[发明专利]一种人体运动生物力学监测管理系统

权利要求书

1.一种人体运动生物力学监测管理系统，其特征是，包括：数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块、运动姿势分析模块和显示模块；

所述数据采集模块，用于实时采集用户使用健身器材运动时的运动行为数据，并将所述运动行为数据经所述数据传输模块转发至所述数据处理模块；

所述数据处理模块，用于对接收到的运动行为数据进行处理，并将处理后的运动行为数据转发至所述运动姿势分析模块；

所述运动姿势分析模块，用于基于处理后的运动行为数据，识别出该用户使用所述健身器材的运动姿势，并将所述运动姿势和预存的使用相应健身器材的标准运动姿势进行比对，并将所述比对结果经由所述显示模块进行显示，以便用户实时了解自身的运动姿势是否标准；

登录模块，用于对用户身份进行验证，并在验证通过后，驱动所述数据采集模块开始采集用户使用所述健身器材运动时的运动行为数据；

所述登录模块包括：人脸图像采集单元、人脸图像处理单元、特征提取单元、权限验证单元和权限管理单元；

所述人脸图像采集单元，用于获取用户的人脸图像；

所述人脸图像处理单元，用于对所述人脸图像进行处理；

所述特征提取单元，用于从处理后的人脸图像中提取人脸特征数据；

所述权限验证单元，用于基于提取到的人脸特征数据和预存的有权限人员的人脸特征数据，对用户身份进行验证，并在验证通过后，驱动所述数据采集模块开始采集用户使用所述健身器材运动时的运动行为数据；

所述权限管理单元，用于存储有权限人员的人脸特征数据；

所述人脸图像处理单元包括：图像质量预判子单元、图像降噪子单元、图像增强子单元和图像分割子单元；

所述图像质量预判子单元，用于对接收到的人脸图像进行质量评估，判断质量评估结果是否满足预设的标准，若满足，则将所述人脸图像发送至所述图像降噪子单元；反之，若计算得到的质量评估值不大于预设的质量评估阈值，则驱动所述人脸图像采集单元重新采集用户的人脸图像；

所述图像降噪子单元，用于对接收到的人脸图像作降噪处理；

所述图像增强子单元，用于对降噪后的人脸图像作增强处理；

所述图像分割子单元，用于对增强后的人脸图像作分割处理，提取只包含人脸区域的目标图像；

其中，在所述图像质量预判子单元中，所述的对接收到的人脸图像进行质量评估，判断质量评估结果是否满足预设的标准，具体是：

(1)对所述人脸图像进行色彩空间转换，将其转换成LAB图像；

(2)基于得到的LAB图像以及预存的参照图像，计算在LAB图像以及参照图像中相对位置处的各像素点的对比度值，其中，所述参照图像为：所述人脸图像采集单元在无人时采集的背景图像在LAB颜色空间下的图像，像素点p的对比度值的计算公式如下：

式中，为像素点p的对比度值，分别为：在LAB图像中坐标为(x,y)的像素点p的L通道值、A通道值、B通道值，分别为：在参照图像中坐标为(x,y)的像素点p的L通道值、A通道值、B通道值，分别为参照图像的L通道最大值、A通道最大值、B通道最大值，分别为参照图像的L通道最小值、A通道最小值、B通道最小值，χ₁、χ₂为常数，其目的是为了保证对数有意义；

(3)基于得到的各像素点的对比度值，利用下式计算该人脸图像的质量评估值：

式中，Γ为该人脸图像的质量评估值，M×N表示该人脸图像的大小，为预设的对比度阈值，NUM{·}表示满足括号里关系的像素点的个数，Lab₁表示的是LAB图像；

若Γ≥0.75，则质量评估结果满足预设的标准，反之，则质量评估结果不满足预设的标准；

所述对接收到的人脸图像作降噪处理，具体是：

(1)对接收到的人脸图像进行灰度化处理；

(2)对灰度化后的人脸图像中各像素点进行噪声点检测，根据检测结果将各像素点划分成两个集合：噪声点集合NP和非噪声点集合NNP；

(3)对噪声点集合NP中的噪声点的灰度值进行调优，得到各像素点的灰度调优值，其中，噪声点nq的灰度调优值可通过下式计算得到：

式中，为噪声点nq的灰度调优值，g(nq)为噪声点nq的灰度值，Q_nq为噪声点nq所在行的非噪声点个数，W_nq为噪声点nq所在列的非噪声点个数，Q为灰度化后的人脸图像每行像素点个数，W为灰度化后的人脸图像每列像素点个数，Ω_nq为以噪声点nq为中心，大小为H×H的检测窗口，为检测窗口Ω_nq内的非噪声点个数，为检测窗口Ω_nq内的噪声点个数，g(nnf)为非噪声点nnf的灰度值，g(nf)为噪声点nf的灰度值，为检测窗口Ω_nq内所有像素点的灰度平均值；

(4)调优后的噪声点集合NP中各像素点和非噪声点集合NNP中各像素点构成的集合即为降噪后的人脸图像。