(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211107136.3 (22)申请日 2022.09.09 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 陈振　李佩璋　费庆　刘向东　 姚小兰　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 邬晓楠 (51)Int.Cl. G06V 20/40(2022.01) G06V 40/20(2022.01) G06F 17/16(2006.01) A63B 69/18(2006.01) (54)发明名称 一种基于单目视频评估滑雪回转水平的方 法 (57)摘要 本发明公开的一种基于单目视频评估滑雪 回转水平的方法， 属于滑雪回转运动领域。 本发 明实现方法为： 捕捉人体各关节 三维坐标并进行 运动学反解求取人体各节段姿态角； 使用人体各 节段姿态角和人体解剖学参数求取各节段质心 坐标， 通过节段质量加权计算得到人体质心坐 标， 推导运动学参数。 通过分析单目视频采集得 到的运动学参数构建关键评价指标， 关键评价指 标是结合单目视频采集各关节三维坐标结构特 点、 滑雪回转运动特点和滑雪回转动力学模型特 点得到的。 根据单目视频采集分析得到的人体运 动学参数， 利用关键评价指标评估滑雪回转水 平， 提高滑雪回转水平评估精度和 效率。 本发明 能够进一步应用于滑雪回转运动的分析、 指导评 估， 改进滑雪者 运动水平。 权利要求书4页 说明书10页 附图7页 CN 115457440 A 2022.12.09 CN 115457440 A 1.一种基于单目视频评估滑雪回转水平的方法， 其特 征在于： 包括如下步骤， 步骤一： 定义人体关节联合中心和节段坐标系， 在所述人体关节联合中心和节段坐标 系基础上， 结合人体体节惯性参数定义人体各节段质量分布， 所述人体各节段质量分布用 于后续步骤求取 人体质心CoM坐标； 步骤二： 通过单目摄像头采集运动员在滑雪回转训练中的运动视频数据， 构建半监督 时域卷积网络， 并将所述运动视频数据输入半监督时域卷积网络估计人体各关节三维坐 标， 所述人体各关节三维坐标为相对于髋关节的坐标， 即实现采集回转过程人体关节空间 坐标； 步骤三： 利用步骤二采集到的回转过程人体关节空间坐标， 进行运动学反解求取人体 各节段姿态角， 即使用各节段质心到各节段原点的位矢求取各节段姿态角矩阵， 使用步骤 一所定义的人体关节联合中心和节段坐标系将求取各节段姿态角矩阵公式分两类展开， 分 别为以CJC、 LJC、 HJC、 KJC为原点的节段和使用以EJC、 SJC为原点的节段； 步骤四： 根据步骤三得到的各节段姿态矩阵， 利用人体解剖学参数各节段质量分布和 质心空间位置计算得到人体各节 段质心坐标， 根据所述人体各节段质心 坐标进一步通过节 段质量加权计算得到人体质心坐标； 步骤五： 根据步骤四得到的人体质心坐标， 绘制得到人体质心位移曲线， 利用所述人体 质心位移曲线得到滑雪回转 运动学参数； 步骤六： 通过分析视频采集得到的运动学参数构建基于单目视频评估滑雪回转水平的 关键评价指标， 所述关键评价指标是结合单目视频采集各关节三维坐标结构特点、 滑雪回 转运动特点和滑雪回转动力学模型 特点得到的； 步骤七： 根据单目视频采集分析得到的人体运动学参数， 利用关键评价指标评估滑雪 回转水平， 进 而提高滑雪回转水平评估精度和效率。 2.如权利要求1所述的一种基于单目视频评估滑雪回转水平的方法， 其特征在于： 还包 括步骤八， 将步骤七得到的评价结果， 应用于滑雪回转运动的分析、 指导评估， 改进滑雪者 运动水平。 3.如权利要求1或2所述的一种基于单目视频评估滑雪回转水平的方法， 其特征在于： 步骤一实现方法为， 定义人体关节联合中心和节段坐标系； 联合中心分为六点： 颈联合中心CJC、 肩联合中 心SJC、 肘联合中心EJC、 腰联合中心LJC、 臀联合中心HJC和膝联合中心KJC， 特别 的， 使用 LSJC和RSJC分别表示左肩联合中心和右肩联合中心， 类似的， LEJC、 REJC、 LHJC、 RHCJ、 LKJC、 RKJC分别表示左肘联合中心、 右肘联合中心、 左臀联合中心、 右臀联合中心、 左膝联合中心 和右膝联合中心； 通过定义的联合中心分割出身体节段， 基于体节惯 性参数BSIPs和定义的 节段坐标系， 定义人体各节段质量分布。 4.如权利要求3所述的一种基于单目视频评估滑雪回转水平的方法， 其特征在于： 步骤 二实现方法为， 通过单目摄像头采集运动员在滑雪回转训练中的运动数据， 构建用于估计人体各关节 三维坐标的半监督时域卷积网络； 节 点的标注遵循人体姿态数据集Human3.6M的标注 规范， 空间坐标系由矢状面、 额状面和横切 面的交线定义； 定义矢状面和额状面的交线为Y轴， 原 点向下为正方向； 定义额状面和横切 面的交线为X轴， 原点向左为正方向； 定义矢状面和横权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115457440 A 2切面的交线为Z轴， 原 点向后为正方向； 卷积网络得到的关节点三 维坐标为相对于原点髋关 节的坐标； 采集回转过程人体关节空间坐标。 5.如权利要求4所述的一种基于单目视频评估滑雪回转水平的方法， 其特征在于： 步骤 三实现方法为， 利用步骤二采集到的回转过程人体关节 空间坐标， 进行运动学反解求取人体各节段姿 态角， 即使用各节段质心到各节段原点的位矢求取各节段姿态角矩阵， 使用步骤一所定义 的人体关节联合中心和节段坐标系将求取各节段姿态角矩阵公式分两类展开， 分别为使用 公式(2)的以CJC、 LJC、 HJC、 KJC为原点的节段和使用公式(3)的以EJC、 SJC为原点的节段； 运动员滑行过程中的人体质心位置取 决于人体各节段的姿态， 为了得到节段姿态矩阵 RS， 需要使用三维空间坐标对姿态 矩阵进行姿态逆解， RS定义如下： 其中α 、 β 、 θ 分别代 表绕X轴、 Y轴、 Z轴旋转的角度， RS通过公式(1)求 解： 其中 为节段的单位方向向量， 为各节段解剖学坐标系Y轴单位方向向量， 为各 节段解剖学坐标系原点相对于全局坐标系原点的向量， 为各节段末端点相对于全局坐标 系原点的向量， | |dot||为各节段在视频中的缩放长度绝对值； 根据不同节段的坐标系， 将公式(1)展开为公式(2)和公式(3)， px、 py、 pz为 位矢 的X分量、 Y分量、 Z分量； 。 6.如权利要求5所述的一种基于单目视频评估滑雪回转水平的方法， 其特征在于： 步骤 四实现方法为， 根据公式(2)和公式(3)所示的各节段姿态矩阵， 得到各节段质心的空间位置计算如 下： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115457440 A 3