TWI821129B - 田徑鏈球項目之整合型感測分析系統 - Google Patents

Abstract

一種田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，包括：一分析裝置、一空拍機、一力板及一側拍機，該分析裝置收集全部的拍攝影像與偵測數據，且該分析裝置建立啟始時間點與終止時間點，並將該力板所獲得的施力定位點套入該第一曲線圖表與該第二曲線圖表，該第一曲線圖表與該第二曲線圖表分別由該空拍機、該側拍機以及該分析裝置的運算分析所獲得，進而形成容易判讀的圖表資訊，透過圖表方式快速找到需要調整的問題點，藉此精準的調整運動員進行鏈球項目的肢體動作與訓練方法。

Description

田徑鏈球項目之整合型感測分析系統

本發明係關於一種田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，尤指一種透過空拍機、側拍機及力板經過分析產生容易判讀的圖表資訊，藉此精準的調整運動員進行鏈球項目的肢體動作與訓練方法。

按，鏈球運動是一種十分依靠技術與體力的運動，會透過身體的旋轉並依靠鏈球本身的重量去提升旋轉的速度，旋轉過程中身體必須維持穩定，在出手前一刻調整至最佳的角度投擲出去，以達到投擲最遠的效果。在訓練的過程中一些微小的變化並不容易察覺出來，為了使訓練的成果更加卓越，就會需要借助科學的力量，不過許多運動科學的設備皆相當的昂貴，且在使用之前需要穿上特別的衣服或是裝上感測器來捕捉運動員的動作，而鏈球運動在投擲時要在戶外才能進行，有時天氣炎熱若再穿上這些的裝備，可能會使得體力的消耗變得更加劇烈，若能有一套平價且不需要額外穿著感測器的設備的話，就能不影響選手的訓練表現，且能夠讓教練了解運動員的狀態與問題，進而提升選手的運動實力。

有鑑於此，本發明人於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。

本發明所欲解決之技術問題在於針對現有技術存在的上述缺失，提供一種田徑鏈球項目之整合型感測分析系統。

一分析裝置用於整合拍攝資料與測量數據，該分析裝置於啟動測量時建立共同的啟始時間點與終止時間點，一空拍機連線該分析裝置並於運動員頭頂的上空進行影像拍攝，該分析裝置以影像辨視方法辨視運動員頭部與鏈球的相對位置，又該分析裝置以運動員頭部為中心分析鏈球的運動軌跡與速度，進一步建立鏈球速度的一第一曲線圖表，一力板連線該分析裝置並放置於運動員的腳下區域進行踩踏力量測，該分析裝置判斷持續受力的軸心腳與瞬間受力的施力腳，進一步建立運動員完成每一圈旋轉的施力定位點，一側拍機連線該分析裝置並架設於運動員側面進行影像拍攝，該分析裝置以骨幹辨視方法辨視運動員肢體節點的相對位置，進一步將分析獲得的雙肩高度、手臂仰角、髖關節高度、膝蓋角度、手臂仰角及軀幹角度建立複數個第二曲線圖表，該分析裝置將啟始時間點、終止時間點及每一圈旋轉的施力定位點套入該第一曲線圖表與該第二曲線圖表，即能透過圖表方式快速找到需要調整的問題點，藉此精準的調整運動員進行鏈球項目的肢體動作與訓練方法。

其中該分析裝置係套圖重疊該第一曲線圖表與至少一該第二曲線圖表，藉此在鏈球速度發生明顯變化處，直觀的判斷該第二曲線圖表上的對應位置，進而針對性的改善運動員的肢體動作。

其中將該第一曲線圖表與該第二曲線圖表的對應時間軸嵌入該空拍機與該側拍機的拍攝影像中，讓該分析裝置點選該第一曲線圖表或該第二曲線圖表上的曲線位置時，該分析裝置以對應時間軸開始播放其拍攝影像。

其中該分析裝置於啟始時間點與終止時間點範圍內記錄每個運動員頭部位置，並繪製出一旋轉路徑線，該旋轉路徑線比對鏈球拋出方向就能判斷旋轉路徑是否偏離。

其中該分析裝置連線有一握力手套，該握力手套套設於運動員手部，並用於承受鏈球的離心力，該分析裝置分析握力變化用於判斷運動員的雙手是否僵硬與手臂是否彎曲，又該分析裝置的啟始時間點與終止時間點為該握力手套開始受力時間點與結束受力時間點。

其中該分析裝置連線有一後拍機，該後拍機架設於運動員後方進行影像拍攝，該分析裝置以骨幹辨視方法辨視運動員肢體節點的相對位置，並由該後拍機的拍攝影像補償該側拍機所缺少的視野角度，藉此提高該第二曲線圖表的準確度。

其中該分析裝置於每次運動員進行鏈球項目時提供輸入鏈球拋出距離，並將鏈球拋出距離註記於該第一曲線圖表中，每次訓練的圖表數據依日期時間排序儲存，藉此分析運動員的訓練方法是否適合與了解進步幅度。

其中該分析裝置連線有一雲端資料庫，且該分析裝置將全部該第一曲線圖表與該第二曲線圖表上傳至該雲端資料庫，並由該雲端資料庫進行大數據分析，由該雲端資料庫的大數據判斷找出異常曲線，再對異常曲線部份進行提醒標示。

其中以影像辨視方法獲得該第一曲線圖表的步驟包括：a、記錄每一個影格中鏈球的位置進行標記；b、計算前後影格鏈球位置的變化得到鏈球位移；c、以速度公式的位移除以時間得到鏈球速度；d、利用移動平均法消除原速度曲線的鋸齒；e、將運動員資訊與速度資料記錄到該分析裝置。

其中以骨幹辨視方法獲得該第二曲線圖表的步驟包括：a、以熱圖去偵測影像畫面中運動員的身體位置；b、以身體位置進行像素分析找到全部肢體節點；c、標記每一個影格中全部肢體節點的位置；d、以對應的肢體節點計算形成高度曲線與角度曲線；e、利用移動平均法消除高度曲線或角度曲線的鋸齒；f、將運動員資訊、高度資料與角度資料記錄到該分析裝置。

本發明的主要目的在於，該分析裝置將啟始時間點、終止時間點及每一圈旋轉的施力定位點套入該第一曲線圖表與該第二曲線圖表，且該第一曲線圖表與該第二曲線圖表分別由該空拍機、該側拍機以及該分析裝置的運算分析所獲得，進而形成容易判讀的圖表資訊，透過圖表方式快速找到需要調整的問題點，藉此精準的調整運動員進行鏈球項目的肢體動作與訓練方法。

其他目的、優點和本創作的新穎特性將從以下詳細的描述與相關的附圖更加顯明。

〔本發明〕

10:分析裝置

20:空拍機

30:力板

40:側拍機

50:握力手套

60:後拍機

70:雲端資料庫

100:運動員

101:鏈球

102:肢體節點

103:頭部

A1:啟始時間點

A2、A3、A4:施力定位點

A5:終止時間點

S01:第一曲線圖表

S02:第二曲線圖表

M1:旋轉路徑線

L:高度

θ:角度

圖1 係本發明之組成元件方塊示意圖。

圖2 係本發明之空拍畫面示意圖。

圖3 係本發明以空拍畫面顯示旋轉路徑線之示意圖。

圖4 係本發明以側拍影像分析下肢體數據之示意圖。

圖5 係本發明以側拍影像分析上肢體數據之示意圖。

圖6 係本發明之第一曲線圖表之曲線圖。

圖7 係本發明第二曲線圖表顯示手臂與垂直軸之間的角度曲線圖。

圖8 係本發明第二曲線圖表顯示肩膀與手腕的高度曲線圖。

圖9 係本發明套合第一曲線圖表與第二曲線圖表之曲線圖(一)。

圖10 係本發明套合第一曲線圖表與第二曲線圖表之曲線圖(二)

為使 貴審查委員對本發明之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合(圖式簡單說明)詳述如後：先請由圖1連續至圖8所示觀之，一種田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，包括：一分析裝置10、一空拍機20、一力板30、一側拍機40、一握力手套50、一後拍機60及一雲端資料庫70，一分析裝置10 用於整合拍攝資料與測量數據，並對上述資料與數據進行分析，進而製成容易判讀的圖表資訊，該分析裝置10於啟動測量時建立共同的啟始時間點A1與終止時間點A5，所述啟始時間點A1與終止時間點A5能為自行設定或透過偵測機制自動產生，一空拍機20連線該分析裝置10並於運動員100頭頂的上空進行影像拍攝，將拍攝影像傳輸至該分析裝置10後，該分析裝置10以影像辨視方法辨視運動員100頭部103與鏈球101的相對位置，即在影像的每一幀影格(Frames)上標示運動員100的頭部103與鏈球101位置，又該分析裝置10以運動員100頭部103為中心分析鏈球101的運動軌跡與速度，進一步建立鏈球101速度的一第一曲線圖表S01(如圖6所示)，所述第一曲線圖表S01以影格與速度為坐標形成圖表，並於該第一曲線圖表S01上標示啟始時間點A1與終止時間點A5而做為速度曲線的顯示範圍，一力板30連線該分析裝置10並放置於運動員100的腳下區域進行踩踏力量測，且該力板30將覆蓋運動員100全部的踩踏範圍，讓運動員100每一步都會讓該力板30產生壓力訊號並傳輸至該分析裝置10，該分析裝置10判斷持續受力的軸心腳與瞬間受力的施力腳，此處是基於鏈球項目的肢體動作會讓施力腳在施轉一圈時踏地施力，進一步建立運動員100完成每一圈旋轉的施力定位點(A2、A3、A4)，上述施力定位點(A2、A3、A4)皆用於標示在該第一曲線圖表S01，一側拍機40連線該分析裝置10並架設於運動員100側面進行影像拍攝，並傳輸至該分析裝置10，該分析裝置10以骨幹辨視方法辨視運動員100肢體節點102的相對位置，由該肢體節點102的相對座標位置計算得知肢體節點102之間的高度L與角度θ，進一步將分析獲得的雙肩高度、髖關節高度(如圖4所 示)、膝蓋角度(如圖4所示)、手臂仰角(如圖5所示)及軀幹角度建立複數個第二曲線圖表S02(如圖7與圖8所示)，一握力手套50連線該分析裝置10，該握力手套50套設於運動員100手部，並用於承受鏈球101的離心力，又該握力手套50將所測得的握力數據傳輸至該分析裝置10，該分析裝置10分析握力變化用於判斷運動員100的雙手是否僵硬與手臂是否彎曲，當雙手過於僵硬或手臂彎曲時，運動員100會有將鏈球101往回拉的動作，又當旋轉過程中運動員100無法抵抗鏈球101的力量時，容易透過手部的力量去拉住鏈球101，這樣會造成出手的時候無法使鏈球101飛行的距離達到最佳化，此為訓練中必須改善的肢體動作之一，再者，該分析裝置10的啟始時間點A1與終止時間點A5為該握力手套50開始受力時間點與結束受力時間點，即提供一種透過偵測機制自動產生所述啟始時間點A1與終止時間點A5之方式，一後拍機60連線該分析裝置10，該後拍機架60設於運動員100後方進行影像拍攝，該分析裝置10以骨幹辨視方法辨視運動員100肢體節點102的相對位置，並由該後拍機60的拍攝影像補償該側拍機40所缺少的視野角度，當該側拍機40所產生的該第二曲線圖表S02數值明顯超出合理範圍時，由該後拍機60取代該側拍機40部分曲線，又於該側拍機40與該後拍機60皆超出合理範圍時，將額外標示以減少誤判情況，藉此提高該第二曲線圖表S02的準確度，一雲端資料庫70連線該分析裝置10，該分析裝置10將全部該第一曲線圖表S01與該第二曲線圖表S02上傳至該雲端資料庫70，並由該雲端資料庫70進行大數據分析，由該雲端資料庫70的大數據判斷找出異常曲線，再對異常曲線部份進行提醒標示，所指的異常曲線為運動員100於肢體動作上需要調整 的部分，藉此降低對判讀該第一曲線圖表S01與該第二曲線圖表S02的能力要求，使教練或運動員100不需要經過大量學習就能找出鏈球項目於肢體動作上的問題點。

本創作以影像辨視方法獲得該第一曲線圖表S01的步驟包括：a、記錄每一個影格中鏈球101的位置進行標記；b、計算前後影格鏈球101位置的變化得到鏈球101位移；c、以速度公式的位移除以時間得到鏈球101速度；d、利用移動平均法消除原速度曲線的鋸齒；e、將運動員100資訊與速度資料記錄到該分析裝置10，藉此就能獲得可利用的該第一曲線圖表S01。再進一步說明，本創作以骨幹辨視方法獲得該第二曲線圖表S02的步驟包括：a、以熱圖去偵測影像畫面中運動員100的身體位置；b、以身體位置進行像素分析找到全部肢體節點102；c、標記每一個影格中全部肢體節點102的位置；d、以對應的肢體節點102計算形成高度L曲線與角度θ曲線；e、利用移動平均法消除高度L曲線或角度曲線θ的鋸齒；f、將運動員100資訊、高度資料與角度資料記錄到該分析裝置10，藉此獲得運動員100的雙肩高度曲線、髖關節高度曲線、膝蓋角度曲線、手臂仰角曲線及軀幹角度曲線的複數個該第二曲線圖表S02，配合圖4所示，計算左右腳膝蓋彎曲的角度θ的目的是為了看出運動員100在旋轉過程膝蓋角度θ是否過大，若選手在旋轉過程中膝蓋角度θ過大，會影響鏈球101投擲穩定度，而計算運動員100左右腳與髖關節的高度L目的是為了看運動員100投擲過程中重心的變化，當運動員100在運動過程中軸心腳的高度L太高則旋轉會不穩定。配合圖5所示，手臂擺動的角度θ與高度L會影響運動員100的加速及出手角度，因此分析手臂 與垂直軸之間的角度θ和肩膀與手腕的高度L可以了解運動員100在旋轉過程中是否出現問題影響鏈球101的拋出距離。再者，該分析裝置10將啟始時間點A1、終止時間點A5及每一圈旋轉的施力定位點(A2、A3、A4)套入該第一曲線圖表S01與該第二曲線圖表S02，進而形成容易判讀的圖表資訊，透過圖表方式快速找到需要調整的問題點，俾以有效的改善運動員100的肢體動作與提高鏈球101的拋出距離，再進一步的參閱圖9與圖10所示，該分析裝置10係套圖重疊該第一曲線圖表S01與至少一該第二曲線圖表S02，藉此在鏈球101速度發生明顯變化處，直觀的判斷該第二曲線圖表S02上的對應位置，進而針對性的改善運動員100的肢體動作，藉此精準的調整運動員100進行鏈球項目的肢體動作與訓練方法。

再請由圖3所示觀之，該分析裝置10於啟始時間點A1與終止時間點A5範圍內記錄每個運動員100頭部103位置，並繪製出一旋轉路徑線M1，該旋轉路徑線M1比對鏈球101拋出方向就能判斷旋轉路徑是否偏離，又該力板30連線該分析裝置10並放置於運動員100的腳下區域進行踩踏力量測，讓運動員100每一步都會讓該力板30產生壓力訊號並傳輸至該分析裝置10，該分析裝置10以持續受力的軸心腳位移路徑比對該旋轉路徑線M1，藉此亦能判斷旋轉路徑是否偏離，又透過兩種判斷方式的互相校正與肢體動作的改善，進一步找到最佳的踩踏步伐與該旋轉路徑線M1，藉此在旋轉位移方向上進行針對性的訓練，俾以提高鏈球項目的比賽成績。

另一方面，該分析裝置10於每次運動員100進行鏈球項目時提供輸入鏈球101拋出距離，並將鏈球101拋出距離註記於該第一曲線圖 表S01中，每次訓練的圖表數據依日期時間排序儲存，更能傳輸至該雲端資料庫70進行儲存與應用，不僅能自動建立運動員100的訓練履歷，亦能收集大量數據進行大數據分析，藉此分析運動員100的訓練方法是否適合與了解進步幅度。再者，將該第一曲線圖表S01與該第二曲線圖表S02的對應時間軸嵌入該空拍機20與該側拍機40的拍攝影像中，讓該分析裝置10點選該第一曲線圖表S01或該第二曲線圖表S02上的曲線位置時，該分析裝置10以對應時間軸開始播放其拍攝影像，進而交叉比對該第一曲線圖表S01與該第二曲線圖表S02的真實反應程度，以及讓運動員100更直觀的了解需要改善的肢體動作為何，俾以有效提升其訓練效果。

唯以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍；即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10:分析裝置

20:空拍機

30:力板

40:側拍機

50:握力手套

60:後拍機

70:雲端資料庫

Claims (9)

1. 一種田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，包括：一分析裝置，其用於整合拍攝資料與測量數據，該分析裝置於啟動測量時建立共同的一啟始時間點與一終止時間點；一空拍機，其連線該分析裝置並於一運動員頭頂的上空進行影像拍攝，該分析裝置以影像辨視方法辨視該運動員頭部與一鏈球的相對位置，又該分析裝置以該運動員頭部為中心分析該鏈球的運動軌跡與速度，進一步建立該鏈球速度的一第一曲線圖表；一力板，其連線該分析裝置並放置於該運動員的腳下區域進行踩踏力量測，該分析裝置判斷持續受力的軸心腳與瞬間受力的施力腳，進一步建立該運動員完成每一圈旋轉的一施力定位點；一側拍機，其連線該分析裝置並架設於該運動員側面進行影像拍攝，該分析裝置以骨幹辨視方法辨視該運動員的至少一肢體節點的相對位置，進一步將分析獲得的雙肩高度、手臂仰角、髖關節高度、膝蓋角度、手臂仰角及軀幹角度建立複數個第二曲線圖表；該分析裝置將該啟始時間點、該終止時間點及每一圈旋轉的該施力定位點套入該第一曲線圖表與該第二曲線圖表，該分析裝置係套圖重疊該第一曲線圖表與至少一該第二曲線圖表，藉此在該鏈球速度發生明顯變化處，直觀的判斷該第二曲線圖表上的對應位置，即能透過圖表方式快速找到需要調整的問題點，藉此精準的調整該運動員進行該鏈球項目的肢體動作與訓練方法。
2. 如請求項1所述的田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，其中將該第一曲線圖表與該第二曲線圖表的對應時間軸嵌入該空拍機與該側拍機的拍攝影像中，讓該分析裝置點選該第一曲線圖表或該第二曲線圖表上的曲線位置時，該分析裝置以對應時間軸開始播放其拍攝影像。
3. 如請求項1所述的田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，其中該分析裝置於該啟始時間點與該終止時間點範圍內記錄每個該運動員頭部位置，並繪製出一旋轉路徑線，該旋轉路徑線比對該鏈球拋出方向就能判斷旋轉路徑是否偏離。
4. 如請求項3所述的田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，其中該分析裝置連線有一握力手套，該握力手套套設於該運動員手部，並用於承受該鏈球的離心力，該分析裝置分析握力變化用於判斷該運動員的雙手是否僵硬與手臂是否彎曲，又該分析裝置的該啟始時間點與該終止時間點為該握力手套開始受力時間點與結束受力時間點。
5. 如請求項1所述的田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，其中該分析裝置連線有一後拍機，該後拍機架設於該運動員後方進行影像拍攝，該分析裝置以骨幹辨視方法辨視該運動員之該肢體節點的相對位置，並由該後拍機的拍攝影像補償該側拍機所缺少的視野角度，藉此提高該第二曲線圖表的準確度。
6. 如請求項1所述的田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，其中該分析裝置於每次該運動員進行該鏈球項目時提供輸入該鏈球拋出 距離，並將該鏈球拋出距離註記於該第一曲線圖表中，每次訓練的圖表數據依日期時間排序儲存，藉此分析該運動員的訓練方法是否適合與了解進步幅度。
7. 如請求項6所述的田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，其中該分析裝置連線有一雲端資料庫，且該分析裝置將全部該第一曲線圖表與該第二曲線圖表上傳至該雲端資料庫，並由該雲端資料庫進行大數據分析，由該雲端資料庫的大數據判斷找出異常曲線，再對異常曲線部份進行提醒標示。
8. 如請求項1所述的田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，其中以影像辨視方法獲得該第一曲線圖表的步驟包括：a、記錄每一個影格中該鏈球的位置進行標記；b、計算前後影格該鏈球位置的變化得到該鏈球位移；c、以速度公式的位移除以時間得到該鏈球速度；d、利用移動平均法消除原速度曲線的鋸齒；e、將該運動員資訊與速度資料記錄到該分析裝置。
9. 如請求項1所述的田徑鏈球項目之整合型感測分析系統，其中以骨幹辨視方法獲得該第二曲線圖表的步驟包括：a、以熱圖去偵測影像畫面中該運動員的身體位置；b、以身體位置進行像素分析找到全部該肢體節點；c、標記每一個影格中全部該肢體節點的位置；d、以對應的該肢體節點計算形成高度曲線與角度曲線；e、利用移動平均法消除高度曲線或角度曲線的鋸齒；f、將該運動員資訊、高度資料與角度資料記錄到該分析裝置。

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