CN104665838A

CN104665838A - 体质检测方法及系统

Info

Publication number: CN104665838A
Application number: CN201510072056.2A
Authority: CN
Inventors: 张瑞林; 许宏强; 师丹玮; 刘远民
Original assignee: SHENZHEN TOL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Taishan Sports Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2035-02-11
Also published as: CN104665838B

Abstract

本发明公开一种体质检测方法。包括：S1，摄像机以固定帧率持续拍摄测试者图像，提取图像中的人体姿态；S2，按照时间顺序分析从各帧图像中提取的人体姿态，搜索到人体姿态为被检姿态动作正在进行的一帧图像，将该帧标记为初始帧；S3，以该初始帧为第一帧，继续按时间顺序向后搜索至与初始帧间隔预设帧数的一帧图像，将该帧标记为结束帧；S4，统计从初始帧至结束帧的总帧数，将总帧数结合固定帧率计算得到从初始帧至结束帧的持续时间，同时，根据从初始帧至结束帧的人体姿态及位置变化得到测试者的运动位移，由此计算得到测试者的体质数据。本发明还公开对应的体质检测系统。本发明能实现体质检测中纵跳项目的自动化测量，且测量精度高。

Description

体质检测方法及系统

技术领域

本发明涉及动作检测领域，尤其涉及一种体质检测方法及系统。

背景技术

目前，随着社会经济发展、人民对健康认识的提高、以及国际形势的变化，国家对整体国民体质的增强已经提升到战略性的高度。在这个大背景下，迫切需要对全民体质进行更高效、准确的监测。

在国家体育总局群体司于2003年发布的《国民体质测定标准手册及标准（成年人部分）》中，国民体质的测试分为了三大类共11项测试指标，其中身体素质类别中包括了纵跳项目的指标。

传统的纵跳测量方法如下：传统的纵跳测量方法为测试者站在纵跳仪踏板上垂直向上跳起、落下，纵跳仪记录人体滞空时间再计算出纵跳高度。在此过程中，若测试者落地时有收腹屈膝的姿态则会使人体滞空时间延长，对测量结果带来误差，而目前仅依靠测试员在旁目视判断测试者的动作是否准确，除了可以甄别出比较明显的收腹屈膝动作，尚无有效方法避免不同程度收腹屈膝动作所带来的测量误差。

因此，上述传统的纵跳测量存在精度不高，效率低的缺点，不利于在国民体质监测活动的推广，难以长远满足国家对体质监测精度的要求。

发明内容

本发明所要解决的问题在于，在人工进行体质检测的纵跳项目测量时，因人为因素无法准确甄别测试者的有效落地时间，进而造成对纵跳高度测量的误差。

为解决上述技术问题，本发明提供一种体质检测方法，包括：

步骤S1，摄像机以固定帧率持续拍摄测试者图像，提取图像中的人体姿态；

步骤S2，按照时间顺序分析从各帧图像中提取的人体姿态，搜索到人体姿态为被检动作正在进行的一帧图像，将该帧标记为初始帧；

步骤S3，以该初始帧为第一帧，继续按时间顺序向后搜索至与初始帧间隔预设帧数的一帧图像，将该帧标记为结束帧；

步骤S4，统计从初始帧至结束帧的总帧数，将总帧数结合固定帧率计算得到从初始帧至结束帧的持续时间，同时，根据从初始帧至结束帧的人体姿态及位置变化得到测试者的运动位移，由此计算得到测试者的体质数据。

进一步，步骤S2中被检动作正在进行包括测试者的头顶高度大于测试者身高且测试者身体处于上升趋势或下降趋势。

进一步，步骤S1中摄像机以固定帧率持续拍摄测试者图像的同时，还向测试者提供光进行照射，且在面向摄像机拍摄方向为测试者提供反光背景。

进一步，步骤S1中向测试者提供光进行照射时，光照射频率是摄像机拍摄帧率的二分之一；摄像机拍摄形成的图像包括明帧图像和暗帧图像，该明帧图像为在光向测试者照射下拍摄形成的图像，该暗帧图像为在光未对测试者照射下拍摄形成的图像；对相邻的明帧图像和暗帧图像进行差分，根据差分结果提取出图像中的人体姿态。

进一步，在步骤S1之前，摄像机还拍摄已知尺寸物体以做基准图像标定，从而确定摄像机所拍摄图像中单位像素代表的实际尺寸。

本发明还提供一种体质检测系统，包括：

摄像机，用于以固定帧率持续拍摄测试者图像；

第一搜索单元，用于按照时间顺序分析从各帧图像中提取出的人体姿态，搜索到人体姿态为被检动作正在进行的一帧图像，将该帧标记为初始帧；

第二搜索单元，用于以该初始帧为第一帧，继续按时间顺序向后搜索至与初始帧间隔预设帧数的一帧图像，将该帧标记为结束帧；

数据处理单元，用于统计从初始帧至结束帧的总帧数，将总帧数结合固定帧率计算得到从初始帧至结束帧的持续时间，同时，根据初始帧和结束帧的人体姿态及位置变化得到测试者的运动位移，由此计算得到测试者的体质数据。

进一步，第一搜索单元搜索到的被检动作正在进行包括测试者的头顶高度大于测试者身高且测试者身体处于上升趋势或下降趋势。

进一步，该体质检测系统还包括：光照单元，用于在所述摄像机以固定帧率持续拍摄测试者图像的同时，向测试者提供光照射；反光单元，面向所述摄像机拍摄方向设置，用于为测试者提供反光背景。

进一步，光照单元向测试者提供光进行照射时，光照射频率是摄像机拍摄频率的二分之一；摄像机拍摄形成的图像包括明帧图像和暗帧图像，该明帧图像为在光照单元向测试者照射下拍摄形成的图像，该暗帧图像为在光照单元未对测试者照射下拍摄形成的图像；对相邻的明帧图像和暗帧图像进行差分，根据差分结果提取出图像中的人体姿态。

进一步，拍摄测试者之前，摄像机还拍摄已知尺寸的物体以做基准图像标定，以确定摄像机所拍摄图像中单位像素代表的实际尺寸。

通过实施本发明，不但能实现纵跳项目的自动化测量，且测量精度高。

附图说明

图1 是本发明提供的一种体质检测方法的示意图；

图2 是本发明提供的一种体质检测系统的示意图；

图3 是本发明应用于纵跳项目测量的一种具体实施例；

图4 是测试者在纵跳测试项目中站立未跳跃时的图像示意图；

图5 是测试者在纵跳后的上升阶段选取的初始图像示意图;

图6 是测试者在纵跳后的上升阶段选取的结束图像示意图。

具体实施方式

本部分以体质检测中的纵跳测量项目为例进行说明。

请参照图1，图1是本发明提供的一种体质检测方法的示意图，包括：

测量前，测试者在摄像机视野范围内静止站立。自测量启动开始，摄像机即以固定帧率持续拍摄测试者图像。提取图像中的人体姿态，以对各时刻的人体动作进行记录，供后续步骤分析。

在可选方式中，摄像机对测试者进行图像拍摄时，可为测试者提供光照射，并面向摄像机拍摄方向为测试者提供反光背景。其中，摄像机可优选红外摄像机，光照射优选与之对应的红外照明光源，反光背景可优选反光晶格、玻璃微珠等材料。在摄像机的拍摄过程中，照射光源可以是连续不间断地进行照射，这样，对于摄像机拍摄的测试者图像，则逐帧提取图像中的人体姿态；又或者，同步控制光源照射和摄像机的拍摄，且光源照射频率是摄像机拍摄帧率的二分之一，此时，摄像机拍摄形成的图像包括明帧图像和暗帧图像，该明帧图像为在光向测试者照射下拍摄形成的图像，该暗帧图像为在光未对测试者照射下拍摄形成的图像；通过对相邻的明帧图像和暗帧图像进行差分，从而根据差分结果提取出图像中的人体姿态，采用此种方式，将更容易提取出图像中的人体姿态。

在可选方式中，进行步骤S1之前，还包括摄像机的基准图像标定步骤，具体为通过对一个或多个已知尺寸的物体进行图像拍摄，从而确定在摄像机所拍摄图像中，图像单位像素代表的所拍摄实景的实际尺寸。

步骤S2，按照时间顺序分析从各帧图像中提取的人体姿态，搜索到人体姿态为被检动作正在进行的一帧图像，将该帧标记为初始帧。

继步骤S1提取出各帧图像中的人体姿态之后，接下来对各帧图像中的人体姿态进行分析，判断被检动作是否正在进行。在可选方式中，被检动作正在进行的判定指标可包括测试者的头顶高度大于测试者身高且测试者身体处于上升趋势或下降趋势，即测试者正处于纵跳过程的上升与下降状态，该状态可根据人体姿态的位置变化来判断。如，按时间顺序，若相邻帧图像记录的身体（具体可为身体上某一特征部位，如头部）位移逐渐变小，则表示测试者处在纵跳的上升阶段，若相邻帧图像记录的身体位移逐渐变大，则表示测试者处在纵跳的下降阶段。本发明所提及的位移是指沿竖直方向，测试者身体相对测试者静止站立的测试平面发生的移动距离。在判断出测试者正处于纵跳的上升或下降阶段状态时，任意选取该状态中测试者的一帧图像，将其标记为初始帧NA。

以步骤S2确定的初始帧图像为起点，继续按时间顺序向后间隔预设帧数选取一帧图像，将其标记为结束帧NB。该预设帧数可根据测量需要进行设定，如2帧、3帧等。结束帧图像最好与初始帧图像选取在纵跳过程同一阶段范围内，如均处于上升或下降阶段。

继步骤S2与步骤S3先后搜索到的初始帧图像和结束帧图像，代表在纵跳过程中选取出一中间过程段。根据初始帧图像与结束帧图像中人体姿态（具体可为人体的头部、脚部等）的位置，计算出测试者人体姿态在初始帧NA和结束帧NB这两帧间隔时间内的位移差ΔH。而初始帧和结束帧这两帧的间隔时间T则可根据初始帧NA、结束帧NB和摄像机的固定帧率F得出，即T=（NB-NA）/F。进一步，基于位移差ΔH以及初始帧NA和结束帧NB这两帧间的间隔时间T，即可测算测试者的纵跳高度。因为测试者的纵跳过程可看做是先竖直上抛后自由落体的连续过程（可忽略空气阻力的影响），据此可作相关计算。下面以初始帧图像和结束帧图像均选取在纵跳上升阶段为例介绍一种测算方法：

根据竖直上抛模型，按物理公式VB2－VA2=2gΔH和VB=VA+gT可测算出VA与VB，其中g代表重力加速度，T代表从初始帧至结束帧的持续时间，ΔH代表测试者身体从结束帧NB至初始帧NA产生的位移差，ΔH由HB－HA（HA与HB分别为初始帧图像和结束帧图像中人体姿态某特征部位，如头部相对于测试平面的高度）算出。

由于身体在纵跳后到达顶点的速度值为零。因此，基于已得出的VA、VB 、HB和HA可计算身体的最大运动位移Hmax，即纵跳项目所测试的高度。如按物理公式0－VB2=2g（Hmax－HB），代入已知值即可求出。同理，若第一图像与第二图像选取在纵跳的下降阶段，或者第一图像选取在纵跳的上升阶段，而第二图像选取在纵跳的下降阶段，均能按该两模型的物理公式计算得出Hmax。

当然，在该中间过程段中通过选取更多帧图像用以测算，最后求取Hmax的平均值即可，可进一步提高测算精度。

由此可看出，本发明完全不用依赖于先测算测试者的整体滞空时间来得出纵跳最大位移，而仅需选取纵跳过程的某一段即能实现，而且基于图像处理，测量精度更高。

请参照图2，图2是本发明提供的一种体质检测系统，该系统包括：摄像机、第一搜索单元、第二搜索单元和数据处理单元。其中：

摄像机，用于以固定帧率持续拍摄测试者图像，测试者在摄像机的拍摄范围内。进一步，体质检测系统还可包括光照单元和反光单元，用以在摄像机拍摄过程中，用光照单元对测试者进行照射，反光单元则面向摄像机拍摄方向为测试者提供反光背景。其中，摄像机可优选红外摄像机，光照单元对应优选红外照明光源，反光单元可优选反光晶格、玻璃微珠等材料。

在摄像机的拍摄过程中，光照单元可以是连续不间断地进行照射，这样，对于摄像机拍摄的测试者图像，则逐帧提取图像中的人体姿态；又或者，同步控制光照单元和摄像机的拍摄，且光照单元照射频率是摄像机拍摄帧率的二分之一，此时，摄像机拍摄形成的图像包括明帧图像和暗帧图像，该明帧图像为在光向测试者照射下拍摄形成的图像，该暗帧图像为在光未对测试者照射下拍摄形成的图像；通过对相邻的明帧图像和暗帧图像进行差分，从而根据差分结果提取出图像中的人体姿态，采用此种方式，将更容易提取出图像中的人体姿态。

另外,在测试前,摄像机还通过拍摄一个或多个已知尺寸的物体以做基准图像标定，以确定摄像机所拍摄图像中单位像素代表的实际尺寸。

第一搜索单元，用于按照时间顺序分析从各帧图像中提取的人体姿态，搜索到人体姿态为被检动作正在进行的一帧图像，并将该帧标记为初始帧。具体为，第一搜索单元用于搜索分析测试者是否已在进行纵跳，处于纵跳过程的上升或下降状态。当第一搜索单元搜索到的人体姿态为测试者的头顶高度大于测试者身高且测试者身体处于上升趋势或下降趋势的状态时，取测试者处于该状态情况下的任一帧图像为初始帧。

第二搜索单元，用于以该初始帧为第一帧，继续按时间顺序向后搜索至与初始帧间隔预设帧数的一帧图像，将该帧标记为结束帧。第二搜索单元以初始帧图像为起点，继续按时间顺序向后间隔预设帧数选取一帧图像，并将该图像取为结束帧。该预设帧数可根据测量需要进行设定，如2帧、3帧等。结束帧图像最好选取在纵跳上升或下降阶段范围内。

数据处理单元，统计从初始帧至结束帧的总帧数，将总帧数结合固定帧率计算得到从初始帧至结束帧的持续时间，同时，根据初始帧和结束帧的人体姿态及位置变化得到测试者的运动位移，由此计算得到测试者的体质数据，该体质数据即纵跳项目中需要得到的测试者的纵跳高度值。具体计算过程，在前面已作详细阐明，这里不再赘述。

请参照图3，图3是本发明应用于纵跳项目测量的一种具体实施例。测试者1站立于测试区域2。红外摄像机3相向设置在距测试者1前方约2米处，离地面高度约1.7米。反光板4距测试者1身后约0.5米处，与红外摄像机3相向设置且基本垂直于红外摄像机3的光轴。计算机5与红外摄像机3信号连接，具有图像处理功能，包括图像搜索与处理、纵跳高度的测算等功能。红外摄像机3拍摄的固定帧率设为60帧，每帧相间则为0.0167秒。反光板4宽约1.5米、高约2.7米。反光板4的反光面材质可为反光晶格材料，红外摄像机3旁设置有红外照明光源6，用于提高摄像机对人体姿态的提取效果。

自启动测试开始，红外摄像机3即开始持续对测试者1拍摄图像。在计算机5的图像分析处理中，可通过具体选取测试者的一特征部位，如头部的位置变化来测算相关体质数据。在本实施例中，以在纵跳上升阶段选取间隔预设帧数的初始帧图像与结束帧图像为例说明。在按时间顺序拍摄的过程中，红外摄像机3拍摄到的测试者1站立未跳跃时的人体姿态如图4所示，可确定测试者1的头顶高度（站立时的身高）；在纵跳上升过程中，头部逐渐超过测试者1头顶高度，红外摄像机3拍摄到一帧人体姿态如图5所示，该帧图像记为初始帧；继续在纵跳上升过程中，红外摄像机3间隔预设帧数拍摄到另一帧人体姿态如图6所示，该帧图像记结束帧。计算机5在该初始帧图像与结束帧图像中以头部为特征部位测算出测试者1身体在初始帧的速度VA和在结束帧的速度VB，结合初始帧图像或结束帧图像中的头部位移值，最终计算出头部在纵跳过程中的最大位移，该最大位移就是测试者1在纵跳项目中测量值Hmax。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种体质检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的体质检测方法，其特征在于，所述步骤S2中被检动作正在进行包括测试者的头顶高度大于测试者身高且测试者身体处于上升趋势或下降趋势。

3.根据权利要求1所述的体质检测方法，其特征在于，所述步骤S1中摄像机以固定帧率持续拍摄测试者图像的同时，还向测试者提供光进行照射，且在面向摄像机拍摄方向为测试者提供反光背景。

4.根据权利要求3所述的体质检测方法，其特征在于，所述步骤S1中向测试者提供光进行照射时，光照射频率是摄像机拍摄帧率的二分之一；

摄像机拍摄形成的图像包括明帧图像和暗帧图像，该明帧图像为在光向测试者照射下拍摄形成的图像，该暗帧图像为在光未对测试者照射下拍摄形成的图像；对相邻的明帧图像和暗帧图像进行差分，根据差分结果提取出图像中的人体姿态。

5.根据权利要求1所述的体质检测方法，其特征在于，在步骤S1之前，所述摄像机还拍摄已知尺寸的物体以做基准图像标定，从而确定摄像机所拍摄图像中单位像素代表的实际尺寸。

6.一种体质检测系统，其特征在于，包括：

摄像机，用于以固定帧率持续拍摄测试者图像；

7.根据权利要求6所述的体质检测系统，其特征在于，所述第一搜索单元搜索到的被检动作正在进行包括测试者的头顶高度大于测试者身高且测试者身体处于上升趋势或下降趋势。

8.根据权利要求6所述的体质检测系统，其特征在于，还包括：

光照单元，用于在所述摄像机以固定帧率持续拍摄测试者图像的同时，向测试者提供光照射；

反光单元，面向所述摄像机拍摄方向设置，用于为测试者提供反光背景。

9.根据权利要求8所述的体质检测系统，其特征在于，所述光照单元向测试者提供光进行照射时，光照射频率是摄像机拍摄频率的二分之一；

摄像机拍摄形成的图像包括明帧图像和暗帧图像，该明帧图像为在光照单元向测试者照射下拍摄形成的图像，该暗帧图像为在光照单元未对测试者照射下拍摄形成的图像；对相邻的明帧图像和暗帧图像进行差分，根据差分结果提取出图像中的人体姿态。

10.根据权利要求6所述的体质检测系统，其特征在于，拍摄测试者之前，所述摄像机还拍摄已知尺寸的物体以做基准图像标定，以确定摄像机所拍摄图像中单位像素代表的实际尺寸。