[發(fā)明專利]基于圖像處理的引體向上計數(shù)系統(tǒng)及計數(shù)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710264022.2
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107103298B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃知超;趙文明;趙華榮
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;A63B71/06
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 陸夢云

本發(fā)明基于圖像處理的引體向上計數(shù)系統(tǒng)及計數(shù)方法，在給定單杠高度、攝像機參數(shù)、拍攝環(huán)境的條件下，根據(jù)拍攝到的圖像序列運用數(shù)字圖像處理理論中的直線檢測、人臉檢測、膚色檢測獲取單杠、人臉、人手的位置，并將檢測到的相關(guān)區(qū)域根據(jù)圖像旋轉(zhuǎn)不變矩理論求其二值圖像的零階矩和一階矩，確定準(zhǔn)確的人臉和人手質(zhì)心位置及人臉面積。然后追蹤記錄整個圖像序列中的人臉和人手位置變化及特定區(qū)域的圖像灰度值變化，通過編程分析，求出運動員的引體向上次數(shù)。由于采用非接觸測量技術(shù)，所以抗環(huán)境干擾能力強。位置檢測技術(shù)成熟，計數(shù)誤差低。具有較小的計算機性能要求和執(zhí)行時間，達到快速、可靠和計數(shù)準(zhǔn)確的實時要求。在不同身高、不同性別的運動員進行測試計數(shù)時，不需要改變程序。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理和機器視覺領(lǐng)域，具體是一種基于圖像處理的引體向上計數(shù)系統(tǒng)及計數(shù)方法。

背景技術(shù)

引體向上，中考體育和高中體育會考選擇項目，主要測試上肢肌肉力量的發(fā)展水平，為男性上肢力量的考查項目，是通過上臂力量克服自身重力的懸垂力量練習(xí)，是最基本的鍛煉背部的方法，也是衡量男性體質(zhì)的重要參考標(biāo)準(zhǔn)和項目之一，快速準(zhǔn)確地統(tǒng)計出引體向上次數(shù)具有十分重要的意義。

當(dāng)前對引體向上項目的計數(shù)工作主要是依靠人工完成，費時、耗力、人力成本較高，長時間的一對多測試容易造成監(jiān)考官注意力下降，身體疲憊，計數(shù)出錯。

而且引體向上項目動作標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格，人工計數(shù)主觀性比較大，容易由于動作標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一造成誤判及不公平現(xiàn)象。

另外，對于學(xué)生成績的記錄與保存一般由監(jiān)考官手動記錄，然后人工輸入相關(guān)成績管理系統(tǒng)，程序繁瑣，容易出錯。

因此，對于會考項目的引體向上計數(shù)，急需一種引體向上自動化計數(shù)裝置，以便解放人力負(fù)擔(dān)、提升檢測效率、維護考試公平、實現(xiàn)計數(shù)自動化。

目前，國內(nèi)也出現(xiàn)了相關(guān)的多個引體向上計數(shù)裝置，但是都是在單杠結(jié)構(gòu)上的改進，且大多采用安裝紅外探頭傳感器、超聲波傳感器等傳感器，這類引體向上計數(shù)裝置算法、結(jié)構(gòu)簡單，依然不能完全解決人工計數(shù)引起的一系列問題，且計數(shù)結(jié)果受外界干擾影響較大，誤判率高，沒有達到實用的要求。也有部分計數(shù)裝置采用影像傳感器，但是利用到專有設(shè)備，價格昂貴且算法復(fù)雜，無法達到實時性要求。

中國專利CN105944363A公開了一種超聲波引體向上測試儀及其控制方法，該測試儀包括以及與其相連的超聲波探頭、紅外探頭、語音播報器、電子顯示屏等，所述超聲波探頭用以實時測量人體頭頂位移間距并記錄人體引體向上的次數(shù),所述紅外探頭用以檢測手腕或前臂前端是否位于其檢測路徑上以及位于其檢測路徑上的時長。本方法采用超聲波探頭實時測量人體頭頂位移間距,把有效距離的變化重復(fù)次數(shù)轉(zhuǎn)化成電信號,結(jié)合紅外探頭進行人體感應(yīng)和計時,記錄引體向上次數(shù)的計數(shù)方法。該方法采用超聲波探頭和紅外探頭，收外界環(huán)境干擾大，對于不同測試者采用相同的標(biāo)準(zhǔn)，因此存在不公平性，而且此測試儀操作難度大，對被測試者是一種負(fù)擔(dān)。

趙素芳描述了一種結(jié)合深度圖像的引體向上自動測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)研究了結(jié)合深度圖像的引體向上自動測試，利用獲取深度圖像，根據(jù)深度信息結(jié)合彩色圖像來進行頭部跟蹤和圖像分割以確定橫杠和人臉下顎的位置。測試前通過深度信息先確定單杠橫杠的水平高度，對每個對象測試初通過人臉跟蹤和骨骼跟蹤確定其下顎到頭部骨骼點的距離，測試中通過更快的骨骼跟蹤測定頭部骨骼點，然后減去下顎到頭部骨骼點距離，從而有效判斷下顎水平位置是否位于橫杠之上。頭部骨骼跟蹤結(jié)果也用于對手臂伸直的判斷。測試初先通過肩關(guān)節(jié)定位測定其與單杠橫杠的最大高度差，乘以系數(shù)作為測試者手臂伸直判斷閾值，測試中通過頭部骨骼跟蹤得到的下顎位置，計算其與橫杠的高度差，超過閾值則判斷為手臂伸直。該系統(tǒng)在一定程度上解放了人力，提高了引體向上的自動化程度，但是該系統(tǒng)的圖像傳感器是用的微軟公司的Kinect,該傳感器價格昂貴，Kinect采集到的深度圖像數(shù)據(jù)集非常大，導(dǎo)致對計算機性能要求高，很難達到實時性的要求。

綜合來看，當(dāng)前引體向上計數(shù)裝置雖然在自動化程度和計數(shù)準(zhǔn)確性上有一定提高，但是依然達不到實用的程度。