CN112535858A - 基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备，其特征在于：基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备，其特征在于：支撑框架上安装有深度摄像机，深度摄像机与人机交互模块电脑电连接；有一块有颜色或线条标识的训练区域，运动员站立在训练区域上；负荷重量上安装有带颜色标识的重量片，运动员抓住负荷重量的接触点、运动员身上的动作关节点上安装颜色贴片。本发明还提供基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统。本发明可以用合理结构搜集运动员的数据，将速度与力量的训练姿态、速度、力量、功率等核心能力技术数字化，指导科学化训练。

Description

基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备与系统

技术领域

本发明涉及一种健身器材领域，具体地说是一种速度与力量反馈系统。

背景技术

近几年随着现代竞技体育技术的发展，体能训练越来越得到体育界的重视。体能训练是所有竞技体育项目的根基，是现在竞技体育项目的身体对抗、长时间的耐力、技术运用的快节奏变化、技战术的稳定发挥以及对比赛的控制能力的训练基础。其中速度与力量系统训练尤为核心，是体能训练的核心基础之一。但目前速度与力量的系统训练技术、方法主要还是依靠教练的视觉、经验指导，运动员根据自身的感受尝试改进。如何将速度与力量的训练姿态、速度、力量、功率等核心能力技术全面数字化，指导科学化训练和减少运动伤害成为了教练和运动员面临的难题。

发明内容

本发明提供基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备，及基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统，其目的是解决现有技术的缺点，可以用合理结构搜集运动员的数据，将速度与力量的训练姿态、速度、力量、功率等核心能力技术数字化，指导科学化训练。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备，其特征在于：

支撑框架上安装有深度摄像机，深度摄像机与人机交互模块电脑电连接；

有一块有颜色或线条标识的训练区域，运动员站立在训练区域上；

负荷重量上安装有带颜色标识的重量片，运动员抓住负荷重量的接触点、运动员身上的动作关节点上安装颜色贴片。

人机交互模块电脑与路由器连接，通过路由器连接互联网，并通过互联网连接电脑、手机、云服务器。

深度摄像机包括近距离深度摄像机及远距离深度摄像机。

人机交互模块电脑为一个平板电脑，具有一个工控电脑与平板电脑以有线局域网、或无线局域网，或互联网电连接。

负荷重量为杠铃杆，重量片为杠铃片，杠铃杆两端安装有带颜色标识的杠铃片组合。

基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统，其特征在于：

包括负荷重量捕获模块、动作关节点速度捕获模块、视频采集模块、训练模式捕获模块、人机交互模块、训练区域模块；

负荷重量捕获模块：

包括建模和识别模块，负荷重量上安装有带颜色标识的重量片，并预先通过深度摄像机采集重量片各种组合的颜色和3D形状信息，通过颜色识别和3D形状计算软件建立负荷重量数据模型库；运动员训练时，再由深度摄像机采集重量片各种组合的颜色和3D形状信息，与数据模型库数据比较识别负荷重量；

动作关节点速度捕获模块：

通过深度摄像机采集运动员的安装有颜色贴片的动作关节点的动态3D信息、移动轨迹，计算动作关节点、手握负荷重量接触点、负荷重量的速度信息，分析计算实时速度、平均速度、峰值速度、时长；并结合负荷重量捕获模块捕获的负荷重量计算实时功率、平均功率、峰值功率、做功值信息；

训练模式捕获模块：

通过深度摄像机预先采集运动员的各种训练模式姿态3D图像信息、建立姿态数据模型库；运动员训练时，通过训练模式比对识别软件将姿态图像数据与姿态数据模型库数据比较识别运动员的训练模式；

视频采集模块：

通过深度摄像机拍摄、存储运动员的训练动作视频；

训练区域模块：

是一块有颜色、或线条标识范围的平面训练区域，该平面在深度摄像机的有效拍摄范围之内；

人机交互模块：

由人机交互模块电脑的硬件及软件组成，实时展示训练实时和历史数据、视频；

上述信息、视频、数据库的数据存储在人机交互模块电脑中。

为了加强教练对运动员的科学指导能力，增加了训练效果评价模块、训练计划模块、网络传输模块、本地或远程服务器模块；

将上述信息、视频、数据通过网络传输模块传输至与互联网连接的本地或远程服务器模块，利用服务器模块存储和计算能力，教练通过训练效果评价模块分析运动员的历史数据、评价训练效果，由训练计划模块根据训练效果制定训练计划，并将训练计划下发到人机交互模块；

运动员训练时，系统将训练计划数据与实际训练数据进行比较，并由人机交互模块展示运动员训练的符合度比例，提醒运动员改进训练动作。

为了方便运动员和教练员远程查看历史训练记录、分析训练效果，增加了用户端模块、管理端模块。

管理端模块由电脑的硬件及软件组成；

用户端模块由手机和软件组成；

用户端模块、管理端模块通过互联网与云服务器模块通讯；

用户端模块展示运动员历史训练数据、视频、教练制定的计划、训练效果评价；

教练通过管理端模块管理所述的运动员历史训练数据、视频，分析、评价运动员训练结果，为运动员制定运动计划。

为了提高系统对运动员的科学运动指导和干预效果，增加了运动干预闭环流程模块：

①、运动员根据教练制定的计划进行训练，通过基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统捕获、计算运动员体能训练的肌肉能力的速度与力量指标、动作视频；

②、教练通过管理端模块、训练效果评价模块对运动员体能训练的肌肉能力的速度与力量指标、动作视频进行分析、评价，确定所属运动员训练效果；再通过管理端模块、训练计划模块编制、修正运动员的训练计划；

③、教练通过网络传输模块、本地或远程服务器模块，将运动员训练效果评价、训练计划下发到人机交互模块和用户端模块；

④、运动员根据教练所制定的训练计划进行训练；基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统捕获、计算运动员体能训练的肌肉能力的速度与力量指标数据、动作视频，并将数据与训练计划模块下发的数据比较计算符合度比例值，在人机交互模块展示速度与力量指标、符合度比例值、动作视频；

⑤、运动员根据④的展示结果，改进训练动作，进行下一组训练；循环往复直至完成教练制定的计划；

⑥、教练重复③、运动员重复④，循环往复形成计划、训练、分析、评价、修改计划、训练的闭环体能训练的肌肉能力训练运动指导、干预流程。不断提高运动员的肌肉能力。

本发明的有益之处在于：

本发明解决了目前体能训练领域的肌力的速度与力量训练无法数字化和科学化的痛点和难点，利用摄像机的合理设置搜集运动员的人体数据，以便下一步将速度与力量的训练姿态、速度、力量、功率等核心能力技术全面数字化，指导运动员达成科学化训练和减少运动伤害。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明现场结构及与互联网连接结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。

需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示：

本发明在现场的设备为：

支撑框架9上安装有近距离深度摄像机1及远距离深度摄像机2，近距离深度摄像机1及远距离深度摄像机2均与工控电脑3电连接，具有一个平板电脑4与工控电脑3电连接，这种电连接可以是有线局域网、或无线局域网，或互联网连接，目的是进行信号的传输。

支撑框架9附近有一块有颜色或线条标识的长方形地面作为训练区域8，运动员10站立在训练区域8上，杠铃杆6两端安装有带颜色标识重量的杠铃片组合5(也即重量不同的杠铃片颜色不同)，运动员10抓住杠铃杆6的手握杠铃接触点7、以及运动员10身上的人体动作关节点101(肩关节、肘关节、髋关节、膝关节、踝关节等关节)上可以安装各种颜色贴片。本实施例中，负重是杠铃杆6和杠铃片组合5组合，在其他实施例中，可以是哑铃等负重，只需在负重上加上颜色以标识重量，从而可以被摄像机拍摄以后便于处理即可。

近距离深度摄像机1拍摄距离摄像机较近的训练区域，远距离深度摄像机2拍摄距离摄像机较远的训练区域，以便加大有效拍摄范围。

这样的结构，可以实现：

近距离深度摄像机1及远距离深度摄像机2拍摄站在训练区域8内的运动员10及其使用的杠铃。

这样，得到杠铃片组合5的颜色和3D形状信息，还能得到杠铃杆6和杠铃片组合5组合的运动轨迹信息，及，运动员10抓住杠铃杆6的手握杠铃接触点7、以及运动员10身上的关节点101的移动轨迹信息。

这些信息输送到工控电脑3，既可以由工控电脑3中以现有技术编制的软件计算得到杠铃杆6和杠铃片组合5组合的重量，也即负重，以及运动员10的人体动作关节点101、手握杠铃接触点7、杠铃杆6、杠铃片组合5的速度，分析计算实时速度、平均速度、峰值速度、时长；并结合负荷重量捕获模块捕获的负荷重量计算实时功率、平均功率、峰值功率、做功值。

以上结果可以由工控电脑发送到平板电脑4后显示出来，供运动员及教练参考，指导运动。

进一步地，工控电脑3和平板电脑4与路由器11连接，通过路由器11连接互联网15，并通过互联网15连接电脑12、是手机13、云服务器14。

这样：

杠铃片组合5的颜色和3D形状信息，还能得到杠铃杆6和杠铃片组合5组合的运动轨迹信息，及，运动员10抓住杠铃杆6的手握杠铃接触点7、以及运动员10身上的关节点101的移动轨迹信息可以通过互联网传输给电脑12、手机13、云服务器14进一步处理。

也可以将平板电脑4预处理得到的杠铃杆6和杠铃片组合5组合的重量，也即负重，以及运动员10的人体动作关节点101、手握杠铃接触点7、杠铃杆6、杠铃片组合5的速度，分析计算实时速度、平均速度、峰值速度、时长；并结合负荷重量捕获模块捕获的负荷重量计算实时功率、平均功率、峰值功率、做功值等信息传输给电脑12、手机13、云服务器14进一步处理。

基于以上设备，本发明提供基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统，包括负荷重量捕获模块、动作关节点速度捕获模块、视频采集模块、训练模式捕获模块、人机交互模块、训练区域模块。

负荷重量捕获模块：

包括建模和识别模块，负荷重量采用杠铃杆6和杠铃片组合5，采用颜色标识重量的杠铃片组合5，并预先通过深度摄像机采集杠铃片各种组合的颜色和3D形状信息，通过颜色识别和3D形状计算软件建立负荷重量数据模型库；运动员训练时，再由深度摄像机采集杠铃片各种组合的颜色和3D形状信息，与数据模型库数据比较识别负荷重量。

动作关节点速度捕获模块：

通过深度摄像机采集动作关节点101的动态3D信息、移动轨迹，计算运动员10的人体的动作关节点101、手握杠铃接触点7、杠铃片组合5、杠铃杆6的速度信息，分析计算实时速度、平均速度、峰值速度、时长；并结合负荷重量捕获模块捕获的负荷重量计算实时功率、平均功率、峰值功率、做功值信息。

训练模式捕获模块：

通过深度摄像机预先采集运动员10的各种训练模式姿态3D图像信息、建立姿态数据模型库；运动员10训练时，通过训练模式比对识别软件将姿态图像数据与姿态数据模型库数据比较识别运动员的训练模式。

视频采集模块：

通过深度摄像机拍摄、存储运动员10的训练动作视频，便于运动员和教练员在训练后回放动作视频，结合训练数据分析动作技术。

训练区域模块：

是一块有颜色、或线条标识范围的平面训练区域8，该平面在深度摄像机的有效拍摄范围之内，确保运动员训练过程姿态、动作、杠铃片都在深度摄像机的有效拍摄范围之内。

人机交互模块：

由平板电脑4的硬件及软件组成，实时展示训练实时和历史数据、视频。

上述信息、视频、数据库的数据存储在工控电脑3或平板电脑4中。

为了扩大训练区域模块的范围，系统采用两个深度摄像机进行数据采集，近距离深度摄像机1拍摄距离摄像机较近的训练区域，远距离深度摄像机2拍摄距离摄像机较远的训练区域，以便加大有效拍摄范围。

为了加强教练对运动员的科学指导能力，增加了训练效果评价模块、训练计划模块、网络传输模块、本地或远程服务器模块。

将上述信息、视频、数据通过网络传输模块(路由器11)传输至与互联网15连接的本地或远程服务器模块(电脑12或云服务器14)，利用服务器模块存储和计算能力，教练通过训练效果评价模块分析运动员的历史数据、评价训练效果，由训练计划模块根据训练效果制定训练计划，并将训练计划下发到工控电脑3或平板电脑4。

运动员训练时，系统将训练计划数据与实际训练数据进行比较，并由人机交互模块也即平板电脑4的硬件及软件展示运动员训练的符合度比例，提醒运动员改进训练动作。

为了方便运动员和教练员远程查看历史训练记录、分析训练效果，增加了用户端模块、管理端模块。

管理端模块由电脑12的硬件及软件组成。

用户端模块由手机13和软件组成。

用户端模块、管理端模块通过互联网与云服务器模块通讯；

用户端模块展示运动员历史训练数据、视频、教练制定的计划、训练效果评价；

教练可通过管理端模块管理所述的运动员历史训练数据、视频，分析、评价运动员训练结果，为运动员制定运动计划。

为了提高系统对运动员的科学运动指导和干预效果，增加了运动干预闭环流程模块：

①、运动员根据教练制定的计划进行训练，通过基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统捕获、计算运动员体能训练的肌肉能力的速度与力量指标、动作视频；

②、教练通过管理端模块、训练效果评价模块对运动员体能训练的肌肉能力的速度与力量指标、动作视频进行分析、评价，确定所属运动员训练效果；再通过管理端模块、训练计划模块编制、修正运动员的训练计划；

③、教练通过网络传输模块、本地或远程服务器模块，将运动员训练效果评价、训练计划下发到人机交互模块和用户端模块；

④、运动员根据教练所制定的训练计划进行训练；基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统捕获、计算运动员体能训练的肌肉能力的速度与力量指标数据、动作视频，并将数据与训练计划模块下发的数据比较计算符合度比例值，在人机交互模块展示速度与力量指标、符合度比例值、动作视频；

⑤、运动员根据④的展示结果，改进训练动作，进行下一组训练；循环往复直至完成教练制定的计划；

⑥、教练重复③、运动员重复④，循环往复形成计划、训练、分析、评价、修改计划、训练的闭环体能训练的肌肉能力训练运动指导、干预流程。不断提高运动员的肌肉能力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备，其特征在于：

支撑框架上安装有深度摄像机，深度摄像机与人机交互模块电脑电连接；

有一块有颜色或线条标识的训练区域，运动员站立在训练区域上；

负荷重量上安装有带颜色标识的重量片，运动员抓住负荷重量的接触点、运动员身上的动作关节点上安装颜色贴片。

2.如权利要求1所述的基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备，其特征在于：人机交互模块电脑与路由器连接，通过路由器连接互联网，并通过互联网连接电脑、手机、云服务器。

3.如权利要求1所述的基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备，其特征在于：深度摄像机包括近距离深度摄像机及远距离深度摄像机。

4.如权利要求1所述的基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备，其特征在于：人机交互模块电脑为一个平板电脑，具有一个工控电脑与平板电脑以有线局域网、或无线局域网，或互联网电连接。

5.如权利要求1所述的基于深度摄像技术的速度与力量反馈设备，其特征在于：负荷重量为杠铃杆，重量片为杠铃片，杠铃杆两端安装有带颜色标识的杠铃片组合。

6.基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统，其特征在于：

包括负荷重量捕获模块、动作关节点速度捕获模块、视频采集模块、训练模式捕获模块、人机交互模块、训练区域模块；

负荷重量捕获模块：

包括建模和识别模块，负荷重量上安装有带颜色标识的重量片，并预先通过深度摄像机采集重量片各种组合的颜色和3D形状信息，通过颜色识别和3D形状计算软件建立负荷重量数据模型库；运动员训练时，再由深度摄像机采集重量片各种组合的颜色和3D形状信息，与数据模型库数据比较识别负荷重量；

动作关节点速度捕获模块：

通过深度摄像机采集运动员的安装有颜色贴片的动作关节点的动态3D信息、移动轨迹，计算动作关节点、手握负荷重量接触点、负荷重量的速度信息，分析计算实时速度、平均速度、峰值速度、时长；并结合负荷重量捕获模块捕获的负荷重量计算实时功率、平均功率、峰值功率、做功值信息；

训练模式捕获模块：

通过深度摄像机预先采集运动员的各种训练模式姿态3D图像信息、建立姿态数据模型库；运动员训练时，通过训练模式比对识别软件将姿态图像数据与姿态数据模型库数据比较识别运动员的训练模式；

视频采集模块：

通过深度摄像机拍摄、存储运动员的训练动作视频；

训练区域模块：

是一块有颜色、或线条标识范围的平面训练区域，该平面在深度摄像机的有效拍摄范围之内；

人机交互模块：

由人机交互模块电脑的硬件及软件组成，实时展示训练实时和历史数据、视频；

上述信息、视频、数据库的数据存储在人机交互模块电脑中。

7.如权利要求6所述的基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统，其特征在于：

还设有训练效果评价模块、训练计划模块、网络传输模块、本地或远程服务器模块；

将上述信息、视频、数据通过网络传输模块传输至与互联网连接的本地或远程服务器模块，利用服务器模块存储和计算能力，教练通过训练效果评价模块分析运动员的历史数据、评价训练效果，由训练计划模块根据训练效果制定训练计划，并将训练计划下发到人机交互模块；

运动员训练时，系统将训练计划数据与实际训练数据进行比较，并由人机交互模块展示运动员训练的符合度比例，提醒运动员改进训练动作。

8.如权利要求7所述的基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统，其特征在于：

还具有用户端模块、管理端模块；

管理端模块由电脑的硬件及软件组成；

用户端模块由手机和软件组成；

用户端模块、管理端模块通过互联网与云服务器模块通讯；

用户端模块展示运动员历史训练数据、视频、教练制定的计划、训练效果评价；

教练通过管理端模块管理所述的运动员历史训练数据、视频，分析、评价运动员训练结果，为运动员制定运动计划。

9.如权利要求8所述的基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统，其特征在于：

还具有运动干预闭环流程模块：

①、运动员根据教练制定的计划进行训练，通过基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统捕获、计算运动员体能训练的肌肉能力的速度与力量指标、动作视频；

②、教练通过管理端模块、训练效果评价模块对运动员体能训练的肌肉能力的速度与力量指标、动作视频进行分析、评价，确定所属运动员训练效果；再通过管理端模块、训练计划模块编制、修正运动员的训练计划；

③、教练通过网络传输模块、本地或远程服务器模块，将运动员训练效果评价、训练计划下发到人机交互模块和用户端模块；

④、运动员根据教练所制定的训练计划进行训练；基于深度摄像技术的速度与力量反馈系统捕获、计算运动员体能训练的肌肉能力的速度与力量指标数据、动作视频，并将数据与训练计划模块下发的数据比较计算符合度比例值，在人机交互模块展示速度与力量指标、符合度比例值、动作视频；

⑤、运动员根据④的展示结果，改进训练动作，进行下一组训练；循环往复直至完成教练制定的计划；

⑥、教练重复③、运动员重复④，循环往复形成计划、训练、分析、评价、修改计划、训练的闭环体能训练的肌肉能力训练运动指导、干预流程。不断提高运动员的肌肉能力。

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