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Adult male lunging with dumbbell weights. Exercising in front of a Tempo Studio 'smart' home gym system.
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      3D飞行时间技术助力TEMPO个性化居家健身锻炼


      新冠疫情期间,人们为保持安全和健康而进行自我隔离,减少了诸多形式的社会接触,其中便包括健身房锻炼。对于部分人士而言,避免外出健身意味着运动量减少,进而导致体重上升、整体健康水平下降。

      技术、创新、消费者需求加之市场空白,为家庭健身房创造了巨大的需求和市场机遇。家庭健身房旨在帮助人们保持健康并降低体重,然而鉴于人类是社会性生物,许多人士仍然向往一对一互动,并期望获得个性化指导与激励。

      Tempo意识到了人们对个性化锻炼与指导的需求,着手开发首个内置私人教练的家庭健身房——Tempo Studio。完备的健身系统需要3D飞行时间(ToF)深度识别技术,以测量目标的位置并跟踪其快速活动。为了应对这一挑战,Tempo与健身科学家、生理学博士和认证私人教练展开合作,提供AI个人指导、实时反馈以及量身定制的锻炼计划与项目。

      Tempo携手ADI公司,借助ADI的高分辨率100万像素深度测量ToF技术,实现愈加出色的目标位置跟踪。高精度、低延迟的解决方案能够加强反馈,为全球健身爱好者提供更为有效的锻炼方式。

      概览

      公司

      Tempo秉持“自我锻炼改变生活”的理念,致力通过日益发展的AI先进技术产品重新定义居家健身行业,并为更多居家用户带来有效的结果驱动模式。

      应用

      3D Tempo Vision™利用ADI旗下的行业前沿ToF技术系统和传感器,实现AI个人锻炼指导、实时表单反馈以及经由互联网提供的定制锻炼计划。

      挑战

      面向市场推出3D、高分辨率、高帧率、个性化居家健康和健身系统。该系统的深度测量及精度均有所提升,能够测量并跟踪锻炼者的位置和快速活动,同时价格应当经济实惠。

      目标

      构造安全便利的私人教练系统,提供明确的健身指导和纠正措施,从而改善并维持居家拳击手、冥想练习者、力量训练者及瑜伽爱好者的健康状态。

      机遇

      Person working out using barbell weights in front of a Tempo home gym system.

      TEMPO进军健身行业

      Tempo初期以个性化健身房锻炼系统入驻健身行业,随后推出居家健身产品。在健康专业人士以及滑雪名将林赛·沃恩(Lyndsey Vonn)等运动员中建立良好口碑之后,Tempo与科技巨擘微软公司达成合作,以利用微软旗下的Kinect相机平台。

      微软Kinect属于成品RGB相机,能够利用ToF红外投影仪和检测器进行运动感测与深度测量。然而,Kinect的设计初衷并非大规模生产,也并不意在将深度相机嵌入其他系统。因此,Tempo需要一种具备高效系统集成能力的新型优化设计。

      790亿美元*
      2026年线上健身市场预期规模增长。

      *The Business Research Company《2022年线上/虚拟健身全球市场报告》(Online/Virtual Fitness Global Market Report 2022)

      ADI增强成像和解译高级总监Tony Zarola表示:“微软经授权使用ADI的飞行时间核心技术,以帮助在Kinect平台之外扩展3D图像传感。”微软期望打造更多可利用其Azure云服务的3D相机,从而推动业务增长。

      Tempo转而替换Kinect,开发其下一代健身解决方案。Tempo基于ADI公司ToF基础技术开发自身的3D相机,其具有高分辨率100万像素深度传感。

      合作

      自2019年以来,ADI公司持续以领域及技术专长为Tempo工厂提供支持。Tempo原本计划建造自身的ToF模块,然而在与ADI公司ToF团队达成合作后,Tempo决定使用ADI旗下荣获2023年CES创新奖的ADTF3175 ToF模块,从而降低系统的尺寸、功耗以及复杂程度,同时保持Kinect的相关性能。

      Diagram of Tempo Smart home gym and Time of Flight technology.

      Tempo硬件副总裁Kailash Hiremath表示:“我们感谢ADI在产品开发过程中所提供的技术专长及支持。凭借ADI公司的先进技术,我们得以将下一代Tempo 3D Vision推向市场,为客户营造市场前沿的健身体验。”

      挑战

      Tempo个性化健身锻炼解决方案需要能够跟踪并区分下列基本要素。

      • 器材和个人与ToF相机的距离
      • 锻炼者的准确位置和快速活动(手臂、腿部、躯干、头部)
      • 健身器材的准确位置和快速活动

      其中,确定距离是首要任务。

      飞行时间基础原理:测量距离

      ToF相机向对象发射光束,并以传感器接收反弹的光束,以此方法测算距离。随后,ToF相机测量光束发射与传感器接收反射光之间的时间延迟。这个过程类似于使用声波测量距离的超声波技术,以及使用无线电测量距离的雷达技术。ToF相机能够生成高分辨率深度图,其精密的深度准确性和空间分辨率与RGB相机颇为相似。虽然雷达的探测距离更远,但ToF技术的准确性与分辨率均更胜一筹。

      Animation of Tempo time of flight technology tracking and feedback for exercise workouts.
      3D Tempo Vision在健身场景中跟踪“智能重量”和目标。AI和3D传感器将对用户的姿态进行跟踪,并在锻炼期间提供相应反馈。

      快速、准确且详细的飞行时间检测

      Tempo需要高精度测距和快速生成详细信息的能力,从而追踪多数时间都在移动的小巧器材,并实时精准地明确器材位置。ADI公司3D ToF技术具备高分辨率、低延迟、高帧率、宽视野和扩展深度的特性,得以满足Tempo的上述需求。

      High Resolution Icon

      高分辨率

      ADI公司CMOS成像芯片能够生成无可比拟的百万像素分辨率锻炼场景,进而提供锋利边缘、不同元素之间的清晰分辨以及丰富的深度信息,以确定杠铃等器材位置以及用户双手相对于身体其他部位的位置。高分辨率实现精细化细节水平,使AI教练得以确定用户是否恰当锻炼。

      Depth Processing Icon

      深度处理

      在场景中创建深度有两种方式。其一是借助软件,其二则是通过采样。Tempo起初使用前者完成任务,但却发现其在软件中运行深度计算时,功耗、低延迟和高帧率均受到了影响。随后,他们利用ADI公司的新型技术,通过芯片采样进行深度计算。ADSD3500组件显著降低了系统功耗,使客户能够实现低延迟高帧率操作。

      3D Camera Icon.

      3D相机

      ADI公司的3D连续波(CW) CMOS ToF相机提供了当前市场上性能理想的解决方案,即使在具有高反射表面和移动物体的大型空间中,仍能提供精准可靠的深度信息。

      High frame rate- 40 frames per second icon.

      高帧率

      ToF技术能够实现每秒40帧的帧率。高帧率与Tempo的容量相符,当用户在场景中移动时,其有助于消除模糊并精准定位各种元素的位置。

      高性能3D飞行时间为何至关重要

      如果ToF系统功能较弱、分辨率及帧率较低,则由于运动速度影响,用户可能无法看到健身器材或其位置。与此同时,部分系统的探测距离有限,致使用户与相机的间距也可能成为影响因素。

      Person holding a Yoga pose while following a trainer on the Tempo Home Gym System's monitor screen.

      更为智能的家庭健身房

      该设备是一款屡获殊荣的独立设计,汇集了硬件、软件和内容流传输,配备沉浸式42英寸高清触摸屏显示器,以及优质配重砝码和健身器材。


      “我们正将另一种人类感官融入健身,那正是视觉!”

      Tempo


      使用Tempo系统,内置虚拟教练能够识别用户姿态,并对此进行跟踪和分析,从而帮助用户实时调整锻炼姿态。Tempo借助AI技术了解用户的身体和目标,提供个性化的体重建议,并提供指导以助力快速进步。Tempo智能健身房中的每节课均内置AI锻炼方案,其他健身房在此方面无法相比。

      People working out with Tempo's smart home gym system.

      Kailash Hiremath指出:“Tempo是首个且仅有的可跟踪用户运动、计算重复次数并改善肢体体态的居家健身系统。Tempo配备3D传感器和AI技术,能够为用户提供指导和个性化反馈,同时制定更丰富、更有效、更安全的锻炼方案。每位人士的健康之路各不相同,我们产品的核心就在于个性化反馈。”

      “ADI凭借其性能领先的飞行时间技术帮助我们重新定义了家庭个性化健身行业,使我们的3D Tempo Vision为我们的工作室产品提供动力。”

      硬件副总裁

      推动行业发展

      正如十九世纪时蒸汽机催化工业革命,如今ToF和AI技术正在推进并重新定义全球的诸多行业。

      ToF传感技术现可见于制造业之中,包括用于自主制造的导航系统,以及用于质量检测的工业机器视觉。此外,ToF逐渐成为消费电子设备的重要组成部分,例如增强现实(AR)和虚拟现实(VR)头戴式设备、具备前沿拍照和安全功能的智能手机等。座舱ToF汽车系统正处于设计开发阶段,将用于监控车内所有人员的位置和状态,并帮助驾驶员通过简单的手势控制车内温度。ToF救生应用现已渗透至医疗健康领域,医院及诊所能够借此远程监测婴儿呼吸或保持社交距离,从而助力挽救生命并维持健康。

      ADI公司引导ToF和AI技术创新,为Tempo等前瞻公司提供高性能3D ToF相机。该相机具有100万像素分辨率CMOS成像器、基于软件和硬件的深度计算与处理、激光驱动器以及电源管理。与此同时,ADI公司提供3D ToF平台工具及套件,用于软件及算法开发和原型制作(EVAL-ADTF3175D-NXZ),从而加快评估与实施速度。