專(zhuān)利名稱(chēng)：一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、動(dòng)作捕捉解析技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)交叉領(lǐng)域，尤其是涉及一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉與解析方法。
背景技術(shù)：
目前，新世代株式會(huì)社CN1662283公開(kāi)了一種網(wǎng)球游戲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括通過(guò)AV電纜連接到電視接收機(jī)的游戲機(jī)和向該游戲機(jī)提供操作輸入的球拍型輸入裝置，游戲者通過(guò)操作該球拍型輸入裝置指示監(jiān)視器畫(huà)面上顯示的擊球側(cè)網(wǎng)球手打球。此時(shí)，游戲機(jī)所包含的游戲處理器計(jì)算對(duì)方網(wǎng)球手的返球預(yù)測(cè)位置，并將這時(shí)的擊球側(cè)網(wǎng)球手的現(xiàn)在位置與其預(yù)測(cè)返球位置作比較，判斷預(yù)測(cè)返球位置是否在擊球側(cè)網(wǎng)球手的擊球可能范圍內(nèi)，若該判斷裝置判斷為在擊球可能范圍外，則擊球位置移動(dòng)裝置即游戲處理器移動(dòng)擊球位置。目前，在人機(jī)交互領(lǐng)域比較常用的運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)是慣性追蹤技術(shù)和光學(xué)追蹤技術(shù)。慣性追蹤技術(shù)特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)；缺點(diǎn)是不能全面地獲取被追蹤目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征，只能有限和局部地反映被追蹤目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。光學(xué)追蹤技術(shù)特點(diǎn)是能全面地反映物體的運(yùn)動(dòng)情況，精度高；缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)較為困難，且追蹤的范圍較小。上述發(fā)明都只用到了其中的某一單個(gè)技術(shù)，其技術(shù)來(lái)源單一，缺點(diǎn)明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及光學(xué)追蹤與慣性追蹤相結(jié)合的方法，降低動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，有效擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)追蹤范圍并及時(shí)反饋運(yùn)動(dòng)信息，實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)特定運(yùn)動(dòng)信息的采集與處理，并將之應(yīng)用于網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在人機(jī)互動(dòng)網(wǎng)球教學(xué)與訓(xùn)練中的應(yīng)用提供解決方案。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法，包括以下步驟:
A、將標(biāo)記點(diǎn)與網(wǎng)球拍綁定，將攝像頭安裝在運(yùn)動(dòng)區(qū)域的正前方，用于捕捉運(yùn)動(dòng)區(qū)域的圖像、獲取網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性參數(shù)；
B、采集網(wǎng)球拍的數(shù)字圖像并輸入通用計(jì)算機(jī)，得到網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)的數(shù)字視頻圖像；采集網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性參數(shù)；
C、對(duì)采集的慣性參數(shù)和數(shù)字視頻圖像進(jìn)行解算和多傳感器數(shù)據(jù)融合，獲取網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式；
D、根據(jù)網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式識(shí)別其動(dòng)作模式，對(duì)捕獲的動(dòng)作進(jìn)行辨識(shí)與解析。所述步驟C還包括:通過(guò)采用相應(yīng)的傳感器信號(hào)預(yù)處理算法和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)解算算法，利用采集到的慣性參數(shù)來(lái)推算目標(biāo)相對(duì)地球的瞬時(shí)加速度、速度、位置和姿態(tài)；根據(jù)采集到的數(shù)字視頻圖像，本發(fā)明首先通過(guò)二值算法提取網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)的特征構(gòu)圖，對(duì)特征構(gòu)圖求取其重心，得到特征構(gòu)圖中心位置；接著根據(jù)對(duì)所選特征的計(jì)算，建立特征之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；根據(jù)特征之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，依據(jù)BuBumblebee雙目測(cè)量原理，來(lái)實(shí)現(xiàn)三維空間目標(biāo)精確定位；對(duì)所述步驟B中獲取的網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式和慣性參數(shù)，通過(guò)D-S證據(jù)理論的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法，得到反映網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)特征的一致性數(shù)據(jù)。所述步驟D還包括:
D1、采集各種網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)樣本動(dòng)作模式數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)采集的樣本動(dòng)作模式數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)
注；
D2、逐一從所述樣本動(dòng)作模式數(shù)據(jù)中提取出反映網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)本質(zhì)特征的特征向量；
D3、根據(jù)所述特征向量劃分所屬類(lèi)別區(qū)域，使得劃分后的各個(gè)不同類(lèi)別區(qū)域中只包含同類(lèi)樣本的特征向量，建立從特征向量到所屬類(lèi)別之間映射關(guān)系的分類(lèi)器；
D4、對(duì)待檢測(cè)的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)動(dòng)作模式數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取其特征向量；
D5、將待檢測(cè)的動(dòng)作模式數(shù)據(jù)的特征向量輸入到所述分類(lèi)器，分類(lèi)器根據(jù)其特征向量進(jìn)行判別，得到對(duì)該待檢測(cè)的動(dòng)作模式數(shù)據(jù)的辨識(shí)結(jié)果，并對(duì)辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)作語(yǔ)義解析。所述步驟D2還包括:
D21、對(duì)所述樣本動(dòng)作模式數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到網(wǎng)球動(dòng)作數(shù)據(jù)；
D22、從網(wǎng)球動(dòng)作數(shù)據(jù)中提取反映其本質(zhì)特征的特征成分；
D23、將所述特征成分進(jìn)行組合，得到所述特征向量。所述步驟D4還包括:
D41、對(duì)所述待辨識(shí)網(wǎng)球動(dòng)作模式數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到辨識(shí)數(shù)據(jù)；
D42、從辨識(shí)數(shù)據(jù)中提取反映辨識(shí)數(shù)據(jù)本質(zhì)特征的特征成分；
D43、將所述特征成分進(jìn)行組合，得到所述特征向量。本發(fā)明的有益效果:由于采用了慣性追蹤和光學(xué)追蹤兩種方式綜合反映目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況，有效擴(kuò)大了追蹤范圍，提高了測(cè)量的精度，解決了慣性追蹤無(wú)法獲取網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)整體信息、不能做復(fù)雜的網(wǎng)球動(dòng)作識(shí)別、敏感性差的問(wèn)題，同時(shí)也解決光學(xué)追蹤技術(shù)還原真實(shí)性差、有效追蹤范圍小以及阻擋影響的問(wèn)題。本發(fā)明還具有很強(qiáng)的實(shí)用性，能夠?qū)W(wǎng)球動(dòng)作進(jìn)行捕捉和解析，為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的人機(jī)互動(dòng)以及各類(lèi)網(wǎng)球虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行較為詳細(xì)的說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明網(wǎng)球動(dòng)作捕捉、解析方法示意框 圖2為本發(fā)明網(wǎng)球動(dòng)作數(shù)據(jù)采集方法示意框 圖3為本發(fā)明網(wǎng)球動(dòng)作數(shù)據(jù)獲取方法示意框 圖4為本發(fā)明網(wǎng)球動(dòng)作辨識(shí)與解析方法示意框 圖5為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施實(shí)例加以詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，實(shí)施時(shí)本發(fā)明包括三個(gè)模塊，分別是運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊1、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)獲取模塊2、網(wǎng)球動(dòng)作辨識(shí)與解析模塊3，本發(fā)明可以用于網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析，為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的人機(jī)互動(dòng)以及各類(lèi)網(wǎng)球虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。如圖2-5本發(fā)明是一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉、解析方法，包括以下步驟:
A、運(yùn)動(dòng)員手握網(wǎng)球拍在所述攝像頭14(包括至少兩個(gè)攝像頭)正面運(yùn)動(dòng)，與球拍綁定的所述微慣性測(cè)量單元11將測(cè)量得到一組慣性參數(shù)，慣性參數(shù)提取單元13通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊傳送至所述運(yùn)動(dòng)信息解算單元23 ;同時(shí)視頻采集設(shè)備捕獲所述特定波長(zhǎng)點(diǎn)光源12的一組數(shù)字圖像，并將之傳送至所述圖像特征提取單元21 ；
B、運(yùn)動(dòng)信息解算單元23對(duì)所獲慣性參數(shù)采用相應(yīng)的傳感器信號(hào)預(yù)處理算法和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)解算算法，解算出目標(biāo)相對(duì)地球的瞬時(shí)加速度、速度、位置和姿態(tài)，并將結(jié)果傳送至多傳感器數(shù)據(jù)融合單元24 ;圖像特征提取單元21對(duì)所獲視頻圖像進(jìn)行二值算法得到被測(cè)球拍的特征構(gòu)圖，三維空間定位單元22依據(jù)BuBumblebee雙目測(cè)量原理,得到球拍標(biāo)識(shí)點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，并將其傳送至多傳感器數(shù)據(jù)融合單元24 ;多傳感器數(shù)據(jù)融合單元24將得到的數(shù)據(jù)信息采用基于D-S證據(jù)理論的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法對(duì)被測(cè)球拍的慣性參數(shù)和三維空間坐標(biāo)作處理，獲取被測(cè)球拍的動(dòng)作模式數(shù)據(jù)；
C、預(yù)先采集大批量、各種網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)動(dòng)作模式樣數(shù)據(jù)，獲取相關(guān)動(dòng)作樣本。訓(xùn)練模塊31對(duì)樣本模式數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到訓(xùn)練數(shù)據(jù)。圖4中的分類(lèi)器從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中提取反映數(shù)據(jù)本質(zhì)特征的特征向量并根據(jù)特征向量對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)，建立從特征向量到所屬類(lèi)別之間映射關(guān)系的分類(lèi)器；辨識(shí)與解析單元32對(duì)捕獲的待檢測(cè)的動(dòng)作模式數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到辨識(shí)數(shù)據(jù)，從辨識(shí)數(shù)據(jù)中提取特征向量并輸入到圖4所述分類(lèi)器中，分類(lèi)器根據(jù)其特征向量進(jìn)行判別，得到對(duì)待檢測(cè)動(dòng)作模式數(shù)據(jù)的辨識(shí)結(jié)果，再對(duì)辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作語(yǔ)義解析，以供后期應(yīng)用開(kāi)發(fā)或者運(yùn)動(dòng)分析使用。
權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法，其特征在于，包括以下步驟: A、將標(biāo)記點(diǎn)與網(wǎng)球拍綁定，將攝像頭安裝在運(yùn)動(dòng)區(qū)域的正前方，用于捕捉運(yùn)動(dòng)區(qū)域的圖像、獲取網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性參數(shù)； B、采集網(wǎng)球拍的數(shù)字圖像并輸入通用計(jì)算機(jī)，得到網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)的數(shù)字視頻圖像；采集網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性參數(shù)； C、對(duì)采集的慣性參數(shù)和數(shù)字視頻圖像進(jìn)行解算和多傳感器數(shù)據(jù)融合，獲取網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式； D、根據(jù)網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式識(shí)別其動(dòng)作模式，對(duì)捕獲的動(dòng)作進(jìn)行辨識(shí)與解析。
2.如權(quán)利要求1所述的一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法，其特征在于，所述步驟C還包括:通過(guò)采用相應(yīng)的傳感器信號(hào)預(yù)處理算法和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)解算算法，利用采集到的慣性參數(shù)來(lái)推算目標(biāo)相對(duì)地球的瞬時(shí)加速度、速度、位置和姿態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法，其特征在于，所述步驟C還包括:根據(jù)采集到的數(shù)字視頻圖像，本發(fā)明首先通過(guò)二值算法提取網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)的特征構(gòu)圖，對(duì)特征構(gòu)圖求取其重心，得到特征構(gòu)圖中心位置；接著根據(jù)對(duì)所選特征的計(jì)算，建立特征之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
4.如權(quán)利要求3所述的一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法，其特征在于，所述步驟C還包括:根據(jù)特征之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，依據(jù)BuBumblebee雙目測(cè)量原理，來(lái)實(shí)現(xiàn)三維空間目標(biāo)精確定位。
5.如權(quán)利要求1所述的一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法，其特征在于，所述步驟C還包括:對(duì)所述步驟B中獲取的網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式和慣性參數(shù)，通過(guò)D-S證據(jù)理論的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法，得 到反映網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)特征的一致性數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法，其特征在于，所述步驟D還包括: D1、采集各種網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)樣本動(dòng)作模式數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)采集的樣本動(dòng)作模式數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注； D2、逐一從所述樣本動(dòng)作模式數(shù)據(jù)中提取出反映網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)本質(zhì)特征的特征向量； D3、根據(jù)所述特征向量劃分所屬類(lèi)別區(qū)域，使得劃分后的各個(gè)不同類(lèi)別區(qū)域中只包含同類(lèi)樣本的特征向量，建立從特征向量到所屬類(lèi)別之間映射關(guān)系的分類(lèi)器； D4、對(duì)待檢測(cè)的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)動(dòng)作模式數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取其特征向量； D5、將待檢測(cè)的動(dòng)作模式數(shù)據(jù)的特征向量輸入到所述分類(lèi)器，分類(lèi)器根據(jù)其特征向量進(jìn)行判別，得到對(duì)該待檢測(cè)的動(dòng)作模式數(shù)據(jù)的辨識(shí)結(jié)果，并對(duì)辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)作語(yǔ)義解析。
7.如權(quán)利要求6所述的一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法，其特征在于，所述步驟D2還包括: D21、對(duì)所述樣本動(dòng)作模式數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到網(wǎng)球動(dòng)作數(shù)據(jù)； D22、從網(wǎng)球動(dòng)作數(shù)據(jù)中提取反映其本質(zhì)特征的特征成分； D23、將所述特征成分進(jìn)行組合，得到所述特征向量。
8.如權(quán)利要求6所述的一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法，其特征在于，所述步驟D4還包括: D41、對(duì)所述待辨識(shí)網(wǎng)球動(dòng)作模式數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到辨識(shí)數(shù)據(jù)；D42、從辨識(shí)數(shù)據(jù)中提取反映辨識(shí)數(shù)據(jù)本質(zhì)特征的特征成分；D43、將所述特征成分進(jìn)行組 合，得到所述特征向量。
全文摘要
一種網(wǎng)球動(dòng)作捕捉和解析方法，其特征在于，包括以下步驟將標(biāo)記點(diǎn)與網(wǎng)球拍綁定，將攝像頭安裝在運(yùn)動(dòng)區(qū)域的正前方，用于捕捉運(yùn)動(dòng)區(qū)域的圖像、獲取網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性參數(shù)；采集網(wǎng)球拍的數(shù)字圖像并輸入通用計(jì)算機(jī)，得到網(wǎng)球拍運(yùn)動(dòng)的數(shù)字視頻圖像；采集網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性參數(shù)；對(duì)采集的慣性參數(shù)和數(shù)字視頻圖像進(jìn)行解算和多傳感器數(shù)據(jù)融合，獲取網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式；根據(jù)網(wǎng)球拍標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式識(shí)別其動(dòng)作模式，對(duì)捕獲的動(dòng)作進(jìn)行辨識(shí)與解析。
文檔編號(hào)A63B71/06GK103106411SQ201210537628
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者徐玉文 申請(qǐng)人:徐玉文