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专利号: 2022109627215
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于关键帧和非关键帧的动作评估方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤1,将视觉传感器获取的人体32个关节点每一帧的三维坐标导出;

步骤2,选取特征关节点;

步骤3,对特征关节点的异常三维坐标进行修正;

步骤4,计算出特征关节点间每一帧在XOY、XOZ、YOZ三个平面的角度,绘出变化曲线;

步骤5,如果曲线由多个动作组成,需要将其分割为单个动作的曲线;

步骤6,将实际动作与其标准动作的曲线进行对比,计算角度差的绝对值,得到最终评估结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于关键帧和非关键帧的动作评估方法,其特征在于:步骤2中,选取特征关节点时,基于动作本身特点,在其中32个骨骼关节点中选取能够表现该动作特点及要领,并且能够方便对该动作进行评估的关节点。

3.根据权利要求1所述的一种基于关键帧和非关键帧的动作评估方法,其特征在于:步骤3中,因为视觉传感器在获取骨骼关节点三维坐标时难免会出现个别坐标异常,因此需要对异常坐标进行修正;修正方法为,如果这个异常数据两边都是正常数据,修正时取最靠近其两边的正常数据的平均值;如果有几个异常数据紧挨着出现,对于第一个异常数据修正时取其两边距离最近的正常数据的平均值,第二个异常数据修正时取第一个异常数据的修正值与后面距离最近正常数据的平均值,第三个异常数据修正时取第二个异常数据的修正值与后面距离最近正常数据的平均值,接下来依次类推,直到修正所有连续异常数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于关键帧和非关键帧的动作评估方法,其特征在于:步骤4中,计算出特征关节点间每一帧在XOY、XOZ、YOZ三个平面形成的角度,其中的特征关节点间是指能够代表某个部位相关联的特征关节点所形呈角度相对应的这几个特征关节点。

5.根据权利要求1所述的一种基于关键帧和非关键帧的动作评估方法,其特征在于:步骤4中,计算出特征关节点间每一帧在XOY、XOZ、YOZ三个平面形成的角度,要计算几个关节点之间形成的角度,就需要找到它们之间的旋转轴,然后分别得到以旋转轴为原点的三维坐标,再根据其新的三维坐标计算其分别在三个平面与对应坐标轴形成的角度,对应坐标轴即当在XOY平面上时,为X轴正方向;在XOZ平面时,为X轴正方向;在YOZ平面时,为Y轴正方向,最后,再将它们角度对应相减,得到这几个特征关节点之间的夹角;计算角度采用反正切函数;计算XOY、XOZ、YOZ三个平面的角度变化;

在XOY平面,用公式 计算角度变化;

在XOZ平面,用公式 计算角度变化;

在YOZ平面,用公式 计算角度变化;

用 计算角度时,要结合其(A,B)坐标具体所在的象限进行计算,即当A>0时能够根据 直接得到真实角度,当A<0时,实际角度为

6.根据权利要求1所述的一种基于关键帧和非关键帧的动作评估方法,其特征在于:步骤5中,基于动作本身特点,对由多个动作组成的角度变化曲线进行动作分割,将各个动作的角度变化曲线分割开,成为单个动作的角度变化曲线。

7.根据权利要求1所述的一种基于关键帧和非关键帧的动作评估方法,其特征在于:步骤6中,根据动作本身特点和曲线的变化特点,能够比较准确的确定关键帧所在的位置;将标准动作特征关节点投影到XOY、XOZ、YOZ三个平面的角度变化曲线分别与实际动作相对应的角度变化曲线进行对比;

具体步骤为:

6.1,判断标准动作的角度变化曲线中是否存在能够看作水平直线的曲线;

如果标准动作的角度变化曲线中存在能够看作水平直线的曲线,在实际动作角度变化曲线中找与之特征关节点和所在平面一样的曲线,首先判断该实际动作角度变化曲线是否也能够看作一条水平直线;如果不能,直接判断该动作不合格,不需要再进行接下来的所有判断;如果能,直接计算与标准动作相对应的角度变化曲线在关键帧处的角度差的绝对值;

如果标准动作的角度变化曲线中不存在能够看作水平直线的曲线,就直接进入下一步;

6.2,对于标准动作角度变化曲线不能看作水平直线部分;首先,比较实际动作角度变化曲线非关键帧部分的角度变化趋势,如果其角度变化趋势大致与标准动作相对应的角度变化曲线相似,则就只需要对关键帧部分进行对比,计算与标准动作的关键帧之间的角度差的绝对值;如果其角度变化趋势与标准动作相对应的角度变化曲线趋势不一致,则直接判定为不合格动作,就不需要再对关键帧部分进行对比;

6.3,计算所有角度差绝对值之和;和的值越小则代表动作越标准;

结合了非关键帧部分的角度变化,首先比较非关键帧部分的角度变化趋势,再对关键帧部分进行对比;当非关键帧部分符合标准时,完全由关键帧部分主导结果,如果非关键帧不符合标准时,则完全由非关键帧部分决定评估结果。

8.一种如权利要求1‑7任一项所述的基于关键帧和非关键帧的动作评估方法所用的系统,其特征在于:包括数据导入模块、特征关节点选取模块、数据处理模块、角度计算及其曲线绘制模块、曲线处理模块和动作评估模块;

所述数据导入模块,能够将视觉传感器获取的人体32个骨骼关节点每一帧的三维坐标导入电脑中;

所述特征关节点选取模块,在保证动作评估准确性的基础上,根据其动作特点从32个骨骼关节点选取一些能够代表该动作的关节点,简称特征关节点;

所述数据处理模块,为了防止视觉传感器在采集人体骨骼关节点的三维坐标时,出现个别坐标数据异常影响最终评估结果,需要对特征关节点异常的三维坐标进行修正处理;

所述角度计算及其曲线绘制模块,计算出特征关节点之间每一帧分别在XOY、XOZ、YOZ三个平面形成的角度,并绘出角度变化曲线;

所述曲线处理模块,如果得到的角度变化曲线是一个动作连续进行很多次的曲线或者是多个动作连续进行的曲线,需要将曲线分割成单个动作的角度变化曲线;如果得到的曲线就是单个动作的角度变化曲线则直接跳过此模块;

所述动作评估模块,在非关键帧处,将实际动作角度变化曲线与标准动作角度变化曲线趋势进行对比;在关键帧处,比较实际动作与标准动作的角度;结合这两部分得到最终评估结果。