[發明專利]一種基于Kinect的羽毛球動作指導系統

有效

• 申請號: 201510859872.8
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105512621B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 郭禮華;洪佳楓
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳文姬

1.一種基于Kinect的羽毛球動作指導系統，其特征在于，包括

預處理模塊，采用微軟的kinect體感設備，通過kinectSDK跟蹤用戶動作，獲得人體的骨架特征；所述骨架特征包括全局軀干特征和局部關節點特征；

相似性測量模塊，將獲取的用戶的骨架特征與標準羽毛球動作的骨架特征匹配進行相似性測量；所述相似性測量包括以下步驟：

S3.1定義用戶的骨架特征與標準羽毛球動作之間的距離：

令用戶的姿勢為A，標準羽毛球動作的姿勢為B；姿勢A的骨架特征與姿勢B的骨架特征之間的距離

其中ΔTD(A,B)是由姿勢A和B的軀干方向定義的全局骨架差異，具體計算公式如下：

其中

Δα(A,B)，Δβ(A,B)，Δγ(A,B)表示的是姿勢A和B之間的全局骨架特征在歐拉角(α,β,γ)上的差異；

ΔJ_i(A,B)是姿勢A和B之間第i個局部關節點的骨架差異，w_i表示第i個局部關節點對于局部差異的影響權重；i＝1,2,3…K；K是考慮的局部關節點的總數目；

Δθ_i(A,B)和表示姿勢A和B之間第i個局部關節點的θ,的差異，其值范圍是0≤Δθ_i(A,B),

S3.2對用戶動作進行動作序列的匹配以消除時間維度上的差異；

S3.3每采集到一個用戶動作并從中提取特征并和標準動作進行動作匹配，找到它們各自相對距離近的動作，從而得出上一幀獲取的用戶動作在時間維度上與標準動作匹配的動作時間段；

動作評價與展示模塊，對相似性測量模塊獲得的用戶動作姿勢和標準動作姿勢匹配的動作時間段進行距離比較，從而得出用戶動作和標準動作序列相對應位置的各個關節點之間的距離差異，并將結果在屏幕上展示；

所述全局軀干特征為采用五個關節點建模而成的軀干方向信息，所述五個關節點為軀干中心，左肩膀，右肩膀，左髖部和右髖部；具體建模過程為：

對笛卡爾坐標系中的5個關節點在坐標軸[X,Y,Z]進行主成分分析；獲得的主成分作為軀干方向的3個坐標軸，從而得出旋轉后的坐標系：[X',Y',Z']；得到的每個坐標軸是3維的向量，結果描述全局軀干方向的是一個9維的特征；通過3個歐拉角(α,β,γ)來表示軀干方向；歐拉角表示為初始笛卡爾坐標系關于3個坐標軸[X,Y,Z]循序旋轉的角度,公式如下：

[R][XYZ]＝[X'Y'Z']

其中R為旋轉矩陣，表示兩個坐標系之間的旋轉變換，[X,Y,Z]是關節點的坐標數據，[X',Y',Z']是經過主成分分析后的關節點坐標數據；通旋轉矩陣R通過如下公式進行計算：

最終歐拉角(α,β,γ)通過下面公式進行計算：

α＝tan^-1(r₂₁/r₁₁)

γ＝tan^-1(r₃₂/r₃₃)；

所述局部關節點特征包括左肩膀，左肘，左手，右肩膀，右肘，右手，左髖部，左膝，左腳，右髖部，右膝，右腳；采用兩個關節點的相對旋轉來描述局部關節點之間的相對關系。

2.根據權利要求1所述的基于Kinect的羽毛球動作指導系統，其特征在于，S3.2所述對用戶動作進行動作序列的匹配以消除時間維度上的差異，采用改進的DTW算法，具體為：

采用一個長度為3的動態循環數組代替傳統DTW算法中的完整的DTW動作序列表格；所述動態循環數組包括當前幀、當前幀的前一幀和當前幀的后一幀的人體骨架特征。

3.根據權利要求1所述的基于Kinect的羽毛球動作指導系統，其特征在于，所述將結果在屏幕上展示，具體為：

設置一個閥值，對于關節點之間距離大于閥值的時候便對該節點采用第一種標識，而小于閥值時該節點采用第二種標識。