的測量。該測量僅用于自由泳和仰泳，其中雙臂獨立移動。這使用用于劃水頻率的技術而簡單地測量，直到確定每個劃水事件的時間戳為止。然后，將從左劃水到右劃水的時間差與右劃水到左劃水進行比較，并且可以以各種方式(諸如比率)來顯示。如果游泳者以完全穩定的劃水節奏均勻地游動，則這將等于1。如果游泳者不均勻地游動，也稱為“馳騁(galloping)”，則這將是1以外的數字。

游泳度量：呼吸模式

呼吸模式是游泳者每長度和在一劃水中的呼吸次數，諸如自由泳也可以是游泳者向他們身體的左側和右側呼吸多少次的模式。可以基于在來自設備21上的傳感器的信號中看到的游泳者頭部通過水中的運動或者從諸如游泳者俯仰、偏航和橫滾之類的推導出的值的簡檔來計算每次劃水的每個長度和呼吸模式的呼吸次數。在自由泳中，游泳者的頭部或者向左或者向右橫滾通過某個點，其使他們的嘴放出水，并且允許呼吸。在仰泳中的呼吸并不重要，因為游泳者可以不斷地用頭出水呼吸。蛙泳的呼吸很簡單，因為游泳者每次劃水都呼吸，所以每次劃水等于一次呼吸。蝶泳呼吸可以通過當他們不呼吸時，游泳者保持頭部向下和水中時的俯仰的變化來測量，但是當他們需要使他們的嘴高于水進行呼吸時，他們抬起頭部，然后俯仰。在蝶泳中存在特殊情況，其中游泳者每次劃水均呼吸(在該長度上看作單個峰值水平)或者呼吸到側面(在另一軸線上看到和計算)。還如前所提及的，當該單元學習游泳者的特定技術時，這些限制可以被自動調整。

游泳度量：每長度的呼吸

每長度的呼吸是作為上文所計算的單個長度中進行的所有呼吸的加法的每個長度總呼吸的次數。

游泳度量：游泳者速率

游泳者的速率可以以多種方法找到。長度上的平均速率可以通過簡單地將泳池的長度除以游泳長度所花費的時間來找到。可以使用本部分(線性速度部分)后面討論的方法通過對加速度計數據進行積分來找到更精確或更高分辨率的速率，以獲得游泳者在長度的過程中的實時速度簡檔。

游泳度量：游泳者位置

游泳者的位置是游泳者在泳池方向上的相對位置的總和。使用本部分后面所討論的方法論，通過對所計算的速度值進行積分來確定該相對位置。當游泳者接觸墻壁時，游泳池的每個長度的位置被重置。

游泳度量：心率

心率直接從夾在游泳者的耳朵上或靠在游泳者的太陽穴上的心率傳感器來計算。傳感器返回信號，該信號被濾波和處理以確定信號或脈沖的每個峰值。然后，通過確定每個脈沖之間的時間而將該脈沖與每分鐘標準心跳相關。

游泳度量：水平漂移

當游泳者沿著每個長度移動時，可以使用游泳者的水平位置的近似改變來測量水平漂移。相對位置計算使用加速度計讀數使用本文檔后面所提及的積分技術來完成。在這種情況下，正在被積分的加速度計讀數可以是垂直于泳道的軸線。當游泳者單獨在泳道中時，這個度量更有意義，以查看他們在游泳時自然漂移多少，其是無效率的重要測量。

游泳度量：轉身時間

轉身時間可以通過計算從游泳者開始他們的轉身時到他們蹬開墻壁時的時間來確定。如“分段游時間”部分所討論的，轉身事件具有不同的信號，其可以將其分解為轉身事件開始和轉身事件結束。然后計算轉身時間作為轉身時間結束減去轉身時間開始。

游泳度量：燃燒的卡路里

燃燒的卡路里可以相對于時間與游泳者的年齡、體重和體型而組合基于游泳者的心率來計算。由于與僅僅使用總平均心率和鍛煉時間的大多數心率—卡路里計算相比，相對于時間而記錄游泳者的實況心率，所以該度量可以是相當準確的。

游泳度量：乳酸水平

乳酸水平是對游泳者和教練的重要測量值，但是大多數現有技術是侵入性的，并且需要運動員在他們的鍛煉中間停止以進行閱讀。可以使用用WSU 12測量的關鍵度量來近似實況乳酸水平。需要輸入一些已知的變量以使得該近似成為可能。這些變量可以包括游泳者乳酸鹽閾值、肺容量、年齡、體重和體型中的一些或全部。所計算的實況心率允許計算高于游泳者乳酸閾值的所花費的時間量以及幅度。結合這一點，可以計算游泳者的劃水頻率和每長度的呼吸次數、游泳者乳酸水平或含量。

游泳度量：踢水率

當游泳者在踢水組中正在踢水時，可以確定他們正在踢水的速率或者他們的踢水率。類似于每個游泳類型，每個踢水類型可以具有來自傳感器的其自己的唯一的信號簡檔。這些信號本質上也是振蕩的，并且可以類似于如何計算游泳者劃水頻率來分析。踢水率實際上是在突出事件之后由傳感器測量的振蕩踢水信號的頻率。該計算還允許類似于可以如何計算游泳者劃水計數來計算在給定長度中取得的踢水的數目。踢水組還可以包括在初始校準中。

游泳度量：GPS跟蹤

這種功能性對于鐵人三項運動員或開放水上游泳者可能是最有益的，并且可以用于跟蹤其在開放水域中的游泳以向他們提供速度和位置數據，這些數據可能不再從加速度計獲得，因為他們不在固定泳池系統中。通過設計該單元來感測運動員何時過渡到騎自行車然后跑步，具有這種GPS能力的單元甚至可以用于整個鐵人三項。它可以用于感測所有的游泳功能性，然后繼續感測騎自行車和跑步速度、GPS跟蹤、所采取的步驟以及來自HR監視器的所有生物度量信息。

游泳度量：游泳時間、休息時間、鍛煉時間

在游泳者鍛煉期間，存在持續運行的計時器。該計時器允許將整個鍛煉時間計算為最后一個結束游泳事件減去第一個開始游泳事件。該定時器還允許計算分段游時間和游泳時間。當給定鍛煉中的每個游泳時間被求和時，可以計算鍛煉的總游泳時間。休息所花費的總時間也可以通過總鍛煉時間減去游泳所花費的總時間來計算。

游泳度量：所游距離

由于泳池長度是已知或輸入變量，所以給定鍛煉中的所游距離容易通過給定鍛煉中所游的總長度數乘以泳池的長度來計算。

俯仰、偏航、橫滾

從可穿戴式游泳單元上的陀螺儀(或其它傳感器)獲得的數據可以由系統10用于計算圍繞多個軸線的游泳者角速度。例如，通過使用諸如下文所描述的歐拉方法之類的數值方法對該原始傳感器數據進行積分，可以確定每個軸線的角位置(例如，俯仰、偏航和橫滾)。游泳者頭部的俯仰、偏轉和橫滾可以有益于確定許多游泳度量，并且可以在下文進一步詳細描述。

歐拉方法包括在時間t和t+dt處的兩個連續導數(加速度)的計算。這提供了在t+2*dt處的速度。以相同方式但使用兩個速度找到位置，以便獲得在該間隔內的位置變化。

在示例非限制性示例中，以下步驟可以說明性地描述如何使用陀螺儀數據的積分來獲得四元數：

1)計算計算的時間間隔；

2)計算用于積分的輸入矢量的幅度，然后反轉該矢量；

3)計算用于找到四元數的余弦和正弦項；和

4)使用前向歐拉方法組合前4個四元數值以及新計算的余弦和正弦項來計算4個新的四元數值。

這些步驟僅僅是為了說明的目的而被提供，還可以考慮步驟的變型、省略或替換各個步驟或附加步驟。

可以使用近似，由此旋轉速率在積分步驟時間期間不改變。通過應用該近似，非線性常微分方程(ODE)可以用線性ODE來代替。然后，可以使用方程式來計算新時間的四元數，給定舊時間的四元數以及陀螺儀旋轉速率。

潛在的益處是當計算平方項倒數時，分割的數目被最小化為1。在通常會發生分割的其它情形下，代之以應用平方項倒數的乘法。通過減少可能有用的計算時間，特別是對于不具有浮點單元(FPU)的AVR架構，分割的數目的減少可能是有益的。

線性速度

在示例非限制性示例中，以下步驟可以說明性地描述如何使用加速度計數據的積分來獲得速度：

1)找出單元體上的當前力；

2)基于由體力(body force)設置的幀來設置重力校正(使用稍后所描述的重力校正方法)矢量；

3)確定計算之間的時間步長；和

4)使用簡單的歐拉離散積分來計算每個方向上的速度。

步驟僅為說明性目的而被提供，還可以考慮步驟的變型、省略或替代各種步驟或附加步驟。

可穿戴式游泳單元上的加速度計傳感器可以計算或測量由WSU12、集線器或其它計算設備使用的數據，以計算x、y和z方向中的每一個方向中的線性加速度。首先，該數據可能需要處理以便消除重力對傳感器讀數的影響，因為由于重力的加速度可能致使基于該原始傳感器數據計算的任何數據的不準確性。一旦去除了由于重力的讀數，則可以使用諸如上文所描述的歐拉方法之類的類似的數字方法來對偏移數據進行積分，以便獲得該單元在每個方向上的相對線性速度。然后可以使用類似的數值方法對每個軸線上的線性速度進行積分，以便獲得該單元在每個軸線上的相對位置。

體力由加速度計感測并且可以通過乘以方向余弦矩陣R_jb從體固定幀“b”轉換到慣性幀“i”，該方向余弦矩陣R_jb可以從方位四元數計算。然后，可以將該矢量添加到慣性幀中的重力矢量，其可以是常數(0，0，-g)矢量。

從等式“acceleration＝body_force+gravity”，可以計算慣性幀中的平移加速度。

盡管可以從原始加速度計值獲得WSU 12的相對位置和速度，但是由于誤差的指數累積，在許多現實生活應用中可能面臨挑戰。加速度計傳感器產生模擬測量值，其可能需要被轉換為數字值，以便由計算機使用模數轉換器(ADC)讀取。該轉換產生第一誤差相位，其可能是由于ADC不能無限地對產生采樣誤差的模擬信號進行采樣的事實。下一階段的錯誤可能是由數值方法引起的，這些數值方法本身會產生誤差，因為它們是復雜數學函數的簡化，其允許計算機近似這些函數的結果。因此，當使用數值方法來去除來自原始加速度計數據的重力的影響時，發生下一階段的誤差。下一階段的誤差在第一次積分內以獲得每個軸線上的線性速度。最終誤差階段在第二積分中，其對線性速度進行積分以獲得線性位置。為了獲得這些相對位置讀數，現在已經使用三個誤差水平來計算新數據，其可能使得結果實際上無用。例如，在一行中可以存在三個積分，每個積分可以復合數值積分誤差。這三個積分可以包括：(1)積分陀螺儀數據以確定從加速度計消除重力所需的角度；(2)積分加速度以確定速度；和(3)積分速度以確定位置。

誤差校正

為了解決該誤差并且對其進行校正，可以對應用特定系統進行建模，以便提供邊界以校正誤差并且使“漂移”最小化。因為泳池的長度是固定的(25碼、25米、或50米)，所以因為邊界可以放在位置，因此游泳是一種用于這種建模的很好的運動。該固定長度允許位置誤差偏移每個泳池長度，以便使漂移最小化。速度誤差也可以被校正，因為存在游泳者可以游動多快的自然極限(例如，在0m/s和4m/s之間)，并且游泳者在泳池的每個長度方向上撞擊0速度，因為他們在轉身期間正在改變方向。速度漂移可以進一步最小化，因為每個單元被擁有它的游泳者更多地使用，因為該單元可以開始平均學習每次劃水游泳者可以游泳有多快、以及相比它們的各種度量(諸如劃水頻率和每次劃水的距離)他們通常游泳有多快。除此之外，通過使用泳池的距離除以游泳者的上一圈時間(例如，平均速度)，該單元可以使用歷史數據或甚至使用前一圈的速度作為另一邊界。這些重要的系統邊界允許使用控制理論和諸如反饋環的技術，以便連續地校正系統中的誤差累積。使用諸如卡爾曼濾波器之類的高級預測濾波器技術來進行進一步的誤差校正。卡爾曼濾波器可以用于通過首先估計或預測未來狀態來校正誤差累積和漂移，然后使用所測量的值來更新估計，然后基于所測量的誤差來更新估計技術以使其更精確。這種迭代過程最終導致有效的濾波器技術，其隨著系統改變而適應，并且最終隨時間的推移而導致漂移減少和誤差累積。可以使用磁力計讀數來進行進一步的誤差校正，因為它們提供了精確的指向，利用該指向可以校正重力矢量，利用該矢量可以減小系統的該階段中的誤差。

反饋和附加的加速度計誤差校正函數可以在如下所示的“慣性導航”方法內一起實現。類似于加速度計誤差校正的PID方法假設該系統沒有經歷強加速度。因此，由加速度計感測的體力主要由重力引起，并且沿著Z軸指向。該Z軸可以使用四元數或通過乘以R_ib從體固定幀轉換到慣性幀，類似于重力去除中使用的方法。在慣性幀中的體力被發現，并且在小加速度下，這些體力應該沿著(0,0,1)指向。

當方位漂移時，從體固定幀到慣性幀的變換可能偏移，并且體力可能不沿著(0,0,1)指向，但是可能存在小的誤差項。這是z_error向量。該誤差被積分，然后比例和積分項被加到旋轉速率ω上。該實現方式可能在校正橫滾和俯仰誤差方面有效，但是可能不能校正偏航誤差，因為存在圍繞(0,0,1)軸的旋轉簡并度。可以使用磁力計校正該簡并度，以校正偏航中的漂移。

然而，簡并度可能不是關鍵的，因為可以發現偏航在大多數游泳應用中不是特別重要。

對該方法的潛在改進可以是基于加速度的幅度來調整誤差校正的權重。

可以通過應用慣性導航方法來進行進一步的加速度計誤差校正，其可以包括以下步驟：

1)從加速度計讀取傳感器值；

2)運行簡單積分控制器來處理加速度計偏差漂移；

3)假設隨著時間的推移，加速度應當接近零，并且使用作為反饋的慣性幀中的加速度；

4)傳送信號以調整加速度計的偏置。使用低積分縮放因子以允許高速加速度通過；

5)運行簡單的PID控制器用于漂移校正；

6)使用加速度計確定重力矢量的方向。體力應當指向+Z；

7)使用四元數來確定身體幀中的+Z的方向；

8)對該誤差進行積分；

9)將誤差反饋添加到陀螺儀信號；

10)使用陀螺儀數據來積分方位四元數；

11)使用加速度計數據和方位四元數對速度矢量進行積分；和

12)重置前一時間步長。

步驟僅為說明性目的而被提供，還可以考慮步驟的變型、省略或替代各種步驟或附加步驟。

在一些實施例中，游泳者的加速度可以假定為隨時間的推移大致為零。

該偏置積分可以是與低乘法常數積分的慣性幀中的加速度，其可能潛在地防止其積累太快，并且可以用于去除加速度計的恒定偏置。

在高加速度的周期期間，可以使積分因子取決于加速度的幅度。例如，當加速度的幅度接近1G時，積分的權重可以設置為更高的值，但是當它離開1G時，積分的權重可以設置為更低的值。

游泳度量：劃水簡檔

基于來自他們頭部后面的運動的游泳者劃水簡檔可以通過當他們游泳時隨著時間的推移的原始傳感器數據或者隨著時間的推移的俯仰、偏航和橫滾而被計算和顯示。該簡檔提供了良好的視覺幫助來判斷他們通過水中的位置，并且可以用作隨時間的推移的比較，以查看他們的劃水如何改變、或者可以與其它運動員的劃水或最佳劃水簡檔進行比較以示出他們具有弱點。該劃水簡檔可以疊加在游泳者的視頻的頂部上，其中視頻的時間戳和數據的時間戳被同步，以使游泳者和教練可以使用簡檔和視頻來確定他們哪里具有缺陷。

游泳度量：速度簡檔和動力循環

與游泳者劃水簡檔類似，游泳者線性速度可以隨時間的推移而被顯示，以示出游泳者速度在整個長度上改變多少的視覺表示。當該速度簡檔被疊加在時間戳同步的視頻上時，可以一起使用該簡檔和視頻，以便精確地示出在游泳者劃水中他們正在減慢的位置。這個概念有效地示出了游泳者動力循環，因為視頻可以減慢以精確地示出了在游泳者劃水中他們在什么時候和在哪里正在減慢和變得低效。這個工具可以允許教練和運動員在游泳者劃水中瞄準特定區域，他們需要解決這些區域以變得更有效和更高效的游泳者。

游泳度量：技術效率

WSU 12可以能夠將游泳者的特定技術與“最佳”技術或精英運動員的技術進行比較，并且向他們提供與他們相比的評級。這可以允許游泳者將自己與世界上頂級游泳者的已知技術進行比較。可以使用為游泳者游泳的每次劃水測量的關鍵參數來計算該技術效率分數，并且與精英運動員的關鍵參數進行比較。還可以基于來自大量精英運動員的數據并且將它們的最佳性狀組合成優化和平滑的簡檔和參數集來限定最佳技術。這可能提供更加無偏見的評級，因為即使精英運動員在他們的劃水有缺陷，可能給某人一個高分，只是因為他們模仿那些性狀。技術效率可以針對許多事情進行評級，包括度量直方圖，其示出了每次劃水的不同速度下的游泳者平均表現度量。該直方圖或平均數組將提供一種容易的方式來基于在所有他們的鍛煉中計算的性能度量的跑步平均值來對不同運動員進行比較或排名。

對移動應用的實況反饋

每個WSU 12可以直接地或通過無線集線器與個人或與教練無線地通信。無線通信可以來自內置于WSU 12中的RF單元，其還可以具有內置在單元或條帶中的外部天線，以便當單元被部分地淹沒時(諸如仰泳)解決傳送時的潛在挑戰。

發送到教練的數據可以出現在設備12上的移動應用上，示出了每個期望的游泳者的每個期望的游泳度量，如圖12中的團隊視圖的區片版本示例界面100所示。數據可以以許多方式顯示，包括具有列表視圖(如圖13所示)的界面102、具有區片視圖(如圖12所示)的界面100、或任何其它視圖。教練或用戶可以能夠濾波他們可能想看到的度量，以允許他們最小化顯示的信息量(如果需要的話)。如果教練或用戶可能喜歡看到給定游泳者的趨勢，則他們可以點擊該游泳者以進入更詳細的游泳者視圖，其可以示出游泳者在鍛煉過程中的進展。這還可以可視地在如圖14的界面104所示的圖形中示出游泳者的進展。圖13所示的界面102僅示出了可以由教練基于其對于給定鍛煉的可定制偏好來選擇的幾個度量。例如，一些教練可能只想看到他們的游泳者在給定鍛煉中的實況分段游和心率。除此之外，該應用可以允許教練使用移動設備的視頻能力在任何時間對游泳者進行視頻記錄。視頻可以與鍛煉的時間同步，并且教練可以標記游泳者，以使如果他們希望將其與鍛煉數據一起上傳，則他們的特定度量可以與視頻及時同步以供立即或者隨后在線地評論。

盡管應用16屏幕圖像(例如，界面100，102，104)示出了由教練使用的移動應用16，但是應用16還可以由個體游泳者使用。個人可以將他們的游泳設備連接到應用，并且可以將他們的移動設備放置在他們的泳道的池邊地面上。可以提供防水支架或吸盤座以使其更實用。這可以允許游泳者在他們游泳時看到他們計劃的鍛煉、他們通過鍛煉的進展以及他們的實況表現度量。它也可以選擇記錄他們游泳，因為大多數移動設備配備有前置攝像頭。這可以允許游泳者準確地查看他們如何游泳。移動設備16可以替代地將應用屏幕流傳輸到諸如TV或投影儀之類的外部顯示器上。這可能允許游泳者和/或教練從遠處觀看他們的數據。

對游泳者的實況反饋

在示例性實施例的各種可能的非限制性實現方式中，游泳單元(WSU 12)還可以包含用于游泳者的音頻反饋，其可以是如圖10和圖11所示的標準入耳式耳機形式或骨傳導耳機的形式。音頻反饋可以用作從教練到游泳者的單向通信。音頻反饋還可以被設置為自動向游泳者讀出期望的度量、以及基于所測量的表現和效率提供在本文檔中解釋的技術反饋。可以選擇特定度量以通過選擇移動應用上或單元本身上的期望度量來向游泳者讀出。例如，游泳者可能想在他們的鍛煉期間總是聽到他們的50m分段游，所以該單元可以調出那個時間。例如，“32.1”可以通過耳機說：“三十二點一”。

游泳者單元還可以包含平視顯示器(HUD)，其可以為游泳者提供視覺反饋，示出了如圖15的示例界面106所示的游泳者護目鏡內的期望游泳度量和信息。圖15示出了HUD，其示出了最重要的度量，諸如右上方的心率、右下方的每次劃水的距離、左上方的總游泳時間、以及左下方的前一50m分段游。HUD可以通過使用諸如透明LED技術之類的高分辨率透明屏幕或通過任何其它技術使用護目鏡內與放大鏡組合的小屏幕來完成。透明屏幕可以是清晰的作為標準護目鏡，但是可以在護目鏡的某些位置顯示關鍵游泳度量。透明LED HUD概念及其如何組裝如圖16所示。HUD設備可以具有護目鏡框架120、后鏡片122、透明LED屏幕124和前鏡片126。

護目鏡中的該透明屏幕HUD也可以用作步速系統。游泳者可以將目標時間錄入到移動應用中并且選擇步速系統選項，其可以向游泳者提供護目鏡中的可能看起來是在泳池的底部上的線，并且可以以如圖17的界面130所示的期望目標步速移動。這種行為類似于在電視上顯示的線，示出了在游泳者在比賽時之前的世界紀錄步速。如圖18的界面132所示，當游泳者在游泳期間移動其頭部時，通過使用俯仰、偏航和橫滾值，線可以與泳池底部保持水平。如果它們比步速慢，則線可以從游泳者的角度沿著泳池進一步“移動”，并且如果它們比步速更快，則可以在游泳者后面“移動”。這與戰斗機飛行員頭盔如何工作的方式類似，無論飛行員頭盔的快速運動變化如何，始終給他們示出地平線。

有可能的是，當可能不贊成實況反饋時，游泳者可能想在官方比賽期間使用游泳單元。為了解決這個問題，可以實現競爭版本或模式以關閉所有反饋。

來自設備的度量還可以與諸如智能手表之類的另一設備通信，以在游泳者游泳時提供視覺反饋。WSU 12可以還配備有振動電機以向運動員提供觸覺反饋作為來自教練的蜂鳴器，以獲得游泳者注意或作為由教練或運動員(例如，步速蜂鳴器或針對任何度量目標的警告)限定的特定信號。

自動教練

游泳者單元可以實施使用多個游泳度量及其趨勢的過程和操作，以便確定游泳者技術中的低效率，并且如果需要可以向游泳者提供提示以幫助他們解決那些低效率。可以自動地和動態地生成提示。自動教練功能可以基于其效率的改變或與更“最佳”的游泳者相比而向游泳者提供實況技術反饋。這些提示可以是音頻或視頻形式。這個功能性可能主要針對沒有教練的個人游泳者。

繼續使用數據的教練可以提供關于教練如何與他們的運動員的數據交互以及他們如何對負面趨勢做出反應的信息。這可以轉化為獨自游泳者的自動建議以基于教練對類似趨勢的反應的大數據庫來修改他們的訓練體制。這些建議甚至可以概括建議的平均成功率。

可以基于遠離他們用于每個度量的運行平均值的游泳者偏差(例如，諸如不同速率概念下的度量的直方圖之類的平均值)來提供更多的推薦。

與游泳者的先前游泳模式相比，自動教練通過使用其隨時間的推移所測量的度量可以注意到低效。該單元可以自動確定游泳者是否正在減慢并且將其與他們的其它度量的改變相關聯。例如，如果游泳者減速并且他們的心率和劃水計數也減慢，則他們可能有意減慢并且不可能給出建議。如果游泳者減速并且他們的心率和劃水計數增加，則該單元可以確定游泳者正在變得低效并且可以告訴游泳者“通過延長劃水來提高效率”。另一示例可以是該單元是否感測到游泳者的劃水速率增加，但速率保持不變，并且因為它不增加速率，所以在增加的劃水速率是低效的時候，該單元可以告訴游泳者延長劃水的相同建議。自動教練還可以提供其它基本提示，諸如不呼吸進入或離開墻壁，交替他們的呼吸模式，游泳者是否在泳道中漂移，游泳者是否接近其最大心率等。

媒體播放器

WSU 12可以包括本地存儲器或可移除存儲卡，其可以用于存儲游泳者可以通過音頻耳機收聽的音樂。可穿戴式游泳單元可以具有用于如本文中所提及的和如圖10所見的用于音樂的標準控制的按鈕。音樂功能可以在有教練或沒有教練的情況下使用，但是如果需要，教練可以具有禁用音樂功能的能力。當自動教練功能被游泳者使用時，音樂功能也可以是可用的，但是當自動教練提示被讀取到游泳者時，音樂可以淡出，然后當完成時，音樂可以退回。

鍛煉構建

游泳者單元可以感測不同的游泳劃水、踢水、劃水和鉆、以及每次游泳重復的距離。然后，該單元可以能夠在鍛煉內找到模式，以便將相似的重復分組。這可以將鍛煉構建成類似于游泳者習慣于閱讀它的形式。該功能性對于獨自游泳者特別有用，該獨自游泳者可能想要精確跟蹤他們游動多遠、以及如教練團隊可能具有的能力一樣的他們可能不一定預先計劃鍛煉的能力。然而，因為單元可以感測他們何時完成一組，并且可以甚至通過音頻反饋讀出下一組，所以游泳者可能能夠在鍛煉之前在他們的在線簡檔上建立鍛煉，并且WSU 12的該鍛煉建立功能性可以允許游泳者自動跟隨鍛煉。如果教練或運動員計劃預先構建鍛煉并且將其上傳到應用上，則因為單元可能提前知道游泳者應該依據距離、劃水類型和步速時間來游泳，所以所計劃的鍛煉可以用于進一步的誤差校正。

性能跟蹤和游泳社交網絡的在線簡檔

在鍛煉結束時，“所構建的鍛煉”可以鏈接到每個游泳者的唯一ID，并且如前所提及的，一旦移動設備再次連接到因特網，則可以將其上傳到在線數據庫上。該數據庫可以是在線平臺的后端，其中每個游泳者可以具有他們自己的簡檔，其可以在購買可穿戴式游泳單元時建立。這些在線簡檔可以能夠查找他們的鍛煉、表現以及類似于在圖19的界面134中所示的歷史趨勢。教練可以訪問他們團隊的游泳者中的每個游泳者的數據，以使他們還可以評論每個游泳者的表現和趨勢。可以使用該數據以便跟蹤游泳者在實踐中的表現如何、以及查看某些類型的鍛煉是否直接導致更多的游泳會合數。各種分析工具可以由教練和運動員構建和使用，以便隨時間的推移比較他們的表現和訓練。教練也可以能夠在web應用內標記差的表現或趨勢和評論，以供游泳者查看。

在線平臺還可以用作游泳者的社交網絡或者直接鏈接到其它社交網絡平臺，以便連接游泳者并且提供根據需要發布他們的鍛煉的方法。游泳者可能能夠具有連接到他們的簡檔的“朋友”，其可以允許他們一起計劃鍛煉，即使他們不住在同一個國家。這還可以允許創建在線團隊，其中一組獨自游泳者可以彼此計劃鍛煉并且從遠處有效地一起訓練。這個概念也適用于現有團隊，其中他們可以訪問他們的團隊頁面并且計劃一起鍛煉以及其它團隊事件。游泳者也可以能夠保存他們的鍛煉，并且將它們推薦給他人。這些鍛煉可以公開訪問，并且用戶可以能夠評級他們。這可能會創建游泳“健身銀行”，個別游泳者可以使用它來做他們自己的鍛煉。如果他們不希望他們公開地獲得，則教練可以能夠阻止他們所設計的鍛煉。

目標設置

在線平臺以及移動應用可以允許游泳者和教練進入具有該鍛煉的期望目標的期望鍛煉。該單元可以跟蹤整個鍛煉期間的表現，并且可以顯示或通知教練和/或游泳者他們所實現的地方以及他們未達到那些目標的地方。該單元可以能夠向游泳者提供實況反饋并且告訴他們他們是否開始錯過他們的目標時間或其它度量。這也是在HUD內可以使用步速系統以使游泳者看到他們的目標時間的視覺表示并且給他們“追逐”的東西。

單元競爭&游戲化

這些單元還可以用作游泳者彼此競爭的方式，而不管他們是否在相同的團隊上。來自世界各地的兩個或更多個游泳者可以一起計劃鍛煉、在對于他們而言方便時游泳鍛煉，然后在在線平臺上比較他們的結果。這允許來自世界各地的游泳者彼此競爭或相互訓練，而不需要在同一地方。還可以為鍛煉銀行中的每個鍛煉設置排行榜，其可以顯示來自世界各地的所有已經嘗試過該鍛煉和他們排名的游泳者。

如果多個人同時在泳池中，則還可以一起使用單元。系統可以識別泳池中的其它單元/競爭者，并且可以允許您挑戰他們并且可以實況確定結果。游泳的游戲化可能為獨自游泳增加了一新元素，以保持游泳者有樂趣和娛樂，同時仍然試圖達到他們的目標。如果游泳者的移動設備在他們的泳道中，則這可以更好地工作，所以他們可以看到誰在泳池中“在線”，并且挑戰他們或一起訓練。他們可以在同一泳道中，并且簡單地添加用于在彼此之間留出時間的間隔。

其它可穿戴式傳感器

類似的傳感器單元也可以放置在游泳者的泳衣上或游泳者的泳衣內，以便收集進一步的信息和游泳度量，諸如踢水率、身體角度等。泳衣上或泳衣內的傳感器可以能夠與游泳者頭上的游泳者單元通信以收集更多的數據。這些單元可以與整個系統集成并且將數據實況發送給教練或獨自游泳者移動設備。這些傳感器甚至可以超過游泳者的泳衣、泳帽和護目鏡，最終成為身體部位的帶傳感器以跟蹤水中的整個游泳者運動。

實施例可以提供由包括顯示器和至少一個生物信號測量傳感器的可穿戴式計算設備12執行的方法，包括：使用至少一個生物信號測量傳感器從用戶獲取至少一個生物信號測量值；按照與用戶相關聯的簡檔來處理至少一個生物信號測量值；確定經處理的至少一個生物信號測量值與預先限定的顯示控制動作之間的對應關系；并且按照對應關系，修改顯示在顯示器上的圖像。可選地，顯示器可以是可穿戴式計算設備12本身的一部分，或者它可以被提供在連接到可穿戴式計算設備或以其它方式與可穿戴式計算設備通信的單獨的計算設備上。單獨的計算設備還可以是由用戶穿戴的可穿戴式設備。生物信號測量傳感器是示例傳感器。其它示例傳感器包括加速度計、陀螺儀等。

在特定方面中，提供了一種可穿戴式計算設備12，其包括相機、顯示器、以及用于對用戶的環境和用戶的生物信號進行采樣的生物信號測量裝置；通過傳感器和用戶輸入來確定用戶的狀態和情景。

在特定方面中，生物信號測量系統可以包括以下各項中的至少一項：(1)與用戶皮膚電接觸的電生物信號傳感器；(2)與用戶皮膚電容接觸的電容式生物信號傳感器；(3)測量用戶血流的特性的血流傳感器；和(4)皮下地放置在用戶皮膚下方的無線通信傳感器。

在另一方面中，可穿戴式計算設備12可以包括至少一個面向用戶的相機，以跟蹤眼睛運動。在特定方面中，可穿戴式計算設備12可以采用類似可穿戴在用戶面部上的眼鏡的形式。可選地，至少一個相機可以被定向為大體上與用戶的視場對準。

在另一方面中，可穿戴式計算設備12可以采用適于放置在或粘附到用戶的頭部或面部的至少一個傳感器的形式。每個傳感器可以可選地通過有線或無線地彼此通信。每個傳感器可以可選地通過有線或無線地與控制器設備通信。控制器設備可以安裝到可穿戴式計算設備12以便駐留在用戶的頭部或面部處或附近。可替代地，控制器設備可以位于用戶身體上的其它地方，諸如在用戶的衣服的包或口袋中。控制器設備還可以設置在用戶身體外的某處。例如，傳感器可以監視用戶，將數據存儲在安裝到可穿戴式計算設備的本地存儲器中，并且一旦移動到控制器設備附近，則可穿戴式計算設備12的傳感器或發射器可以將所存儲的數據傳送到控制器設備用于處理。在該實現方式中，當位于控制器設備附近時，可穿戴式計算設備12可以主要由用戶使用。

其它體育

在本文中詳細列出的概念和方法論可以直接應用于其它運動。更具體地，任何基于比賽的運動，其中存在與比賽的最終結果或后果相關聯的時間或速率。在所有基于比賽的運動中，運動員都有具體的表現度量，他們和他們的教練都在整個訓練和競爭中跟蹤以計量他們的表現績效。在絕大多數情況下，這些度量用秒表手動計算或簡單估計的。在許多運動中，通常還有大量運動員只有一個或兩個教練，其使得幾乎不可能計算每個運動員的所有度量。自然地，由于不可能計算所有度量，所以記錄度量以供將來評論是不可能或不切實際的。這就是這項技術發揮作用。所有基于比賽的運動都可以具有像WSU 12的單元，該單元將自動計算運動者身體上的關鍵表現度量和/或生物度量，并且將其實時傳送到教練的平板電腦。潛在運動的非窮盡列表包括美式足球、澳大利亞足球、棒球、冬季兩項、皮劃艇、越野跑、越野滑雪、速降滑雪、盛裝舞步、耐力騎馬、三項賽、賽馬/障礙跑/跨欄跑、皮劃艇、長曲棍球、馬拉松、山地自行車、現代五項運動、馬球、賽馬、公路自行車運動、賽艇運動、英式橄欖球、帆船、馬術表演跳/狩獵(Hunter)、雪橇運動、單板滑雪、足球、沖浪運動、場地自行車、田徑賽跑/跨欄跑。運動的這個非窮盡列表僅包括戶外運動，因為它們將是使用本文檔中概述的技術和方法論的簡單轉換。游泳是少數室內運動之一，其足夠有限(如在誤差校正部分中所討論的)，以允許準確和一致地測量這些表現度量。

可以為所有戶外運動創建適應性單元，其使用GPS模塊(其可以使用將加速度計、陀螺儀和磁力計組合的傳感器融合技術來提高精確度)計算運動員的位置和速度，并且使用傳感器(諸如GPS、加速度計、陀螺儀、磁力計、生物測定傳感器)來計算運動特定度量。可以使用GSM/3G模塊實現對教練的實時反饋，該GSM/3G模塊將數據從運動員身上的單元直接上傳到云，并且可能通過教練的平板電腦從云下載。這去除了戶外運動范圍的挑戰。該通用單元可以取決于運動被放置在運動者身上的不同位置中。例如，在馬術運動中，該單元可以位于馬上，以允許該單元計算諸如馬步態、跳躍特點和生物度量之類的重要度量。在跑步和跨欄運動中，該單元可以放置在運動員的腳踝上以計算諸如步態、沖擊、生物度量和跳躍特點之類的度量。在自行車比賽中，該單元還可以放置在運動員的腿上以計算諸如旋轉速度和生物度量之類的度量。在賽艇或劃槳運動中，該單元可以放置在運動員的手腕上以計算諸如劃水頻率、每次劃水的距離和生物度量之類的度量。這些僅是來自運動的這個非窮舉列表的一些非窮舉示例，并且絕不限制可以計算的運動的數目或特定度量。這種自適應單元可以包含用于每個運動的類似或相同的硬件，但是可以取決于應用具有不同的外部工業設計來解決給定運動的需要(諸如其如何附接到身體)。將原始傳感器數據轉換為運動特定表現度量的過程將基于應用而改變，但是所有的計算這些表現度量的方法論無論其是數字信號處理、濾波、傳感器融合還是本文檔中所提及的機器學習技術都將在很大程度上保持相同。

系統的其余部分還將包括從云到云和從云到平板電腦的通信，數據庫和應用將具有與每種運動所需的不同的改進(polish)、圖形和用戶界面。

附加技術細節

應當理解，執行指令的本文中所例示的任何模塊或部件可以包括或以其它方式訪問計算機可讀介質，諸如存儲介質、計算機存儲介質、或數據存儲設備(可移除和/或不可移除)，諸如例如，磁盤、光盤、磁帶和其它形式的計算機可讀介質。計算機存儲介質可以包括在用于存儲信息的任何方法或技術中實現的易失性和非易失性、可移除和不可移除介質，諸如計算機可讀指令、數據結構、程序模塊或其它數據。計算機存儲介質的示例包括RAM、ROM、EEPROM、閃存或其它存儲器技術、CD-ROM、數字多功能盤(DVD)、藍光盤或其它光學存儲器、磁帶盒、磁帶、磁盤存儲裝置或其它磁存儲設備、或可以用于存儲所需信息并且可以由應用、模塊或兩者訪問的任何其它介質。任何這樣的計算機存儲介質可以是移動設備、跟蹤模塊、對象跟蹤應用等的一部分，或者是可訪問該部分或可連接到該部分。本文中所描述的任何應用或模塊可以使用可以由這樣的計算機可讀介質存儲或以其它方式保存的計算機可讀/可執行指令來實現。

因此，在不背離本公開的范圍的情況下，本領域技術人員可以對特定實施例實現改變、修改和變化，本公開的范圍僅由所附權利要求限定。

在進一步的方面，本公開提供了用于實現這樣的方法并且實現先前所描述的功能性的系統、設備、方法和計算機程序產品，包括非暫態機器可讀指令集。

盡管已經以具有一定程度的特殊性的示例性形式描述和圖示了本公開，但是應當指出，僅通過示例進行了描述和說明。可以進行構造和組合的細節的許多變化、以及零件和步驟的布置。因此，這樣的改變旨在包括在本發明中，其范圍由權利要求限定。

除了在所描述的過程(包括任何可選的步驟或其部件)內明確陳述或固有的程度之外，不旨在或暗示所需的順序、序列或組合。如相關領域的技術人員應當理解，關于本文中所描述的過程和任何系統、設備等，寬范圍的變化是可能的，并且在各種情況下甚至是有利的。