CN115482397A - 一种动作评分系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种动作评分系统，包括：显示屏、摄像头和服务器；服务器包括预设模块、提取模块、比较模块和评分模块。显示屏用于显示操作界面及显示演练视频，摄像头用于实时拍摄训练对象的训练视频并发送给服务器。预设模块用于根据模拟标准动作的起止姿势预设参照关键帧，提取模块用于根据预设算法提取及识别训练视频中与参照关键帧对应的动作关键帧，比较模块用于将动作关键帧与参照关键帧按照执行的先后顺序进行比较，评分模块用于根据动作关键帧与参照关键帧的比较结果进行评分。本申请的动作评分系统能够快捷精确地对训练人员的训练动作进行评分，规范性训练人员的训练动作并进行智能化打分和点评指导。

Description

一种动作评分系统
技术领域
本申请涉及模拟训练技术领域，更具体而言，涉及一种动作评分系统。
背景技术
随着科技发展的日新月异，人们的生活越来越便捷。在日常生活中，常常需要人为去执行特定的动作进行指示，例如交警通过交通手势指挥交通。人物执行特定动作通常需要大量的人力去训练和矫正，才能达到规范执行的标准。交警也通常需要进行大量动作指挥训练才能够上岗执勤指挥交通，这就需要大量人员去进行指导训练、矫正动作，耗费人力资源大，效率低，且不同人员的指导存在的误差大。
发明内容
本申请提供一种动作评分系统，能够规范性训练人员的训练动作并进行智能化评分和点评指导，提高训练人员模拟动作的专业化和标准化。
具体地，本申请的动作模拟训练的动作评分系统，包括显示屏、摄像头和服务器，所述服务器包括预设模块、提取模块、比较模块和评分模块。所述显示屏用于显示操作界面及显示演练视频，所述摄像头用于实时拍摄训练对象的训练视频并发送给所述服务器，所述预设模块用于根据模拟标准动作的起止姿势预设参照关键帧，所述提取模块用于根据预设算法提取及识别所述训练视频中与所述参照关键帧对应的动作关键帧，所述比较模块用于将所述动作关键帧与所述参照关键帧按照执行的先后顺序进行比较，所述评分模块用于根据所述动作关键帧与所述参照关键帧的比较结果进行评分。
进一步地，所述预设模块还用于预设参照关键点，所述提取模块还用于提取所述训练视频中每一帧图像中人物的动作关键点，所述比较模块还用于比较所述动作关键点和所述参照关键点。所述服务器还包括判断模块，所述判断模块用于根据所述动作关键点和所述参照关键点的比较结果判断所述图像是否为所述动作关键帧。
进一步地，所述预设模块还用于预设所述参照关键点之间的关联，所述关联包括预设角度。所述提取模块还用于提取所述训练动作肢体节点之间的动作角度，所述评分模块还用于根据所述动作角度与所述预设角度差值进行评分及提出矫正意见。
进一步地，所述关键点的检测采用卷积神经网络对所述图像中的人体关键部位进行检测识别。
进一步地，所述预设模块还用于预设当前帧所述参照关键帧时间段内肢体的预设摆动幅度，所述提取模块还用于提取当前帧所述训练动作中所述时间段内肢体的动作摆动幅度，所述评分模块还用于根据所述动作摆动幅度和所述预设摆动幅度的偏差进行评分。
进一步地，所述预设模块还用于预设所述模拟标准动作对应的参考关键词，所述提取模块还用于提取执行所述模拟标准动作时的语音关键词。所述比较模块还用于将所述语音关键词与所述参考关键词进行比较，所述评分模块还用于根据将所述语音关键词与所述参考关键词的比较结果进行评分。
进一步地，所述动作评分系统还包括麦克风和扬声器，所述服务器还包括语音模块，所述语音模块与所述麦克风连接，用于根据用户输入语音进行语音操作所述动作评分系统；所述语音模块与所述扬声器连接，用于播放提示语音。
进一步地，所述服务器还包括演示模块和理论教学模块；所述演示模块用于演示所述训练动作，所述理论教学模块用于展示学习资料和进行习题练习。
进一步地，所述服务器还包括APP教学终端，所述APP教学终端包括APP登录模块和实训展示模块，所述APP登录模块用于APP用户登陆，所述实训展示模块用于展示用户训练数据及训练视频。
进一步地，所述服务器还包括后端管控平台，所述后端管控平台用于对各个模块进行管理。
本申请的动作评分系统通过根据训练动作的起止姿势预设参照关键帧，将训练视频的动作关键帧与参照关键帧进行比较以得到差异化，从而能够根据差异化快捷精确地对训练人员的训练动作进行评分，能够规范性训练人员的训练动作并进行智能化打分和点评指导，提高训练人员模拟动作的专业化和标准化。
附图说明
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
图1是本发明实施方式的动作评分系统的模块连接结构示意图。
图2是本发明实施方式动作评分系统中服务器的模块结构示意图。
图3是本发明实施方式的动作评分系统的评分流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，本申请提供一种动作模拟训练的动作评分系统，包括显示屏、摄像头和服务器，服务器包括预设模块、提取模块、比较模块和评分模块。显示屏用于显示操作界面及显示演练视频，摄像头用于实时拍摄训练对象的训练视频并发送给服务器，预设模块用于根据模拟标准动作的起止姿势预设参照关键帧，提取模块用于根据预设算法提取及识别训练视频中与参照关键帧对应的动作关键帧，比较模块用于将动作关键帧与参照关键帧按照执行的先后顺序进行比较，评分模块用于根据动作关键帧与参照关键帧的比较结果进行评分。
本申请的动作评分系统通过根据训练动作的起止姿势预设参照关键帧，将训练视频的动作关键帧与参照关键帧进行比较以得到差异化，从而能够根据差异化快捷精确地对训练人员的训练动作进行评分，规范性训练人员的训练动作并进行智能化打分和点评指导，提高训练人员模拟动作的专业化和标准化。
为便于说明，本申请以交警指挥动作为例进行说明，其中交警指挥动作包括停止手势、直行手势、左转弯手势、右转弯手势、左转弯待转手势、变道手势、减速慢行手势、靠边停车手势等。更具体地，以左转弯手势训练动作进行说明。
具体地，请结合图1和图2，动作评分系统包括显示屏、摄像头、麦克风、扬声器和服务器。
显示屏用于显示操作界面、播放演练视频等，训练对象可以在显示屏上对系统进行操作及跟着演练视频进行模拟动作训练。在播放演练视频时，在关键点的位置进行提醒，避免训练人员出错。本实施方式的显示屏为75寸的高清触摸屏，当然也可以采用非触摸屏。
摄像头用于实时拍摄训练对象的训练视频并发送给服务器，在本实施例中，摄像头为双目摄像头。在另一些例子中，摄像头可以有多个，例如可以是3个、4个、5个等等，摄像从各个角度进行拍摄录像。
麦克风用于训练语音输入及通过语音操控所述动作评分系统，例如在用户对麦克风说“打开视频”时，动作评分系统会打开视频；或者在用户对麦克风说“关机”时，动作评分系统关闭电源。
扬声器用于根据服务器的输出指令输出音频，例如在训练对象跟着演练视频进行训练时，训练对象的动作明显错误时，服务器输出对应的播放信号，扬声器输出“动作错误”。
请参阅图3，服务器包括预设模块、提取模块、比较模块、判断模块、评分模块、演示模块、学习模块、语音模块和管理模块。
预设模块用于根据模拟训练标准动作的起止姿势预设参照关键帧，其中，预设参照关键帧包括预设肢体节点之间的参照关键点及预设参照关键点之间的关联，关联包括预设角度、关键点位置等，其中关键点包括头、手、身等。针对于各个训练动作根据其起始姿势、训练过程中的静止动作、关键节点极限摆动的幅度等等图片作为参照关键帧，动作关键点的检测采用卷积神经网络对图像中的人体关键部位进行检测识别。
具体地，采用Openpose对关键点进行检测，得到25对关键点，包括人体重要器官或肢体骨骼的位置信息，关键点特征由GCN模型对OpenPose关键点进行图卷积，得到一个全连接层128维度。图像特征由CNN模型对双手手势的图片进行卷积，最终得到一两个全连接层，每个全连接层64维度。整个过程是端到端学习的，需要将GCN的特征和CNN特征进行融合。融合的方法采用矢量拼接的方式，将GCN+CNN特征组成一个特征为128+64+64＝256维度，这256维度的特征经过两个全连接层，最终得到关键帧的结果。关键帧识别目的在于识别交警指挥手势动作(标准动作)要领中的关键性动作。根据人身体的各个关键点，如头、手、身等相应的位置，推断当前动作是否为关键动作，并捕获关键帧中的对象。
提取模块用于从摄像头拍摄的训练视频中提取及识别与参照关键帧对应的动作关键帧，具体地，提取训练视频中每一帧图像中人物的动作关键点，并根据算法获取动作关键点之间的关联，包括关键点和关键点之间形成的动作角度、关键点的相对位置、距离等等。例如某个模拟标准动作中手部关键点包括肩、手肘、手腕及手掌，提取这些关键点及位置，并按算法将肩-手肘和手肘-手腕两个直线者形成角度。
判断模块用于根据动作关键点和参照关键点的比较结果判断图像是否为动作关键帧。具体地，判断模块将提取关键帧中的多个关键点及位置与参照关键点进行比较。例如肩-手肘和手肘-手腕两个直线者形成的角度与预设的参照关键点、对应的参照角度进行匹配比较，在多个关键点及其位置匹配成功时，确定当前图片为关键帧，其中关键点的数量和位置可以根据关键帧中标准动作的姿势进行设置。反之，当前图片不是关键帧。
比较模块用于将动作关键帧与参照关键帧按照执行的先后顺序进行比较。具体地，根据时间先后的顺序将各个动作关键点和参照关键点一一对应分别进行比较，找出对应关键点差异化。例如手臂和手臂进行比较、腿部和腿部进行比较等等。另外，由于关键帧的检测在整个视频中是离散的，因此对整个动作进行评估时，需要对关键帧的顺序需要进行一个排列和比较。关键帧的顺序是由标准视频中给出的动作顺序进行判断的，在整个视频的过程中，人物做的动作顺序应与给出的关键帧的顺序一致。
评分模块用于根据动作关键帧与参照关键帧的比较结果进行评分。具体地，评分主要包括关键帧顺序得分和关键帧动作得分。关键帧顺序评分则根据关键帧顺序正确占比进行判断，例如动作1中有4个关键帧，每个关键帧占25％。关键帧动作得分是根据当前关键帧与标准关键帧之间比较的差异进行评分，包括角度比较和距离比较。
准中的25个OpenPose各个关键点与当前关键帧中的25个OpenPose对应关键点进行角度比较，角度为每两个关键点组成的向量与肢体立正时(头、身、脚三点一线)所成的角度。每两个关键点向量的组合有不同的含义，如手臂+手腕的向量组合表示手的摆动幅度，眼睛+鼻子的向量组合表示头的摆动幅度。上述两两关键点的组合除了表示角度外，还表示距离度量，即向量到肢体中心的距离度量。根据距离判断当前关键帧有哪些部位有偏移。
在一些例子中，预设标准动作的阈值范围，如手臂的角度、摆动的幅度、关键点的位置等等。当关键点的测量值在第一阈值范围内时，得出当前动作关键点的第一得分；当关键点的测量值在第二阈值范围内时，得出当前动作关键点的第二得分；当关键点的测量值在第三阈值范围内时，得出当前动作关键点的第三得分，其中第一阈值范围为标准动作的范围，第一得分小于第二得分小于第三得分。
例如关键点肩膀和手肘两个关键点(即肩臂)形成第一直线，以鼻子和躯干中间为参考的第二直线，第一直线和第二直线形成角度A，第一阈值范围A1为38°≤A1＜35°，对应第一得分为5分(满分)；第二阈值范围A1为35°≤A2＜30°，对应第二得分4分；第三阈值范围A1为A3＞30°，对应第三得分0分。关键点的测量值为36°时，对应得分即为5分，不提出矫正意见。关键点的测量值为33°时，对应得分即为4分，提示增加该部位的角度。关键点的测量值为25°时，对应得分即为0分，提示动作角度过小，请增加该部位的角度。
在一些实施方式中，预设模块还用于预设当前帧参照关键帧时间段内肢体的预设摆动幅度，提取模块还用于提取当前帧训练动作中时间段内肢体的动作摆动幅度，评分模块还用于根据动作摆动幅度和预设摆动幅度的偏差进行评分。例如角度A为25°≤A≤45°，当超过这个范围时，判断为摆动幅度过大，当小于这个范围时，判断摆动的幅度过小。
在一些实施方式中，预设模块还用于预设模拟标准动作对应的参考关键词，提取模块还用于提取执行模拟标准动作时的语音关键词，比较模块还用于将语音关键词与参考关键词进行比较，评分模块还用于根据将语音关键词与参考关键词的比较结果进行评分。
具体地，预设模拟标准动作对应的语音文字，在识别动作的同时，提取识别执行模拟标准动作时的语音关键词，将语音关键词和参照关键词进行比较，最后，根据语音关键词的持续时长，关键字对应匹配成功两部分对语音进行评分。在时长过短时，说明说话声音过快时，提示放慢说话声音。在关键词错误过多时，提示语音错误，矫正用户
服务器还包括演示模块、理论教学模块和系统管理模块，演示模块用于演示训练动作，学习模块用于展示学习资料和进行习题练习。系统管理模块用于对各个模块进行管理和编辑。
具体地，演示模块包括APP登录模块、实训展示模块和后端管控平台。APP登录模块用于APP用户登陆。实训展示模块用于展示用户训练数据及训练视频，通过实训展示模块用户可随时查看自己每一项训练的时间统计、得分统计、点评情况、训练视频回放等，找出标准执法与自己模拟训练的差异以进行研究改进和提高。
理论教学模块包括学习模块和练习模块。学习模块用于展示学习资料，包括视频课堂、经典案例、法律法规等内容，方便APP用户利用空余时间进行相关内容学。练习模块用于APP用户进行习题练习，具体的，习题包括车、驾、管以及交通事故处理等知识题，优选的，设置有“每日练习”、“每周一测”、“错题强化”等三个板块习题。
后端管控平台包括系统管理模块、实训学习模块、APP用户管理模块、APP版本管理模块、题库管理模块和学习管理模块。
系统管理模块用于用户账号管理及权限管理。实训学习模块用于管理用户训练及学习数据，通过该功能模块，可查看用户的训练及学习情况，包括训练内容、训练时间、训练视频、得分及点评情况、学习内容、完成习题情况等等。APP用户管理模块用于管理APP用户注册及APP用户信息，通过该模块实现对APP用户的开户、信息修改、密码重置等功能。
APP版本管理模块用于管理APP版本升级更新，具体的，IOS版本的APP更新通过苹果AppStore自动更新，Android版本的APP则通过该模块进行APP新版本发布，已安装APP的手机客户端能够自动检测到新的APP版本，并自动进行在线更新。
题库管理模块主要用于管理题库资料信息，系统管理员可通过该模块编辑和发布车、驾、管以及交通事故处理等知识题，用户可在APP教学终端按照岗位业务范畴进行在线答题练习。学习管理模块主要用于管理学习资料信息，系统管理员可通过该模块编辑和发布相关的视频、课堂、案例等教学内容，方便用户在APP教学终端进行阅读学习。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种动作评分系统，其特征在于，包括：显示屏、摄像头和服务器；所述服务器包括预设模块、提取模块、比较模块和评分模块；
所述显示屏用于显示操作界面及显示演练视频；
所述摄像头用于实时拍摄训练对象的训练视频并发送给所述服务器；
所述预设模块用于根据模拟标准动作的起止姿势预设参照关键帧；
所述提取模块用于根据预设算法提取及识别所述训练视频中与所述参照关键帧对应的动作关键帧；
所述比较模块用于将所述动作关键帧与所述参照关键帧按照执行的先后顺序进行比较；
所述评分模块用于根据所述动作关键帧与所述参照关键帧的比较结果进行评分。
2.根据权利要求1所述的动作评分系统，其特征在于，
所述预设模块还用于预设参照关键点；
所述提取模块还用于提取所述训练视频中每一帧图像中人物的动作关键点；
所述比较模块还用于比较所述动作关键点和所述参照关键点；
所述动作评分系统还包括判断模块，所述判断模块用于根据所述动作关键点和所述参照关键点的比较结果判断所述图像是否为所述动作关键帧。
3.根据权利要求2所述的动作评分系统，其特征在于，
所述预设模块还用于预设所述参照关键点之间的关联，所述关联包括预设角度；
所述提取模块还用于提取所述训练动作肢体节点之间的动作角度；
所述评分模块还用于根据所述动作角度与所述预设角度差值进行评分及提出矫正意见。
4.根据权利要求3所述的动作评分系统，其特征在于，所述关键点的检测采用卷积神经网络对所述图像中的人体关键部位进行检测识别。
5.根据权利要求1所述的动作评分系统，其特征在于，
所述预设模块还用于预设当前帧所述参照关键帧时间段内肢体的预设摆动幅度；
所述提取模块还用于提取当前帧所述训练动作中所述时间段内肢体的动作摆动幅度；
所述评分模块还用于根据所述动作摆动幅度和所述预设摆动幅度的偏差进行评分。
6.根据权利要求1所述的动作评分系统，其特征在于，
所述预设模块还用于预设所述模拟标准动作对应的参考关键词；
所述提取模块还用于提取执行所述模拟标准动作时的语音关键词；
所述比较模块还用于将所述语音关键词与所述参考关键词进行比较；
所述评分模块还用于根据将所述语音关键词与所述参考关键词的比较结果进行评分。
7.根据权利要求1所述的动作评分系统，其特征在于，所述动作评分系统还包括麦克风和扬声器，所述服务器还包括语音模块，所述语音模块与所述麦克风连接，用于根据用户输入语音进行语音操作所述动作评分系统；所述语音模块与所述扬声器连接，用于播放提示语音。
8.根据权利要求1所述的动作评分系统，其特征在于，所述服务器还包括演示模块和理论教学模块；所述演示模块用于演示所述训练动作，所述理论教学模块用于展示学习资料和进行习题练习。
9.根据权利要求1所述的动作评分系统，其特征在于，所述服务器还包括APP教学终端，所述APP教学终端包括APP登录模块和实训展示模块，所述APP登录模块用于APP用户登陆，所述实训展示模块用于展示用户训练数据及训练视频。
10.根据权利要求1所述的动作评分系统，其特征在于，所述服务器还包括后端管控平台，所述后端管控平台用于对各个模块进行管理。
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