CN113350771A - 一种运动员动态姿态识别方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种运动员动态姿态识别方法、装置、系统及存储介质，所述方法包括：采集运动员若干身体指定部位的加速度、角速度和磁场方向；基于每一个身体指定部位的采集数据，根据四元数与姿态阵间的关系，计算该身体指定部位对应的全姿态角信息；基于各个身体指定部位对应的全姿态角信息，获取该运动员的全身整体全姿态角信息。根据本发明的方法，能够有效降低硬件成本，并提高识别的准确度。能够分析和比较多次运动结果或不同运动员的表现。从而制定针对性地改善运动表现的方案；对运动员的运动姿态进行检测、分析、校正和优化，以达到(远程)教学、技术改进提升的目的需要，从而起到提高运动员成绩。

Description

一种运动员动态姿态识别方法、装置、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及行为识别领域，尤其涉及一种运动员动态姿态识别方法、装置、系统及存储介质。

背景技术

近年来，随着科技水平和智能设备的不断发展，人体姿态识别技术得以广泛应用,它在人体行为监控、体育训练、医疗监护、医疗康复、交互式游戏、虚拟运动场景、电影特效和交互式学习等领域有着重要的实用价值。

在体育训练领域中，需要对运动员的运动姿态进行检测、分析、校正和优化，从而起到提高运动员成绩的重要作用；运动员或是运动爱好者，会需要姿态监测设备记录身体姿态数据，以达到(远程)教学、技术改进提升的目的。

当前人体姿态识别技术使用最广泛的是由INRIA的IEAR实验室最早提出的DenseTrajectory算法(DT算法)。这种算法是一种用来提取视频密集跟踪轨迹的算法,基于该轨迹能够提取计算轨迹描述子,从而对视频中人体的行为进行准确识别。但该方法在室外等复杂背景条件下,容易受背景扰动的影响,导致检测到的背景关键点过多,影响识别的精度。许多学者针对此进行了探索，例如采用单个三轴MEMS加速度传感器对人体运动进行感知，然后借助无限高斯混合模型和非参数贝叶斯推理方法对人体活动进行识别，该方法不须要针对特定动作进行数学描述，可识别多种复杂的人体运动，但是依据加速度传感器解算的人体姿态角极易受到人体线性加速度的影响而失真，进而影响结果的可信度；运用MEMS加速度传感器对人体各个方向的加速度分布特征进分析，但是由于特征选取方面的因素，该识别方案有显著的时延，系统的可靠性不高，算法复杂度较大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于运动员动态姿态识别方法及装置，能够有效降低硬件成本，并提高识别的准确度。

根据本发明的第一方面，提供一种运动员动态姿态识别方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S101：采集运动员若干身体指定部位p_i的加速度{ax_i,ay_i,az_i}、角速度{gx_i,gy_i,gz_i}和磁场方向{mx_i,my_i,mz_i}，1≤i≤n，n为指定部位的总数；

步骤S102：基于每一个身体指定部位p_i的采集数据，根据四元数与姿态阵间的关系，计算该身体指定部位对应的全姿态角信息，包括航向角、俯仰角、横滚角，所述四元数记为{q₀,q₁,q₂,q₃}，q₀为该四元数的标量部分，q₁、q₂、q₃为该四元数的矢量部分息；即能够通过四元数求出一个物体相对于一个坐标系旋转后的坐标信息；

步骤S103：基于各个身体指定部位对应的全姿态角信息，获取该运动员的全身整体全姿态角信息。

根据本发明第二方面，提供一种运动员动态姿态识别装置，所述装置包括：

数据采集模块：配置为采集运动员若干身体指定部位p_i的加速度{ax_i,ay_i,az_i}、角速度{gx_i,gy_i,gz_i}和磁场方向{mx_i,my_i,mz_i}，1≤i≤n，n为指定部位的总数；

部位全姿态角信息获取模块：配置为基于每一个身体指定部位p_i的采集数据，根据四元数与姿态阵间的关系，计算该身体指定部位对应的全姿态角信息，包括航向角、俯仰角、横滚角，所述四元数记为{q₀,q₁,q₂,q₃}，q₀为该四元数的标量部分，q₁、q₂、q₃为该四元数的矢量部分息；即能够通过四元数求出一个物体相对于一个坐标系旋转后的坐标信息；

全身整体全姿态角信息获取模块：配置为基于各个身体指定部位对应的全姿态角信息，获取该运动员的全身整体全姿态角信息。

根据本发明第三方面，提供一种运动员动态姿态识别系统，包括：

处理器，用于执行多条指令；

存储器，用于存储多条指令；

其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如前所述的运动员动态姿态识别方法。

根据本发明第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述的运动员动态姿态识别方法。

根据本发明的上述方案，本发明提出了一种运动员动态姿态识别方法，采用多个9轴AHRS传感器，绑缚在运动员身体：头部、腰部、两大臂、两小臂、两大腿、两小腿等指定部位，实时同步对运动员运动姿势进行高精度360度全方位位置姿态感知，通过四元数对角速度、加速度、磁场进行高效的数据融合，对运动员动作进行数学描述，可识别多种复杂的运动姿态，适用于各种游泳运动表现分析。通过姿态数据采集与三维呈现软件相结合，可分析和比较多次运动结果或不同运动员的表现。记录数据并计算反馈相关动力学和运动学关键值，教练和运动员可以根据反馈数据分析游泳过程中存在的潜在弱点，从而制定针对性地改善运动表现的方案；对运动员的运动姿态进行检测、分析、校正和优化，以达到(远程)教学、技术改进提升的目的需要，从而起到提高运动员成绩。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明提供如下附图进行说明。在附图中：

图1为本发明一个实施方式的运动员动态姿态识别方法流程图；

图2为本发明一个实施方式的运动员动态姿态识别方法示意图；

图3为本发明一个实施方式的运动员姿态九轴传感器数据采集示意图；

图4为本发明一个实施方式的地理坐标系(E)示意图；

图5为本发明一个实施方式的运动员p部位坐标系(b)示意图；

图6为本发明一个实施方式的运动员动态姿态识别装置结构示意图。

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，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先结合图1-2说明为本发明一个实施方式的运动员动态姿态识别方法。如图1-2所示，所述方法包括：

步骤S101：采集运动员若干身体指定部位p_i的加速度{ax_i,ay_i,az_i}、角速度{gx_i,gy_i,gz_i}和磁场方向{mx_i,my_i,mz_i}，1≤i≤n，n为指定部位的总数；

步骤S102：基于每一个身体指定部位p_i的采集数据，根据四元数与姿态阵间的关系，计算该身体指定部位对应的全姿态角信息，包括航向角、俯仰角、横滚角，所述四元数记为{q₀,q₁,q₂,q₃}，q₀为该四元数的标量部分，q₁、q₂、q₃为该四元数的矢量部分；即能够通过四元数求出一个物体相对于一个坐标系旋转后的坐标信息；

步骤S103：基于各个身体指定部位对应的全姿态角信息，获取该运动员的全身整体全姿态角信息。

所述步骤S101：采集运动员若干身体指定部位p_i的加速度{ax_i,ay_i,az_i}、角速度{gx_i,gy_i,gz_i}和磁场方向{mx_i,my_i,mz_i}，1≤i≤n，其中：

如图3所示，采用基于MTi 1的九轴AHRS传感器的无线采集设备，将所述无线采集设备分别绑缚于运动员头部、腰部、两大臂、两小臂、两大腿、两小腿等指定部位；实时采集运动员全身，例如10组指定部位的三轴角速度、三轴加速度和三轴磁场，将采集的数据发送至系统分析平台。MTi传感器具有小体积、微功耗、高精度等优点，可直接输出三轴角速度、三轴加速度和三轴磁场等姿态数据，绑附于运动员身上做到最小程度对运动员身体肌能影响，通过传感器可实时解算准确、丰富的运动信息，以用于进行合理的数学分析。

由于人在地面上看运动物体时，如图4、图5所示，是以地理坐标系(E)为参照系的，所以在想检测运动员的部位p_i发生了怎样的变化时，需要研究运动员相对于参照坐标系(E)到运动员部位p_i坐标系(b_i)转化之间的坐标关系。由于地理坐标系(E)与运动员部位p_i坐标系(b_i)均为直角坐标系，各个轴之间均为直角，在确定两个坐标系之间的角度变化时，可将运动员等效为刚体与坐标系固联，也就是说，两个坐标系之间的角位置关系可用刚体的转动来表示。

则运动员部位p_i从一个姿态变化到另一个姿态，可等效为运动员部位pi绕了某一个轴通过无中间过程的一次旋转完成，根据四元数与姿态阵间的关系，用规范化四元数描述运动员坐标系E与系统坐标系b_i变换矩阵

其中，坐标系E为参考坐标系，b_i坐标系是运动员部位p_i运动旋转产生的坐标系，根据余弦矩阵和欧拉角的定义，进行全姿态解算，即求解航向角ψ_i-Yawing，记为ψ_i、俯仰角θ_i-Pithing，记为θ_i、横滚角γ_i-Rolling，记为γ_i。

对于运动员指定部位p_i，计算四元数换算方向余弦矩阵，所述四元数换算方向余弦矩阵表示为：

通过矩阵

能够在运动员坐标系E和运动员部位p_i坐标系b_i间进行转换；其中，q_0i为四元数标量部分、q_1i、q_2i、q_3i分别为四元数矢量部分。

欧拉角换算方向余弦矩阵表示为：

本申请的构思之一为通过四元数换算方向余弦矩阵与欧拉角换算方向余弦矩阵的对应的元素是相等的，通过四元数换算方向余弦矩阵，对全姿态进行解算，解算得到航向角ψ_i、俯仰角θ_i、横滚角γ_i：

进而，在解算出所述运动员的全部部位P＝{p₁,…，p_i,…,p_n}的全姿态角信息后，获取该运动员的全身整体全姿态角信息

系统分析平台利用

数据，使用三维模拟实时更新呈现运动员运动姿态，可分析和比较多次运动结果或不同运动员的表现。记录数据并计算反馈相关动力学和运动学关键值，教练和运动员可以根据反馈数据分析游泳过程中存在的潜在弱点，从而制定针对性地改善运动表现的方案；对运动员的运动姿态进行检测、分析、校正和优化，以达到(远程)教学、技术改进提升的目的需要，从而起到提高运动员成绩。

所述步骤S102：基于每一个身体指定部位p_i的采集数据，根据四元数与姿态阵间的关系，计算该身体指定部位对应的全姿态角信息，包括航向角、俯仰角、横滚角，所述四元数记为{q₀,q₁,q₂,q₃}，q₀为该四元数的标量部分，q₁、q₂、q₃为该四元数的矢量部分，用于描述三维空间的旋转信息；即能够通过四元数求出一个物体相对于一个坐标系旋转后的坐标信息，

包括：

步骤S1021：对身体指定部位p_i的采集数据中的加速度{ax_i,ay_i,az_i}、磁场方向{mx_i,my_i,mz_i}进行归一化处理，将三维向量转换为单位向量；

步骤S1022：根据四元数换算方向余弦矩阵与欧拉角换算方向余弦矩阵的等效关系，获取重力分量{Vx_i,Vy_i,Vz_i}、地磁分量{Wx_i,Wy_i,Wz_i}，所述重力分量表示重力加速度g随着位移X、Y、Z变化的情况，包括：

计算地球磁场的参考方向bx_i,bz_i：

hx_i＝2.0f*(mx_i*(0.5f-q_2iq_2i-q_3iq_3i)+my_i*(q_1iq_2i-q_0iq_3i)+mz_i*(q_1iq_3i+q_0iq_2i))

hy_i＝2.0f*(mx_i*(q_1iq_2i+q_0iq_3i)+my_i*(0.5f-q_1iq_1i-q_3iq_3i)+mz_i*(q_2iq_3i-q_0iq_1i))

bz_i＝2.0f*(mx_i*(q_1iq_3i-q_0iq_2i)+my_i*(q_2iq_3i+q_0iq_1i)+mz_i(0.5f-q_1iq_1i-q_2iq_2i))

其中，hx_i为地磁北向分量，hy_i为地磁东向分量，bx_i为水平分量，by_i为垂直分量,f为浮点数标志；

分离重力分量：

分离地磁分量：

本实施例中，通过所述四元数换算方向余弦矩阵，将指定部位p_i的当前姿态的重力、地磁在三个轴上的分量分离出来。

通过向量叉乘的方式计算姿态误差{ex_i,ey_i,ez_i}：

对姿态误差{ex_i,ey_i,ez_i}进行积分，消除误差，积分后的结果为{accex_i,accey_i,accez_i}：

其中，accex_i,accey_i,accez_i分别对应在x,y,z轴的误差，k_i为积分系数，dt为积分周期时间；

本实施例中，{accexi,acceyi,accezi}初始值均为0，根据传感器性能设置迭代次数，本实施例中，迭代5次。

将姿态误差补偿到角速度上，修正角速度{gx_i,gy_i,gz_i}：

其中，Kp_i为互补滤波系数；

本实施例中，互补滤波，将误差与本次由陀螺仪测得的部位p_i的角速度{gx_i,gy_i,gz_i}相加，得到修正的角速度。

对修正后的角速度{gx_i,gy_i,gz_i}进行归一化处理，得到归一化后的修正角速度{gx'_i,gy'_i,gz'_i}：

四元数的初始值为q_0i＝1，q_1i＝0，q_2i＝0，q_3i＝0；建立部位p_i所在坐标b_i相对于地磁坐标E的姿态改变速率的四元数微积分方程，计算该四元数微积分方程；根据归一化后的修正角速度{gx'_i,gy'_i,gz'_i}更新四元数。Δt为角速度更新周期时间；本实施例中，所有部位传感器基点相同，初始值相同。

对更新后的四元数进行归一化处理，得到归一化后的四元数：

根据所述归一化后的四元数，解算部位p_i的全姿态角信息：

本实施例中，解算得出运动员在Δt角速度更新周期时间内部位p_i对应的全姿态角信息。

所述步骤S103：基于各个身体指定部位对应的全姿态角信息，获取该运动员的全身整体全姿态角信息，其中：

解算出所述运动员的全部部位P＝{p₁,…，p_i,…,p_n}的全姿态角信息后，获取该运动员的全身整体全姿态角信息

本发明实施例进一步给出一种运动员动态姿态识别装置，所述装置包括：

数据采集模块：配置为采集运动员若干身体指定部位p_i的加速度{ax_i,ay_i,az_i}、角速度{gx_i,gy_i,gz_i}和磁场方向{mx_i,my_i,mz_i}，1≤i≤n；

部位全姿态角信息获取模块：配置为基于每一个身体指定部位p_i的采集数据，根据四元数与姿态阵间的关系，计算该身体指定部位对应的全姿态角信息，包括航向角、俯仰角、横滚角，所述四元数记为{q₀,q₁,q₂,q₃}，q₀为该四元数的标量部分，q₁、q₂、q₃为该四元数的矢量部分息；即能够通过四元数求出一个物体相对于一个坐标系旋转后的坐标信息；

全身整体全姿态角信息获取模块：配置为基于各个身体指定部位对应的全姿态角信息，获取该运动员的全身整体全姿态角信息。

本发明实施例进一步给出一种基于运动员动态姿态识别系统，包括：

处理器，用于执行多条指令；

存储器，用于存储多条指令；

其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如前所述的运动员动态姿态识别方法。

本发明实施例进一步给出一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述的运动员动态姿态识别方法。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，实体机服务器，或者网络云服务器等，需安装Windows或者Windows Server操作系统)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种运动员动态姿态识别方法，所述方法包括：

步骤S101：采集运动员若干身体指定部位p_i的加速度{ax_i,ay_i,az_i}、角速度{gx_i,gy_i,gz_i}和磁场方向{mx_i,my_i,mz_i}，1≤i≤n，n为指定部位的总数；

步骤S102：基于每一个身体指定部位p_i的采集数据，根据四元数与姿态阵间的关系，计算该身体指定部位对应的全姿态角信息，包括航向角、俯仰角、横滚角，所述四元数记为{q₀,q₁,q₂,q₃}，q₀为该四元数的标量部分，q₁、q₂、q₃为该四元数的矢量部分息；即能够通过四元数求出一个物体相对于一个坐标系旋转后的坐标信息；

步骤S103：基于各个身体指定部位对应的全姿态角信息，获取该运动员的全身整体全姿态角信息。

2.如权利要求1所述的运动员动态姿态识别方法，其特征在于，所述步骤S102包括：

步骤S1021：对身体指定部位p_i的采集数据中的加速度{ax_i,ay_i,az_i}、磁场方向{mx_i,my_i,mz_i}进行归一化处理，将三维向量转换为单位向量；

步骤S1022：根据四元数换算方向余弦矩阵与欧拉角换算方向余弦矩阵的等效关系，获取重力分量{Vx_i,Vy_i,Vz_i}、地磁分量{Wx_i,Wy_i,Wz_i}，所述重力分量表示重力加速度g随着位移X、Y、Z变化的情况，包括：

计算地球磁场的参考方向bx_i,bz_i：

hx_i＝2.0f*(mx_i*(0.5f-q_2iq_2i-q_3iq_3i)+my_i*(q_1iq_2i-q_0iq_3i)+mz_i*(q_1iq_3i+q_0iq_2i))

hy_i＝2.0f*(mx_i*(q_1iq_2i+q_0iq_3i)+my_i*(0.5f-q_1iq_1i-q_3iq_3i)+mz_i*(q_2iq_3i-q_0iq_1i))

bz_i＝2.0f*(mx_i*(q_1iq_3i-q_0iq_2i)+my_i*(q_2iq_3i+q_0iq_1i)+mz_i(0.5f-q_1iq_1i-q_2iq_2i))

其中，hx_i为地磁北向分量，hy_i为地磁东向分量，bx_i为水平分量，by_i为垂直分量,f为浮点数标志；

分离重力分量：

vx_i＝q_1iq_3i-q_0iq_2i

vy_i＝q_0iq_1i+q_2iq_3i

vz_i＝q_0iq_0i-0.5f+q_3iq_3i (6)

分离地磁分量：

wx_i＝bx_i(0.5f-q_2iq_2i-q_3iq_3i)+bz_i(q_1iq_3i-q_0iq_2i)

wy_i＝bx_i(q_1iq_2i+q_0iq_3i)+bz_i(q_0iq_1i-q_2iq_3i)

wz_i＝bx_i(q_0iq_2i+q_1iq_3i)+bz_i(0.5f-q_1iq_1i-q_2iq_2i) (7)

通过向量叉乘的方式计算姿态误差{ex_i,ey_i,ez_i}：

ex_i＝(ay_i*vz_i-az_i*vy_i)+(my_i*wz_i-mz_i*wy_i)

ey_i＝(az_i*vx_i-ax_i*vz_i)+(mz_i*wx_i-mx_i*wz_i)

ez_i＝(ax_i*vy_i-ay_i*vx_i)+(mx_i*wy_i-my_i*wx_i) (8)

对姿态误差{ex_i,ey_i,ez_i}进行积分，消除误差，积分后的结果为{accex_i,accey_i,accez_i}；

其中，accex_i,accey_i,accez_i分别对应在x,y,z轴的误差；

将姿态误差补偿到角速度上，修正角速度{gx_i,gy_i,gz_i}：

gx_i＝gx_i+Kp_i*ex_i*accex_i

gy_i＝gy_i+Kp_i*ey_i*accey_i

gz_i＝gz_i+Kp_i*ez_i*accez_i (10)

其中，Kp_i为互补滤波系数；

对修正后的角速度{gx_i,gy_i,gz_i}进行归一化处理，得到归一化后的修正角速度{gx'_i,gy'_i,gz'_i}：

四元数的初始值为q_0i＝1，q_1i＝0，q_2i＝0，q_3i＝0；建立部位p_i所在坐标b_i相对于地磁坐标E的姿态改变速率的四元数微积分方程，计算该四元数微积分方程；根据归一化后的修正角速度{gx'_i,gy'_i,gz'_i}更新四元数，Δt为角速度更新周期时间；

对更新后的四元数进行归一化处理，得到归一化后的四元数：

根据所述归一化后的四元数，解算部位p_i的全姿态角信息：

γ_i＝-arcsin(2(q'_1iq'_3i-q'_0iq'_2i))

3.如权利要求2所述的运动员动态姿态识别方法，其特征在于，所述步骤S103：基于各个身体指定部位对应的全姿态角信息，获取该运动员的全身整体全姿态角信息，其中：

解算出所述运动员的全部部位P＝{p₁,…，p_i,…,p_n}的全姿态角信息后，获取该运动员的全身整体全姿态角信息

4.一种运动员动态姿态识别装置，其特征在于，所述装置包括：

数据采集模块：配置为采集运动员若干身体指定部位p_i的加速度{ax_i,ay_i,az_i}、角速度{gx_i,gy_i,gz_i}和磁场方向{mx_i,my_i,mz_i}，1≤i≤n，n为指定部位的总数；

部位全姿态角信息获取模块：配置为基于每一个身体指定部位p_i的采集数据，根据四元数与姿态阵间的关系，计算该身体指定部位对应的全姿态角信息，包括航向角、俯仰角、横滚角，所述四元数记为{q₀,q₁,q₂,q₃}，q₀为该四元数的标量部分，q₁、q₂、q₃为该四元数的矢量部分息；即能够通过四元数求出一个物体相对于一个坐标系旋转后的坐标信息；

全身整体全姿态角信息获取模块：配置为基于各个身体指定部位对应的全姿态角信息，获取该运动员的全身整体全姿态角信息。

5.如权利要求4所述的运动员动态姿态识别装置，其特征在于，所述部位全姿态角信息获取模块，包括：

转化子模块：配置为对身体指定部位p_i的采集数据中的加速度{ax_i,ay_i,az_i}、磁场方向{mx_i,my_i,mz_i}进行归一化处理，将三维向量转换为单位向量；

解算子模块：配置为根据四元数换算方向余弦矩阵与欧拉角换算方向余弦矩阵的等效关系，获取重力分量{Vx_i,Vy_i,Vz_i}、地磁分量{Wx_i,Wy_i,Wz_i}，所述重力分量表示重力加速度g随着位移X、Y、Z变化的情况，包括：

计算地球磁场的参考方向bx_i,bz_i：

hx_i＝2.0f*(mx_i*(0.5f-q_2iq_2i-q_3iq_3i)+my_i*(q_1iq_2i-q_0iq_3i)+mz_i*(q_1iq_3i+q_0iq_2i))

hy_i＝2.0f*(mx_i*(q_1iq_2i+q_0iq_3i)+my_i*(0.5f-q_1iq_1i-q_3iq_3i)+mz_i*(q_2iq_3i-q_0iq_1i))

bz_i＝2.0f*(mx_i*(q_1iq_3i-q_0iq_2i)+my_i*(q_2iq_3i+q_0iq_1i)+mz_i(0.5f-q_1iq_1i-q_2iq_2i))

其中，hx_i为地磁北向分量，hy_i为地磁东向分量，bx_i为水平分量，by_i为垂直分量,f为浮点数标志；

分离重力分量：

vx_i＝q_1iq_3i-q_0iq_2i

vy_i＝q_0iq_1i+q_2iq_3i

vz_i＝q_0iq_0i-0.5f+q_3iq_3i (6)

分离地磁分量：

wx_i＝bx_i(0.5f-q_2iq_2i-q_3iq_3i)+bz_i(q_1iq_3i-q_0iq_2i)

wy_i＝bx_i(q_1iq_2i+q_0iq_3i)+bz_i(q_0iq_1i-q_2iq_3i)

wz_i＝bx_i(q_0iq_2i+q_1iq_3i)+bz_i(0.5f-q_1iq_1i-q_2iq_2i) (7)

通过向量叉乘的方式计算姿态误差{ex_i,ey_i,ez_i}：

ex_i＝(ay_i*vz_i-az_i*vy_i)+(my_i*wz_i-mz_i*wy_i)

ey_i＝(az_i*vx_i-ax_i*vz_i)+(mz_i*wx_i-mx_i*wz_i)

ez_i＝(ax_i*vy_i-ay_i*vx_i)+(mx_i*wy_i-my_i*wx_i) (8)

对姿态误差{ex_i,ey_i,ez_i}进行积分，消除误差，积分后的结果为{accex_i,accey_i,accez_i}；

其中，accex_i,accey_i,accez_i分别对应在x,y,z轴的误差；

将姿态误差补偿到角速度上，修正角速度{gx_i,gy_i,gz_i}：

gx_i＝gx_i+Kp_i*ex_i*accex_i

gy_i＝gy_i+Kp_i*ey_i*accey_i

gz_i＝gz_i+Kp_i*ez_i*accez_i (10)

其中，Kp_i为互补滤波系数；

对修正后的角速度{gx_i,gy_i,gz_i}进行归一化处理，得到归一化后的修正角速度{gx'_i,gy'_i,gz'_i}：

四元数的初始值为q_0i＝1，q_1i＝0，q_2i＝0，q_3i＝0；建立部位p_i所在坐标b_i相对于地磁坐标E的姿态改变速率的四元数微积分方程，计算该四元数微积分方程；根据归一化后的修正角速度{gx'_i,gy'_i,gz'_i}更新四元数，Δt为角速度更新周期时间；

对更新后的四元数进行归一化处理，得到归一化后的四元数：

根据所述归一化后的四元数，解算部位p_i的全姿态角信息：

γ_i＝-arcsin(2(q'_1iq'_3i-q'_0iq'_2i))

6.如权利要求5所述的运动员动态姿态识别装置，其特征在于：所述全身整体全姿态角信息获取模块，用于解算出所述运动员的全部部位P＝{p₁,…，p_i,…,p_n}的全姿态角信息后，获取该运动员的全身整体全姿态角信息

7.一种运动员动态姿态识别系统，其特征在于，包括：

处理器，用于执行多条指令；

存储器，用于存储多条指令；

其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如权利要求1-3之任一项所述的运动员动态姿态识别方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如权利要求1-4之任一项所述的运动员动态姿态识别方法。

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