CN109847306B - 基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法和系统，其中，基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法包括：先通过摄像头获取羽毛球场地图像；再从羽毛球场地图像中提取跑位目标区域，进而获取各跑位目标区域在图像中的坐标信息；然后通过摄像头获取运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像；再从进行步伐训练的图像中提取各跑位目标区域的像素，并将当前帧中各跑位目标区域像素与前一帧中各跑位目标区域像素相减，若像素差值超出给定阈值，则给该跑位目标区域的计数加1；最后统计各跑位目标区域的实际计数并用其除以羽毛球步伐辅助训练器中对应点位的指令累积计数，即可得出运动员在各跑位目标区域的动作执行完成率。

Description

基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法和系统

技术领域

本发明涉及计算机图像运算与体育训练交叉领域，特别涉及一种基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法和系统。

背景技术

步伐训练是羽毛球训练中非常重要的一项。传统步伐训练的方式是由教练在球场旁边发出指令，运动员根据教练指令跑到对应的点位（即跑位目标区域）。这种训练方式只能一对一进行，对于羽毛球训练场馆来说，由于教练数量有限，一对一训练教学的方式难以满足需求。

为减轻教练工作压力，一些球馆购买了羽毛球步伐辅助训练器，这类步伐辅助训练器的结构大多与中国专利文献CN201419001Y类似，运动员做步伐训练时，先将步伐辅助训练器挂到羽毛球网上，训练过程中根据步伐辅助训练器灯亮的点位跑到球场所对应的跑位目标区域，这类步伐辅助训练器通过单片机控制对应点位的灯珠点亮来给运动员发送跑位指令，使用这种步伐辅助训练器后，教练员不用再守在球场边通过口头对一个学员发指令，而可以同时兼顾多个学员的训练，在学员训练的过程中，教练只需巡回查看学员动作执行是否到位即可。由于教练采用来回巡视的方式来观察学员的训练过程，对于训练动作（例如要求跑到的点位）执行完成率是多少无法量化，而只能感性判断。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法，通过该方法可以量化检测出学员在步伐训练过程中的动作执行完成率。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法，包括：

训练开始前：

步骤一、通过固定设置在羽毛球场地上方的摄像头获取羽毛球场地图像，所述羽毛球场地上用单一颜色标记出多个步伐训练的跑位目标区域，该在场地上标记出的跑位目标区域与羽毛球步伐辅助训练器中的点位一一对应，所述跑位目标区域呈圆形且其颜色与场地其它区域颜色不同并形成明显的对比；

步骤二、从所述羽毛球场地图像中提取跑位目标区域，进而获取各跑位目标区域在图像中的坐标信息；

训练过程中：

步骤三、通过与步骤一中固定设置在羽毛球场地上方的同一摄像头获取运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像，所述运动员进行步伐训练时身着单一颜色的训练服，所述训练服的颜色与跑位目标区域的颜色不同并形成明显的对比；

步骤四、对于步骤三中获取的运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像，提取各跑位目标区域中的像素，并将当前帧中各跑位目标区域的像素与前一帧中各跑位目标区域的像素相减，若某个跑位目标区域的当前帧与前一帧像素差值超出给定阈值，则给该跑位目标区域的计数加1；

训练结束后：

步骤五、统计各跑位目标区域的实际计数并用其除以羽毛球步伐辅助训练器中对应点位的指令累积计数，即可得出运动员在各跑位目标区域的动作执行完成率。

其中，步骤二中获取各跑位目标区域在图像中的坐标信息的过程包括：

（21）利用颜色空间转换算法，将图像由RGB格式转换为HSV格式；

（22）在HSV格式的图像中将跑位目标区域的颜色分离出来 ，去掉其它颜色；

（23）将彩色图像进行二值化处理，再利用霍夫圆变换检测算法将各跑位目标区域所对应的标记圆检测出来；

（24）提取各标记圆中心点的坐标和半径，从而得到各跑位目标区域在图像中的坐标信息。

优选地，步骤二开始之前先对羽毛球场地图像进行预处理，对羽毛球场地图像进行预处理的过程包括图像对比度增强和直方图修正处理。

优选地，步骤四开始之前，先对运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像作预处理，对运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像作预处理的过程包括图像矫正、配准、几何变换以及平滑去噪处理。

作为本发明的另一方面，一种基于图像运算的羽毛球步伐训练系统，包括：

摄像头，固定设置在羽毛球场地上方，用于在运动员开始训练前获取羽毛球场地图像，并且用于在训练过程中获取运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像；

训练服，供运动员训练时穿着，其颜色与跑位目标区域颜色不同并形成明显的对比；

羽毛球步伐辅助训练器，用于向运动员发出跑动至某一点位的指令，并提供各点位的指令累积计数；

标记部件，用于实现在羽毛球场地上用单一颜色标记出多个呈圆形且与羽毛球步伐辅助训练器中点位一一对应的跑位目标区域，使得被标记的跑位目标区域的颜色与场地其它区域颜色不同并形成明显的对比；

图像处理与计算单元，与所述摄像头及羽毛球步伐辅助训练器通信，并用于按照前面所述的方法检测运动员在各跑位目标区域的动作执行完成率。

优选地，所述标记部件为多块单一颜色的不干胶贴纸，所述不干胶贴纸可粘贴于羽毛球场地的地板上。

与现有技术相比，本发明可以准确计算出运动员（或者学员）在训练过程中的动作执行完成率，从而可以量化评价运动员的训练成果。值得一提的是，本发明在实际实施时只需对球场作简单的调整（场地上方安装摄像头，在地面标记出跑位目标区域），再通过较为简单的图像计算即可实现对训练过程中动作执行情况的监测，本发明通过将当前帧中各跑位目标区域的像素与前一帧中各跑位目标区域的像素相减来判断运动员是否跑动至跑位目标区域，由于仅涉及到跑位目标区域的像素计算，因而运算量较小，从而可以保证极快的运算速度（理论上来说，由于涉及的运算量小，只要训练一结束，立马就能出结果）。

附图说明

图1为本发明所涉基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法的实施流程图。

图2为采用本发明所涉方法改造后的羽毛球半场场地示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

图1示出了本发明所涉基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法的实施流程，其包括以下步骤：

训练开始之前，首先，通过固定设置在羽毛球场地上方的摄像头获取羽毛球场地图像，羽毛球场地上用单一颜色（例如红色）标记出多个步伐训练的跑位目标区域，该在场地上标记出的跑位目标区域与羽毛球步伐辅助训练器中的点位一一对应，跑位目标区域呈圆形且其颜色与场地其它区域颜色（场地其它区域颜色为绿色）不同并形成明显的对比；然后，从羽毛球场地图像中提取跑位目标区域，进而获取各跑位目标区域在图像中的坐标信息。

训练过程中，首先，通过前述固定设置在羽毛球场地上方的摄像头获取运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像，运动员进行步伐训练时应当身着单一颜色（例如黄色）的训练服，训练服的颜色与跑位目标区域的颜色不同并形成明显的对比；然后，对于前述获取的运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像，提取各跑位目标区域中的像素，并将当前帧中各跑位目标区域的像素与前一帧中各跑位目标区域的像素相减，若某个跑位目标区域的当前帧与前一帧像素差值超出给定阈值，则给该跑位目标区域的计数加1。

训练结束后，统计出各跑位目标区域的实际计数并用其除以羽毛球步伐辅助训练器中对应点位的指令累积计数，即可得出该运动员在各跑位目标区域的动作执行完成率。

需要说明的是，图1中在步骤二开始之前先对羽毛球场地图像进行了预处理，对羽毛球场地图像进行预处理的过程包括图像对比度增强和直方图修正处理。 在步骤四开始之前，先对运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像作了预处理，对运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像作预处理的过程包括图像矫正、配准、几何变换以及平滑去噪处理。当然，本领域技术人员应当明白，上述对图像作预处理的步骤并非必须的，实际应用时，可以根据摄像头获取的实际的图像质量来选择是否进行预处理。

另外，在步骤二中获取各跑位目标区域在图像中的坐标信息可以通过以下步骤来实现：先利用颜色空间转换算法，将图像由RGB格式转换为HSV格式；然后在HSV格式的图像中将跑位目标区域的颜色分离出来 ，去掉其它颜色；再将彩色图像进行二值化处理，再利用霍夫圆变换检测算法将各跑位目标区域所对应的标记圆检测出来；最后提取各标记圆中心点的坐标和半径，从而得到各跑位目标区域在图像中的坐标信息。

上述方法可以准确计算出运动员（或者学员）在训练过程中的动作执行完成率，从而可以量化评价运动员的训练成果。值得一提的是，上述方法在实际实施时只需对球场作简单的调整（场地上方安装摄像头，在地面标记出跑位目标区域），再通过较为简单的图像计算即可实现对训练过程中动作执行情况的监测，该方法通过将当前帧中各跑位目标区域的像素与前一帧中各跑位目标区域的像素相减来判断运动员是否跑动至跑位目标区域，由于仅涉及到跑位目标区域的像素计算，因而运算量较小，从而可以保证极快的运算速度（理论上来说，由于涉及的运算量小，只要训练一结束，立马就能出结果）。

基于与上述检测方法同样的技术构思，本发明还提供一种基于图像运算的羽毛球步伐训练系统，其包括摄像头，固定设置在羽毛球场地上方，用于在运动员开始训练前获取羽毛球场地图像，并且用于在训练过程中获取运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像；

训练服，供运动员训练时穿着，其颜色与跑位目标区域颜色不同并形成明显的对比；

羽毛球步伐辅助训练器，用于向运动员发出跑动至某一点位的指令，并提供各点位的指令累积计数；

标记部件，用于实现在羽毛球场地上用单一颜色标记出多个呈圆形且与羽毛球步伐辅助训练器中点位一一对应的跑位目标区域，使得被标记的跑位目标区域的颜色与场地其它区域颜色不同并形成明显的对比；

图像处理与计算单元，与所述摄像头及羽毛球步伐辅助训练器通信，并用于按照前面所述的方法检测运动员在各跑位目标区域的动作执行完成率。

其中，所述标记部件可以为多块单一颜色的不干胶贴纸，这些不干胶贴纸可粘贴于羽毛球场地的地板上。

该羽毛球步伐训练系统的实际应用方式如下，如图2所示，先在普通羽毛球场地上方安装摄像头，然后用标记部件在地面上标记出与羽毛球步伐辅助训练器上各点位一一对应的跑位目标区域即完成了场地硬件改造。训练开始前，先通过摄像头获取羽毛球场地图像；图像处理与计算单元从羽毛球场地图像中提取跑位目标区域，进而获取各跑位目标区域在图像中的坐标信息；训练过程中，运动员根据悬挂在球网上的羽毛球步伐辅助训练器发出的跑位指令跑动至球场对应的跑位目标区域，摄像头获取运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像；图像处理与计算单元从获取的运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像中提取各跑位目标区域中的像素，并将当前帧中各跑位目标区域的像素与前一帧中各跑位目标区域的像素相减，若某个跑位目标区域的当前帧与前一帧像素差值超出给定阈值，则给该跑位目标区域的计数加1；训练结束后，图像处理与计算单元统计各跑位目标区域的实际计数并用其除以羽毛球步伐辅助训练器中对应跑位目标区域的指令累积计数，即可得出运动员在各跑位目标区域的动作执行完成率。需要说明的是，在本发明中，羽毛球步伐辅助训练器中对应点位的指令累积计数指的是羽毛球步伐辅助训练器向运动员发出的跑至该点位（也可以理解为球场上对应跑位目标区域）的指令总数，例如，教练在羽毛球步伐辅助训练器中设定运动员需要跑至1号点位3次，2号点位5次，则在训练过程中，羽毛球步伐辅助训练器将发出跑至1号点位的指令累积计数为3，而发出跑至2号点位的指令累积计数则为5。假设在一场训练过程中，最后统计得出2跑位目标区域的实际计数为15，而羽毛球步伐辅助训练器中对应2号点位的指令累积计数为20，则学员在此训练过程中针对2跑位目标区域的动作执行完成率为75%。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (6)

1.基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法，其特征在于，包括：

训练开始前：

步骤一、通过固定设置在羽毛球场地上方的摄像头获取羽毛球场地图像，所述羽毛球场地上用单一颜色标记出多个步伐训练的跑位目标区域，该在场地上标记出的跑位目标区域与羽毛球步伐辅助训练器中的点位一一对应，所述跑位目标区域呈圆形且其颜色与场地其它区域颜色不同并形成明显的对比；

步骤二、从所述羽毛球场地图像中提取跑位目标区域，进而获取各跑位目标区域在图像中的坐标信息；

训练过程中：

步骤三、通过与步骤一中固定设置在羽毛球场地上方的同一摄像头获取运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像，所述运动员进行步伐训练时身着单一颜色的训练服，所述训练服的颜色与跑位目标区域的颜色不同并形成明显的对比；

步骤四、对于步骤三中获取的运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像，提取各跑位目标区域中的像素，并将当前帧中各跑位目标区域的像素与前一帧中各跑位目标区域的像素相减，若某个跑位目标区域的当前帧与前一帧像素差值超出给定阈值，则给该跑位目标区域的计数加1；

训练结束后：

步骤五、统计各跑位目标区域的实际计数并用其除以羽毛球步伐辅助训练器中对应点位的指令累积计数，即可得出运动员在各跑位目标区域的动作执行完成率。

2.根据权利要求1所述基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法，其特征在于，步骤二中获取各跑位目标区域在图像中的坐标信息的过程包括：

（21）利用颜色空间转换算法，将图像由RGB格式转换为HSV格式；

（22）在HSV格式的图像中将跑位目标区域的颜色分离出来 ，去掉其它颜色；

（23）将彩色图像进行二值化处理，再利用霍夫圆变换检测算法将各跑位目标区域所对应的标记圆检测出来；

（24）提取各标记圆中心点的坐标和半径，从而得到各跑位目标区域在图像中的坐标信息。

3.根据权利要求1或2所述基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法，其特征在于：步骤二开始之前，先对羽毛球场地图像进行预处理，对羽毛球场地图像进行预处理的过程包括图像对比度增强和直方图修正处理。

4.根据权利要求1或2所述基于图像运算的羽毛球步伐训练检测方法，其特征在于：步骤四开始之前，先对运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像作预处理，对运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像作预处理的过程包括图像矫正、配准、几何变换以及平滑去噪处理。

5.基于图像运算的羽毛球步伐训练系统，其特征在于，包括：

摄像头，固定设置于羽毛球场地上方，用于在运动员开始训练前获取羽毛球场地图像，并且用于在训练过程中获取运动员在羽毛球场地进行步伐训练的图像；

训练服，供运动员训练时穿着，其颜色与跑位目标区域颜色不同并形成明显的对比；

羽毛球步伐辅助训练器，用于向运动员发出跑动至某一点位的指令，并提供各点位的指令累积计数；

标记部件，用于实现在羽毛球场地上用单一颜色标记出多个呈圆形且与羽毛球步伐辅助训练器中点位一一对应的跑位目标区域，使得被标记的跑位目标区域的颜色与场地其它区域颜色不同并形成明显的对比；

图像处理与计算单元，与所述摄像头及羽毛球步伐辅助训练器通信，并用于按照权利要求1-4中任意一项所述的方法检测运动员在各跑位目标区域的动作执行完成率。

6.根据权利要求5所述的基于图像运算的羽毛球步伐训练系统，其特征在于：

所述标记部件为多块单一颜色的不干胶贴纸，所述不干胶贴纸可粘贴于羽毛球场地的地板上。

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