[發明專利]一種基于動作識別技術的體育教學輔助系統及其實現方法

無效

• 申請號: 201110102571.2
• 申請日: 2011-04-22
• 公開（公告）號: CN102243687A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 陳擁權;劉思楊;牛濤;寧巖;王略志
• 申請（專利權）人: 安徽寰智信息科技股份有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06K9/64;A63B71/00;A63B71/06
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技術領域

本發明涉及人機交互、動作識別以及計算機輔助教學領域，尤其涉及一種體育教學輔助系統的構建方法。

背景技術

目前，運動追蹤的方法根據傳感元件的不同分為：慣性追蹤、光學追蹤、力和機械式追蹤、電磁式追蹤、聲學追蹤等等。目前，在人機交互領域比較常用的運動追蹤技術是慣性追蹤技術和光學追蹤技術。慣性追蹤技術，通過在目標上設置慣性測量單元，測量得到加速度、角速度等數據，以此為基礎使用數學工具解算，得到目標的運動情況。慣性追蹤的特點是實現簡單，抗干擾性強；缺點是不能全面地獲取被追蹤目標的運動特征，只能有限和局部地反映被追蹤目標的運動特點。光學追蹤技術，通過對目標上特定光點的監視和跟蹤來完成運動追蹤的任務。理論上，對于空間的任意一個點，只要它能同時被兩臺攝像機所見，則根據同一瞬間兩攝像機所拍攝的圖像和攝像機參數，即可以確定這一時刻該點的空間位置。當攝像機以足夠高的速率連續拍攝時，從圖像序列中就可以得到該點的運動軌跡。其中圖像的處理采用的是三維圖象重建技術，即通過攝像機記錄圖像，通過數字化處理形成虛擬物體，然后通過三維空間標定，確定物體的空間位置。光學追蹤技術的特點是能全面地反映物體的運動情況，精度高；缺點是實現較為困難，且追蹤的范圍較小。

CN10115888公開了一種基于計算機視覺的虛擬體育系統及其實現方法，用于通用計算機，利用計算機視覺來識別人體以及體育器械的運動狀態和動作模式，并將動作模式反饋給計算機，通過計算機的處理，控制虛擬體育運動中的角色做出相應的動作。該發明可以更好地提高全民健身運動的普及程度，但缺點是對于實際動作的識別范圍較小。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于動作識別技術的體育教學輔助系統及其實現方法，利用人機交互技術以及光學追蹤與慣性追蹤相結合的方法，能夠有效擴大運動追蹤范圍并及時反饋運動信息，實現較大范圍內特定運動信息的采集與處理，并將之應用于計算機虛擬輔助體育教學。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于動作識別技術的體育教學輔助系統，用于PC或嵌入式主機，其包括運動數據采集模塊、運動數據獲取模塊、辨識與訓練模塊、虛擬教學環境模塊組成，

所述的運動數據采集模塊進一步包括：特定波長點光源、不少于二個攝像頭；

所述的運動數據獲取模塊進一步包括：圖像特征提取單元、三維空間定位單元、運動信息解算單元、多傳感器數據融合單元；

所述的辨識與訓練模塊進一步包括：動作模式數據采集模塊、訓練模塊、辨識單元；

所述的虛擬教學環境模塊包括一動作模式標準庫、一動作解析單元、一虛擬教學環境、一顯示設備；

其特征在于：在所述的運動數據采集模塊中還是設有一微慣性測量單元和一慣性參數提取單元，微慣性測量單元與被測目標綁定，用于測量被測目標的慣性參數，供運動數據獲取模塊處理，所述的微慣性測量單元通過無線信號與所述的慣性參數提取單元信號輸入端連接；所述的運動信息解算單元對慣性參數提取單元輸出的數據傳輸到多傳感器數據融合單元作解算處理。

所述的運動數據獲取模塊，其中所述的三維空間定位單元利用標記點在兩個攝像頭內成像的位置，利用雙目視覺算法得到標記點的三維空間坐標，所述多傳感器數據融合單元采用基于D-S證據理論的多傳感器數據融合算法對運動目標的慣性參數和三維空間坐標作處理，獲取目標的動作模式數據。

所述的虛擬教學環境模塊，其中：

所述動作模式標準庫用于供動作解析單元解析動作模式的范本；所述的動作模式標準庫包括特定體育運動動作模式標準庫、非特定動作模式標準庫和連續動作模型庫；

所述動作解析單元用于解析動作模式數據的辨識結果；

所述虛擬教學環境為人機互動平臺，用于提供體育教學方案；

所述顯示設備用于反饋運動動作模式辨識的解析結果、顯示人機交互動作狀態，其輸入端與計算機連接；

所述的特定體育運動動作模式標準庫，以體育運動項目的基本動作為主，包括乒乓球的基本動作、網球基本動作、高爾夫揮桿動作、保齡球擲球動作、跑步的抬腿動作等；

所述的非特定動作模式標準庫，是根據體育教學要求定制特殊應用的動作模型庫，包括鞍馬運動員基本動作、體操、體育教學動漫游戲類應用的動作等；

所述的連續動作模型庫，為輔助體育教學特定功能而設計的由系列動作組成的組合動作庫，它基于特定動作模型庫和非特定模型庫，包括體操、舞蹈、武術、健身氣功等一套完整的動作。

一種基于動作識別技術的虛擬體育教學輔助系統的構建方法，其包括以下步驟：