[發(fā)明專利]一種非接觸式體能測試系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114011026A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王晗;關(guān)絜勻;周子群
• 申請（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A63B24/00
• 分類號: A63B24/00;A63B23/12;A63B71/06;G06V40/10;G06V20/40;G06V10/82;G06N3/08;G06F9/448
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 金怡

1.一種非接觸式體能測試系統(tǒng)，其特征在于，包括下述模塊：

體能測試控制模塊：用戶選擇運動模式，通過上傳或攝像頭輸入運動視頻；根據(jù)運動模式，并利用OpenPose框架對所述運動視頻進行人體姿態(tài)估計，獲得人體關(guān)鍵點坐標；根據(jù)所述人體關(guān)鍵點坐標計算各軀干關(guān)節(jié)間角度；

仰臥起坐測試模塊：將有限狀態(tài)機作為判定仰臥起坐的計算模型，定義仰臥起坐中被測人體的狀態(tài)為有限狀態(tài)，將被測人體在完成仰臥起坐過程中可能出現(xiàn)的狀態(tài)定義為四種：“準備狀態(tài)”、“過程狀態(tài)”、“計數(shù)狀態(tài)”、“其他狀態(tài)”；定義一個完整仰臥起坐動作的狀態(tài)序列為一個連續(xù)且有序的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程：“準備狀態(tài)”至“過程狀態(tài)”再至“計數(shù)狀態(tài)”，期間不出現(xiàn)“其他狀態(tài)”；根據(jù)運動視頻幀的二維坐標，分別獲取上半身與下半身的四個點，平均計算x坐標值來判斷人體朝向為左或者右；根據(jù)所述各軀干關(guān)節(jié)間角度與預(yù)先設(shè)定的閾值進行匹配，判斷當(dāng)前動作所處狀態(tài)；當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換完成了一個完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)移序列時，認為被測人體完成了一個完整的仰臥起坐，同時計數(shù)加一；

俯臥撐測試模塊：將有限狀態(tài)機作為判定俯臥撐的計算模型，定義俯臥撐中被測人體的狀態(tài)為有限狀態(tài)；將被測人體在完成俯臥撐中可能出現(xiàn)的狀態(tài)定義為四種：“起身狀態(tài)”、“過程狀態(tài)”、“伏地狀態(tài)”以及“其他狀態(tài)”，定義一個完整俯臥撐動作的狀態(tài)序列為一個連續(xù)且有序的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程：“起身狀態(tài)”至“過程狀態(tài)”再至“伏地狀態(tài)”，期間不出現(xiàn)“其他狀態(tài)”；根據(jù)運動視頻幀的二維坐標，分別獲取上半身與下半身的四個點，平均計算x坐標值來判斷人體朝向為左或者右；根據(jù)所述各軀干關(guān)節(jié)間角度與預(yù)先設(shè)定的閾值進行匹配，判斷當(dāng)前動作所處狀態(tài)；當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換完成了一個完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)移序列時，認為被測人體完成了一個完整的俯臥撐，同時計數(shù)加一；

平板支撐測試模塊：將有限狀態(tài)機作為判定平板支撐的計算模型，定義平板支撐中被測人體的狀態(tài)為有限狀態(tài)，將被測人體在進行平板支撐運動過程中可能出現(xiàn)的狀態(tài)定義為兩種：“計時狀態(tài)”和“其他狀態(tài)”；根據(jù)運動視頻幀的二維坐標，分別獲取上半身與下半身的四個點，平均計算x坐標值來判斷人體朝向為左或者右；根據(jù)所述各軀干關(guān)節(jié)間角度與預(yù)先設(shè)定的閾值進行匹配，判斷當(dāng)前動作所處狀態(tài)；當(dāng)處于“計時狀態(tài)”時，開始計時，處于“其它狀態(tài)”時，停止計時；

測試反饋模塊：接受所述體能測試控制模塊傳遞的啟動計數(shù)或計時指令后，開始計數(shù)或計時；同步地向所述用戶實時反饋完成的動作個數(shù)或動作持續(xù)時間，再根據(jù)設(shè)定的計算公式，計算并反饋實時消耗的卡路里數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式體能測試系統(tǒng)，其特征在于，所述體能測試控制模塊，具體包括：

上傳運動視頻方式：所述用戶選擇視頻進行上傳后，調(diào)用OpenPose對所述運動視頻進行處理，得到每個視頻幀中人體25個關(guān)節(jié)點坐標，計算得到相應(yīng)的角度后，調(diào)用所述測試反饋模塊進行計數(shù)或計時；

攝像頭獲取運動視頻方式：所述用戶點擊開始后，調(diào)用OpenPose對攝像頭獲取的運動視頻進行處理，得到每個視頻幀中人體25個關(guān)節(jié)點坐標，計算得到相應(yīng)的角度后，調(diào)用所述測試反饋模塊進行計數(shù)或計時。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式體能測試系統(tǒng)，其特征在于，所述仰臥起坐測試模塊的人體的狀態(tài)，具體包括：

當(dāng)軀干和水平面的角度小于20、大腿和小腿所成角度在40-120之間、雙膝間距離小于20、軀干和水平面所成角度小于10時，設(shè)置當(dāng)前狀態(tài)為所述“準備狀態(tài)”，即屈膝準備姿勢；在所述準備狀態(tài)基礎(chǔ)上，當(dāng)軀干和水平面所成角度大于85時，設(shè)置當(dāng)前狀態(tài)為所述“計數(shù)狀態(tài)”；在所述準備狀態(tài)基礎(chǔ)上，當(dāng)軀干和水平面所成角度處于10-85之間時，設(shè)置當(dāng)前狀態(tài)為所述“過程狀態(tài)”。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式體能測試系統(tǒng)，其特征在于，所述俯臥撐測試模塊的人體的狀態(tài)，具體包括：

當(dāng)檢測到身體上下部分所在直線斜率絕對值小于0.45時，認定其為運動狀態(tài)，包括：當(dāng)大臂小臂夾角小于150度時為所述“起身狀態(tài)”；當(dāng)肩膀的水平值小于肘關(guān)節(jié)的水平值且手部位于肩膀內(nèi)側(cè)時為所述“伏地狀態(tài)”；位于兩狀態(tài)之間的狀態(tài)均為所述“過程狀態(tài)”；而身體上下部分斜率絕對值高于0.45時，認定其為所述“其他狀態(tài)”。