[发明专利]一种基于3D体感摄像头的舞蹈动作教辅方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于3D体感摄像头的舞蹈动作教辅方法及系统，包括：获取学生端舞蹈过程的深度图数据；对深度图数据进行骨架提取；划分舞蹈动作时段，根据提取出的骨架中各关节点在各时刻的坐标计算出每个关节点在目标动作时段中每个时刻的特征旋转矩阵；将目标动作时段中各特征旋转矩阵与其对应的预设标准矩阵进行比对，计算相似度并在相似度低于阈值时输出提示信息。本发明通过将学员的动作特征相关矩阵和教师的预设标准矩阵进行对比，可准确提示学员舞蹈姿态中关节的运动情况及标准程度。此外，本发明比对的数据基础是目标动作时段中每个时刻的特征旋转矩阵，能够反映出整个动作尤其是各个关节角度连续变换的标准与否。

技术领域

本发明涉及计算机视觉及图像处理技术和工具，尤其是一种基于3D体感摄像头的舞蹈动作教辅方法及系统。

背景技术

随着人们健身意识的加强以及舞蹈爱好者的增多，练习舞蹈的团体不断扩大，舞蹈作为一项健身运动慢慢进入大多数人的日常生活。舞蹈练习过程中体式的姿势和动作非常重要，大多人练习舞蹈都是到专业的场地跟随专业的舞蹈老师进行练习，即通过观察舞蹈老师的动作并模仿，再由舞蹈老师指导纠正以达到练习的效果。但当天气恶劣、交通不便等原因使运动者无法来到舞蹈老师所处场地进行面对面学习时，便不能单独进行有效地舞蹈练习。再者，舞蹈运动者跟随舞蹈老师学习时，舞蹈老师需要花大量的时间和精力纠正运动者的姿态和动作，在学员众多时舞蹈老师难免无法做到及时纠正，况且这对舞蹈老师的观察判断能力要求极高。学员若没有得到专业老师准确、及时的纠正很有可能耽误舞蹈练习，这对舞蹈运动者和舞蹈老师都极为不利。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种基于3D体感摄像头的舞蹈动作教辅方法及系统。

技术方案：一种基于3D体感摄像头的舞蹈动作教辅方法，包括如下步骤：

S1：获取学生端舞蹈过程的深度图数据；

S2：对深度图数据进行骨架提取；

S3：划分舞蹈动作时段，根据提取出的骨架中各关节点在各时刻的坐标计算出每个关节点在目标动作时段中每个时刻的特征旋转矩阵；

S4：将目标动作时段中各特征旋转矩阵与其对应的预设标准矩阵进行比对，计算相似度并在相似度低于阈值时输出提示信息。

进一步的，步骤S3中所述计算特征旋转矩阵具体为：根据定义目标关节点的两条方向轴，计算两条方向轴的向量积作为第三条方向轴，三条方向轴加入齐次坐标后构造出方向矩阵；计算目标时刻的方向矩阵相对于前一时刻的方向矩阵的变换矩阵，记为该时刻的特征旋转矩阵。

进一步的，所述定义目标关节点的两条方向轴，具体为：

若目标关节点是其他两个关节的交叉点，则选取目标关节点与其相邻的两个关节点各构造一条方向轴；或者，选取目标关节点及其相邻的一个关节点构造一条方向轴，选取与目标关节平行的关节构造另一条方向轴；

若目标关节点是其他三个关节的交叉点，则用目标关节点与其相邻的一个关节点构造一条方向轴，用另外两个相邻的关节点构造一条方向轴。

进一步的，所述S4具体包括：构造关节动作特征旋转矩阵，将各关节动作特征旋转矩阵与其对应的预设标准矩阵进行比对并计算相似度，当目标动作时段中该关节的相似度低于阈值时输出目标动作时段该关节的提示信息；所述关节动作特征旋转矩阵即为某一关节在目标动作时段中所有时刻的特征旋转矩阵的集合。

进一步的，所述S4具体包括：构造目标动作特征旋转矩阵，将各时段动作特征旋转矩阵与其对应的预设标准矩阵进行比对并计算相似度，当该时段动作的相似度低于阈值时输出该目标动作时段的提示信息；所述目标动作特征旋转矩阵即为目标动作时段内所有关节动作特征旋转矩阵的集合。