[发明专利]一种基于深度相机的速度与力量反馈系统

说明书

本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种基于深度相机的速度与力量反馈系统，包括图像采集模块、人体捕捉模块、运动监测模块和速度与力量计算模块；所述图像采集模块运用内置视觉传感器分别对运动员和运动员外部环境监测，图像采集模块可同时完成彩色图像和深度图像的采集；所述图像采集模块由两个深度相机组成，按照十字型将两个深度相机进行横竖安装固定；所述人体捕捉模块用于高效定位人体16个关键点，以Exc‑Pose算法为核心，具体包括轻量化“E”型结构编码层和基于回归模型监督学习方法的解码层。本发明通过合理的结构搭配相关算法无接触捕获运动员在体能训练过程中产生的姿态、速度、力量、功率等核心技术指标，并将其数字化，指导科学化训练。

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种基于深度相机的速度与力量反馈系统。

背景技术

在竞技训练实践中，对竞技目标表现能力变化过程的量化分析与评估，是教练员了解训练效果、修正训练计划、科学控制训练进程的主要途径。大数据时代背景下，如何在高水平运动队运用数字化设备技术开展体能训练与监控，帮助运动员竞技目标表现能力在确定时间点上的稳定实现，是提高竞技训练科学性和精准性的重要问题。目前在高水平运动队体能训练中，数字化监控方法与手段主要集中在力量训练、速度训练、耐力训练、体能状态监控以及体能大数据管理平台的应用。体能训练是所有竞技体育项目的根基，其中速度与力量训练是其核心。但是目前针对体能训练中速度与力量的训练技术或方法要么依靠教练的视觉观察，要么依靠运动员自身的感觉不断摸索。或者是借助辅助设备譬如GymAware来对运动员训练过程中的速度与力量进行监控，但是此类设备需要依靠绳子等依附在运动员身上或者是负荷重量上，容易对运动员的运动过程造成一定的干扰。如何在不绑定任何其他设备的同时将速度与力量训练过程中产生的姿态、速度、力量、功率等核心技术指标数字化，进而对运动员日常训练进行科学化指导以提高训练效率和减少运动伤害成为教练员面临的首要难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于深度相机的速度与力量反馈系统，通过合理的结构搭配相关算法无接触捕获运动员在体能训练过程中产生的姿态、速度、力量、功率等核心技术指标，并将其数字化，指导科学化训练。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于深度相机的速度与力量反馈系统，包括图像采集模块、人体捕捉模块、运动监测模块和速度和力量计算模块；

所述图像采集模块运用内置视觉传感器分别对运动员和运动员外部环境监测，图像采集模块可同时完成彩色图像和深度图像的采集；所述图像采集模块由两个深度相机组成，按照十字型将两个深度相机进行横竖安装固定；

所述人体捕捉模块用于高效定位人体16个关键点，以Exc-Pose算法为核心，具体包括轻量化“E”型结构编码层和RLE-Decoder基于回归模型监督学习方法的解码层；

所述运动监测模块用于判断真伪运动，采用人体捕捉模块定位的手部关键点生成手部区域，在该区域内以Exc二分类器进行真伪运动判断；

所述力量计算模块用于计算相关训练信息，采用多帧融合的卡尔曼滤波算法计算；

所述速度与力量反馈系统的具体步骤如下：

S1：在两台Intel Real Sense D435高清相机所采集的彩色与深度视频中，逐帧获取带有运动员的图像，对图像进行增强处理；

S2：使用基于对数似然估计与回归模型的非接触式轻量级人体检测算法进行人体检测，分割出图像中人体区域；

S3：将检测出的人体区域，提取手部关键点的坐标值，并转换为运动技术指标如速度、功率平均速度和平均功率。