CN105913045B - 仰卧起坐测试的计数方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种仰卧起坐的计数方法，其包括：S1、在测试区域设置具有特定纹路的识别区，识别区为测试时测试者的上半身所在区域，在识别区的斜上方设置摄像机；S2、利用摄像机以一定帧率持续拍摄包括测试者和识别区在内的测试图像，得到识别区内的纹路图像；S3、分析得到的纹路图像，当初次发现某帧纹路图像中纹路的像素值达到预设的卧姿阈值时，将该帧设置为起始帧；S4、继续提取分析后续各帧的纹路图像，每当发现纹路图像中纹路的像素值由预设的卧姿阈值逐渐增大至预设的坐姿阈值时计数一次。本发明还提供一种对应的计数系统。实施本发明可实现自助式的仰卧起坐测试与计数，测试过程无需人工干涉，提高了测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及图像识别处理技术领域，尤其涉及仰卧起坐测试计数的应用。
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，仰卧起坐被列入国民体质的测试项目之一。
但是，传统的仰卧起坐实施计数方法中，通常为人工计数，但存在测试效率不高，且误差率大，长时间的反复性操作也容易造成测试员疲惫，对不规范动作不易察觉等缺点，现已较少应用于体质检测。另一方面，启动1分钟的测试需要人员额外操作，如按动计时按钮或是喊口令，自动化程度不高。
还有一种现有技术，就是通过在测试者身上佩戴电子设备来判断测试者动作是否规范，但测试者有束缚感，舒适程度低，测试体验差。
因此，面对当代人们生活质量的提高，对体质检测的越发关注，对检测中的项目测试精度要求越来越高的情形下，上述提及的仰卧起坐已有的测试方法尚不具备良好测试体验，测试效率仍有待提高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种仰卧起坐的计数方法，包括：
S1、在测试区域设置具有特定纹路的识别区，识别区为测试时测试者的上半身所在区域，在识别区的斜上方设置摄像机；
S2、利用摄像机以一定帧率持续拍摄包括测试者和识别区在内的测试图像，得到识别区内的纹路图像；
S3、分析得到的纹路图像，当初次发现某帧纹路图像中纹路的像素值达到预设的卧姿阈值时，将该帧设置为起始帧；
S4、继续提取分析初始帧后续各帧的纹路图像，每当发现纹路图像中纹路的像素值由预设的卧姿阈值逐渐增大至预设的坐姿阈值时计数一次。
在可选实施例中，步骤S3还包括，在设置动作起始帧的同时，计时开始；步骤S4中，提取某帧的纹路图像之前，先判定该帧所在时刻相对计时开始时刻是否已达到预设时长，是则结束本次测试，否则继续测试。
在可选实施例中，识别区内设置的特定纹路为至少一条线状识别图案，线状识别图案的延伸方向与测试者仰卧方向基本垂直，各步骤中分析的纹路图像中纹路的像素值为线状识别图案的长度值。
进一步，步骤S1还包括：在测试区域内设定有供测试者脚部放置的脚部定位区，脚部定位区与识别区之间设置有腿部放置区，腿部放置区内间隔设置有基本沿着测试者仰卧方向延伸的两定位线条，测试时测试者的双腿分别沿着两定位线条放置；测试前获取测试者的身高数据，根据该身高数据确定出测试者做出仰卧起坐动作时识别区会发生变化的线状识别图案，定为关联线状图案；步骤S3和S4中分析纹路图像中纹路时，仅分析所述关联线状图案。
进一步，所述关联线状图案的数量为多条，步骤S3和S4中分析的是所有关联线状图案长度的平均值，卧姿阈值为测试者肩胛骨接触测试区域时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值，坐姿阈值为测试者完全坐起时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值。
本发明还提供一种仰卧起坐的计数系统，包括：
测试区域，其包括具有特定纹路的识别区，识别区为测试时测试者的上半身所在区域；
摄像机，其设置在识别区的斜上方，以一定帧率持续拍摄包括测试者和识别区在内的测试图像，得到识别区的纹路图像；
起始帧获取模块，其提取并分析摄像机得到的纹路图像，当初次发现某帧纹路图像中纹路的像素值达到预设的卧姿阈值时，将该帧设置为起始帧；
纹路图像分析模块，其继续提取分析起始帧后续各帧的纹路图像，每当发现纹路图像中纹路的像素值由预设的卧姿阈值逐渐增大至预设的坐姿阈值时，发出计数指令；
计数模块，在接收到纹路图像分析模块发出的计数指令后，对仰卧起坐次数计数一次。
在可选实施例中，起始帧获取模块在设置起始帧的同时还发出一起始指令，该计数系统进一步包括：
计时模块，其在接收到起始帧获取模块发出的起始指令时开始计时，后续实时记录当前帧相对计时开始时刻的时长数据；
测试结束判定模块，其调取计时模块记录的时长数据，判定当前帧所对应的时长数据是否已达到预设时长，是则发出结束指令，否则发出继续指令；纹路图像分析模块在提取分析某帧的纹路图像之前，接收测试结束判定模块发出的指令，以根据结束指令结束本次测试，或者根据继续指令继续进行测试。
在可选实施例中，识别区内设置的特定纹路为至少一条线状识别图案，线状识别图案的延伸方向与测试者仰卧方向基本垂直，起始帧获取模块以及纹路图像分析模块分析的纹路图像中纹路的像素值为线状识别图案的长度值。
进一步，测试区域内还设定有供测试者脚部放置的脚部定位区，脚部定位区与识别区之间设置有腿部放置区，腿部放置区内间隔设置有基本沿着测试者仰卧方向延伸的两定位线条，测试时测试者的双腿分别沿着两定位线条放置；该计数系统还包括数据关联模块，用于测试前获取测试者的身高数据，根据该身高数据确定出测试者做出仰卧起坐动作时识别区会发生变化的线状识别图案，定为关联线状图案；起始帧获取模块以及纹路图像分析模块分析纹路图像中纹路时，仅分析关联线状图案。
进一步，关联线状图案的数量为多条，起始帧获取模块以及纹路图像分析模块分析的是所有关联线状图案长度的平均值，卧姿阈值为测试者肩胛骨接触测试区域时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值，坐姿阈值为测试者完全坐起时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值。
实施本发明，通过图像识别处理技术能够实现自助式的仰卧起坐测试与计数。仰卧起坐测试过程由此可实现自动化，减少人工干预，测试效率明显提高，测试者体验感好。
附图说明
图1是本发明提供的一种仰卧起坐计数方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中测试区域示意图；
图3是本发明提供的一种仰卧起坐计数系统示意图。
具体实施方式
本发明的实施和应用主要但不限于是在国民体质测定项目中。
在国民体质测定中，仰卧起坐反映人体腰腹部肌肉的力量及持续工作能力。测试前，要求测试者仰卧于水平面上，双腿稍分开屈膝呈90°，双手手指交叉抱于脑后，压住双脚以固定双腿。测试时，测试者快速起坐，双肘触及或超过双膝，然后还原为仰卧，双肩胛触及水平面为完成一次，并以此类推累计得出仰卧起坐的连续个数。其中需注意的是，如果测试者借用肘部支撑的力量完成起坐或双肘未触及双膝，该情况不计数。一般地，仰卧起坐的测试时间为1分钟。
基于对动作的规范定义，本发明通过运用图像识别处理的手段实现仰卧起坐的自动识别和计数。为方便说明，本发明以测试者按规范实施动作为前提。
本发明提供如图1所示的一种仰卧起坐的计数方法的流程。
步骤S1中，在测试区域设置具有特定纹路的识别区，识别区为测试时测试者的上半身所在区域，在识别区的斜上方设置摄像机。
请参照如图2，图2是本发明所提供的测试区域示意图。测试区域210包括但并不限于为测试者提供仰卧起坐测试。测试区域210内通过设置识别区211、脚部定位区212和腿部放置区213，如图中黑色虚线框出区域，分别用以标示出测试者测试时上半身、脚部及双腿所应放置的区域。腿部放置区213设置于脚部定位区212和识别区211之间。腿部放置区213不限于与识别区211相接，且腿部放置区213在其宽度W延长方向上较识别区211窄，是为区别双腿与上半身的位置，示意仰卧方向。腿部放置区213内两侧间隔设置有基本沿着测试者仰卧方向延伸的定位线条2131a和定位线条2131b，测试时测试者的双腿分别沿着所述定位线条2131a和定位线条2131b放置。脚部定位区212设置有固定装置，起到测试时按压双脚以固定双腿的作用。识别区211内部还包括至少一条特定纹路2111，其延伸方向均与测试者仰卧方向基本垂直。本发明特定纹路其图案不受限制，除如图中所示的呈直线条状外，在可选实施例中，特定纹路还可呈均匀分布的曲线、折线、弧线等线状图案，也可以是包括由规则几何图形组成的图案、或是明暗相间的几何图形组合等。
当识别区211内部的特定纹路2111为多条呈如图2所示直线的线状识别图案时，优选的，在测试之前，先获取测试者的身高数据，根据身高数据确定在测试者做出仰卧起坐动作时，针对识别区211内会发生变化的线状识别图案，也就是能够反映测试者上半身运动情况的特定纹路，将其定为关联线状图案。比如不同身高的测试者，仰卧时可能遮挡不同范围的多条特定纹路，当测试者从仰卧到坐立，这些特定纹路会逐渐重现在拍摄的图像中；当测试者由坐立再次恢复到仰卧，这些特定纹路会再逐渐被上半身所遮挡。关联线状图案的动态变化，客观反映测试者的运动过程。此外，关联线状图案的选取，不仅能够在测试过程中，严格要求测试者作动作时须达到仰卧和坐立所需的判断阈值，防止自助测试时的作弊现象，而且，还可以减少数据处理量。
另外，在识别区211的斜上方一侧，通过设置摄像机(图2中未示出)用于对识别区211进行图像拍摄。该摄像机的位置优选设置在与测试者仰卧方向基本垂直的一侧，如图2视野所示意的位置。
步骤S2中，利用摄像机以一定帧率持续拍摄包括测试者和识别区在内的测试图像，得到识别区内的纹路图像。
当测试者在图2所示的测试区域210做好仰卧起坐测试准备时，可用前述摄像机对测试者持续进行图像拍摄。由于摄像机的拍摄具有特定帧率，因此可得到依时序的若干包括测试者、识别区在内的测试图像。在后续图像处理步骤中将分析识别区内的特定纹路，在定出了前述关联线状图案的情形下可仅为分析关联线状图案即可，即基于关联线状图案在仰卧起坐过程中被拍摄到的长度变化情况，识别出测试者的仰卧起坐完成个数，这将在后面步骤中详述。
步骤S3中，分析得到的纹路图像，当初次发现某帧纹路图像中纹路的像素值达到预设的卧姿阈值时，将该帧设置为起始帧。
能够有效判断仰卧起坐测试的起始帧，则可提高本发明测试方法的准度。因此，在可选实施例中，自前述摄像机开始逐帧拍摄获取测试图像起，实时对测试图像中的关联线状图案进行分析，具体为分析该多条关联线状图案长度的平均值变化。也就是说，测试者在起坐或下躺过程中，上半身会以不同程度遮挡关联线状图案，进而通过摄像机获取的图像中，多条关联线状图案的长度均不同程度地增大或减小，为从整体上分析，将包含在内的多条线状长度的平均值作为分析对象。
在本步骤中，首先预设一卧姿阈值，作为计时起始帧的判断点。卧姿阈值为测试者肩胛骨接触测试区域时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值。由于在测试图像中，长度具体是由若干像素体现，所以本发明所指线状图案长度，可等同理解为线状图案像素值，而关联线状图案的长度平均值则亦可称为像素平均值。当关联线状图案的长度平均值初次达到预设的卧姿阈值时，视作测试者做好测试准备，并将当前帧设置为起始帧，同时计时开始。
步骤S4中，继续提取分析初始帧后续各帧的纹路图像，每当发现纹路图像中纹路的像素值由预设的卧姿阈值逐渐增大至预设的坐姿阈值时计数一次。
我们知道，一个完整的仰卧起坐是测试者从仰卧姿态到坐立姿态的转变。而本发明中，当测试者从仰卧到坐立，对应地，摄像机持续所获取的关联线状图案的长度平均值则呈现逐渐增大态(多条关联线状图案被测试者上半身遮挡的程度在逐渐减小)。
进一步，测试者起坐后，要求其双肘触及或超过双膝，因此本发明预设一个坐姿阈值，视作测试者坐立的判断点。坐姿阈值为测试者完全坐起时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值。本步骤中，在自起始帧依序对关联线状图案的处理过程中，关联线状图案在测试图像中的长度平均值会逐渐变大，直至到坐姿阈值。当坐姿阈值满足时，则视作测试者完成了动作转变的要求，则计数一次；若坐姿阈值未满足时，则继续对关联线状图案长度平均值做判断。
如上所述，本发明能够实现对一个仰卧到起坐实现自动启动、识别和计数。而在1分钟测试过程中，对次数的累计则是本方法所述相关步骤的重复再现，即自起始帧以后，基于对关联线状图案平均值的分析，每发现完成了一次坐立动作，则计数次数叠加一次。进一步针对仰卧起坐测试的自动结束，本发明还可以提供方法如下：
一般仰卧起坐要求测试的时间为1分钟。在设置动作起始帧的同时，计时开始，后续持续判定当前帧相对计时开始时刻(起始帧)是否已达到预设时长(如本实施例中的1分钟)，若是，则结束本次测试，即停止提取当前帧测试图像，计时结束，自动保存已累计的仰卧起坐次数；若否，则继续测试。
本发明还提供一种采用前述方法的仰卧起坐计数系统，如图3所示的系统示意图，其包括：
测试区域210：其包括但并不限于为测试者提供仰卧起坐测试。测试区域210内通过设置具有特定纹路的识别区211、脚部定位区212和腿部放置区213，分别标示出测试者上半身、脚部及双腿所应放置的区域，脚部定位区212还包括设置有固定装置以帮助测试者在测试时固定双腿。三者在测试区域210内的布局与图2所示相同，在此不再赘述。
摄像机220：其位置可参考如图2视野所示意，其设置在识别区211的斜上方，用于对识别区211进行图像拍摄，其位置优选设置在与测试者仰卧方向基本垂直的一侧。摄像机220以一定帧率持续拍摄包括测试者和识别区211在内的测试图像，得到识别区的纹路图像。
数据关联模块230：通过本模块，计数系统先在识别区211内直接确定出与测试者相关的特定纹路。具体为，数据关联模块230先根据测试者身高数据确定出测试者做仰卧起坐动作时，通过摄像机220获取的图像中识别区211内会发生长度值变化的多条线状识别图案，将其定为关联线状图案。选取关联线状图案的原因可参照前述关于计数方法的描述中的相关记载，故而在此不再赘述。系统后续的模块将分析关联线状图案在仰卧起坐过程中被拍摄到的平均长度值变化情况，客观反映出测试者的运动过程。数据关联模块230的设置并不用于限制本发明计数系统。
起始帧获取模块240：其提取并分析摄像机得到的纹路图像，当初次发现某帧纹路图像中纹路的像素值达到预设的卧姿阈值时，将该帧设置为起始帧。具体为在本模块处理中，预设一卧姿阈值，作为计时起始帧的判断点。卧姿阈值为测试者肩胛骨接触测试区域时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值。当关联线状图案的长度平均值达到预设的卧姿阈值时，视作测试者做好测试准备，将当前帧设置为起始帧，并生成接续指令，还可以同时发出一起始指令。
纹路图像分析模块250：其继续提取分析起始帧后续各帧的纹路图像，每当发现纹路图像中纹路的像素值由预设的卧姿阈值逐渐增大至预设的坐姿阈值时发出计数指令。具体为在本模块的处理中，预设一坐姿阈值，视作测试者坐立的判断点。坐姿阈值为测试者完全坐起时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值。纹路图像分析模块250接收由起始帧获取模块240生成的接续指令，继续提取分析摄像机得到的后续各帧的纹路图像，直至发现纹路图像中所有关联线状图案长度平均值由预设的卧姿阈值逐渐增大至预设的坐姿阈值时，就生成一计数指令。
计数模块260：在接收到纹路图像分析模块250生成的计数指令后，对仰卧起坐次数计数一次。
同样，本系统能够实现对一个仰卧起坐动作实现自动识别和计数。1分钟测试中，由纹路图像分析模块250持续对关联线状图案长度变化进行分析，作出是否计数的判断。
另外，本系统针对测试的自动启动和结束，还可以进一步包括：
计时模块270：其在接收到前述起始帧获取模块240发出的起始指令时开始计时，后续实时记录当前帧相对计时开始时刻的时长数据。
测试结束判定模块280：其调取所述计时模块270记录的时长数据，判定当前帧所对应的时长数据是否已达到预设时长(可为本实施例中的1分钟)，若是，则发出结束指令；否则发出继续指令；所述纹路图像分析模块250在提取分析某帧的纹路图像之前，接收所述测试结束判定模块280发出的指令，以根据结束指令结束测试，自动保存已累计的仰卧起坐次数，或者根据继续指令继续进行测试。
基于上述方法和系统，本发明所实现的仰卧起坐自助测试，可减少人工成本，提高测试效率，给测试者良好的测试体验。
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 (10)
1.一种仰卧起坐测试的计数方法，其特征在于，包括步骤：
S1、在测试区域设置具有特定纹路的识别区，所述识别区为测试时测试者的上半身所在区域，在所述识别区的斜上方设置摄像机；
S2、利用所述摄像机以一定帧率持续拍摄包括测试者和识别区在内的测试图像，得到识别区内的纹路图像；
S3、分析得到的纹路图像，当初次发现某帧纹路图像中纹路的像素值达到预设的卧姿阈值时，将该帧设置为起始帧；
S4、继续提取分析初始帧后续各帧的纹路图像，每当发现纹路图像中纹路的像素值由预设的卧姿阈值逐渐增大至预设的坐姿阈值时计数一次。
2.如权利要求1所述的仰卧起坐测试的计数方法，其特征在于，步骤S3还包括，在设置动作起始帧的同时，计时开始；步骤S4中，提取某帧的纹路图像之前，先判定该帧所在时刻相对计时开始时刻是否已达到预设时长，是则结束本次测试，否则继续测试。
3.如权利要求1所述的仰卧起坐测试的计数方法，其特征在于，所述识别区内设置的特定纹路为至少一条线状识别图案，所述线状识别图案的延伸方向与测试者仰卧方向基本垂直，各步骤中分析的纹路图像中纹路的像素值为所述线状识别图案的长度值。
4.如权利要求3所述的仰卧起坐测试的计数方法，其特征在于，步骤S1还包括：在测试区域内设定有供测试者脚部放置的脚部定位区，所述脚部定位区与所述识别区之间设置有腿部放置区，所述腿部放置区内间隔设置有基本沿着测试者仰卧方向延伸的两定位线条，测试时测试者的双腿分别沿着所述两定位线条放置；测试前获取测试者的身高数据，根据该身高数据确定出测试者做出仰卧起坐动作时识别区会发生变化的线状识别图案，定为关联线状图案；步骤S3和S4中分析纹路图像中纹路时，仅分析所述关联线状图案。
5.如权利要求4所述的仰卧起坐测试的计数方法，其特征在于，所述关联线状图案的数量为多条，步骤S3和S4中分析的是所有关联线状图案长度的平均值，所述卧姿阈值为测试者肩胛骨接触测试区域时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值，所述坐姿阈值为测试者完全坐起时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值。
6.一种仰卧起坐的计数系统，其特征在于，包括：
测试区域，其包括具有特定纹路的识别区，所述识别区为测试时测试者的上半身所在区域；
摄像机，其设置在所述识别区的斜上方，以一定帧率持续拍摄包括测试者和识别区在内的测试图像，得到识别区的纹路图像；
起始帧获取模块，其提取并分析摄像机得到的纹路图像，当初次发现某帧纹路图像中纹路的像素值达到预设的卧姿阈值时，将该帧设置为起始帧；
纹路图像分析模块，其继续提取分析起始帧后续各帧的纹路图像，每当发现纹路图像中纹路的像素值由预设的卧姿阈值逐渐增大至预设的坐姿阈值时发出计数指令；
计数模块，在接收到纹路图像分析模块发出的计数指令后，对仰卧起坐次数计数一次。
7.如权利要求6所述的仰卧起坐的计数系统，其特征在于，所述起始帧获取模块在设置起始帧的同时还发出一起始指令，该计数系统进一步包括：
计时模块，其在接收到所述起始帧获取模块发出的起始指令时开始计时，后续实时记录当前帧相对计时开始时刻的时长数据；
测试结束判定模块，其调取所述计时模块记录的时长数据，判定当前帧所对应的时长数据否已达到预设时长，是则发出结束指令，否则发出继续指令；所述纹路图像分析模块在提取分析某帧的纹路图像之前，接收所述测试结束判定模块发出的指令，以根据结束指令结束本次测试，或者根据继续指令继续进行测试。
8.如权利要求6所述的仰卧起坐的计数系统，其特征在于，所述识别区内设置的特定纹路为至少一条线状识别图案，所述线状识别图案的延伸方向与测试者仰卧方向基本垂直，所述起始帧获取模块以及所述纹路图像分析模块分析的纹路图像中纹路的像素值为所述线状识别图案的长度值。
9.如权利要求8所述的仰卧起坐的计数系统，其特征在于，所述测试区域内还设定有供测试者脚部放置的脚部定位区，所述脚部定位区与所述识别区之间设置有腿部放置区，所述腿部放置区内间隔设置有基本沿着测试者仰卧方向延伸的两定位线条，测试时测试者的双腿分别沿着所述两定位线条放置；
所述计数系统进一步包括数据关联模块，用于测试前获取测试者的身高数据，根据该身高数据确定出测试者做出仰卧起坐动作时识别区会发生变化的线状识别图案，定为关联线状图案；所述起始帧获取模块以及所述纹路图像分析模块分析纹路图像中纹路时，仅分析所述关联线状图案。
10.如权利要求9所述的仰卧起坐的计数系统，其特征在于，所述关联线状图案的数量为多条，所述起始帧获取模块以及所述纹路图像分析模块分析的是所有关联线状图案长度的平均值，所述卧姿阈值为测试者肩胛骨接触测试区域时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值，所述坐姿阈值为测试者完全坐起时摄像机所能拍到的所有关联线状图案长度的平均值。
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