СИСТЕМА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЙ
MOTION DETECTION SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к системе детектирования движений. Система детектирования движений способна детектировать движение или в общем случае шаблон движений, выполняемых пользователем.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Системы детектирования движений известны в различных вариантах осуществления, в частности известны системы детектирования движений, которые могут детектировать движения или шаблоны движений, выполняемых пользователем, и могут обеспечивать некоторое взаимодействие с пользователем на основе детектированных движений.
Пример такой системы раскрыт в патентной публикации США 7179984 B2, где описана интерфейсная система для исполнения, включающая в себя детектор движений, предусмотренный для движения вместе с исполнителем или пользователем. Известная система дополнительно содержит систему управления для приема данных детектирования, переданных от детектора движений, которая управляет исполнением тона в ответ на полученные данные детектирования. Состояние движения пользователя детектируется посредством датчика детектора движений, и данные детектирования, представляющие детектированное состояние движения, передаются в систему управления. Система управления принимает данные детектирования от детектора движений, анализирует движения пользователя и далее управляет тоновым исполнением, например, музыкального инструмента, в соответствии с проанализированными данными. Известная система главным образом используется для того, чтобы позволить пользователю принять участие в тоновом исполнении, таком как музыкальное произведение, в системе управления. Пользователь может, например, совершить движение рукой в процессе прослушивания музыкального произведения, выполняемого системой управления, при этом такое движение детектируется, и соответствующие данные поступают в систему управления, которая, в свою очередь, управляет одним из предварительно определенных параметров тональности в исполнении музыкального произведения. Это предоставляет возможность интерактивного исполнения музыкального произведения, в частности, неопытным или неквалифицированным исполнителем.
Известная система главным образом рассчитана на то, чтобы позволить пользователю принять участие в исполнении, например, музыкального произведения, даже если пользователь недостаточно квалифицирован. Известная система детектирует и анализирует движения пользователя и генерирует отклик, например, в форме тона, чтобы исключить влияние действительного уровня мастерства пользователя. Система, таким образом, не способна предоставить пользователю какую-либо информацию о его уровне мастерства исполнения.
ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение ставит целью усовершенствование известной системы детектирования движений, так чтобы пользователь принимал обратную связь от системы в отношении его движений или, в более широком смысле, его шаблона движений, так чтобы пользователь мог адаптировать свой шаблон движений, добиваясь большего соответствия с предварительно определенным шаблоном движения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для достижения поставленной выше цели предоставляется система детектирования движений, содержащая датчик, выполненный с возможностью детектирования шаблона движения, выполняемого пользователем, и устройство управления, выполненное с возможностью приема данных движения, представляющих детектированный шаблон движения. Датчик детектирует шаблон движения подвижного объекта, удерживаемого пользователем. Обеспечение объекта, который может держать пользователь, ощущение взаимодействия пользователя с системой увеличивается, что улучшает результаты, полученные системой согласно изобретению. Устройство управления дополнительно выполнено с возможностью сравнения данных детектированного шаблона движения с данными шаблона движения, представляющими предварительно определенный шаблон движения, и определения параметра согласованности, представляющего согласованность между детектированным и предварительно определенным шаблоном движений. Система управления дополнительно выполнена с возможностью управления устройством обратной связи для предоставления пользователю обратной связи на основе определенного параметра согласованности. Таким образом, система детектирования движений предоставляет пользователю обратную связь или информацию о выполняемых им движениях, конкретнее обратную связь, содержащую информацию о том, насколько точно пользователь соответствует предварительно определенному шаблону движения, т.е. о том, каков уровень согласованности между детектированным и предварительно определенным шаблоном движения. Система детектирования движений, способная обеспечивать такую обратную связь, обеспечивает пользователя возможностью привести в соответствие свои движения или свой шаблон движения с предварительно определенным или желаемым шаблоном движения, поскольку обратная связь информирует пользователя о согласованности между шаблоном движения пользователя и желаемым шаблоном. В частности, авторы изобретения пришли к заключению, что путем обеспечения пользователя обратной связью на основе упомянутой согласованности, пользователю становится легко выполнить некоторый шаблон движений, которые по своей природе высокоритмичны. Такие шаблоны движений представляют собой, например, упражнения гимнастики Тай-Чи, игру на музыкальных инструментах или некоторые шаблоны движений, выполнив которые пользователь может достичь состояния повышенной релаксации. Показано (см., например, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9465340), что люди, страдающие болезнью Паркинсона, могут получить значительную пользу, практикуя ритмичные движения, при выполнении некоторых из которых система детектирования движений по настоящему изобретению может оказаться весьма полезной. Устройство обратной связи объединено с объектом, предоставляя пользователю непосредственную обратную связь и делая систему детектирования движений высокомобильной.
Система дополнительно содержит, по меньшей мере, один подвижный объект, что делает систему более гибкой в применении в отношении шаблонов движений, которые могут быть использованы с ее участием. Датчик дополнительно выполнен с возможностью сбора данных взаимосвязи относительно упомянутых подвижных элементов, при этом упомянутые данные взаимосвязи содержат данные, по меньшей мере, одного из: расстояния или шаблона относительного движения между объектами, причем устройство управления дополнительно выполнено с возможностью управления устройством обратной связи на основе данных взаимосвязи. Таким образом, пользователь может быть приведен к желаемому использованию двух или более объектов в отношении друг друга.
В одном варианте осуществления изобретения датчик представляет собой один из: датчик ускорения, датчик положения, датчик скорости и гироскопический датчик. Каждый из таких датчиков предоставляет данные, из которых можно вывести шаблон движения.
В одном варианте осуществления изобретения датчик представляет собой датчик ускорения, детектирующий ускорение движения, выполняемого пользователем в, по меньшей мере, одном направлении. Датчик ускорения в особенности пригоден для предоставления данных о том, является ли шаблон движения ритмическим и/или плавным.
В одном варианте осуществления изобретения датчик представляет собой датчик ускорения, детектирующий ускорение движения, выполняемого пользователем в, по меньшей мере, двух направлениях, при этом устройство управления выполнено с возможностью определения среднего значения ускорения, усредняя ускорения в упомянутых направлениях. Это обеспечивает повышение точности детектирования шаблона движений.
В одном варианте осуществления изобретения датчик объединен с объектом, так что датчик самым непосредственным образом и с высокой точностью может детектировать шаблон движений, выполняемых пользователем.
В одном варианте осуществления изобретения устройство управления содержит электронную память для хранения данных заданного шаблона движений. Это позволяет перепрограммировать систему и/или хранить множество предварительно определенных шаблонов движений, что повышает гибкость системы в применении.
В одном варианте осуществления изобретения устройство обратной связи выполнено с возможностью предоставления пользователю обратной связи в виде, по меньшей мере, одного из: света, звука, вибрации, температуры или любого их сочетания. Такие формы обратной связи легко распознаются пользователем и могут применяться для создания так называемой параметрической анимации обратной связи, при этом более хаотичная анимация говорит о низком уровне согласованности, а «упорядоченная» анимация свидетельствует о высоком уровне согласованности.
В одном варианте осуществления изобретения система дополнительно содержит средство передачи для беспроводной передачи данных обратной связи на устройство обратной связи, так что между устройством управления и устройством обратной связи не требуется физического соединения, что повышает гибкость системы в применении.
В одном варианте осуществления изобретения система дополнительно содержит дополнительный датчик, выполненный с возможностью измерения физических данных, относящихся к пользователю, в частности дополнительный датчик выполнен с возможностью измерения, по меньшей мере, одного из: сердечного ритма пользователя, температуры тела пользователя, кровяного давления пользователя и импеданса кожи пользователя, при этом устройство управления дополнительно выполнено с возможностью приема и анализа измеренных физических данных и подачи данных обратной связи, основанных на измеренных физических данных, в устройство обратной связи. Это улучшает обратную связь, предоставляемую пользователю, и позволяет дополнительно осуществить «тонкую настойку» обратной связи, в особенности, если шаблон движений является частью упражнения по релаксации или медитации.
В одном варианте осуществления изобретения устройство обратной связи содержит некоторое число световых источников, в частности светоизлучающих диодов (LED), выполненных с возможностью излучения света, и/или содержит устройство вибрации. Использование LED и/или вибрации обеспечит пользователя четко детектируемой обратной связью.
В одном варианте осуществления изобретения упомянутые объекты представляют собой сферические объекты и могут удерживаться на ладони пользователя, а также двигаться пользователем одновременно, при этом, по меньшей мере, один из объектов содержит датчик для детектирования шаблона движения и содержит устройство обратной связи. Такая конфигурация позволяет пользователю использовать такие объекты как китайские шары для медитации. Авторы изобретения обнаружили, что использование таких шаров для медитации может способствовать достижению уровня концентрации, необходимого для эффективной медитации. Достижение такого требуемого уровня концентрации, а также релаксации оказывается сложной задачей, в особенности для новичков. Наличие обратной связи в процессе применения пользователем шаров для медитации облегчит достижение необходимой концентрации и релаксации. Кроме того, используя шары для медитации согласно изобретению, пользователь сможет лучше контролировать свое дыхание и частоту сердечных сокращений, а также улучшит подвижность пальцев.
В одном варианте осуществления изобретения оба сферических объекта содержат некоторое число световых источников, в частности светоизлучающих диодов (LED), выполненных с возможностью излучения света, и/или содержат устройство вибрации, так что пользователю предоставлена обратная связь в непосредственном виде.
В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один из упомянутых сферических объектов снабжен средством приведения в действие, выполненным с возможностью воздействия, по меньшей мере, на один дополнительный сферический объект под контролем устройства управления. Это может создать дополнительное движение объектов, так что становится возможным конкретно тренировать подвижность и/или чувство сбалансированности рук пользователя. Такое средство приведения в действие может содержать гироскопические устройства или магнитные устройства, выполненные с возможностью воздействия на другой объект.
В одном варианте осуществления изобретения датчик, устройство управления и устройство обратной связи функционируют в режиме реального времени, так что пользователь получает непосредственную обратную связь относительно шаблона движений.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Дальнейшие предпочтительные варианты осуществления системы детектирования движений согласно изобретению приведены в формуле изобретения и последующем описании со ссылками на чертежи, где
на Фигуре 1 схематично показана система детектирования движений по первому варианту осуществления, а также
на Фигуре 2 показано изображение системы детектирования движений, содержащей шары для медитации, помещенные на базовую станцию.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ
На Фигуре 1 схематично показан первый вариант осуществления системы 100 детектирования движений согласно настоящему изобретению. Изобретение, реализованное в первом варианте осуществления на Фигуре 1, будет разъяснено с использованием примера, в котором система 100 детектирования движений представляет собой устройство для содействия в медитации, которое помогает контролировать дыхание и частоту сердечных сокращений, а также развивает подвижность пальцев пользователя системы согласно изобретению. Конкретнее, в примере на Фигуре 1 система или устройство 100 основана на использовании двух сферических объектов, так называемые китайские шары для медитации. Таким образом, система 100 содержит первый объект, или первый шар 102, а также второй объект, или второй шар 104.
Пользователь может удерживать оба шара 102, 104 в одной руке и, используя пальцы, перемещать шары 102, 104, так чтобы они вращались вокруг воображаемой оси, по существу, перпендикулярной ладони пользователя. Это схоже с типичным упражнением, выполняемым с традиционными китайскими шарами для медитации. Известно, что путем повторения шаблона движения вращения шаров 102, 104 пользователю оказывается содействие в достижении концентрации, необходимой для эффективной медитации. Кроме того, с использованием шаров для медитации можно достичь некоторого состояния релаксации, при котором частота сокращений сердца пользователя уменьшается, а дыхание становится более спокойным. Для того чтобы повысить эффективность обыкновенных шаров для медитации, шары 102, 104 являются частью системы 100 детектирования движений.
Система 100 детектирования движений содержит датчик 106, выполненный с возможностью детектирования движения или шаблона движения, выполняемого пользователем. В примере на Фигуре 1 датчик 106 установлен в шаре 102 и может непосредственно детектировать любое движение, которое претерпевает шар 102. Датчик 106 может, например, представлять собой датчик ускорения, способный детектировать ускорение в одном, двух или более направлениях. Чем большее количество направлений может охватывать датчик ускорения, тем точнее детектируется шаблон движений. В рамках примера на Фигуре 1 термин «шаблон движений» означает взаимное вращательное движение шаров 102, 104. Возможно также использование датчиков других типов, например датчиков положения или датчиков скорости. Следует отметить, что существует возможность использования датчиков, расположенных вне шара 102, способных детектировать шаблон его движений. В этом случае шар 102 должен быть снабжен, например, RFID-меткой, так чтобы датчик мог принимать сигнал от RFID-метки.
Система 100 детектирования движений дополнительно содержит устройство 108 управления, такое как микропроцессор, выполненное с возможностью приема данных движения, представляющих детектированный шаблон движения. Устройство 108 управления оборудовано электронной памятью, используемой для хранения заданных шаблонов движения. Такие предварительно определенные шаблоны движения представляют собой, например, шаблоны для релаксации, которые могут выполняться с шарами 102, 104 с целью достижения пользователем некоторого состояния релаксации или концентрации. Устройство 108 управления дополнительно выполнено с возможностью сравнения данных детектированного шаблона движений с данными шаблона движений, представляющими предварительно определенный шаблон движения, и определения параметра согласованности, представляющего согласованность между детектированным и предварительно определенным шаблоном движений. Чем лучше согласованность между детектированным шаблоном движений и предварительно определенным шаблоном движений, тем лучше пользователь выполняет требуемый шаблон движений. На основе параметра согласованности устройство 108 управления дополнительно выполнено с возможностью управления устройством 110 обратной связи, способным предоставить пользователю обратную связь, информируя о том, насколько успешны его попытки копировать желаемый шаблон движений. Устройство 110 обратной связи может предоставлять обратную связь в той форме, которая будет воспринята пользователем, например в форме света, звука, вибрации, температуры или любого их сочетания, для чего могут обеспечиваться соответствующие эмиттеры.
В примере на Фигуре 1 пользователь, приводящий шары 102, 104 во вращение, может достичь некоторого состояния релаксации, при котором, например, частота сокращений сердца снижается и становится более ровной, если шары непрерывно вращаются. Его попытки достичь такого шаблона непрерывных движений шаров 102, 104 детектируются датчиком 106 и сравниваются с желаемым (предварительно определенным) шаблоном движений посредством средства 108 управления. Поначалу шаблон движений будет отличаться от желаемого шаблона, а сигнал обратной связи будет хаотичным и неупорядоченным. Это проинформирует пользователя, что его действия не согласуются с желаемым шаблоном. Когда шаблон движений, выполняемых пользователем, соответствует желаемому шаблону движений, сигнал обратной связи становится более структурированным и упорядоченным.
Например, если используется обратная связь в виде вибрации, устройство 110 обратной связи содержит вибратор 112, например, такой как обычно используется в мобильных телефонах. Восприятие вибрации приведет пользователя к желаемому шаблону движений, при этом шаблон ритмичных вибраций свидетельствует о близком соответствии предварительно определенному шаблону движений. Предпочтительный метод предоставления обратной связи пользователю реализуется посредством света, при этом шар 102, например, обеспечивается некоторым количеством LED 122, которые, будучи активированы, видны снаружи. Светоизлучающие диоды активируются под управлением устройства 108 управления и, точно так же, как говорилось ранее, способны создать световой шаблон, указывающий на то, насколько движения пользователя близко соответствуют желаемому шаблону движений.
Следует отметить, что для обеспечения работоспособности шара 102 он снабжен батареей 114, предпочтительно перезаряжаемой батареей. Кроме того, обеспечивается базовая станция 116, содержащая корпус с зарядным устройством 118, который используется в качестве стойки или контейнера для тренировочных шаров 102, 104, когда они не используются. Закончив, пользователь просто помещает шары 102, 104 на зарядное устройство 118, и шары автоматически перезарядятся для следующего использования.
В альтернативном варианте осуществления датчик 106 может быть дополнительно выполнен с возможностью воспринимать аспекты взаимосвязи между первым шаром 102 и вторым шаром 104. Другими словами, осуществлять сбор данных взаимосвязи относительно объектов. Устройство 108 управления выполнено с возможностью управления устройством 110 обратной связи также на основе данных взаимосвязи.
Взаимосвязь между первым шаром 102 и вторым шаром 104 может восприниматься, например, путем использования датчика 106 в первом шаре либо дополнительного специализированного датчика и RFID-метки 120 на втором шаре. Таким образом, данные взаимосвязи, такие как соответствующее расстояние, скорость вращения, а также последовательность любого относительного движения шаров в отношении друг друга, могут детектироваться. Эта информация далее может быть использована устройством 108 управления для управления устройством 110 обратной связи, так чтобы привести пользователя к желаемому пути использования обоих шаров.
В следующем варианте осуществления согласно изобретению устройство 100 детектирования движений, а также, как в примере на Фигуре 1, шар 102, обеспечивается устройством 124 передачи, таким как радио, выполненным с возможностью передачи данных в отношении использования шаров на внешнее устройство, например, такое как световой источник 126, обеспеченное соответствующим приемным оборудованием и которое способно управлять световым окружением пользователя, так чтобы усилить восприятие окружающей среды, при использовании системы 100 детектирования движений. В примере на Фигуре 1 внешнее устройство представляет собой базовую станцию 116, которая содержит световой источник 126. Кроме того, внешнее устройство может представлять собой звуковую систему, содержащую, например, персональные устройства, например головной телефон.
Помимо этого, данный вариант осуществления может также использоваться в качестве обучающего оборудования, когда опытный человек или учитель будет использовать шары для медитации или другие объекты с целью создания управляемого восприятия окружающей среды, которому другие должны следовать. Шары для медитации других пользователей могут предоставить индивидуальную обратную связь по исполнению в отношении исполнения учителем, и навыки группы могут быть повышены.
В еще одном варианте осуществления изобретения второй шар 104 для медитации может быть также обеспечен устройством обратной связи той же конструкции, что и устройство обратной связи первого шара 102, при этом устройство обратной связи второго шара 104 также управляется устройством 108 управления. Таким образом, шаблон или анимация обратной связи, где используются, например, LED, могут формироваться шаблонами света, излучаемого обоими шарами 102, 104 для медитации. Опять же упорядоченный шаблон будет указывать на высокую согласованность между детектированным шаблоном движений и предварительно определенным шаблоном движений.
В дополнение к вышесказанному, датчик, кроме того, может быть выполнен с возможностью измерения (жизненно важных) сигналов пользователя, или для этого может быть предоставлен дополнительный датчик. В частности, такой датчик выполнен с возможностью измерения, по меньшей мере одного из: сердечного ритма пользователя, температуры тела пользователя, кровяного давления пользователя и импеданса кожи пользователя. Данные, измеренные датчиком, могут подаваться на устройство управления, которое анализирует измеренные данные, и подает данные обратной связи, основанные на измеренных физических данных, на устройство обратной связи для осуществления «тонкой настойки» обратной связи, принимаемой пользователем.
В еще одном дополнительном варианте осуществления системы по настоящему изобретению в шары для упражнений могут быть встроены аттенюаторы, способные придать некоторое движение шарам, так чтобы особым образом тренировать подвижность кистей рук пользователя либо их чувство сбалансированности. Такие аттенюаторы могут включать в себя, например, гироскопические устройства или магнитные устройства, которые могут служить для воздействия одного шара для упражнений на другой шар.
На Фигуре 2 представлено изображение устройства 100 для детектирования движений, на котором можно видеть, что первый шар 102 для медитации и второй шар 104 для медитации помещены на базовую станцию 116.
В качестве альтернативы вышесказанному, причем это альтернативное решение не показано на Фигурах, предлагается использовать вариант осуществления, содержащий вибратор. Прежде чем воспользоваться шарами для медитации, пользователь производит глубокий вдох и медленно выдыхает, нажимая на кнопку возврата в исходное положение, обеспеченную на базовой станции, до конца выдоха, чтобы начать новый цикл применения. Продолжительность выдоха регистрируется устройством управления посредством датчика и таймера. Далее пользователь берет в руку два шара для упражнений и те начинают вибрировать в повторяющемся цикле с использованием вибратора. Частота вибраций плавно возрастает, пока не достигнет своего пика, и далее плавно снижается. Продолжительность каждого полного цикла по времени в один-два раза превышает время продолжительности выдоха, которое было ранее зарегистрировано. Ощущение вибрации и ритм создают успокаивающий эффект и мягко подводят пользователя к повторению глубокого вдоха ритмическим образом. Посредством повторения дыхательных упражнений и фокусирования на циклах вибрации пользователю оказывается содействие в достижении концентрации, необходимой для эффективной медитации. Одно из преимуществ плавного цикла вибрации заключается в том, что момент начала упражнения не является существенно важным, если пользователь задает исходную точку и далее постоянно ее придерживается.
Настоящее изобретение было описано посредством примера, в котором система детектирования движений содержит шары для медитации в качестве объектов, подверженных пользователем системы определенному шаблону движений. Следует понимать, что данный пример никоим образом не предполагает ограничения объема изобретения. На самом деле идея изобретения, лежащая в основе изобретения, может быть использована значительно шире, чем только в рамках представленного примера.
Вообще детектирование шаблонов движений, выполняемых пользователем, и предоставление пользователю обратной связи на уровне согласованности между этими шаблонами движений и желаемыми шаблонами движений может применяться во многих областях. Такие области применения - это, например, области искусства исполнения, такие как музыка и танцы, гимнастика Тай-Чи и йога, и даже боевые искусства. Можно также ожидать применения в спорте, где, например, движения с ракеткой и т.п. могут детектироваться и сравниваться с желаемыми шаблонами. Во всех из этих областей шаблоны движений должны выполняться в некоторой желаемой манере, и наличие непосредственной обратной связи в отношении исполнения пользователем существенно поможет пользователю повысить свое мастерство.