專利名稱：一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)的制作方法
一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及體育訓(xùn)練自動(dòng)化領(lǐng)域，特別涉及一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
擊劍、跆拳道、拳擊、摔跤等競技體育項(xiàng)目都是世界傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，不僅是世界奧運(yùn)會(huì)的重要組成部分，更是因?yàn)槠浜軓?qiáng)的對(duì)抗性、趣味性、娛樂性、健身性而逐漸為越拉越多的人民大眾所喜愛，有著廣闊的群眾基礎(chǔ)，尤其受到廣大青少年歡迎。擊劍、跆拳道、拳擊、摔跤等競技體育項(xiàng)目在不同程度上體現(xiàn)了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)、美學(xué)、兵學(xué)、養(yǎng)生學(xué)等多種學(xué)科的思想內(nèi)容，它不僅對(duì)個(gè)人的心理、生理、品質(zhì)、性格等產(chǎn)生終身的積極影響，而且對(duì)建設(shè)社會(huì)精神文明、維護(hù)良好的社會(huì)治安、營造穩(wěn)定的社會(huì)環(huán)境起到了推動(dòng)的作用。但是擊劍、跆拳道、拳擊、摔跤等競技體育項(xiàng)目的學(xué)習(xí)難度較高、訓(xùn)練教學(xué)工具和研究方法都很缺乏，特別對(duì)于訓(xùn)練研究的普適性工具更是沒有，基本上是單憑教練員的肉眼和經(jīng)驗(yàn)來判斷訓(xùn)練者動(dòng)作準(zhǔn)確與否，訓(xùn)練者也只能從宏觀上了解自己的大致的學(xué)習(xí)訓(xùn)練情況，涉及到具體的技術(shù)參數(shù)就無法判斷，缺乏客觀的、科學(xué)的指導(dǎo)方法和訓(xùn)練依據(jù)，比如在摔跤項(xiàng)目上運(yùn)動(dòng)員的肢體姿態(tài)和步伐特征、腳步轉(zhuǎn)換點(diǎn)的蹬地力量、肢體姿態(tài)和步伐位置、腳步壓力分布之間的關(guān)系以及涉及肢體平穩(wěn)性相關(guān)參數(shù)等，這些信息對(duì)教練員和運(yùn)動(dòng)員有著重要的意義，不僅有助于客觀了解自己的錯(cuò)誤劣勢(shì)所在，從根本上解決學(xué)習(xí)訓(xùn)練中的遇到的各種問題，從而針對(duì)訓(xùn)練、 改正，提高訓(xùn)練效果和競技水平，更重要的是可以幫助對(duì)此類競技運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)客觀的科學(xué)的認(rèn)識(shí)和分析方法，深入研究運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征，從而提供科學(xué)的訓(xùn)練指導(dǎo)，提高民族競技水平。然而現(xiàn)階段卻沒有有效的工具方法來幫助實(shí)現(xiàn)。根據(jù)國家專利局檢索中心專利查詢，有針對(duì)類似競技體育的一種擊劍訓(xùn)練指導(dǎo)系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)柺?200410041091. X，公開號(hào)是:CN1593703A,包括劍靶、傳感和引導(dǎo)單元、運(yùn)動(dòng)部件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元、處理單元和計(jì)算機(jī)。劍靶做成模擬擊劍姿勢(shì)的仿人形，固定安裝于運(yùn)動(dòng)部件上。傳感和引導(dǎo)單元由發(fā)光器和感應(yīng)器連接組成，按照擊劍運(yùn)動(dòng)的規(guī)律分布于劍靶上的各有效擊刺部位。運(yùn)動(dòng)部件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)劍靶沿直線前后運(yùn)動(dòng)，模仿運(yùn)動(dòng)員在劍道上的前后移動(dòng)。傳感和引導(dǎo)單元、運(yùn)動(dòng)部件可在計(jì)算機(jī)編程控制下按指定的序列和時(shí)間點(diǎn)亮或運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行擊刺和步伐訓(xùn)練、攻防訓(xùn)練。其優(yōu)點(diǎn)是可以解決目前擊劍訓(xùn)練中存在的被動(dòng)、盲目和訓(xùn)練效果難以評(píng)價(jià)的問題，為教練員制定訓(xùn)練計(jì)劃提供了依據(jù)，但是無法獲得運(yùn)動(dòng)員的肢體姿態(tài)和步伐特征、位置、腳步壓力分布之間的關(guān)系以及涉及肢體平穩(wěn)性等相關(guān)參數(shù)，不能從根本上解析此類運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)特征，而目前迫切需要對(duì)此類競技運(yùn)動(dòng)作出科學(xué)的分析評(píng)價(jià)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前擊劍、跆拳道、拳擊、摔跤等體育競技訓(xùn)練的缺陷，提出一種一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)。根據(jù)獲得的空間影像信息和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)等信息，提供科學(xué)的分析指導(dǎo)方法，提高運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練水平。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)，包括活動(dòng)式數(shù)字化場地、高速攝像機(jī)組、系統(tǒng)同步控制器、現(xiàn)場總線、專用計(jì)算機(jī)，其特征在
3于活動(dòng)式數(shù)字化場地由多塊數(shù)字化場地模塊拼裝連接置于室內(nèi)地面中心處，通過現(xiàn)場總線和CAN卡連接到系統(tǒng)同步控制器；高速攝像機(jī)組由八臺(tái)高速攝像機(jī)分別懸掛于四周墻壁構(gòu)成，攝像范圍覆蓋活動(dòng)式數(shù)字化場地，通過傳輸電纜和系統(tǒng)同步控制器相連，系統(tǒng)同步控制器和專用計(jì)算機(jī)相連接，完成數(shù)據(jù)的終端傳輸和系統(tǒng)控制；系統(tǒng)的同步控制信號(hào)由專用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)同步控制器發(fā)出，精確同步活動(dòng)式數(shù)字化場地和高速攝像機(jī)組的系統(tǒng)時(shí)間，活動(dòng)式數(shù)字化場地的控制信號(hào)以及采集數(shù)據(jù)的傳輸通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場總線通過 can卡和系統(tǒng)同步控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，高速攝像機(jī)組通過電纜將八臺(tái)高速攝像機(jī)連接起來完成空對(duì)間影像的精確定位，并連接到系統(tǒng)同步控制器，系統(tǒng)同步控制器和計(jì)算機(jī)共同完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行控制，專用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)同步控制器發(fā)出系統(tǒng)上作開始、結(jié)束的控制信號(hào)以及實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)過程中采集數(shù)據(jù)的傳輸控制、系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備之間的同步校正控制。所述的活動(dòng)式數(shù)字化場地是由多塊正方形數(shù)字化場地模塊拼裝組合而成，其通用的電器機(jī)械接口使得數(shù)字化場地可以方便的拆卸、運(yùn)輸、存放，并且能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)需要任意組合；所述的高速攝像機(jī)組由八臺(tái)高速攝像機(jī)分別掛立于室內(nèi)的四面墻壁上組成，高速攝像機(jī)離地面的高度可以在一定范圍內(nèi)變化，水平方向的角度可以精確調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的訓(xùn)練采集需要。所述的系統(tǒng)同步控制器包括采集數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換控制部分以及同步信號(hào)的發(fā)生電路和同步控制電路部分。所述的活動(dòng)式數(shù)字化場地獲得的運(yùn)動(dòng)步態(tài)信息和高速攝像機(jī)組獲得的空間影像信息規(guī)整到同一時(shí)間軸上，用于獲得人體肢體運(yùn)動(dòng)和步態(tài)的相關(guān)關(guān)系以及與運(yùn)動(dòng)步伐信息、肢體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息相關(guān)的各種體育訓(xùn)練分析。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是其一，針對(duì)現(xiàn)有在此類競技體育上改進(jìn)訓(xùn)練的方法均是基于在運(yùn)動(dòng)器材上的改進(jìn)，本發(fā)明提出基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)，不僅可以通過數(shù)字化場地獲得人體步伐位置、壓力分布等特征，空間高速影像對(duì)在數(shù)字化場地上運(yùn)動(dòng)者的高速圖像采集能夠精確定位人體運(yùn)動(dòng)時(shí)候的姿態(tài)，從而可以結(jié)合數(shù)字化場地得到人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的肢體姿態(tài)和步伐特征的統(tǒng)一整合參數(shù)、不同的肢體位置對(duì)步伐壓力分布的影響等等，這些信息為擊劍、跆拳道、拳擊、摔跤等競技體育項(xiàng)目的學(xué)習(xí)訓(xùn)練指導(dǎo)提供了客觀的科學(xué)依據(jù)。其二，采用數(shù)字化場地結(jié)合高速影像的方法，將活動(dòng)式數(shù)字化場地獲得的運(yùn)動(dòng)步態(tài)信息和高速攝像機(jī)組獲得的空間影像信息規(guī)整到同一時(shí)間軸上，深入分析肢體姿態(tài)和步伐特征之間的關(guān)系，不僅僅對(duì)擊劍、跆拳道、拳擊、摔跤等競技體育項(xiàng)目提供科學(xué)的訓(xùn)練指導(dǎo)，對(duì)于從本質(zhì)上分析理解運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。其三，基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)不僅可用于擊劍、跆拳道、 拳擊、摔跤等競技體育項(xiàng)目，也為其他涉及到人體姿態(tài)和步態(tài)的生物力學(xué)研究提供了一個(gè)測試平臺(tái)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明專利做進(jìn)一步的說明。圖1是該發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是該發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖。
圖1中，1、計(jì)算機(jī)；2、系統(tǒng)同步控制器；3、CAN卡；4、現(xiàn)場總線；5、高速攝像機(jī)；6、 活動(dòng)式數(shù)字化場地；7、高速攝像機(jī)；8、傳輸電纜；9、室內(nèi)墻壁。圖1是該發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，多塊數(shù)字化場地模塊拼裝連接構(gòu)成活動(dòng)式數(shù)字化場地(6)，其通訊方式采取現(xiàn)場總線(4)連接，現(xiàn)場總線(4)通過CAN卡(3)連接到系統(tǒng)同步控制器O)，活動(dòng)式數(shù)字化場地(6)的同步控制信號(hào)以及采集數(shù)據(jù)的傳輸通過現(xiàn)場總線⑷和CAN卡(3)與系統(tǒng)同步控制器(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最終由計(jì)算機(jī)⑴完成數(shù)據(jù)分析處理；八臺(tái)高速攝像機(jī)(5、7、10、11、12、13、14、15)分別懸掛于四周墻壁(9)構(gòu)成高速攝像機(jī)組，通過調(diào)整每個(gè)高速攝像機(jī)的水平位置和上下高度使得攝像范圍覆蓋活動(dòng)式數(shù)字化場地(1)，通過傳輸電纜(8)和系統(tǒng)同步控制器( 相連，系統(tǒng)同步控制器(2)和專用計(jì)算機(jī)(1)相連接；系統(tǒng)的同步控制信號(hào)由計(jì)算機(jī)0控制系統(tǒng)同步控制器(4)發(fā)出， 高速攝像機(jī)組獲得的影像數(shù)據(jù)通過傳輸電纜(8)傳輸?shù)降较到y(tǒng)同步控制器G)，最終由計(jì)算機(jī)(1)完成數(shù)據(jù)分析處理；整個(gè)系統(tǒng)工作全過程的同步校正控制以及數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析由計(jì)算機(jī)控制同步控制器(4)控制整個(gè)系統(tǒng)完成。圖2是系統(tǒng)工作的流程圖。打開計(jì)算機(jī)(1)，上電開啟活動(dòng)式數(shù)字化場地(6)、系統(tǒng)同步控制器(4)和高速攝像機(jī)組，由計(jì)算機(jī)(1)向活動(dòng)式數(shù)字化場地(6)、系統(tǒng)同步控制器(4)和高速攝像機(jī)組等系統(tǒng)設(shè)備發(fā)出初始化指令，完成硬件的初始化工作，進(jìn)而控制系統(tǒng)同步控制器(4)發(fā)出同步控制指令，完成系統(tǒng)同步工作，在計(jì)算機(jī)(1)和的共同控制下，活動(dòng)式數(shù)字化場地(6)、 高速攝像機(jī)組和現(xiàn)場總線(4)、(3)共同完成數(shù)據(jù)的采集、傳輸，最終發(fā)送到計(jì)算機(jī)(1)進(jìn)行存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析處理，運(yùn)動(dòng)員和教練員根據(jù)所的信息進(jìn)行分析判斷，用于指導(dǎo)訓(xùn)練提高成績。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例實(shí)際使用時(shí)，開始系統(tǒng)完成上電開啟初始化和系統(tǒng)同步，準(zhǔn)備好工作后， 運(yùn)動(dòng)員在活動(dòng)式數(shù)字化場地上運(yùn)動(dòng)，由活動(dòng)式數(shù)字化場地中的柔性傳感器陣列采集記錄運(yùn)動(dòng)員的腳步形狀、位置、壓力分布等步伐特征信息，通過現(xiàn)場總線將采集到的數(shù)據(jù)以特定的格式和傳輸方式經(jīng)過傳CAN卡和系統(tǒng)同步控制器輸?shù)接?jì)算機(jī)，與此同時(shí)，高速攝像機(jī)組同步采集到的運(yùn)動(dòng)高清圖像信息通過傳輸電纜途經(jīng)系統(tǒng)同步控制器也傳送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)所有信息的存儲(chǔ)分析，將活動(dòng)式數(shù)字化場地采集到的運(yùn)動(dòng)員的步伐特征信息和高速攝像機(jī)組同步采集到的運(yùn)動(dòng)高清圖像信息以及他們的系統(tǒng)時(shí)間信息規(guī)整到同一時(shí)間軸上，得到運(yùn)動(dòng)員任意時(shí)刻的身體姿態(tài)重心和相應(yīng)的步伐特征，完成基于具體運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的訓(xùn)練模型的構(gòu)建、肢體姿態(tài)和步態(tài)特征的分析與參數(shù)定義、特征參數(shù)的提取和整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的回放以及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析。基于測試數(shù)據(jù)的分析結(jié)果揭示人體運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征并給予運(yùn)動(dòng)員科學(xué)的訓(xùn)練指導(dǎo)。
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)，包括活動(dòng)式數(shù)字化場地 (1)、高速攝像機(jī)組O)、系統(tǒng)同步控制器G)、現(xiàn)場總線(5)、專用計(jì)算機(jī)(7)其特征在于活動(dòng)式數(shù)字化場地(1)由多塊數(shù)字化場地模塊拼裝連接置于室內(nèi)地面中心處，通過現(xiàn)場總線(5)和CAN卡(4)連接到系統(tǒng)同步控制器⑷；高速攝像機(jī)組(2)由八臺(tái)高速攝像機(jī)0分別懸掛于四周墻壁構(gòu)成，攝像范圍覆蓋活動(dòng)式數(shù)字化場地(1)，通過傳輸電纜0和系統(tǒng)同步控制器(4)相連，系統(tǒng)同步控制器(4)和專用計(jì)算機(jī)0相連接，完成數(shù)據(jù)的終端傳輸和系統(tǒng)控制；系統(tǒng)的同步控制信號(hào)由專用計(jì)算機(jī)0控制系統(tǒng)同步控制器(4)發(fā)出，精確同步活動(dòng)式數(shù)字化場地(1)和高速攝像機(jī)組O)的系統(tǒng)時(shí)間，活動(dòng)式數(shù)字化場地(1)的控制信號(hào)以及采集數(shù)據(jù)的傳輸通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場總線通過can卡和系統(tǒng)同步控制器 (4)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，高速攝像機(jī)組( 通過電纜將八臺(tái)高速攝像機(jī)連接起來完成空對(duì)間影像的精確定位，并連接到系統(tǒng)同步控制器G)，系統(tǒng)同步控制器(4)和計(jì)算機(jī)共同完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行控制，專用計(jì)算機(jī)0控制系統(tǒng)同步控制器(4)發(fā)出系統(tǒng)工作開始、結(jié)束的控制信號(hào)以及實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)過程中采集數(shù)據(jù)的傳輸控制、系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備之間的同步校正控制。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)其特征是 所述的活動(dòng)式數(shù)字化場地(1)是由多塊正方形數(shù)字化場地模塊拼裝組合而成，其通用的電器機(jī)械接口使得數(shù)字化場地可以方便的拆卸、運(yùn)輸、存放，并且能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)需要任意組合；
3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)其特征是 所述的高速攝像機(jī)組( 由八臺(tái)高速攝像機(jī)0分別掛立于室內(nèi)的四面墻壁上組成，高速攝像機(jī)離地面的高度可以在一定范圍內(nèi)變化，水平方向的角度可以精確調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的訓(xùn)練采集需要。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)其特征是 所述的系統(tǒng)同步控制器(4)包括采集數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換控制部分以及同步信號(hào)的發(fā)生電路和同步控制電路部分。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)其特征是 所述的活動(dòng)式數(shù)字化場地(1)獲得的運(yùn)動(dòng)步態(tài)信息和高速攝像機(jī)組( 獲得的空間影像信息規(guī)整到同一時(shí)間軸上，用于獲得人體肢體運(yùn)動(dòng)和步態(tài)的相關(guān)關(guān)系以及與運(yùn)動(dòng)步伐信息、 肢體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息相關(guān)的各種體育訓(xùn)練分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及體育訓(xùn)練自動(dòng)化領(lǐng)域，涉及一種基于數(shù)字化場地和高速影像的體育訓(xùn)練分析系統(tǒng)。系統(tǒng)包括活動(dòng)式數(shù)字化場地、高速攝像機(jī)組、系統(tǒng)同步控制器、現(xiàn)場總線、專用計(jì)算機(jī)?；顒?dòng)式數(shù)字化場地由多塊數(shù)字化場地模塊拼裝連接置于室內(nèi)地面中心處，通過現(xiàn)場總線和CAN卡連接到系統(tǒng)同步控制器；高速攝像機(jī)組由八臺(tái)高速攝像機(jī)分別懸掛于四周墻壁，攝像范圍覆蓋活動(dòng)式數(shù)字化場地，通過傳輸電纜和系統(tǒng)同步控制器相連，完成空間影像的精確定位?；顒?dòng)式數(shù)字化場地由多塊正方形數(shù)字化場地模塊拼裝組合而成。將活動(dòng)式數(shù)字化場地獲得的運(yùn)動(dòng)步態(tài)信息和高速攝像機(jī)組獲得的空間影像信息規(guī)整到同一時(shí)間軸上，獲得空間影像信息和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)信息。
文檔編號(hào)A63B69/02GK102210927SQ20101014257
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者劉宇, 孫怡寧, 張勝年, 楊先軍, 閭堅(jiān)強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海體育學(xué)院