CN113996048B - 一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分系统及方法，包括电子护具、上位机接收端、高速运动相机和计分系统，电子护具内部具有电子护具内置终端，电子护具内置终端与上位机接收端通信连接；上位机接收端、高速运动相机分别与计分系统通信连接；计分系统包括击打评分模块和击倒评分模块，击倒评分模块根据高速运动相机所拍摄的视频进行逐帧是否为击倒姿势判定及击倒阈值倒计时，计分系统根据击倒评分模块、击打评分模块计算得出胜负结果。本发明通过各个部位的电机护具进行击打受力监测，通过高速运动相机进行姿势识别，然后计分系统根据击打受力监测、姿势识别数据进行综合计分判定，然后输出比分结果和胜负结果。

Description

一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分系统及方法
技术领域
本发明涉及一种体育竞技比赛，尤其涉及一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分系统及方法，特别涉及采用压电薄膜和电磁感应线圈确定击打部位、利用相机完成图像采集、利用数字图像处理技术进行打击动作判定，通过自动计分系统完成计分。
背景技术
搏击是一种体育竞技运动，其中跆拳道是普遍流行的体育运动，一般运动员需要佩上适当护具以备比赛，护具顾名思义是用作保护身体，以减少伤害为主者，护具包括了头盔、护手胫、护脚胫、护脚背、护胸、护档、护阴及护手。当中护手及护脚背较不常用；用具方面，运动员训练的时候需要使用踢靶，例如防御靶、速度靶等以提高脚在使用足技时的力度、速度及准确度。现有护具大多仅能实现保护身体作用，随着数字图像处理技术的不断发展和姿势识别算法的不断应用，利用相机采集图像，实时判断被检测人员的动作姿态，其在跆拳道运动没有得到很好应用，故此现有跆拳道搏击计分大多由裁判判定，比赛中人为计分因素较大，计分结果的公平公正性受到较大争议。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种姿势识别及电子护具监测的搏击计分系统及方法，通过各个部位的电机护具进行击打受力监测，通过高速运动相机进行姿势识别，然后计分系统根据击打受力监测、姿势识别数据进行综合计分判定，然后输出比分结果和胜负结果。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分系统，包括电子护具、上位机接收端、高速运动相机和计分系统，所述电子护具内部具有电子护具内置终端，所述电子护具的电子护具内置终端与上位机接收端通信连接；所述上位机接收端、高速运动相机分别与计分系统通信连接；所述计分系统包括击打评分模块和击倒评分模块，所述击倒评分模块根据高速运动相机所拍摄的视频进行逐帧是否为击倒姿势判定及击倒阈值倒计时，所述击打评分模块根据电子护具所上传的击打受力监测结合击打评分规则数据库计算得出击打比分结果，所述计分系统根据击倒评分模块、击打评分模块计算得出胜负结果。
为了更好地实现本发明，本发明搏击计分系统还包括显示屏，所述显示屏与计分系统连接，所述显示屏用于显示击打比分结果、击倒倒计时、胜负结果。
优选地，所述电子护具包括护甲和护头，所述电子护具的电子护具内置终端通过蓝牙传输方式与上位机接收端之间通信传输。
优选地，本发明搏击计分系统还包括与计分系统、显示屏连接的比赛设定模块，所述比赛设定模块实现对包括比赛时间、暂停时间、比赛规则、加赛规则在内的设置与输入，比赛规则包括击打评分规则、击倒阈值。
优选地，所述电子护具的护甲包括上护甲、下护甲。
优选地，所述电子护具内置终端由压电薄膜及电磁线圈组合而成。
一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分方法，包括搏击计分系统，其方法如下：
A、双方选手穿戴好电子护具并安装好高速运动相机，启动搏击计分系统并测试；
B、双方选手的电子护具分别监测包括击打受力部位和击打受力次数在内的击打受力监测并传输至上位机接收端，计分系统的击打评分模块根据双方选手电子护具上传的击打受力监测按照击打评分规则进行计算得出击打比分；高速运动相机对双方选手场景进行视频拍摄并视频数据传输至计分系统的击倒评分模块，计分系统的击倒评分模块首先对视频数据进行逐帧分析处理并进行双方选手姿势识别判定，若一方选手姿势判定为击倒，则按照击倒阈值进行倒计时并在显示屏上显示，若该选手在击倒阈值内姿势判定恢复为站立，则击倒评分模块按照击倒规则进行下一轮姿势为击倒的倒计时判定，若该选手达到击倒阈值后姿势仍判定为击倒，则击倒评分模块按照击倒规则判定该选手失败或对方选手获胜；
C、计分系统根据击倒评分模块、击打评分模块计算得出胜负结果，计分系统首先根据击倒评分模块的胜负结果直接判定胜负结果，其次计分系统根据击打评分模块的击打比分判定胜负结果。
本发明搏击计分方法步骤B中姿势识别判定数据处理方法如下：
获取高速运动相机的视频数据并进行帧数据预处理，构建三通道卷积神经网络并进行姿势识别训练。
本发明搏击计分方法在步骤B的击倒阈值倒计时开始或结束判定时，若连续N帧的视频帧均判定为击倒或站立，则以第一帧的视频帧作为击倒阈值倒计时开始或倒阈值倒计结束。
本发明搏击计分方法三通道卷积神经网络包括四个卷积层和三个最大池化层，三通道卷积神经网络还包括特殊动作姿势判定；电子护具的击打受力监测还包括击打力量监测，击打评分规则还包括根据击打力量设定的得分分值规则。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明电子护具内部具有电子护具内置终端，将由压电薄膜及电磁线圈组合的电子护具内置终端附着在跆拳道护具上，在受到有效攻击时自动识别其击打部位、击打次数、击打力量等，并计分系统自动将得分情况反映在得分显示屏上；参赛队员需身着电子护具，既可以起到身体保护作用，又可以实现对击打计分，降低了比赛中人为因素，通过各个部位的电子护具内置终端量化监测，体现打分计点的公平公正性。
(2)本发明开发出一种基于电子护具结合深度学习图像姿势识别算法的自动计分系统及方法，与传统计分方式以及现有电子护具半自动计分方式相比，大大减少了裁判的工作量，基本规避了比赛中的人为干预因素，提高了比赛的观赏性和竞争性，为跆拳道的普及提供了便利。
(3)本发明首先利用硬件(即电子护具)获得击打信息，通过信息传输模块发送到上位机接收器及计分系统；同时计分系统通过高速运动相机采集视频，通过姿势识别算法判断比赛选手的姿势，计分系统结合下位机传输的击打信息和姿态识别结果，进行击打得分部位和击打得分分值的判定，并在软件上输出。
附图说明
图1为实施例中搏击计分系统的原理示意图；
图2为实施例中显示屏对应显示击打比分的示意图；
图3为实施例中一种搏击计分方法的流程示意图；
图4为实施例中一种三通道卷积神经网络的原理流程图；
图5为实施例中一种三通道卷积神经网络卷积层、最大池化层的原理示意图；
图6为实施例中显示屏对应显示加时比分的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例一
如图1～图6所示，一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分系统，包括电子护具、上位机接收端、高速运动相机、计分系统和显示屏，电子护具内部具有电子护具内置终端，电子护具的电子护具内置终端与上位机接收端通信连接；上位机接收端、高速运动相机分别与计分系统通信连接；计分系统包括击打评分模块和击倒评分模块，击倒评分模块根据高速运动相机所拍摄的视频进行逐帧是否为击倒姿势判定及击倒阈值倒计时，击打评分模块根据电子护具所上传的击打受力监测结合击打评分规则数据库计算得出击打比分结果，计分系统根据击倒评分模块、击打评分模块计算得出胜负结果。电子护具包括护甲和护头，电子护具的电子护具内置终端通过蓝牙传输方式与上位机接收端之间通信传输。优选地，电子护具的护甲包括上护甲(对应护上身)、下护甲(对应护腿部)；优选地，电子护具内置终端由压电薄膜及电磁线圈组合而成。
本实施例显示屏与计分系统连接，显示屏用于显示击打比分结果(图2展示了击打比分结果的示例)、击倒倒计时、胜负结果。
根据本实施例的一个优选实施例，本发明搏击计分系统还包括与计分系统、显示屏连接的比赛设定模块，比赛设定模块实现对包括比赛时间、暂停时间、比赛规则、加赛规则在内的设置与输入，比赛规则包括击打评分规则、击倒阈值。
一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分方法，包括搏击计分系统，其方法如下：
A、双方选手穿戴好电子护具并安装好高速运动相机，启动搏击计分系统并测试；
B、双方选手的电子护具分别监测包括击打受力部位和击打受力次数在内的击打受力监测并传输至上位机接收端，计分系统的击打评分模块根据双方选手电子护具上传的击打受力监测按照击打评分规则进行计算得出击打比分；高速运动相机对双方选手场景进行视频拍摄并视频数据传输至计分系统的击倒评分模块，计分系统的击倒评分模块首先对视频数据进行逐帧分析处理并进行双方选手姿势识别判定，若一方选手姿势判定为击倒，则按照击倒阈值进行倒计时并在显示屏上显示，若该选手在击倒阈值内姿势判定恢复为站立，则击倒评分模块按照击倒规则进行下一轮姿势为击倒的倒计时判定，若该选手达到击倒阈值后姿势仍判定为击倒，则击倒评分模块按照击倒规则判定该选手失败或对方选手获胜。
C、计分系统根据击倒评分模块、击打评分模块计算得出胜负结果，计分系统首先根据击倒评分模块的胜负结果直接判定胜负结果，其次计分系统根据击打评分模块的击打比分判定胜负结果。
根据本实施例的一个优选实施例，步骤B中姿势识别判定数据处理方法如下：
获取高速运动相机的视频数据并进行帧数据预处理，构建三通道卷积神经网络并进行姿势识别训练(图4给出一种姿势识别训练的示例)。根据本实施例的一个优选实施例，三通道卷积神经网络包括四个卷积层和三个最大池化层(图5给出一种通道卷积神经网络的示例)，三通道卷积神经网络还包括特殊动作姿势判定(参见图3，击打评分模块与高速运动相机并可根据高速运动相机的视频数据进行特殊动作姿势判定并结合击打部位等得出得分结果，特殊动作姿势判定主要采用特殊动作姿势对比训练与识别)。电子护具的击打受力监测还包括击打力量监测，击打评分规则还包括根据击打力量设定的得分分值规则。
根据本实施例的一个优选实施例，在步骤B的击倒阈值倒计时开始或结束判定时，若连续N帧(N的取值与高速运动相机的拍摄视频帧速度相关)的视频帧均判定为击倒或站立，则以第一帧的视频帧作为击倒阈值倒计时开始或倒阈值倒计结束。
实施例二
本实施例为搏击计分方法一种应用方法，包括搏击计分系统，搏击计分系统与实施例一相同，其应用方法如下：
步骤1：检查下位机终端(即电子护具内部的各个电子护具内置终端)与护甲、护头的连接情况，打开下位机(即电子护具内部的各个电子护具内置终端)开关，选手穿戴电子护具。
步骤2：将高速运动相机安装到合适的位置，连接到上位机接收端，打开高速运动相机。
步骤3：打开上位机接收端的接收按钮，打开上位机接收端的上位机程序并投屏到观众席。
步骤4：测试电子护具及自动计分系统运行情况，其测试方法如下：
步骤4-1：上位机接收端的上位机程序进入测试模式，得分阈值为1，由A先进行测试，正面轻轻击打对面护甲三次；观察护甲得分是否正常，分值是否正确。
步骤4-2：A再使用回旋踢(特殊动作姿势)的方式击打护甲两次，观察护甲得分是否正常，分值是否正确。
步骤4-3：B将护头取下，用手举的方式配合测试，A轻轻踢打护头，观察护甲得分是否正常，分值是否正确。
步骤4-4：A再使用回旋踢(特殊动作姿势)的方式击打护头(击打部位为头部)两次，观察护头得分是否正常，分值是否正确。
步骤4-5：B重复4-1至4-4的操作完成测试，并在上位机接收端的上位机程序中退出测试模式。
步骤5：在上位机接收端的上位机程序检查相关参数无误后，点击开始比赛，按照比赛流程比赛，完成自动计分。
步骤5-1：调取双方选手信息，根据比赛类型选择比赛级别，根据比赛选手的重量级选择对应的公斤级(不同的公斤级击打得分的力度值阈值不同)，根据比赛的具体规定，对比赛时间、暂停时间等其他参数进行设定。
步骤5-2：点击比赛开始，双方在听到比赛开始提示音后开始比赛。
步骤5-3：在选手击打得分时，在硬件部分(即电子护具的电子护具内置终端)受到击打，下位机收集击打力度值和电磁线圈感应电流大小，并通过信号传输模块实时传输到上位机接收终端，计分系统结合下位机传输的击打信息和上位机姿态识别结果，进行击打得分部位和击打得分分值的判定，并在计分系统软件上完成计分。
步骤5-4：当一方选手被击倒后，姿势判定为击倒，计分系统开始击倒倒计时，若被击倒一方在击倒倒计时归零前站起来，则比赛继续，若被击倒一方未能在击倒倒计时归零前站起来，则比赛结束，被击倒一方判负。
步骤5-5：若在比赛时间结束时，仍未能分出胜负，且不能有平局，计分系统将会进入加时(加时比分显示参见图6)。根据比赛规则，若为先得分者获胜，则第一个得分的选手程序自动判胜；若为累计得分，得分高者判胜，则在倒计时归零时，得分高者判胜。
步骤6：通过比赛情况，在计分系统判定胜负。
其中姿势识别算法结构如图5所示，通过输入为三个方位获得的视频帧序列，其中C1、C2、C3、C4为卷积层，MP1、MP2、MP3为最大池化层，最后经过全连接层得到四分类输出，分别为一般进攻、特殊进攻、击倒、其他。
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 (4)

1.一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分方法，其特征在于：包括搏击计分系统，搏击计分系统包括电子护具、上位机接收端、高速运动相机、计分系统和显示屏，所述电子护具内部具有电子护具内置终端，所述电子护具的电子护具内置终端与上位机接收端通信连接；所述上位机接收端、高速运动相机分别与计分系统通信连接；所述计分系统包括击打评分模块和击倒评分模块，所述击倒评分模块根据高速运动相机所拍摄的视频进行逐帧是否为击倒姿势判定及击倒阈值倒计时，所述击打评分模块根据电子护具所上传的击打受力监测结合击打评分规则数据库计算得出击打比分结果，所述计分系统根据击倒评分模块、击打评分模块计算得出胜负结果；还包括与计分系统、显示屏连接的比赛设定模块，所述比赛设定模块实现对包括比赛时间、暂停时间、比赛规则、加赛规则在内的设置与输入，比赛规则包括击打评分规则、击倒阈值；所述显示屏与计分系统连接，所述显示屏用于显示击打比分结果、击倒倒计时、胜负结果，其方法如下：
A、双方选手穿戴好电子护具并安装好高速运动相机，启动搏击计分系统并测试；
B、双方选手的电子护具分别监测包括击打受力部位和击打受力次数在内的击打受力监测并传输至上位机接收端，计分系统的击打评分模块根据双方选手电子护具上传的击打受力监测按照击打评分规则进行计算得出击打比分；高速运动相机对双方选手场景进行视频拍摄并视频数据传输至计分系统的击倒评分模块，计分系统的击倒评分模块首先对视频数据进行逐帧分析处理并进行双方选手姿势识别判定，若一方选手姿势判定为击倒，则按照击倒阈值进行倒计时并在显示屏上显示，若该选手在击倒阈值内姿势判定恢复为站立，则击倒评分模块按照击倒规则进行下一轮姿势为击倒的倒计时判定，若该选手达到击倒阈值后姿势仍判定为击倒，则击倒评分模块按照击倒规则判定该选手失败或对方选手获胜；
在步骤B的击倒阈值倒计时开始或结束判定时，若连续N帧的视频帧均判定为击倒或站立，则以第一帧的视频帧作为击倒阈值倒计时开始或倒阈值倒计结束；
获取高速运动相机的视频数据并进行帧数据预处理，构建三通道卷积神经网络并进行姿势识别训练；三通道卷积神经网络包括四个卷积层和三个最大池化层，三通道卷积神经网络还包括特殊动作姿势判定；电子护具的击打受力监测还包括击打力量监测，击打评分规则还包括根据击打力量设定的得分分值规则；
C、计分系统根据击倒评分模块、击打评分模块计算得出胜负结果，计分系统首先根据击倒评分模块的胜负结果直接判定胜负结果，其次计分系统根据击打评分模块的击打比分判定胜负结果。
2.按照权利要求1所述的一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分方法，其特征在于：所述电子护具包括护甲和护头，所述电子护具的电子护具内置终端通过蓝牙传输方式与上位机接收端之间通信传输。
3.按照权利要求2所述的一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分方法，其特征在于：所述电子护具的护甲包括上护甲、下护甲。
4.按照权利要求1所述的一种基于姿势识别及电子护具监测的搏击计分方法，其特征在于：所述电子护具内置终端由压电薄膜及电磁线圈组合而成。
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