CN102210927A - 一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及体育训练自动化领域，涉及一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统。系统包括活动式数字化场地、高速摄像机组、系统同步控制器、现场总线、专用计算机。活动式数字化场地由多块数字化场地模块拼装连接置于室内地面中心处，通过现场总线和CAN卡连接到系统同步控制器；高速摄像机组由八台高速摄像机分别悬挂于四周墙壁，摄像范围覆盖活动式数字化场地，通过传输电缆和系统同步控制器相连，完成空间影像的精确定位。活动式数字化场地由多块正方形数字化场地模块拼装组合而成。将活动式数字化场地获得的运动步态信息和高速摄像机组获得的空间影像信息规整到同一时间轴上，获得空间影像信息和运动生物力学信息。

Description

一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统

所属领域本发明涉及体育训练自动化领域，特别涉及一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统。

技术背景

击剑、跆拳道、拳击、摔跤等竞技体育项目都是世界传统运动，不仅是世界奥运会的重要组成部分，更是因为其很强的对抗性、趣味性、娱乐性、健身性而逐渐为越拉越多的人民大众所喜爱，有着广阔的群众基础，尤其受到广大青少年欢迎。击剑、跆拳道、拳击、摔跤等竞技体育项目在不同程度上体现了传统医学、美学、兵学、养生学等多种学科的思想内容，它不仅对个人的心理、生理、品质、性格等产生终身的积极影响，而且对建设社会精神文明、维护良好的社会治安、营造稳定的社会环境起到了推动的作用。但是击剑、跆拳道、拳击、摔跤等竞技体育项目的学习难度较高、训练教学工具和研究方法都很缺乏，特别对于训练研究的普适性工具更是没有，基本上是单凭教练员的肉眼和经验来判断训练者动作准确与否，训练者也只能从宏观上了解自己的大致的学习训练情况，涉及到具体的技术参数就无法判断，缺乏客观的、科学的指导方法和训练依据，比如在摔跤项目上运动员的肢体姿态和步伐特征、脚步转换点的蹬地力量、肢体姿态和步伐位置、脚步压力分布之间的关系以及涉及肢体平稳性相关参数等，这些信息对教练员和运动员有着重要的意义，不仅有助于客观了解自己的错误劣势所在，从根本上解决学习训练中的遇到的各种问题，从而针对训练、改正，提高训练效果和竞技水平，更重要的是可以帮助对此类竞技运动形成一个客观的科学的认识和分析方法，深入研究运动生物力学特征，从而提供科学的训练指导，提高民族竞技水平。然而现阶段却没有有效的工具方法来帮助实现。

根据国家专利局检索中心专利查询，有针对类似竞技体育的一种击剑训练指导系统，申请号是：200410041091.X，公开号是：CN1593703A，包括剑靶、传感和引导单元、运动部件、导向机构、运动驱动单元、处理单元和计算机。剑靶做成模拟击剑姿势的仿人形，固定安装于运动部件上。传感和引导单元由发光器和感应器连接组成，按照击剑运动的规律分布于剑靶上的各有效击刺部位。运动部件、导向机构和运动驱动单元带动剑靶沿直线前后运动，模仿运动员在剑道上的前后移动。传感和引导单元、运动部件可在计算机编程控制下按指定的序列和时间点亮或运动，主动引导运动员进行击刺和步伐训练、攻防训练。其优点是可以解决目前击剑训练中存在的被动、盲目和训练效果难以评价的问题，为教练员制定训练计划提供了依据，但是无法获得运动员的肢体姿态和步伐特征、位置、脚步压力分布之间的关系以及涉及肢体平稳性等相关参数，不能从根本上解析此类运动的本质特征，而目前迫切需要对此类竞技运动作出科学的分析评价。

发明内容本发明的目的在于：针对目前击剑、跆拳道、拳击、摔跤等体育竞技训练的缺陷，提出一种一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统。根据获得的空间影像信息和运动生物力学等信息，提供科学的分析指导方法，提高运动员的训练水平。

本发明的技术方案是：一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统，包括活动式数字化场地、高速摄像机组、系统同步控制器、现场总线、专用计算机，其特征在于：活动式数字化场地由多块数字化场地模块拼装连接置于室内地面中心处，通过现场总线和CAN卡连接到系统同步控制器；高速摄像机组由八台高速摄像机分别悬挂于四周墙壁构成，摄像范围覆盖活动式数字化场地，通过传输电缆和系统同步控制器相连，系统同步控制器和专用计算机相连接，完成数据的终端传输和系统控制；系统的同步控制信号由专用计算机控制系统同步控制器发出，精确同步活动式数字化场地和高速摄像机组的系统时间，活动式数字化场地的控制信号以及采集数据的传输通过现场总线实现，现场总线通过can卡和系统同步控制器进行数据传输，高速摄像机组通过电缆将八台高速摄像机连接起来完成空对间影像的精确定位，并连接到系统同步控制器，系统同步控制器和计算机共同完成对整个系统的运行控制，专用计算机控制系统同步控制器发出系统上作开始、结束的控制信号以及实现训练运动过程中采集数据的传输控制、系统各个设备之间的同步校正控制。

所述的活动式数字化场地是由多块正方形数字化场地模块拼装组合而成，其通用的电器机械接口使得数字化场地可以方便的拆卸、运输、存放，并且能够实现根据需要任意组合；

所述的高速摄像机组由八台高速摄像机分别挂立于室内的四面墙壁上组成，高速摄像机离地面的高度可以在一定范围内变化，水平方向的角度可以精确调节，以适应不同的训练采集需要。

所述的系统同步控制器包括采集数据传输转换控制部分以及同步信号的发生电路和同步控制电路部分。

所述的活动式数字化场地获得的运动步态信息和高速摄像机组获得的空间影像信息规整到同一时间轴上，用于获得人体肢体运动和步态的相关关系以及与运动步伐信息、肢体运动状态信息相关的各种体育训练分析。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

其一，针对现有在此类竞技体育上改进训练的方法均是基于在运动器材上的改进，本发明提出基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统，不仅可以通过数字化场地获得人体步伐位置、压力分布等特征，空间高速影像对在数字化场地上运动者的高速图像采集能够精确定位人体运动时候的姿态，从而可以结合数字化场地得到人体运动时的肢体姿态和步伐特征的统一整合参数、不同的肢体位置对步伐压力分布的影响等等，这些信息为击剑、跆拳道、拳击、摔跤等竞技体育项目的学习训练指导提供了客观的科学依据。

其二，采用数字化场地结合高速影像的方法，将活动式数字化场地获得的运动步态信息和高速摄像机组获得的空间影像信息规整到同一时间轴上，深入分析肢体姿态和步伐特征之间的关系，不仅仅对击剑、跆拳道、拳击、摔跤等竞技体育项目提供科学的训练指导，对于从本质上分析理解运动生物力学也具有重要的现实意义。

其三，基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统不仅可用于击剑、跆拳道、拳击、摔跤等竞技体育项目，也为其他涉及到人体姿态和步态的生物力学研究提供了一个测试平台。

附图说明下面结合附图和实施例对本发明专利做进一步的说明。

图1是该发明的整体结构示意图；

图2是该发明的系统工作流程图。

图1中，1、计算机；2、系统同步控制器；3、CAN卡；4、现场总线；5、高速摄像机；6、活动式数字化场地；7、高速摄像机；8、传输电缆；9、室内墙壁。

图1是该发明的整体结构示意图。在图1中，多块数字化场地模块拼装连接构成活动式数字化场地(6)，其通讯方式采取现场总线(4)连接，现场总线(4)通过CAN卡(3)连接到系统同步控制器(2)，活动式数字化场地(6)的同步控制信号以及采集数据的传输通过现场总线(4)和CAN卡(3)与系统同步控制器(2)进行数据传输，最终由计算机(1)完成数据分析处理；八台高速摄像机(5、7、10、11、12、13、14、15)分别悬挂于四周墙壁(9)构成高速摄像机组，通过调整每个高速摄像机的水平位置和上下高度使得摄像范围覆盖活动式数字化场地(1)，通过传输电缆(8)和系统同步控制器(2)相连，系统同步控制器(2)和专用计算机(1)相连接；系统的同步控制信号由计算机()控制系统同步控制器(4)发出，高速摄像机组获得的影像数据通过传输电缆(8)传输到到系统同步控制器(4)，最终由计算机(1)完成数据分析处理；整个系统工作全过程的同步校正控制以及数据采集、传输、存储、分析由计算机控制同步控制器(4)控制整个系统完成。

图2是系统工作的流程图。

打开计算机(1)，上电开启活动式数字化场地(6)、系统同步控制器(4)和高速摄像机组，由计算机(1)向活动式数字化场地(6)、系统同步控制器(4)和高速摄像机组等系统设备发出初始化指令，完成硬件的初始化工作，进而控制系统同步控制器(4)发出同步控制指令，完成系统同步工作，在计算机(1)和(4)的共同控制下，活动式数字化场地(6)、高速摄像机组和现场总线(4)、(3)共同完成数据的采集、传输，最终发送到计算机(1)进行存储和数据分析处理，运动员和教练员根据所的信息进行分析判断，用于指导训练提高成绩。

具体实施方式

实施例：实际使用时，开始系统完成上电开启初始化和系统同步，准备好工作后，运动员在活动式数字化场地上运动，由活动式数字化场地中的柔性传感器阵列采集记录运动员的脚步形状、位置、压力分布等步伐特征信息，通过现场总线将采集到的数据以特定的格式和传输方式经过传CAN卡和系统同步控制器输到计算机，与此同时，高速摄像机组同步采集到的运动高清图像信息通过传输电缆途经系统同步控制器也传送到计算机，计算机实现所有信息的存储分析，将活动式数字化场地采集到的运动员的步伐特征信息和高速摄像机组同步采集到的运动高清图像信息以及他们的系统时间信息规整到同一时间轴上，得到运动员任意时刻的身体姿态重心和相应的步伐特征，完成基于具体运动项目的训练模型的构建、肢体姿态和步态特征的分析与参数定义、特征参数的提取和整个运动过程的回放以及相应的运动生物力学分析。基于测试数据的分析结果揭示人体运动生物力学特征并给予运动员科学的训练指导。

Claims (5)

1.一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统，包括活动式数字化场地(1)、高速摄像机组(2)、系统同步控制器(4)、现场总线(5)、专用计算机(7)其特征在于：

活动式数字化场地(1)由多块数字化场地模块拼装连接置于室内地面中心处，通过现场总线(5)和CAN卡(4)连接到系统同步控制器(4)；高速摄像机组(2)由八台高速摄像机()分别悬挂于四周墙壁构成，摄像范围覆盖活动式数字化场地(1)，通过传输电缆()和系统同步控制器(4)相连，系统同步控制器(4)和专用计算机()相连接，完成数据的终端传输和系统控制；系统的同步控制信号由专用计算机()控制系统同步控制器(4)发出，精确同步活动式数字化场地(1)和高速摄像机组(2)的系统时间，活动式数字化场地(1)的控制信号以及采集数据的传输通过现场总线实现，现场总线通过can卡和系统同步控制器(4)进行数据传输，高速摄像机组(2)通过电缆将八台高速摄像机连接起来完成空对间影像的精确定位，并连接到系统同步控制器(4)，系统同步控制器(4)和计算机共同完成对整个系统的运行控制，专用计算机()控制系统同步控制器(4)发出系统工作开始、结束的控制信号以及实现训练运动过程中采集数据的传输控制、系统各个设备之间的同步校正控制。

2.根据权利1所述的一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统其特征是：所述的活动式数字化场地(1)是由多块正方形数字化场地模块拼装组合而成，其通用的电器机械接口使得数字化场地可以方便的拆卸、运输、存放，并且能够实现根据需要任意组合；

3.根据权利1所述的一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统其特征是：所述的高速摄像机组(2)由八台高速摄像机()分别挂立于室内的四面墙壁上组成，高速摄像机离地面的高度可以在一定范围内变化，水平方向的角度可以精确调节，以适应不同的训练采集需要。

4.根据权利1所述的一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统其特征是：所述的系统同步控制器(4)包括采集数据传输转换控制部分以及同步信号的发生电路和同步控制电路部分。

5.根据权利1所述的一种基于数字化场地和高速影像的体育训练分析系统其特征是：所述的活动式数字化场地(1)获得的运动步态信息和高速摄像机组(2)获得的空间影像信息规整到同一时间轴上，用于获得人体肢体运动和步态的相关关系以及与运动步伐信息、肢体运动状态信息相关的各种体育训练分析。

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