[發(fā)明專(zhuān)利]基于Kinect的無(wú)接觸式學(xué)生體質(zhì)測(cè)評(píng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510945160.8
• 申請(qǐng)日: 2015-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105608467B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程雪蓮;段渭軍;何明一;張雷;謝翟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06K9/62
• 分類(lèi)號(hào): G06K9/62;G06K9/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專(zhuān)利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于Kinect的無(wú)接觸式學(xué)生體質(zhì)測(cè)評(píng)方法，其特征在于包括以下步驟：

(a)通過(guò)讀卡器對(duì)學(xué)生進(jìn)行身份識(shí)別，使用三腳架支撐Kinect傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)所設(shè)置的采樣頻率獲得實(shí)時(shí)的彩色圖像數(shù)據(jù)流和景深圖像數(shù)據(jù)流；

(b)通過(guò)事件模式訪問(wèn)身體幀引用獲取人體幀數(shù)據(jù)流，程序每30秒刷新一次身體幀數(shù)據(jù)，循環(huán)步驟(b)呈現(xiàn)完整連續(xù)的人體；

(c)通過(guò)坐標(biāo)映射，以捕獲的彩色數(shù)據(jù)信息作為背景，將規(guī)定位置的骨骼關(guān)節(jié)點(diǎn)繪制在相應(yīng)位置的彩色圖像上；

(d)人體姿勢(shì)采用節(jié)點(diǎn)三角形法和節(jié)點(diǎn)交叉法確定，構(gòu)建適用于不同測(cè)試項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)庫(kù)；

(e)測(cè)試人員通過(guò)學(xué)生體質(zhì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)，分別對(duì)學(xué)生進(jìn)行坐位體前屈、立定跳遠(yuǎn)、引體向上、仰臥起坐和身高測(cè)試；

(f)測(cè)試完成后，學(xué)生通過(guò)學(xué)生權(quán)限登錄查閱，管理者通過(guò)管理者權(quán)限登錄后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)查閱或是完成修改操作；

步驟(a)中，所述的傳感器采用Kinect for Windows V2傳感器，其對(duì)外提供三類(lèi)數(shù)據(jù)流，即通過(guò)彩色攝像頭捕獲的彩色圖像數(shù)據(jù)流、通過(guò)景深數(shù)據(jù)流器捕獲的景深數(shù)據(jù)流、以及從景深信息中提取的人體骨骼數(shù)據(jù)流；其中：

骨骼流數(shù)據(jù)用于在體育測(cè)試過(guò)程中對(duì)被測(cè)對(duì)象實(shí)際體態(tài)進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)與預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)體態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)比對(duì)分析，判斷當(dāng)前被測(cè)對(duì)象的動(dòng)作是是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于正確的體態(tài)進(jìn)一步計(jì)數(shù)和測(cè)距，對(duì)于錯(cuò)誤的體態(tài)進(jìn)行告警或者扣分；

景深數(shù)據(jù)流用于測(cè)量對(duì)被測(cè)對(duì)象的移動(dòng)距離，根據(jù)移動(dòng)距離對(duì)相應(yīng)的動(dòng)作賦分；

彩色圖像數(shù)據(jù)提供體測(cè)過(guò)程的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和錄像，對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)疑、身份的確認(rèn)以及異常情況保存視頻證據(jù)，同時(shí)為高層應(yīng)用提供遠(yuǎn)程監(jiān)控功能；

步驟(d)中，從景深圖的背景中提取人體關(guān)鍵骨骼點(diǎn)信息，根據(jù)人體骨骼間的相對(duì)關(guān)系，匹配預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù)，從而判斷當(dāng)前測(cè)試中的人體動(dòng)作是否標(biāo)準(zhǔn)；

步驟(e)中，所述的學(xué)生體質(zhì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)，參照《大學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試具體項(xiàng)目與方法，包含引體向上、仰臥起坐、身高測(cè)試、立定跳遠(yuǎn)以及坐位體前屈五個(gè)測(cè)試項(xiàng)目；其中：

所述的引體向上測(cè)試，通過(guò)判別人體姿勢(shì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)；引體向上的判斷過(guò)程分為兩步，人體上升過(guò)程和人體下降過(guò)程，在上升過(guò)程中判斷上頜是否超過(guò)橫杠，下降后是否還原為自然狀態(tài)，同時(shí)確保整個(gè)過(guò)程中人體無(wú)明顯的擺動(dòng)；若此過(guò)程中動(dòng)作指標(biāo)規(guī)范，則進(jìn)行一次計(jì)數(shù)，計(jì)量單位精確到個(gè)位；

所述的仰臥起坐測(cè)試，判斷過(guò)程分為兩步，即人體仰臥過(guò)程和人體坐起過(guò)程；仰臥過(guò)程初始時(shí)，受試者雙膝彎曲呈90度角左右，背部呈一條直線仰臥于墊上，兩肩胛骨必須觸墊，兩手處于抱頭姿態(tài)；坐起時(shí)兩肘觸及或超過(guò)雙膝為完成一次；否則該次不計(jì)次數(shù)，計(jì)量單位精確到個(gè)位；

所述的身高測(cè)試采用啟用姿勢(shì)來(lái)固定身高值，雙手舉平開(kāi)始測(cè)量身高，舉起雙手清除身高數(shù)據(jù)；

所述的立定跳遠(yuǎn)測(cè)試，根據(jù)ToF測(cè)距原理獲取從景深攝像頭到該物體表面的距離，每一個(gè)像素為16-bit，單位為毫米，測(cè)距范圍在0.5到8米之間；學(xué)生跳遠(yuǎn)前將雙手舉平由系統(tǒng)進(jìn)行姿勢(shì)判斷，記錄此時(shí)待測(cè)者距機(jī)器距離，待測(cè)者起跳后通過(guò)檢測(cè)腳的高度變化來(lái)推斷跳遠(yuǎn)者是否跳遠(yuǎn)結(jié)束，并記錄跳遠(yuǎn)終止時(shí)待測(cè)者距離機(jī)器的距離，根據(jù)起始位置減去終止位置計(jì)算跳遠(yuǎn)距離；

所述的坐位體前屈測(cè)試，學(xué)生兩腿伸直平坐在墊子上，用兩手中指尖緩慢向前推動(dòng)，坐位體前屈的距離通過(guò)測(cè)量手指距離Kinect傳感器的距離，使用自定義的初始位置值與此距離做差值得到；

步驟(f)中，所述的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，采用C#語(yǔ)言編程，使用SQL 2014進(jìn)行管理界面的開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)管理，包括登陸驗(yàn)證、用戶及用戶權(quán)限管理、日志管理、一卡通刷卡、學(xué)生檔案和成績(jī)的增刪改查、學(xué)生健康檔案生成。