CN104667510A - 一种人体动作测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人体动作测试***，该***包括一字线激光器、摄像机、测试区域平面和处理器。通过结合一字线激光器和摄像机设备，捕捉打到人体上的一字线激光图像，提取出人体轮廓线，然后将人体轮廓线与预存的标准动作轮廓线进行比较，实现自动判定姿势是否准确并得出测试数据。采用本发明，针对体质检测中如俯卧撑和仰卧起坐等需要进行姿态判定的项目，通过机器进行姿态自动判定得出测试数据，测试过程中评判标准客观、统一，使得获取的测试数据更加准确，而且大大提高了测试效率，以及数据采集更加容易。
Description
技术领域
本发明涉及动作检测领域，特别涉及一种人体动作测试***。
背景技术
在国家体育总局群体司于2003年发布的《国民体质测定标准手册及标准(成年人部分)》中，国民体质的测试分为了三大类共11项测试指标，其中身体素质类别中有俯卧撑、仰卧起坐两项指标。
俯卧撑和仰卧起坐均是人体的全身动作，动作标准与否与人体全身姿态相关，现有的测试方法均是由测试员对受试者进行人工值守目视测试，不仅测试效率低，而且由于判断不准确、标准不统一，使得测试数据准确性不高，另外，测试数据也难以采集统计，这就对进行规模、***、科学地进行全民体质监测造成了极大障碍。
发明内容
本发明针对现有国民体质项目检测过程中测试数据不准确、测试效率低、数据难采集等问题，提供了一种人体动作测试***。
本发明一种人体动作测试***，该***包括：
一字线激光器，用于发出光斑为一字线的激光束；
摄像机，成像的光谱范围至少包括所述一字线激光的光谱且设置位置偏离所述一字线激光器发出的激光束所形成的平面；
测试区域平面，位于所述一字线激光器的照射范围内，进行动作测试的人***于测试区域平面与激光器之间且处于所述摄像机的拍摄范围内；
处理器，用于控制一字线激光器将激光束打到进行动作测试的人体上，且控制所述摄像机拍摄获取人体上的一字线激光图像以获得人体轮廓线，并将人体轮廓线与预存的标准轮廓线进行比较得出测试数据。
进一步的，所述处理器还控制摄像机采集一字线激光束打到无人体遮挡的测试区域平面所形成的激光线，定为一字线激光基准线；
所述将人体轮廓线与预存的标准轮廓线进行比较得出测试数据，包括：将标准轮廓线与一字线激光基准线进行比较，得到标准轮廓线中人体各位置或关键位置相对一字线激光基准线的标准偏移量；将人体轮廓线与一字线激光基准线进行比较，计算得到人体轮廓线中人体各位置或关键位置相对一字线激光基准线的实际偏移量，将实际偏移量与标准偏移量进行比较分析进而得出测试数据。
进一步的，所述一字线激光器与摄像机捕捉图像的帧信号同步，且一字线激光器频率是摄像机拍摄帧率的1/2；所述处理器对摄像机在一字线激光发射时拍摄的亮帧图像与相邻的不发射一字线激光时拍摄的暗帧图像进行差分，然后再从差分后的图像中提取出一字线激光图像。
进一步的，所述一字线激光器连续不间断发射出激光束，所述摄像机逐帧拍摄获取人体上的一字线激光图像。
进一步的，所述一字线激光器的光轴与测试区域平面具有一定夹角，夹角范围为60°～120°。
进一步的，所述一字线激光器的光轴大致垂直于所述测试区域平面。
进一步的，所述摄像机的光轴与一字线激光器的光轴平行。
进一步的，在保证测试人***于所述摄像机的视野范围内的前提下，所述摄像机尽可能远离所述一字线激光器发出的激光束所形成的平面且尽可能靠近所述测试区域平面。。
进一步的，所述一字线激光器为至少两个。
进一步的，所述一字线激光器的光谱是红外波段，所述摄像机是红外摄像机。
本发明一种人体动作测试***，结合一字线激光器和摄像机设备，通过捕捉打到人体上的一字线激光图像，提取出人体轮廓线，然后人体轮廓线与预存的标准动作轮廓线进行比较，自动判定姿势是否准确并得出测试数据。采用本发明，针对体质检测中如俯卧撑和仰卧起坐等需要进行姿态判定的项目，通过机器进行姿态自动判定得出测试数据，与现有需要人工值守采用目视测试的方式相比，不仅测试过程中评判标准客观、统一，使得获取的测试数据更加准确，而且大大提高了测试效率，以及数据难采集更加容易。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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，其中：
图1是本发明实施例一所提供的人体动作测试***结构示意图；
图2是本发明实施例一所提供的人体动作测试***进行仰卧起坐测试时的测试原理示意图；
图3是本发明实施例一所提供的人体动作测试***进行仰卧起坐测试的图像处理分析示意图；
图4是本发明实施例一所提供的人体动作测试***进行俯卧撑测试时的测试原理示意图；
图5是本发明实施例二所提供的人体动作测试***的结构示意图；
图6是本发明实施例二所提供的人体动作测试***进行俯卧撑测试时的测试原理示意图；
图7是本发明实施例二所提供的人体动作测试***进行俯卧撑测试时的图像处理分析示意图。
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，本发明实施例一提供的一种人体动作测试***，包括一字线激光器100，摄像机200，处理器300和测试区域平面400。
一字线激光器100打出光斑为一字线的激光束，测试区域平面400位于一字线激光器100的照射范围内，进行动作测试的人体在一字线激光器100和测试区域平面400之间。设置上，一字线激光器100的光轴与测试区域平面400之间有一个夹角，该夹角范围可为60°～120°，在本实施例中，一字线激光器100的光轴与测试区域平面400大致垂直。另外，根据照射的需要，一字线激光器100的线宽方向的发散角可以调节。
摄像机200设置在测试区域平面400的上方，对测试区域平面400进行图像拍摄。摄像机200成像的光谱范围至少包括一字线激光器100的光谱，具体的，摄像机200可以是红外摄像机，而一字线激光器100的光谱是红外波段。因摄像机200与测试区域平面400之间的距离与***得到的测试数据的精度负相关，因此，可根据需求，对摄像机200的高度进行相应设置，最佳方式是在保证测试人***于摄像机200的视野范围内的前提下，摄像机200尽可能靠近测试区域平面400。另外，在设置上，摄像机200还需偏离一字线激光器100发出的激光束所形成的平面，即摄像机200的光轴不在一字线激光器100发出的激光束所形成的平面内。本实施例中，摄像机200的光轴与一字线激光器100的光轴平行，且因摄像机200的光轴到一字线激光器100发出的激光束所形成的平面的垂直距离与处理器得出的测试数据的精度正相关，故而最佳方式是在保证测试人***于摄像机200的视野范围内的前提下，摄像机200尽可能远离一字线激光器100发出的激光束所形成的平面。
在处理器300的控制下，预先让测试者在测试区域平面400内做出符合要求的测试动作，并让一字线激光器100将激光束打到此时的测试者的人体上，摄像机200进行拍摄，获取此时人体上的一字线激光图像所构成的人体轮廓线，定为标准轮廓线并存储在处理器300中。
处理器300还可控制摄像机200采集一字线激光器100打到无人体遮挡的测试区域平面400所形成的激光线，将该激光线定为一字线激光基准线，并存储在处理器300中。
测试开始后，在处理器300的控制下，一字线激光器100将激光束打到测试区域平面400内进行动作测试的人体上，摄像机200对测试的人体进行拍摄，获取人体上的一字线激光图像，进而得到一字线激光图像所构成的人体轮廓线，并将该人体轮廓线与预存的标准轮廓线进行比较得出测试数据。
在一字线激光器100打出激光束，摄像机200进行拍摄这一过程中，一字线激光器100连续不间断的发射出激光束，摄像机200则逐帧进行拍摄获取人体上的一字线激光图像。
又或者，一字线激光器100与摄像机200捕捉图像的帧信号同步，且一字线激光器的100的频率是摄像机200帧率的1/2，比如，一字线激光器100每40毫秒打一次激光束，摄像机100则每20毫秒拍摄一次图像，这样，摄像机200在一字线激光发射时拍摄一帧亮帧图像，紧接着在一字线激光不发射时拍摄一帧暗帧图像，然后，摄像机200对该相邻的亮帧图像和暗帧图像进行差分，然后再从差分后的图像中提取出一字线激光图像。采用这种亮暗帧图像进行差分处理的方式，可以更容易提取出一字线激光图像。
在提取出人体上的一字线激光图像进而得到人体轮廓线后，经处理器300处理，将该人体轮廓线与一字线激光基准线进行比较，计算出人体轮廓线中人体各位置或关键位置相对一字线激光基准线的实际偏移量。并且，将标准轮廓线与一字线激光基准线进行比较，得到标准轮廓线中人体各位置或关键位置相对一字线激光基准线的标准偏移量。然后，将实际偏移量与标准偏移量进行比较，就可得出测试数据。
采用本方案，针对体质检测中如俯卧撑和仰卧起坐等需要进行姿态判定的项目，通过机器视觉进行姿态自动判定，与现有需要人工值守采用目视测试的方式相比，不仅测试过程中评判标准客观、统一，使得获取的测试数据更加准确，而且大大提高了测试效率，以及数据难采集更加容易。
参看图2和图4，受测者500进入测试区域平面400分别进行仰卧起坐测试和俯卧撑测试。一字线激光器100向测试区域平面400和测试者500身上打出激光束，摄像机200的视场范围完全覆盖测试区域平面400。一字线激光器100的光轴700与摄像机200的光轴200平行，且均垂直于测试区域平面400。当一字线激光器100直接照射在测试区域平面400上时，摄像机200拍摄到的一字线激光图像是一条直线，即图中的直线900，该直线900为一字线激光基准线。一字线激光基准线可以是在测试前预先进行拍摄获取并预存，也可以是在测试中进行拍摄获取。
测试过程中，当一字线激光器100照射在受测者500上时，摄像机200拍摄获取到的人体上的一字线激光图像所构成的人体轮廓线是曲线，即图中曲线800，该曲线800随受测者500的人体动作变化而变化。
对于摄像机200拍摄获取的人体上的一字线激光图像曲线800，经处理器300处理后得到人体轮廓线。下面以仰卧起坐测试的处理过程进行说明。请参看图3，将人体上的一字线激光图像所构成的曲线800与代表一字线激光基准线的直线900进行对比，计算出曲线800上各点或关键几点(如本实施例取线条的起点、中点和终点)的实际偏移量，该实际偏移量反映出受测者500人体上的各个位置离开测试区域平面400的距离。
处理器300预先或者接着将预先存储的标准轮廓线与一字线激光基准线进行比较，得到标准轮廓线中人体各位置或关键位置相对一字线激光基准线的标准偏移量，将该人体轮廓线与标准轮廓线进行相似度比较即将人体各位置的实际偏移量与标准偏移量进行比较，从而判断出受测者500动作是否标准，以及是否完成一次仰卧到坐姿这一过程等。通过对合格的完成次数进行记录，从而得出测试数据。
采用本方案，针对体质检测中如俯卧撑和仰卧起坐等需要进行姿态判定的项目，通过机器视觉进行姿态自动判定，与现有需要人工值守采用目视测试的方式相比，不仅测试过程中评判标准客观、统一，使得获取的测试数据更加准确，而且大大提高了测试效率，以及数据难采集更加容易。
请参看图5，本发明实施例二提供的一种人体动作测试***。与实施例一相比，实施例二提供的人体动作测试***包括两个一字线激光器，分别为第一激光器101和第二激光器102。两个一字线激光器打出的激光束可以平行，也可以不平行。当然，根据需要，一字线激光器的数量，还可以设置成2个以上。
下面以实施例二提供的人体动作测试***，进行测试过程说明。请参看图6，受测者500进入测试区域平面400进行俯卧撑测试。第一激光器101与第二激光器102将两条一字线激光束打到测试区域平面400和受测者500上。第一激光器101的光轴701和第二激光器102的光轴702平行，均垂直于测试区域平面400。摄像机200在测试区域平面400的上方，其视场范围完全覆盖测试区域平面400。摄像机200距离测试区域平面的距离根据需要进行设置。另外，摄像机200的光轴600与第一激光器101的光轴701以及第二激光器102的光轴702平行。摄像机200到相邻的第一激光器101发出的激光束所形成的平面有一定垂直距离，具体距离根据测量精度需要进行设定。
测试过程中，当第一激光器101、第二激光器102直接照射在测试区域平面400上时，摄像机200拍摄获取的一字线激光图像是两条直线，即分别是图中的直线901和直线902。该直线901、902是两条一字线激光基准图像。而当第一激光器101、第二激光器102直接照射在受测者500身体上时，摄像机200拍摄获取的一字线激光图像分别是曲线801、802，该曲线801、802随受测者500的人体动作变化而变化。
处理器300对曲线801、802进行计算处理得到人体轮廓线。请参看图7，可以选择人体上的一字线激光图像所形成人体轮廓曲线801、802其中的一条进行实际偏移量计算，又或者将两条的实际偏移量均计算出来。本实施例中，采用将后者的方式进行实际偏移量计算。具体为，将人体轮廓曲线802与一字线激光基准线902进行对比，计算出曲线802上各点或关键几点(本实施例中取线条上的起点和终点)的实际偏移量，以及将人体上的人体轮廓曲线801与一字线激光基准线901进行对比，计算出曲线801上各点或关键几点(本实施例中取线条上的起点和终点)的实际偏移量。实际偏移量反映出一字线激光实际照射在受测者500人体上的位置处离开测试区域平面400的距离。综合考量根据人体上的人体轮廓曲线801、人体轮廓曲线802分别得出的实际偏移量。与采用单个一字线激光器打出一束激光束，摄像机拍摄获取到一条人体上的一字线激光图像相比，采用多个一字线激光器，一方面，扩大了受测者500在测试区域平面400内的测试范围，同时也可避免因受测者500个体体形的差异，导致激光束无法完整的打到受测者500的身体上形成一字线激光图像这种情形的发生；另一方面，采用多个一字线激光器，在受测者500身体上形成多条人体轮廓线，为人体动作分析提供了更多信息，从而使获得的测试数据更加准确。
在得出人体轮廓线后，交由处理器300进行处理，通过将该人体轮廓线与标准轮廓线进行相似度比较，从而判断出受测者500动作是否标准，以及是否完成一次仰卧到坐姿这一过程等。通过对合格的完成次数进行记录，从而得出测试成绩。
采用本方案，针对体质检测中如俯卧撑和仰卧起坐等需要进行姿态判定的项目，通过机器视觉进行姿态自动判定，与现有需要人工值守采用目视测试的方式相比，不仅测试过程中评判标准客观、统一，使得获取的测试数据更加准确，而且大大提高了测试效率，以及数据难采集更加容易。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种人体动作测试***，其特征在于，该***包括：
一字线激光器，用于发出光斑为一字线的激光束；
摄像机，成像的光谱范围至少包括所述一字线激光的光谱且设置位置偏离所述一字线激光器发出的激光束所形成的平面；
测试区域平面，位于所述一字线激光器的照射范围内，进行动作测试的人***于测试区域平面与激光器之间且处于所述摄像机的拍摄范围内；
处理器，用于控制一字线激光器将激光束打到进行动作测试的人体上，且控制所述摄像机拍摄获取人体上的一字线激光图像以获得人体轮廓线，并将人体轮廓线与预存的标准轮廓线进行比较得出测试数据。
2.根据权利要求1所述的人体动作测试***，其特征在于：
所述处理器还控制摄像机采集一字线激光束打到无人体遮挡的测试区域平面所形成的激光线，定为一字线激光基准线；
所述将人体轮廓线与预存的标准轮廓线进行比较得出测试数据包括：
将标准轮廓线与一字线激光基准线进行比较，得到标准轮廓线中人体各位置或关键位置相对一字线激光基准线的标准偏移量；
将人体轮廓线与一字线激光基准线进行比较，计算得到人体轮廓线中人体各位置或关键位置相对一字线激光基准线的实际偏移量，将实际偏移量与标准偏移量进行比较分析进而得出测试数据。
3.根据权利要求1所述的人体动作测试***，其特征在于，所述一字线激光器与摄像机捕捉图像的帧信号同步，且一字线激光器频率是摄像机拍摄帧率的1/2；所述处理器对摄像机在一字线激光发射时拍摄的亮帧图像与相邻的不发射一字线激光时拍摄的暗帧图像进行差分，然后再从差分后的图像中提取出一字线激光图像。
4.根据权利要求1所述的人体动作测试***，其特征在于：所述一字线激光器连续不间断发射出激光束，所述摄像机逐帧拍摄获取人体上的一字线激光图像。
5.根据权利要求1所述的人体动作测试***，其特征在于：所述一字线激光器的光轴与测试区域平面具有一定夹角，夹角范围为60°～120°。
6.根据权利要求5所述的人体动作测试***，其特征在于：所述一字线激光器的光轴大致垂直于所述测试区域平面。
7.根据权利要求1所述的人体动作测试***，其特征在于：所述摄像机的光轴与一字线激光器的光轴平行。
8.根据权利要求1所述的人体动作测试***，其特征在于：在保证测试人***于所述摄像机的视野范围内的前提下，所述摄像机尽可能远离所述一字线激光器发出的激光束所形成的平面且尽可能靠近所述测试区域平面。
9.根据权利要求1所述的人体动作测试***，其特征在于：所述一字线激光器为至少两个。
10.根据权利要求1所述的人体动作测试***，其特征在于：所述一字线激光器的光谱是红外波段，所述摄像机是红外摄像机。
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