CN115546886A - 一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试方法及装置，涉及排球运动技术领域。所述方法包括配置阶段及运动阶段，采用低成本、低功耗、高算力的边缘智能化设备和消费品级2D摄像头，结合AI深度学习中的目标检测算法、人体关节点检测算法，实现了排球对墙壁垫球运动项目的实时精确测量。使用本发明方案后，可以实时播报出测试人员的排球对墙壁垫球成绩，计数成绩精度为±1个，达到了体育考试级别的要求。本发明解决了现有技术安装部署难、部分犯规无法判断问题，还可以查看测试过程录像和测试过程分析。
Description
技术领域
本发明涉及排球运动技术领域，特别涉及一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试方法及装置。
背景技术
排球是一项普及率较高的全民运动，和篮球、足球相比，对于身体素质的要求相对较低，对于场地的限制也不是特别多，再加上中学和大学普遍设有排球课程，这项运动的推广率会越来越高。垫球是排球的基本技术之一，在比赛中占有非常重要的地位，垫球主要用于防守，如：接发球、接扣球、接拦回球和处理球等，它是组织进攻的重要组成部分。排球对墙壁垫球是初中生、高中生和大学生《国家学生体质健康标准》体质健康测试的测试项目，同时也是体育中考考试项目之一。因此，排球对墙壁垫球的自动化测试设备成了各个学校和体育测试服务机构的刚需。如何快速准确测量排球对墙壁垫球的成绩是该测试设备的第一目标，同时为每位被测试人员做出动作分析，提出改进意见，也是重要的需求。
现有技术主要通过红外光电等传感设备实现计数，使用的设备较为复杂，安装部署难度大、价格昂贵，且无法进行测试过程回放与动作分析。如果使用NVR(网络视频录像机)设备进行全场录像则无法快速检索，难以发挥视频的作用。同时由于红外光电传感设备只检测排球触墙，对于踩线、持球等犯规动作无法准确判断。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试方法及装置，基于计算机视觉技术，结合目标检测算法和人体关节点检测算法，实现了排球对墙壁垫球运动项目的实时精确测量。
第一方面，本发明提供了一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试方法，包括：配置阶段及运动阶段；
所述配置阶段包括：在合适位置安装摄像头，并在摄像区域内标定墙面区和测试区，所述墙面区靠近地面的一则设置有一高度标志线，所述测试区靠近墙面的一侧设置有一距离标志线；
所述运动阶段包括：通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内，当考生站在测试区内时，通过排球检测模型判断排球第一次向上抛起时开始计时；持续进行排球检测判断是落地还是触墙，若落地则不计入成绩然后判断考试时间是否结束，否则返回继续进行脚部检测判断考生是否在测试区内；若触墙则计算触墙点，当触墙点低于所述高度标志线时不计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内；当触墙点不低于所述高度标志线时则继续通过排球检测模型和手腕关节点检测模型判断是否正常触碰到球，是则计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模块判断考生是否在测试区内；当考试时间结束时，计算成绩并结束运动阶段。
进一步地，所述通过排球检测模型和手腕关节点检测模型判断是否正常触碰到球具体为：通过AI深度学习算法中的目标检测和关节点检测算法训练出排球检测模型和手腕关节点检测模型，通过模型进行排球检测和手腕关节点检测，计算排球在手腕关节点附近的停留时间，根据停留时间判断是否持球、抱球或者球直接落地，若没有持球、抱球及球直接落地则为手腕正常触碰到球。
进一步地，所述方法还包括：当计入成绩时，实时播报出考生的排球对墙壁垫球成绩，当运动阶段结束时，保存全程视频，计算出排球对墙壁垫球的次数，同时输出动作分析和建议。
第二方面，本发明提供了一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试装置，包括：配置模块及运动模块；
所述配置模块，用于在合适位置安装摄像头，并在摄像区域内标定墙面区和测试区，所述墙面区靠近地面的一则设置有一高度标志线，所述测试区靠近墙面的一侧设置有一距离标志线；
所述运动模块，用于通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内，当考生站在测试区内时，通过排球检测模型判断排球第一次向上抛起时开始计时；持续进行排球检测判断是落地还是触墙，若落地则不计入成绩然后判断考试时间是否结束，否则返回继续进行脚部检测判断考生是否在测试区内；若触墙则计算触墙点，当触墙点低于所述高度标志线时不计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内；当触墙点不低于所述高度标志线时则继续通过排球检测模型和手腕关节点检测模型判断是否正常触碰到球，是则计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模块判断考生是否在测试区内；当考试时间结束时，计算成绩并结束运动阶段。
进一步地，所述运动模块中，通过排球检测和手腕关节点检测判断是否正常触碰到球具体为：通过AI深度学习算法中的目标检测和关节点检测算法训练出排球检测模型和手腕关节点检测模型，通过模型进行排球检测和手腕关节点检测，计算排球在手腕关节点附近的停留时间，根据停留时间判断是否持球、抱球或者球直接落地，若没有持球、抱球及球直接落地则为手腕正常触碰到球。
进一步地，所述装置还包括：结果输出模块，用于当计入成绩时，实时播报出考生的排球对墙壁垫球成绩，当运动阶段结束时，保存全程视频，计算出排球对墙壁垫球的次数，同时输出动作分析和建议。
本发明实施例中提供的技术方案具有如下技术效果或优点：
本发明基于计算机视觉技术，采用低成本、低功耗、高算力的边缘智能化设备和消费品级2D摄像头，结合AI深度学习中的目标检测算法、人体关节点检测算法，实现了排球对墙壁垫球运动项目的实时精确测量。使用本发明方案后，可以实时播报出测试人员的排球对墙壁垫球成绩，计数成绩精度为±1个，达到了体育考试级别的要求。本发明解决了现有技术安装部署难、部分犯规无法判断问题，还可以查看测试过程录像和测试过程分析。
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，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例排球对墙壁垫球测试场地架构图；
图2为本发明实施例排球对墙壁垫球测试流程图；
图3为本发明实施例一中方法的流程图；
图4为本发明实施例二装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试方法及装置，基于计算机视觉技术，结合目标检测算法和人体关节点检测算法，实现了排球对墙壁垫球运动项目的实时精确测量。
本发明实施例中的技术方案，总体思路如下：
本发明基于计算机视觉技术，使用一个消费级的2D摄像头和一个边缘智能化设备实现排球对墙壁垫球的计数、犯规检测、录像保存和过程分析。使用AI深度学习算法中的目标检测和关节点检测算法进行踩线、过线、持球、球落地判断，同时保存全程视频，计算出排球对墙壁垫球的次数，同时输出动作分析和建议。
如图1所示，在墙面距地面高度1.40米处设一标志线；在地面距墙壁1.50米处划一标志线。测试用球符合排球规则中规定的比赛用球。
(1)考生站在地上标志线外，自己将球向上抛起(开始计时)，连续对墙壁垫球。将球垫至墙面标志线(1.40米)以上，方能计数，反之不予计数。在垫球过程中，球落地由考生自行捡球并继续对墙垫球，直至时间结束。测试时当场报出成绩并予以登记。
(2)每人可测试两次，以最好成绩计算，时间为40秒。
图2为排球对墙壁垫球测试流程图，测试方法具体如下：
1、手动标定墙标线、地标线，测试区、墙面区；
2、目标检测判断脚是否在测区范围内；
3、排球检测判断触墙点，判断排球是否在墙面测试范围内且高于强标线，判断人是否在测试区内，关节点检测球是否回到手中，是否落地，计数。
各项目检测的模型类别和核心算法具体如下：
各模型通过AI深度学习算法进行训练，以达到准确的识别效果。
实施例一
本实施例提供一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试方法，如图3所示，包括：配置阶段及运动阶段；
所述配置阶段包括：在合适位置安装摄像头，并在摄像区域内标定墙面区和测试区(可参考图1)，所述墙面区靠近地面的一则设置有一高度标志线(比如离地面1.40米)，所述测试区靠近墙面的一侧设置有一距离标志线(比如离墙面1.50米)；
所述运动阶段包括：通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内，当考生站在测试区内时，通过排球检测模型判断排球第一次向上抛起时开始计时；持续进行排球检测判断是落地还是触墙，若落地则不计入成绩然后判断考试时间是否结束，否则返回继续进行脚部检测判断考生是否在测试区内；若触墙则计算触墙点，当触墙点低于所述高度标志线时不计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内；当触墙点不低于所述高度标志线时则继续通过排球检测模型和手腕关节点检测模型判断是否正常触碰到球，是则计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模块判断考生是否在测试区内；当考试时间结束时，计算成绩并结束运动阶段。
在一具体实施方式中，所述通过排球检测模型和手腕关节点检测模型判断是否正常触碰到球具体为：通过AI深度学习算法中的目标检测和关节点检测算法训练出排球检测模型和手腕关节点检测模型，通过模型进行排球检测和手腕关节点检测，计算排球在手腕关节点附近的停留时间，根据停留时间判断是否持球、抱球或者球直接落地，若没有持球、抱球及球直接落地则为手腕正常触碰到球。
在一具体实施方式中，所述方法还包括：当计入成绩时，实时播报出考生的排球对墙壁垫球成绩，当运动阶段结束时，保存全程视频，计算出排球对墙壁垫球的次数，同时输出动作分析和建议。
基于同一发明构思，本申请还提供了与实施例一中的方法对应的装置，详见实施例二。
实施例二
在本实施例中提供了一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试装置，如图4所示，包括：配置模块及运动模块；
所述配置模块，用于在合适位置安装摄像头，并在摄像区域内标定墙面区和测试区，所述墙面区靠近地面的一则设置有一高度标志线，所述测试区靠近墙面的一侧设置有一距离标志线；
所述运动模块，用于通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内，当考生站在测试区内时，通过排球检测模型判断排球第一次向上抛起时开始计时；持续进行排球检测判断是落地还是触墙，若落地则不计入成绩然后判断考试时间是否结束，否则返回继续进行脚部检测判断考生是否在测试区内；若触墙则计算触墙点，当触墙点低于所述高度标志线时不计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内；当触墙点不低于所述高度标志线时则继续通过排球检测模型和手腕关节点检测模型判断是否正常触碰到球，是则计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模块判断考生是否在测试区内；当考试时间结束时，计算成绩并结束运动阶段。
在一具体实施方式中，所述运动模块中，通过排球检测和手腕关节点检测判断是否正常触碰到球具体为：通过AI深度学习算法中的目标检测和关节点检测算法训练出排球检测模型和手腕关节点检测模型，通过模型进行排球检测和手腕关节点检测，计算排球在手腕关节点附近的停留时间，根据停留时间判断是否持球、抱球或者球直接落地，若没有持球、抱球及球直接落地则为手腕正常触碰到球。
在一具体实施方式中，所述装置还包括：结果输出模块，用于当计入成绩时，实时播报出考生的排球对墙壁垫球成绩，当运动阶段结束时，保存全程视频，计算出排球对墙壁垫球的次数，同时输出动作分析和建议。
由于本发明实施例二所介绍的装置，为实施本发明实施例一的方法所采用的装置，故而基于本发明实施例一所介绍的方法，本领域所属人员能够了解该装置的具体结构及变形，故而在此不再赘述。凡是本发明实施例一的方法所采用的装置都属于本发明所欲保护的范围。
本发明基于计算机视觉技术，采用低成本、低功耗、高算力的边缘智能化设备和消费品级2D摄像头，结合AI深度学习中的目标检测算法、人体关节点检测算法，实现了排球对墙壁垫球运动项目的实时精确测量。使用本发明方案后，可以实时播报出测试人员的排球对墙壁垫球成绩，计数成绩精度为±1个，达到了体育考试级别的要求。本发明解决了现有技术安装部署难、部分犯规无法判断问题，还可以查看测试过程录像和测试过程分析。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (6)
1.一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试方法，其特征在于，包括：配置阶段及运动阶段；
所述配置阶段包括：在合适位置安装摄像头，并在摄像区域内标定墙面区和测试区，所述墙面区靠近地面的一则设置有一高度标志线，所述测试区靠近墙面的一侧设置有一距离标志线；
所述运动阶段包括：通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内，当考生站在测试区内时，通过排球检测模型判断排球第一次向上抛起时开始计时；持续进行排球检测判断是落地还是触墙，若落地则不计入成绩然后判断考试时间是否结束，否则返回继续进行脚部检测判断考生是否在测试区内；若触墙则计算触墙点，当触墙点低于所述高度标志线时不计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内；当触墙点不低于所述高度标志线时则继续通过排球检测模型和手腕关节点检测模型判断是否正常触碰到球，是则计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模块判断考生是否在测试区内；当考试时间结束时，计算成绩并结束运动阶段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过排球检测模型和手腕关节点检测模型判断是否正常触碰到球具体为：通过AI深度学习算法中的目标检测和关节点检测算法训练出排球检测模型和手腕关节点检测模型，通过模型进行排球检测和手腕关节点检测，计算排球在手腕关节点附近的停留时间，根据停留时间判断是否持球、抱球或者球直接落地，若没有持球、抱球及球直接落地则为手腕正常触碰到球。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当计入成绩时，实时播报出考生的排球对墙壁垫球成绩，当运动阶段结束时，保存全程视频，计算出排球对墙壁垫球的次数，同时输出动作分析和建议。
4.一种基于视觉技术的排球对墙壁垫球测试装置，其特征在于，包括：配置模块及运动模块；
所述配置模块，用于在合适位置安装摄像头，并在摄像区域内标定墙面区和测试区，所述墙面区靠近地面的一则设置有一高度标志线，所述测试区靠近墙面的一侧设置有一距离标志线；
所述运动模块，用于通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内，当考生站在测试区内时，通过排球检测模型判断排球第一次向上抛起时开始计时；持续进行排球检测判断是落地还是触墙，若落地则不计入成绩然后判断考试时间是否结束，否则返回继续进行脚部检测判断考生是否在测试区内；若触墙则计算触墙点，当触墙点低于所述高度标志线时不计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模型判断考生是否在测试区内；当触墙点不低于所述高度标志线时则继续通过排球检测模型和手腕关节点检测模型判断是否正常触碰到球，是则计入成绩并判断考试时间是否结束，否则返回通过脚部检测模块判断考生是否在测试区内；当考试时间结束时，计算成绩并结束运动阶段。
5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述运动模块中，通过排球检测和手腕关节点检测判断是否正常触碰到球具体为：通过AI深度学习算法中的目标检测和关节点检测算法训练出排球检测模型和手腕关节点检测模型，通过模型进行排球检测和手腕关节点检测，计算排球在手腕关节点附近的停留时间，根据停留时间判断是否持球、抱球或者球直接落地，若没有持球、抱球及球直接落地则为手腕正常触碰到球。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：结果输出模块，用于当计入成绩时，实时播报出考生的排球对墙壁垫球成绩，当运动阶段结束时，保存全程视频，计算出排球对墙壁垫球的次数，同时输出动作分析和建议。
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