[發明專利]一種計算杠鈴中心點平移矢量和旋轉參數的方法

有效

• 申請號: 201210011261.4
• 申請日: 2012-01-15
• 公開（公告）號: CN102609708A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 毋立芳;武文斌;高美琴;江思源;王紅;張靜文;顏鳳輝;鄭慶陽
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06T7/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及視頻處理領域，具體涉及一種計算杠鈴中心點平移矢量和旋轉參數的方法。

背景技術

在體育運動分析領域，運動員為了提高比賽成績通常會加大訓練量，而不適當地增加訓練強度往往會對運動員造成傷害，因此有必要研究科學、定量的運動訓練系統。

舉重是我國的傳統優勢項目，到目前為止已經獲得24枚奧運會金牌。舉重運動診斷技術的好壞直接決定運動員最終的比賽成績，因此，能否為運動員和教練員提供一個有效的實用的運動技術快速診斷手段是當前舉重科研屆急需解決的一個問題。以往舉重技術診斷主要分為定性診斷和定量診斷兩種方式。定性診斷主要通過人工觀看訓練視頻來完成，這種方式比較直觀，但缺少量化指標供教練參考，無法滿足科學訓練的需求。定量診斷主要通過人工解析來進行，往往在測試幾天后才能為教練員反饋測試報告，由于反饋速度太慢，使科研測試效果大打折扣。

為了有效地指導運動員的訓練，就必須對運動員的動作姿態或者杠鈴的運動軌跡進行分析，找出提高比賽成績的有效方法，以舉重訓練為例，有經驗的教練能夠根據杠鈴中心運動軌跡發現問題，從而糾正運動員的不正確的舉重姿勢。最早的舉重訓練中，在杠鈴的一端綁上一支毛筆，杠鈴的軌跡是由隨著杠鈴移動的毛筆畫在紙上的。目前，可以根據視頻進行杠鈴中心點運動軌跡的追蹤，經典的運動跟蹤算法包括塊匹配算法和光流法：塊匹配是根據圖像塊來進行匹配的，很難提取出杠鈴的旋轉參數，這樣就不能給教練提供更多的杠鈴的運動信息；光流法存在相同的問題。

但是上邊所提到的經典的算法在單獨使用時效果欠佳，提取不到杠鈴的旋轉參數，且精確性不佳，從而對運動員在訓練中的細小環節得不到很好的分析和指導。

發明內容

本發明要解決的技術問題是自動精確得到杠鈴中心的平移矢量和旋轉角度。首先在第一幀杠鈴中心點檢測得到后，通過跟蹤杠鈴上的幾個特征點，來精確計算杠鈴中心點位置，通過幀間對比，可以知道平移矢量和旋轉角度。

為了解決上述問題，本發明提供了一種杠鈴運動跟蹤的方法。這個方法大體上包括以下幾步：

發明的方法具體包括如下步驟：

為了解決上述問題，本發明提供了一種杠鈴運動跟蹤的方法。這個方法大體上包括以下幾步：

A、在輸入視頻的第一幀圖像中杠鈴區域尋找N(N＞2)個特征點，每兩個點隨機組合，并求出每個組合的弦中心點的定比參數。

B、輸入視頻的下一幀圖像，運用LK金字塔光流法跟蹤選取的特征點，然后使用A中求出來的定比參數和統計最優方法計算杠鈴圓心坐標，通過和上一幀所得杠鈴圓心位置得到杠鈴的平移矢量。

C、使用統計方法，推測出跟蹤誤差較大的特征點，并使用子圖像塊匹配技術矯正這些特征點。

D、然后通過上一幀圖像的特征點和當前幀圖像的特征點求出杠鈴的旋轉角度。

E、循環步驟B和C，把視頻中每一幀圖像中杠鈴的平移矢量和旋轉角度求出來。

在步驟A中，可以進一步細化為：

A1、對前兩幀圖像使用光流法提取運動區域，通過二值化得到杠鈴區域，提取出杠鈴的邊緣，然后對此進行HOUGH變換，可以求出杠鈴的圓心坐標和半徑參數；

A2、在杠鈴區域使用Harris角點檢測尋找N(N＞2)個特征點，然后隨機把這N個點兩兩組合，每一組點確定一條直線，把每一條直線的參數方程求出來。(如圖1，A，B，C，是在圖像中選擇的幾個特征點，把它們兩兩隨機組合，A，B確定直線AB；A，C確定直線AC；B，C確定直線BC。)

A3、通過步驟A1求出來的杠鈴圓的參數，得到杠鈴圓的參數方程，然后和直線方程聯立求解得到交點，由交點得到杠鈴圓的這條弦的中點。(如圖1，a點、b點是AB直線和圓的交點，p是ab弦的中點；a′點、c′點是AC直線和圓的交點，R是a′c′弦的中點；b′點、c點是BC直線和圓的交點，Q是b′c弦的中點。)A4、由步驟A3求出來的中點和相應的特征點求出來線段內定比分點的定比λ_i。(如圖1，這個定比的定義為：在AB直線上：A是起點，B是終點；P點稱為AB線段的定比分點。同理，R是AC線段的定比分點，Q是BC線段的定比分點，相應的定比也可類似求得。)

在步驟B中，可以進一步細化為：

B1、輸入視頻的下一幀圖像，作為當前處理的圖像，然后運用LK金字塔光流法在當前幀中跟蹤上一幀的特征點；

B2、用這些跟蹤的特征點和在A4中求出來的定比，求出來杠鈴的圓心坐標。

步驟B2的具體描述如下：