[发明专利]基于图像处理的引体向上计数系统及计数方法

说明书

本发明基于图像处理的引体向上计数系统及计数方法，在给定单杠高度、摄像机参数、拍摄环境的条件下，根据拍摄到的图像序列运用数字图像处理理论中的直线检测、人脸检测、肤色检测获取单杠、人脸、人手的位置，并将检测到的相关区域根据图像旋转不变矩理论求其二值图像的零阶矩和一阶矩，确定准确的人脸和人手质心位置及人脸面积。然后追踪记录整个图像序列中的人脸和人手位置变化及特定区域的图像灰度值变化，通过编程分析，求出运动员的引体向上次数。由于采用非接触测量技术，所以抗环境干扰能力强。位置检测技术成熟，计数误差低。具有较小的计算机性能要求和执行时间，达到快速、可靠和计数准确的实时要求。在不同身高、不同性别的运动员进行测试计数时，不需要改变程序。

技术领域

本发明涉及图像处理和机器视觉领域，具体是一种基于图像处理的引体向上计数系统及计数方法。

背景技术

引体向上，中考体育和高中体育会考选择项目，主要测试上肢肌肉力量的发展水平，为男性上肢力量的考查项目，是通过上臂力量克服自身重力的悬垂力量练习，是最基本的锻炼背部的方法，也是衡量男性体质的重要参考标准和项目之一，快速准确地统计出引体向上次数具有十分重要的意义。

当前对引体向上项目的计数工作主要是依靠人工完成，费时、耗力、人力成本较高，长时间的一对多测试容易造成监考官注意力下降，身体疲惫，计数出错。

而且引体向上项目动作标准比较严格，人工计数主观性比较大，容易由于动作标准不统一造成误判及不公平现象。

另外，对于学生成绩的记录与保存一般由监考官手动记录，然后人工输入相关成绩管理系统，程序繁琐，容易出错。

因此，对于会考项目的引体向上计数，急需一种引体向上自动化计数装置，以便解放人力负担、提升检测效率、维护考试公平、实现计数自动化。

目前，国内也出现了相关的多个引体向上计数装置，但是都是在单杠结构上的改进，且大多采用安装红外探头传感器、超声波传感器等传感器，这类引体向上计数装置算法、结构简单，依然不能完全解决人工计数引起的一系列问题，且计数结果受外界干扰影响较大，误判率高，没有达到实用的要求。也有部分计数装置采用影像传感器，但是利用到专有设备，价格昂贵且算法复杂，无法达到实时性要求。

中国专利CN105944363A公开了一种超声波引体向上测试仪及其控制方法，该测试仪包括以及与其相连的超声波探头、红外探头、语音播报器、电子显示屏等，所述超声波探头用以实时测量人体头顶位移间距并记录人体引体向上的次数,所述红外探头用以检测手腕或前臂前端是否位于其检测路径上以及位于其检测路径上的时长。本方法采用超声波探头实时测量人体头顶位移间距,把有效距离的变化重复次数转化成电信号,结合红外探头进行人体感应和计时,记录引体向上次数的计数方法。该方法采用超声波探头和红外探头，收外界环境干扰大，对于不同测试者采用相同的标准，因此存在不公平性，而且此测试仪操作难度大，对被测试者是一种负担。

赵素芳描述了一种结合深度图像的引体向上自动测试系统，该系统研究了结合深度图像的引体向上自动测试，利用获取深度图像，根据深度信息结合彩色图像来进行头部跟踪和图像分割以确定横杠和人脸下颚的位置。测试前通过深度信息先确定单杠横杠的水平高度，对每个对象测试初通过人脸跟踪和骨骼跟踪确定其下颚到头部骨骼点的距离，测试中通过更快的骨骼跟踪测定头部骨骼点，然后减去下颚到头部骨骼点距离，从而有效判断下颚水平位置是否位于横杠之上。头部骨骼跟踪结果也用于对手臂伸直的判断。测试初先通过肩关节定位测定其与单杠横杠的最大高度差，乘以系数作为测试者手臂伸直判断阈值，测试中通过头部骨骼跟踪得到的下颚位置，计算其与横杠的高度差，超过阈值则判断为手臂伸直。该系统在一定程度上解放了人力，提高了引体向上的自动化程度，但是该系统的图像传感器是用的微软公司的Kinect,该传感器价格昂贵，Kinect采集到的深度图像数据集非常大，导致对计算机性能要求高，很难达到实时性的要求。

综合来看，当前引体向上计数装置虽然在自动化程度和计数准确性上有一定提高，但是依然达不到实用的程度。