球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于动作检测技术领域，公开了一种球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法及系统，通过分别对测试者和示范者在鱼跃救球动作中的肢体动作进行特征提取，并采用曲线段的方式进行抽象描述；再结合助跑救球阶段、跃出腾空阶段和落地缓冲阶段过程中的技术要点，在测试者和示范者的动作特征曲线段上划分相应的特征检测区域，采用二次匹配的方式对测试者的动作曲线与示范者的动作曲线进行特征匹配，从而实现对测试者在做鱼跃救球动作时动作是否标准进行检测。作是否标准进行检测。作是否标准进行检测。

【技术实现步骤摘要】
球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及动作检测
，具体而言，涉及一种球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法及系统。

技术介绍

[0002]由鱼跃救球动作的技术特点可以看出，该动作在一定程度上增加了运动员的关节负荷，特别是在落地缓冲阶段，由身体重量和重力加速度的作用下，地面反作用力增大了对运动员上肢关节的负荷，一旦在鱼跃救球过程中出现动作变形将导致运动员受伤。因此，针对于排球运动中的鱼跃救球动作，对运动员在训练过程中的动作标准性进行检测十分必要，有助于对运动员进行训练指导，帮助运动员纠正不规范动作，减小运动员在运动过程中的受伤概率。
[0003]现有的针对鱼跃救球动作标准性的检测是通过采集运动员的肌电参数，通过肌电参数对相关肌群进行生物力学检测，分析出运动员在鱼跃救球过程中的动作特征，根据动作特征分析其动作的标准性。现有技术提供的分析方法需要依据大量的生物力学数据，对数据精度要求较高，且数据分析方法复杂。
[0004]有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：现有的关于鱼跃救球动作标准性的检测方法需要依据大量的生物力学数据，对数据精度要求较高，且数据分析方法复杂。目的在于提供一球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法及系统，通过分别对测试者和示范者在鱼跃救球动作中的肢体动作进行特征提取，并采用曲线段的方式进行抽象描述；再结合助跑救球阶段、跃出腾空阶段和落地缓冲阶段过程中的技术要点，在测试者和示范者的动作特征曲线段上划分相应的特征检测区域，采用二次匹配的方式对测试者的动作曲线与示范者的动作曲线进行特征匹配，从而无需基于大量的检测数据和复杂的分析模型，可实现对测试者在做鱼跃救球动作时动作是否标准进行检测。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：一方面，本专利技术提供一种球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法，包括以下步骤：获取测试者和多名示范者在鱼跃救球全过程中的三维运动图像；逐帧解析每个三维运动图像，得到测试者的动作曲线集合A和每名示范者的动作曲线集合B
m
，m=1,2,...,M，M表示示范者人数；将动作曲线集合A与每个动作曲线集合B
m
初次匹配，得到最近似动作曲线集合E；S1：在助跑救球阶段的每条动作曲线A
n
上标记特征线段L
11
，特征线段L
11
包含第一胸椎至第五腰椎、髋关节、膝关节和踝关节，在特征线段L
11
上将动作曲线A
n
与对应的动作曲线E
n
二次匹配，若匹配成功，则执行S2，否则判定动作不标准；n=1,2,
…
,N，N表示测试者的三维运动图像帧数；S2：在跃出腾空阶段的每条动作曲线A
n
上标记特征线段L
21
、L
22
、L
23
和L
24
；特征线段L
21
包含寰锥至第七颈椎，特征线段L
22
包含第一胸椎至第十二胸椎，特征线段
L
23
包含第五腰椎、髋关节和膝关节，特征线段L
24
包含中指远节指骨、腕关节、肘关节、肩关节和第一胸椎；分别在特征线段L
21
、L
22
、L
23
和L
24
上将动作曲线A
n
与对应的动作曲线E
n
二次匹配；若均匹配成功，则执行S3，否则判定动作不标准；S3：在落地缓冲阶段的每条动作曲线A
n
上标记特征线段L
31
，特征线段L
31
包含中指远节指骨、腕关节、肘关节、肩关节和第一胸椎；在特征线段L
31
上将动作曲线A
n
与对应的动作曲线E
n
二次匹配；若匹配成功，则判定动作标准，否则，判定动作不标准。
[0007]另一方面，本专利技术提供一种球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测系统，包括：图像采集模块，用于获取测试者和多名示范者在鱼跃救球全过程中的三维运动图像；图像解析模块，用于逐帧解析每个三维运动图像，得到测试者的动作曲线集合A和每名示范者的动作曲线集合B
m
，m=1,2,...,M，M表示示范者人数；第一匹配模块，用于将动作曲线集合A与每个动作曲线集合B
m
初次匹配，得到最近似动作曲线集合E；图像标记模块，用于在助跑救球阶段的每条动作曲线A
n
上标记特征线段L
11
，特征线段L
11
包含第一胸椎至第五腰椎、髋关节、膝关节和踝关节；在跃出腾空阶段的每条动作曲线A
n
上标记特征线段L
21
、L
22
、L
23
和L
24
；特征线段L
21
包含寰锥至第七颈椎，特征线段L
22
包含第一胸椎至第十二胸椎，特征线段L
23
包含第五腰椎、髋关节和膝关节，特征线段L
24
包含中指远节指骨、腕关节、肘关节、肩关节和第一胸椎；在落地缓冲阶段的每条动作曲线A
n
上标记特征线段L
31
，特征线段L
31
包含中指远节指骨、腕关节、肘关节、肩关节和第一胸椎；第二匹配模块，用于在特征线段L
11
上将动作曲线A
n
与对应的动作曲线E
n
二次匹配，分别在特征线段L
21
、L
22
、L
23
和L
24
上将动作曲线A
n
与对应的动作曲线E
n
二次匹配，在特征线段L
31
上将动作曲线A
n
与对应的动作曲线E
n
二次匹配；n=1,2,
…
,N，N表示测试者的三维运动图像帧数；控制及判定模块，用于对助跑救球阶段的二次匹配结果进行分析，若匹配成功，则对跃出腾空阶段的二次匹配结果进行分析，否则判定动作不标准；对跃出腾空阶段的二次匹配结果进行分析，若均匹配成功，则对落地缓冲阶段的二次匹配结果进行分析，否则判定动作不标准；对落地缓冲阶段的二次匹配结果进行分析，若匹配成功，则判定动作标准，否则，判定动作不标准。
[0008]本专利技术具有如下的优点和有益效果：1、一方面，本专利技术采用对运动员在鱼跃救球全过程中的三维运动图像逐帧地进行特征提取，并采用曲线段的形式对运动员的肢体形态进行特征描述，可准确地表达出运动员在鱼跃救球动作的每个阶段的动作细节；另一方面，采集了多名示范者的三维运动图像，增加了样本的多样性，可作为不同身体比例的测试者的测试样本；再一方面，本专利技术对获得的动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取测试者和多名示范者在鱼跃救球全过程中的三维运动图像；逐帧解析每个三维运动图像，得到测试者的动作曲线集合A和每名示范者的动作曲线集合B
m
，m=1,2,...,M，M表示示范者人数；将动作曲线集合A与每个动作曲线集合B
m
初次匹配，得到最近似动作曲线集合E；S1：在助跑救球阶段的每条动作曲线A
n
上标记特征线段L
11
，特征线段L
11
包含第一胸椎至第五腰椎、髋关节、膝关节和踝关节，在特征线段L
11
上将动作曲线A
n
与对应的动作曲线E
n
二次匹配，若匹配成功，则执行S2，否则判定动作不标准；n=1,2,
…
,N，N表示测试者的三维运动图像帧数；S2：在跃出腾空阶段的每条动作曲线A
n
上标记特征线段L
21
、L
22
、L
23
和L
24
；特征线段L
21
包含寰锥至第七颈椎，特征线段L
22
包含第一胸椎至第十二胸椎，特征线段L
23
包含第五腰椎、髋关节和膝关节，特征线段L
24
包含中指远节指骨、腕关节、肘关节、肩关节和第一胸椎；分别在特征线段L
21
、L
22
、L
23
和L
24
上将动作曲线A
n
与对应的动作曲线E
n
二次匹配；若均匹配成功，则执行S3，否则判定动作不标准；S3：在落地缓冲阶段的每条动作曲线A
n
上标记特征线段L
31
，特征线段L
31
包含中指远节指骨、腕关节、肘关节、肩关节和第一胸椎；在特征线段L
31
上将动作曲线A
n
与对应的动作曲线E
n
二次匹配；若匹配成功，则判定动作标准，否则，判定动作不标准。2.根据权利要求1所述的一种球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法，其特征在于，获取三维运动图像之前包括：选取半个排球场作为测试区域，在所述测试区域的每一个顶角上分别安装一台高速红外摄像头，在所述测试区域的每条边上分别等间距地安装多台高速红外摄像头；获取三维运动图像之后包括：对所有三维运动图像进行时间同步和帧同步；所述逐帧解析每个三维运动图像包括：利用三维步态分析软件从每个三维运动图像的每一帧中解析出相应动作的人体结构模型；建立空间直角坐标系，将所述空间直角坐标系的原点对准所述测试区域的其中一个顶角，将所述空间直角坐标系的x轴和y轴分别与所述测试区域的两条相邻直角边重合，得到空间测试域；将解析出的所有人体结构模型映射到所述空间测试域；在所述空间测试域中，在侧视角度上对每个人体结构模型的所有骨骼关键点按照人体结构特征连线，并对连线进行平滑处理，得到所述动作曲线集合A和每名示范者的动作曲线集合B
m
。3.根据权利要求2所述的一种球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法，其特征在于，获取三维运动图像之前还包括：在所述测试区域内安装三维测力台；所述逐帧解析每个三维运动图像还包括：在所述空间测试域中，在俯视角度上对每个人体结构模型的所有骨骼关键点按照人体结构特征连线，并对连线进行平滑处理，得到动作曲线集合C和每名示范者的动作曲线集合D
m
；所述得到最近似动作曲线集合E之后还包括：从所有示范者的动作曲线集合D
m
中提取出与所述最近似动作曲线集合E的多条动作曲线E
n
对应帧的多条动作曲线D
mk
，得到最近似动作曲线集合F，k=1,2,
…
,K，K表示示范者的三维运动图像的帧数。
4.根据权利要求3所述的一种球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法，其特征在于，所述S1还包括：S11：在每条动作曲线C
n
上标记特征线段L
12
，特征线段L
12
包含第一胸椎至第五腰椎；在特征线段L
12
上将动作曲线C
n
与对应的动作曲线F
n
二次匹配，若匹配成功，则执行S12，否则判定动作不标准；S12：获取每条动作曲线An的重心高度h
A
，获取所述最近似动作曲线集合E中所有动作曲线En的重心高度最大值h
max
和重心高度最小值h
min
；若h
min
≤h
A
≤h
max
，则执行S2，否则判定动作不标注；所述S2还包括：在每条动作曲线C
n
上标记特征线段L
25
；特征线段L
25
包含第一胸椎至第五腰椎，在特征线段L
25
上将动作曲线C
n
与对应的动作曲线F
n
二次匹配；若均匹配成功，则执行S3，否则判定动作不标准；所述S3还包括：获取手掌触底时刻的地面反作用力f和重心位移
△
h，根据地面反作用力f和重心位移
△
h计算得到手掌触底时刻的上肢刚度G；设置最大刚度阈值和最小刚度阈值，若，则判定动作标准，否则判断动作不标准。5.根据权利要求2所述的一种球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法，其特征在于，所述初次匹配包括：将所述动作曲线集合A的每条动作曲线A
n
与每个动作曲线集合B
m
的每条动作曲线B
mk
进行轮廓比对，得到与每条动作曲线A
n
对应的多条候选曲线E
mk
；针对每条动作曲线A
n
，从对应的多条候选曲线E
mk
中筛选出最近似的动作曲线E
n
；所述轮廓比对包括：在所述空间测试域中，分别获取动作曲线A
n
和动作曲线E
n
的所有骨骼关键点坐标；根据骨骼关键点坐标建立动作曲线A
n
的特征矩阵和动作曲线E
n
的特征矩阵，根据所述特征矩阵和所述特征矩阵建立匹配矩阵；根据所述匹配矩阵建立相似度度量模型W；设置相似度阈值和匹配维度，建立所述特征矩阵的维子矩阵；S0：将子矩阵沿所述特征矩阵的主对角线遍历，每遍历一次利用所述相似度度量模型计算相似度值，得到多个相似度值；若，则执行，并返回S0，直到找到满足的最大匹配维度，得到候选匹配曲线E
nk
；若，则匹配失败；所述最近似的动作曲线E
n
为多条候选曲线E
mk
中最小的一条。6.根据权利要求5所述的一种球体协同运动中鱼跃救球动作标准性的检测方法，其特征在于，二次匹配包括：在所述空间测试域中，在动作曲线A
n
上建立特征线段的特征描述集，在动作曲线E
n
上建立特征线段的特征描述集；建立特征描述集的差异度度量模型Dif1和特征描述集的差异度度量模型Dif2；设置差异度阈值，将所述差异度度量模型Dif1与所述差异度度量模型Dif2融合求解，得到匹配结果；若匹配结果≤，则匹配成功；否则，匹配失败；...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹琳，韦洪雷，李维萍，曹礼聪，梁锐，陈健熊，张健，申浩，李雪，刘晨，杜菁，
申请(专利权)人：西南交通大学四川乐健梦想家科技有限公司，
类型：发明
国别省市：