CN110135284A - 一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置，包括动作捕捉装置、数据实时处理装置和终端设备；所述数据实时处理装置的接收端与动作捕捉装置连接，所述数据实时处理装置的输出端与终端设备连接；所述动作捕捉装置安装在篮球场内，用来获取篮球运动员在打球过程中的图像，并将所述图像发送给数据实时处理装置；所述数据实时处理装置设于篮球场中，所述数据实时处理装置接收到图像后对图像进行实时处理以获得篮球运动员的动作变化、身体状态，并将篮球远动员的动作变化、身体状态发送给终端设备；所述终端设备位于篮球场或者佩戴于篮球运动员身上，用来显示篮球远动员的动作变化、身体状态。本发明能够对篮球训练提供良好的指导作用。
Description
技术领域
本发明涉及动作捕捉技术领域，尤其涉及一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置及方法。
背景技术
普通相机抓拍高速运动的物体，一般得不到非常清晰的图片，而工业相机的快门时间很短，抓拍高速运动的物体可以得到清晰的图片；普通相机的图像传感器是隔行扫描，工业相机是逐行扫描；普通相机帧率低，每秒只能拍摄2-3幅图片，而工业相机帧率高，每秒可拍摄几十甚至几百幅图片；普通相机拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了压缩，图像质量较差，不利于分析处理，而工业相机输出的是裸数据(raw data)，其光谱范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法。篮球运动动作较为快速，显然用普通相机抓拍并不能满足图片画质清晰、适合进行图像处理的要求，因此，需要一种克服上述缺点的工业相机来进行动作的捕捉。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置，该装置通过工业相机的高速拍摄，能够得到适合进行高质量图像处理算法的裸数据；本发明还提供了一种简单的基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析方法。
本发明提供一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置，包括动作捕捉装置、数据实时处理装置和终端设备；所述数据实时处理装置的接收端与动作捕捉装置连接，所述数据实时处理装置的输出端与终端设备连接；所述动作捕捉装置安装在篮球场内，用来获取篮球运动员在打球过程中的图像，并将所述图像发送给数据实时处理装置；所述数据实时处理装置设于篮球场中，所述数据实时处理装置接收到图像后对图像进行实时处理以获得篮球运动员的动作变化、身体状态，并将篮球远动员的动作变化、身体状态发送给终端设备；所述终端设备位于篮球场或者佩戴于篮球运动员身上，用来显示篮球远动员的动作变化、身体状态。
进一步地，所述动作捕捉装置包括若干个工业相机，所述工业相机设置在篮球场的不同位置，所述工业相机用来连续高速地拍摄篮球运动员在打球过程中的动作细节变化的图像，并将所述图像发送给数据实时处理装置。
进一步地，所述数据实时处理装置包括目标分割单元、目标检测单元、目标识别单元、目标跟踪单元、动作状态分析单元、动作状态预测单元和存储单元；所述目标分割单元、目标检测单元、目标识别单元、目标跟踪单元、动作状态分析单元、动作状态预测单元和存储单元依次连接；所述目标分割单元对工业相机拍摄的图像进行像素级前景背景分割，并剔除背景；所述目标检测单元根据分割后的图像确认待分析的篮球运动员的位置；所述目标识别单元用来识别待分析的篮球运动员；所述目标跟踪单元用来追踪待分析的篮球运动员的运动轨迹；所述动作状态分析单元用来根据待分析的篮球运动员的运动轨迹分析其动作变化和身体状态；所述动作状态预测单元用来根据篮球运动员的动作变化和身体状态预测篮球运动员是否不再适合继续运动、是否已经达到非常疲劳的状态；所述存储单元用来存储篮球运动员的动作变化、身体状态的分析结果及运动状态预测数据。
进一步地，所述终端设备包括手机、手环和大屏幕，所述大屏幕实时显示篮球场内的篮球运动员的动作变化和身体状态的分析结果及其运动状态预测结果；所述手机和手环佩戴在教练或运动员的身上，用来记录篮球运动员的动作变化和身体状态。
进一步地，所述大屏幕包括语音提醒单元，当动作状态预测单元预测到某一篮球运动员不再适合继续运动或身体已经处于非常疲惫的状态、即将抽筋时，所述语音提醒单元发出语音提醒。
进一步地，所述动作捕捉装置通过光纤传输装置与数据实时处理装置通信连接，所述数据实时处理装置通过NB-IoT通信装置与终端设备无线连接。
本发明还提供一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析方法，包括以下步骤：
S1，利用工业相机拍摄篮球运动员在打球过程中的图像，并将所述图像发送给数据实时处理装置；
S2，所述数据实时处理装置接收到图像后对图像进行实时处理以获得篮球运动员的动作变化、身体状态，并将篮球远动员的动作变化、身体状态发送给终端设备；所述数据实时处理装置的实时处理过程为：
利用目标分割单元对工业相机拍摄的图像进行像素级前景背景分割；利用目标检测单元根据分割后的图像确认待分析的篮球运动员的位置；利用目标识别单元识别待分析的篮球运动员；利用目标跟踪单元追踪待分析的篮球运动员的运动轨迹；利用动作状态分析单元分析篮球运动员的动作变化和身体状态；利用动作状态预测单元预测篮球运动员是否不再适合继续运动；利用存储单元存储篮球运动员的动作变化、身体状态的分析结果及运动状态预测数据；
S3，所述终端设备显示篮球远动员的动作变化、身体状态的分析结果及运动状态预测数据。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的装置利用工业相机获得篮球运动员在篮球场上的动作变化图像，动作变化图像经过数据实时处理装置进行数据处理分析后，可得到场上篮球运动员的动作行为、身体状态分析报告，并在场上大屏幕上进行显示，在篮球运动员身体状况已不再适合继续运动时，大屏幕播放语音提醒，提示篮球运动员进行休息；另外篮球运动员或者教练的手机、手环可通过无线通信接收动作行为、身体状态的分析报告，便于在场下查看个人训练报告，从而对后期训练的动作，战术调整形成一个指导作用。
附图说明
图1是本发明一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置的结构示意图。
图2是本发明一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置在篮球场内的安装示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置，包括动作捕捉装置1、光纤传输装置2、数据实时处理装置3、NB-IoT通信装置4和终端设备5，数据实时处理装置3的接收端与动作捕捉装置1连接，数据实时处理装置3的输出端与终端设备5连接，动作捕捉装置1和数据实时处理装置3通过光纤传输装置2通信连接，数据实时处理装置3和终端设备5通过NB-IoT通信装置4无线连接。
动作捕捉装置1包括四个工业相机11，参考图2，四个工业相机11分别安装在篮球场内的四个方向，镜头朝向球场内，以便从不同的角度捕捉到场内篮球运动员的行为动作，工业相机11连续高速地拍摄篮球运动员在打球过程中的动作细节变化的图像，并将图像发送给数据实时处理装置3。
数据实时处理装置3设置于篮球场中，包括依次连接的目标分割单元31、目标检测单元32、目标识别单元33、目标跟踪单元34、动作状态分析单元35、动作状态预测单元36和存储单元37，目标分割单元31接收工业相机11拍摄的图像，并对工业相机11拍摄的图像进行像素级前景背景分割，并剔除背景；目标检测单元32根据分割后的图像确认待分析的篮球运动员的位置；目标识别单元33用来识别待分析的篮球运动员；目标跟踪单元34用来追踪待分析的篮球运动员的运动轨迹；动作状态分析单元35用来根据待分析的篮球运动员的运动轨迹分析其动作变化和身体状态；动作状态预测单元36用来根据篮球运动员的动作变化和身体状态预测篮球运动员是否不再适合继续运动、是否已经达到非常疲劳的状态；存储单元37用来存储篮球运动员的动作变化、身体状态的分析结果及运动状态预测数据。
终端设备5包括大屏幕51、手机52和手环53，大屏幕51安装于球场旁边，大屏幕51包括语音提醒单元，当动作状态预测单元36预测到某一篮球运动员不再适合继续运动或身体已经处于非常疲惫的状态、即将抽筋时，语音提醒单元发出语音提醒；手机52和手环53为教练或运动员的个人设备，佩戴在教练或运动员的身上，用来记录篮球运动员的动作变化和身体状态，便于在训练或比赛以后查看个人训练过程中的动作变化和身体状态分析报告，以此作为后期训练计划改进的依据。
本发明提供的基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置的工作原理为：利用工业相机11高速抓拍篮球运动员在场上的行为动作，可得到像素高、帧率高、光谱范围宽的图像数据，此数据适合于进行高质量的图像处理算法，工业相机11抓拍后将图像数据通过光纤传输装置2传输到数据实时处理装置3，在数据实时处理装置3中进行目标分割、目标检测、目标识别和目标跟踪、进而在动作状态分析单元35中进行对目标运动员的动作状态分析处理，通过动作状态预测单元36对目标运动员的行为、身体状态进行预测，经上述算法处理后，数据将存放于存储单元37；数据实时处理装置3将处理后的数据通过NB-IoT通信装置4传送给终端设备5，大屏幕51实时显示数据分析结果，语音提醒单元提醒预测结果；手机52、手环53使运动员或教练便于在训练或比赛以后查看个人训练过程中的动作状态分析报告，以此作为后期训练计划改进的依据。
本发明还提供了一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析方法，包括以下步骤：
步骤S1，利用工业相机11拍摄篮球运动员在打球过程中的图像，并将所述图像发送给数据实时处理装置3；
步骤S2，数据实时处理装置3接收到图像后对图像进行实时处理以获得篮球运动员的动作变化、身体状态，并将篮球远动员的动作变化、身体状态发送给终端设备5，数据实时处理装置3的实时处理过程为：
利用目标分割单元31对工业相机11拍摄的图像进行像素级前景背景分割；利用目标检测单元32根据分割后的图像确认待分析的篮球运动员的位置；利用目标识别单元33识别待分析的篮球运动员；利用目标跟踪单元34追踪待分析的篮球运动员的运动轨迹；利用动作状态分析单元35分析篮球运动员的动作变化和身体状态；利用动作状态预测单元36预测篮球运动员是否不再适合继续运动；利用存储单元37存储篮球运动员的动作变化、身体状态的分析结果及运动状态预测数据；
步骤S3，终端设备5显示篮球远动员的动作变化、身体状态的分析结果及运动状态预测数据。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置，其特征在于，包括动作捕捉装置、数据实时处理装置和终端设备；所述数据实时处理装置的接收端与动作捕捉装置连接，所述数据实时处理装置的输出端与终端设备连接；所述动作捕捉装置安装在篮球场内，用来获取篮球运动员在打球过程中的图像，并将所述图像发送给数据实时处理装置；所述数据实时处理装置设于篮球场中，所述数据实时处理装置接收到图像后对图像进行实时处理以获得篮球运动员的动作变化、身体状态，并将篮球远动员的动作变化、身体状态发送给终端设备；所述终端设备位于篮球场或者佩戴于篮球运动员身上，用来显示篮球远动员的动作变化、身体状态。
2.如权利要求1所述的基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置，其特征在于，所述动作捕捉装置包括若干个工业相机，所述工业相机设置在篮球场的不同位置，所述工业相机用来连续拍摄篮球运动员在打球过程中的图像，并将所述图像发送给数据实时处理装置。
3.如权利要求2所述的基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置，其特征在于，所述数据实时处理装置包括目标分割单元、目标检测单元、目标识别单元、目标跟踪单元、动作状态分析单元、动作状态预测单元和存储单元；所述目标分割单元、目标检测单元、目标识别单元、目标跟踪单元、动作状态分析单元、动作状态预测单元和存储单元依次连接；所述目标分割单元对工业相机拍摄的图像进行像素级前景背景分割，并剔除背景；所述目标检测单元根据分割后的图像确认待分析的篮球运动员的位置；所述目标识别单元用来识别待分析的篮球运动员；所述目标跟踪单元用来追踪待分析的篮球运动员的运动轨迹；所述动作状态分析单元用来根据待分析的篮球运动员的运动轨迹分析其动作变化和身体状态；所述动作状态预测单元用来根据篮球运动员的动作变化和身体状态预测篮球运动员是否不再适合继续运动；所述存储单元用来存储篮球运动员的动作变化、身体状态的分析结果及运动状态预测数据。
4.如权利要求3所述的基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置，其特征在于，所述终端设备包括手机、手环和大屏幕，所述大屏幕实时显示篮球场内的篮球运动员的动作变化和身体状态的分析结果及其运动状态预测结果；所述手机和手环佩戴在教练或运动员的身上，用来记录篮球运动员的动作变化和身体状态。
5.如权利要求4所述的基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析装置，其特征在于，所述大屏幕包括语音提醒单元，当动作状态预测单元预测到某一篮球运动员不再适合继续运动时，所述语音提醒单元发出语音提醒。
6.一种基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，利用工业相机拍摄篮球运动员在打球过程中的图像，并将所述图像发送给数据实时处理装置；
S2，所述数据实时处理装置接收到图像后对图像进行实时处理以获得篮球运动员的动作变化、身体状态，并将篮球远动员的动作变化、身体状态发送给终端设备；
S3，所述终端设备显示篮球远动员的动作变化、身体状态的分析结果及运动状态预测数据。
7.根据权利要求6所述的基于工业相机的篮球运动员动作捕捉分析方法，其特征在于，步骤S2中，所述数据实时处理装置的实时处理过程为：
利用目标分割单元对工业相机拍摄的图像进行像素级前景背景分割；利用目标检测单元根据分割后的图像确认待分析的篮球运动员的位置；利用目标识别单元识别待分析的篮球运动员；利用目标跟踪单元追踪待分析的篮球运动员的运动轨迹；利用动作状态分析单元分析篮球运动员的动作变化和身体状态；利用动作状态预测单元预测篮球运动员是否不再适合继续运动；利用存储单元存储篮球运动员的动作变化、身体状态的分析结果及运动状态预测数据。
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