CN117636698B - 一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于辅助训练领域，公开了一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统，包括摄像头、高度检测模块和控制模块；摄像头的数量为多个，每个摄像头所处的高度不同，所有摄像头的拍摄方向相同且型号的相同；高度检测模块用于获取学生在引体向上过程中的头部的高度和脚部的高度；控制模块用于基于头部的高度和脚部的高度确定对学生进行拍摄的摄像头，并基于向该摄像头发送拍摄指令；摄像头用于在接收到拍摄指令后，对学生进行拍摄，获得学生的引体向上图像。本发明能够得到更加准确的识别结果，从而能够更加准确地对学生进行动作指导。
Description
技术领域
本发明涉及辅助训练领域，尤其涉及一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统。
背景技术
学生在进行引体向上训练时，通常需要依靠教练进行动作指导，即当教练发现学生的动作中的不正确的部分时，向学生进行说明，然后学生下一次进行引体向上时，便能够根据教练的意见进行改正，以提高训练的效果。但是，由于一个教练需要面对多个学生，这就导致教练需要花费较多的时间逐个对学生进行指导，导致教学的效率比较差。
为了提高教学的效率，逐渐出现了利用图像识别技术对学生的动作进行识别，以对学生错误的引体向上动作进行纠正的技术。这项技术通过镜头来对学生的引体向上的动作进行拍摄，只需要在每个单杠附近设置摄像头，便可以实现同时对多个学生进行指导，能够有效地提高指导的效率。
但是，现有技术中，通常仅使用单一的摄像头来进行拍摄，而学生在引体向上的过程中，高度会发生较大幅度的变化，由于摄像头的边缘存在畸变，单一的摄像头无法保证对各个高度的学生进行拍摄时，均获得不存在畸变的图像，这就会导致后续通过图像识别的方式对学生做引体向上过程中的动作进行识别时，获得的识别结果不够准确，从而无法准确地对学生进行动作指导。
发明内容
本发明的目的在于公开一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统，解决在对学生的引体向上动作进行拍摄的过程中，如何降畸变的影响，从而为学生提供更加准确的动作指导的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统，包括摄像头、高度检测模块和控制模块；
摄像头的数量为多个，每个摄像头所处的高度不同，所有摄像头的拍摄方向相同且型号的相同；
高度检测模块用于获取学生在引体向上过程中的头部的高度和脚部的高度；
控制模块用于基于头部的高度和脚部的高度确定对学生进行拍摄的摄像头，并基于向该摄像头发送拍摄指令；
摄像头用于在接收到拍摄指令后，对学生进行拍摄，获得学生的引体向上图像。
可选的，还包括动作识别模块；
动作识别模块用于对引体向上图像进行识别，获取引体向上图像中的动作所存在的缺陷。
可选的，还包括提示模块；
提示模块用于将学生的动作存在的缺陷告知学生。
可选的，提示模块包括显示装置，显示装置用于通过文字描述的方式展示学生的动作存在的缺陷。
可选的，提示模块包括语音播放装置，语音播放装置用于将学生的动作存在的缺陷的所对应的文字转化为语音，并进行播放。
可选的，高度检测模块包括多个高度不同的红外测距传感器；
多个红外测距传感器的中点处于同一直线上，且该直线垂直于水平面；
所有红外测距传感器测量的方向相同，部分红外测距传感器发出的红外线能够在学生的高度变化的过程中，被学生的身体反射；
任意两个相邻的红外测距传感器之间的高度差相同。
可选的，获取学生在引体向上过程中的头部的高度和脚部的高度，包括：
获取所有红外测距传感器在同一时刻获得的距离的集合disU；
获取disU中所有小于设定的距离阈值的距离的集合wrkU；
分别获取wrkU中每个距离所对应的红外测距传感器距离地面的高度，将所有得到的高度存入集合highU；
将highU中的高度的最大值作为学生的头部的高度；将highU中的高度的最小值作为学生的脚部的高度。
可选的，基于头部的高度和脚部的高度确定对学生进行拍摄的摄像头，包括：
计算头部的高度和脚部的高度的平均值H；
将所有摄像头的高度的存入集合senhiU；
获取senhiU中与H之间的差值的绝对值最小的高度q；
将高度q所对应的摄像头作为对学生进行拍摄的摄像头。
有益效果：
与现有技术相比，本发明通过在不同高度设置多个摄像头，然后基于学生的头部和脚部的高度来确定进行拍摄的摄像头，从而使得学生的躯体的中间点尽可能地接近摄像头的主光轴，在最大限度上降低拍摄的图像的畸变程度，从而使得采用图像识别的方式识别学生的动作的缺陷时，得到更加准确的识别结果，从而能够更加准确地对学生进行动作指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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附图。
图1为本发明的一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统的一种示意图。
图2为本发明的一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统的另一种示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围参数。
如图1所示的一种实施例，本发明提供了一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统，包括摄像头、高度检测模块和控制模块；
摄像头的数量为多个，每个摄像头所处的高度不同，所有摄像头的拍摄方向相同且型号的相同；
高度检测模块用于获取学生在引体向上过程中的头部的高度和脚部的高度；
控制模块用于基于头部的高度和脚部的高度确定对学生进行拍摄的摄像头，并基于向该摄像头发送拍摄指令；
摄像头用于在接收到拍摄指令后，对学生进行拍摄，获得学生的引体向上图像。
在上述实现过程中，通过在不同高度设置多个摄像头，然后基于学生的头部和脚部的高度来确定进行拍摄的摄像头，从而使得学生的躯体的中间点尽可能地接近摄像头的主光轴，在最大限度上降低拍摄的图像的畸变程度，从而使得采用图像识别的方式识别学生的动作的缺陷时，得到更加准确的识别结果，从而能够更加准确地对学生进行动作指导。
可选的，如图2所示，还包括动作识别模块；
动作识别模块用于对引体向上图像进行识别，获取引体向上图像中的动作所存在的缺陷。
具体的，可以将学生的引体向上图像与标准图像进行比较，从而确定学生的动作的缺陷。例如，缺陷可以是引体向上过程中腿部弯曲幅度过大，手臂伸张角度不正确等。
可选的，还包括提示模块；
提示模块用于将学生的动作存在的缺陷告知学生。
具体的，提示模块设置可以设置在单杠附近，用于提示学生的动作存的缺陷。
可选的，提示模块包括显示装置，显示装置用于通过文字描述的方式展示学生的动作存在的缺陷。
具体的，图像识别之后便可以确定缺陷的类型，将缺陷的类型对应的文字进行展示，使得学生可以直观地明白自身存在的缺陷。
可选的，提示模块包括语音播放装置，语音播放装置用于将学生的动作存在的缺陷的所对应的文字转化为语音，并进行播放。
可选的，高度检测模块包括多个高度不同的红外测距传感器；
多个红外测距传感器的中点处于同一直线上，且该直线垂直于水平面；
所有红外测距传感器测量的方向相同，部分红外测距传感器发出的红外线能够在学生的高度变化的过程中，被学生的身体反射；
任意两个相邻的红外测距传感器之间的高度差相同。
具体的，设置多个高度不同的红外测距传感器之后，便能够对学生引体向上过程中的各个时刻的不同位置的高度进行获取，从而有利于选出最佳的摄像头来拍摄学生的引体向上图像。
可选的，获取学生在引体向上过程中的头部的高度和脚部的高度，包括：
获取所有红外测距传感器在同一时刻获得的距离的集合disU；
获取disU中所有小于设定的距离阈值的距离的集合wrkU；
分别获取wrkU中每个距离所对应的红外测距传感器距离地面的高度，将所有得到的高度存入集合highU；
将highU中的高度的最大值作为学生的头部的高度；将highU中的高度的最小值作为学生的脚部的高度。
具体的，在学生进行引体向上的过程中，头部高度是一直变化，因此，通过判断红外测距传感器获得的距离是否发生变化，便可以知道学生的头部的位置以及脚部的位置。
可选的，基于头部的高度和脚部的高度确定对学生进行拍摄的摄像头，包括：
计算头部的高度和脚部的高度的平均值H；
将所有摄像头的高度的存入集合senhiU；
获取senhiU中与H之间的差值的绝对值最小的高度q；
将高度q所对应的摄像头作为对学生进行拍摄的摄像头。
在这一步中，获得的摄像头时处于学生的躯体的中央位置附近的，这样便能够使得学生的身体所在的区域在图像中一直占据中央的位置，使得身体不会出现在图像的边缘区域，从而有效地降低畸变的影响。
可选的，在接收到拍摄指令后，对学生进行拍摄，获得学生的引体向上图像，包括：
在接收到拍摄指令后，根据拍摄指令中包含的拍摄张数，采用连拍的方式对学生进行拍摄，获得多张中间图像；
分别获取每张中间图像的质量评价值；
将质量评价值最高的中间图像作为学生的引体向上图像。
具体的，由于学生在引体向上的过程中的高度变化比较快，若单次获取图像，得到的图像不够清晰的话，便不能够对学生的动作进行正确的指导，因此，本发明通过拍摄多张中间图像，然后对得到的所有中间图像进行筛选的方式来确定引体向上图像，从而能够有效地提高得到清晰的图像的概率，从而能够提高对学生的动作进行正确的指导的概率。
可选的，拍摄张数的确定过程包括：
按照高度从小到大的顺序依次对每个摄像头进行连续编号；
用num表示对学生进行拍摄的摄像头的编号；
用Z表示摄像头的总数，则若时，拍摄张数采用如下公式进行计算：
若时，拍摄张数采用如下公式进行计算：
其中，basenum表示设定的基准张数，phonum表示拍摄张数。
具体的，在本发明中，拍摄张数并不是固定的，而是随着学生的身体的高度的变化而自适应变化，能够避免得到过多的图像，从总体上提高获取引体向上图像的效率。
具体的，基准张数为10。
当学生的处于加速阶段时，拍摄张数也会随着高度的增加而增加，而当学生处于减速阶段时，则拍摄张数会随着高度的增加而减少，这样，便能够在学生的身体高度变化较快时获取更多的中间图像，以保证得到高质量的引体向上图像，而在学生的身体的高度变化较慢时，则减少中间图像的数量，以提高获取中间图像的效率。
可选的，分别获取每张中间图像的质量评价值，包括：
将所有的中间图像中拍摄时间最早的中间图像表示为imgely，将所有的中间图像中拍摄时间最晚的中间图像表示为imglst；
对imgely进行识别，获得imgely中的人体区域像素点的坐标的集合pixone；
对imglst进行识别，获得imgely中的人体区域像素点的坐标的集合pixtwo；
获取pixone和pixtwo的并集pixthree；
在imgely中，获取pixthree中的坐标对应的像素点组成的区域area；
在imgely中，获取area的最小外接矩形，将处于最小外接矩形中的像素点存入集合pixfour；
分别对每张中间图像中，由集合pixfour中的坐标对应的像素点所组成的区域进行质量评价值的计算，从而得到每张中间图像的质量评价值。
传统的图像筛选方式，一般都需要对整张图像计算质量评价值；显然，在图像的张数比较多时，筛选的效率很低，而在本发明中，则是利用了中间图像中的人体区域的位置变化的连贯性，通过分别获取拍摄时间最早和最晚的中间图像中的人体区域，然后利用得到的人体区域的像素点的并集来得到最小外接矩形，从而使得最小外接矩形的区域能够覆盖每张图像中的人体区域，避免基于所有的像素点计算图像质量评价值，有效地提高了筛选的效率。
可选的，质量评价值可以是PSNR、SSIM、MS-SSIM中的任一种。
可选的，质量评价值还可以是图像熵。
可选的，对imgely进行识别，获得imgely中的人体区域像素点的坐标的集合pixone，包括：
获取imgely对应的灰度图像imggray；
采用基于阈值的图像分割算法对imggray进行计算，得到分割阈值；
将imggray中灰度值大于分割阈值的像素点的坐标存入集合bgthrU；
将imgely中由集合bgthrU中的坐标对应的像素点作为人体区域像素点。
具体的，获取pixtwo的过程与获取pixone的过程相同。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，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，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。
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，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围参数。
Claims (5)
1.一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统，其特征在于，包括摄像头、高度检测模块和控制模块；
摄像头的数量为多个，每个摄像头所处的高度不同，所有摄像头的拍摄方向相同且型号的相同；
高度检测模块用于获取学生在引体向上过程中的头部的高度和脚部的高度；
控制模块用于基于头部的高度和脚部的高度确定对学生进行拍摄的摄像头，并向该摄像头发送拍摄指令；
摄像头用于在接收到拍摄指令后，对学生进行拍摄，获得学生的引体向上图像；
高度检测模块包括多个高度不同的红外测距传感器；
多个红外测距传感器的中点处于同一直线上，且该直线垂直于水平面；
所有红外测距传感器测量的方向相同，部分红外测距传感器发出的红外线能够在学生的高度变化的过程中，被学生的身体反射；
任意两个相邻的红外测距传感器之间的高度差相同；
获取学生在引体向上过程中的头部的高度和脚部的高度，包括：
获取所有红外测距传感器在同一时刻获得的距离的集合disU；
获取disU中所有小于设定的距离阈值的距离的集合wrkU；
分别获取wrkU中每个距离所对应的红外测距传感器距离地面的高度，将所有得到的高度存入集合highU；
将highU中的高度的最大值作为学生的头部的高度；将highU中的高度的最小值作为学生的脚部的高度；
基于头部的高度和脚部的高度确定对学生进行拍摄的摄像头，包括：
计算头部的高度和脚部的高度的平均值H；
将所有摄像头的高度的存入集合senhiU；
获取senhiU中与H之间的差值的绝对值最小的高度q；
将高度q所对应的摄像头作为对学生进行拍摄的摄像头。
2.根据权利要求1所述的一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统，其特征在于，还包括动作识别模块；
动作识别模块用于对引体向上图像进行识别，获取引体向上图像中的动作所存在的缺陷。
3.根据权利要求2所述的一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统，其特征在于，还包括提示模块；
提示模块用于将学生的动作存在的缺陷告知学生。
4.根据权利要求3所述的一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统，其特征在于，提示模块包括显示装置，显示装置用于通过文字描述的方式展示学生的动作存在的缺陷。
5.根据权利要求3所述的一种学生考试用数字化引体向上辅助训练系统，其特征在于，提示模块包括语音播放装置，语音播放装置用于将学生的动作存在的缺陷的所对应的文字转化为语音，并进行播放。
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