[发明专利]一种非接触式体能测试系统及方法

权利要求书

1.一种非接触式体能测试系统，其特征在于，包括下述模块：

体能测试控制模块：用户选择运动模式，通过上传或摄像头输入运动视频；根据运动模式，并利用OpenPose框架对所述运动视频进行人体姿态估计，获得人体关键点坐标；根据所述人体关键点坐标计算各躯干关节间角度；

仰卧起坐测试模块：将有限状态机作为判定仰卧起坐的计算模型，定义仰卧起坐中被测人体的状态为有限状态，将被测人体在完成仰卧起坐过程中可能出现的状态定义为四种：“准备状态”、“过程状态”、“计数状态”、“其他状态”；定义一个完整仰卧起坐动作的状态序列为一个连续且有序的状态转换过程：“准备状态”至“过程状态”再至“计数状态”，期间不出现“其他状态”；根据运动视频帧的二维坐标，分别获取上半身与下半身的四个点，平均计算x坐标值来判断人体朝向为左或者右；根据所述各躯干关节间角度与预先设定的阈值进行匹配，判断当前动作所处状态；当状态转换完成了一个完整的状态转移序列时，认为被测人体完成了一个完整的仰卧起坐，同时计数加一；

俯卧撑测试模块：将有限状态机作为判定俯卧撑的计算模型，定义俯卧撑中被测人体的状态为有限状态；将被测人体在完成俯卧撑中可能出现的状态定义为四种：“起身状态”、“过程状态”、“伏地状态”以及“其他状态”，定义一个完整俯卧撑动作的状态序列为一个连续且有序的状态转换过程：“起身状态”至“过程状态”再至“伏地状态”，期间不出现“其他状态”；根据运动视频帧的二维坐标，分别获取上半身与下半身的四个点，平均计算x坐标值来判断人体朝向为左或者右；根据所述各躯干关节间角度与预先设定的阈值进行匹配，判断当前动作所处状态；当状态转换完成了一个完整的状态转移序列时，认为被测人体完成了一个完整的俯卧撑，同时计数加一；

平板支撑测试模块：将有限状态机作为判定平板支撑的计算模型，定义平板支撑中被测人体的状态为有限状态，将被测人体在进行平板支撑运动过程中可能出现的状态定义为两种：“计时状态”和“其他状态”；根据运动视频帧的二维坐标，分别获取上半身与下半身的四个点，平均计算x坐标值来判断人体朝向为左或者右；根据所述各躯干关节间角度与预先设定的阈值进行匹配，判断当前动作所处状态；当处于“计时状态”时，开始计时，处于“其它状态”时，停止计时；

测试反馈模块：接受所述体能测试控制模块传递的启动计数或计时指令后，开始计数或计时；同步地向所述用户实时反馈完成的动作个数或动作持续时间，再根据设定的计算公式，计算并反馈实时消耗的卡路里数。

2.根据权利要求1所述的非接触式体能测试系统，其特征在于，所述体能测试控制模块，具体包括：

上传运动视频方式：所述用户选择视频进行上传后，调用OpenPose对所述运动视频进行处理，得到每个视频帧中人体25个关节点坐标，计算得到相应的角度后，调用所述测试反馈模块进行计数或计时；

摄像头获取运动视频方式：所述用户点击开始后，调用OpenPose对摄像头获取的运动视频进行处理，得到每个视频帧中人体25个关节点坐标，计算得到相应的角度后，调用所述测试反馈模块进行计数或计时。

3.根据权利要求1所述的非接触式体能测试系统，其特征在于，所述仰卧起坐测试模块的人体的状态，具体包括：

当躯干和水平面的角度小于20、大腿和小腿所成角度在40-120之间、双膝间距离小于20、躯干和水平面所成角度小于10时，设置当前状态为所述“准备状态”，即屈膝准备姿势；在所述准备状态基础上，当躯干和水平面所成角度大于85时，设置当前状态为所述“计数状态”；在所述准备状态基础上，当躯干和水平面所成角度处于10-85之间时，设置当前状态为所述“过程状态”。

4.根据权利要求1所述的非接触式体能测试系统，其特征在于，所述俯卧撑测试模块的人体的状态，具体包括：

当检测到身体上下部分所在直线斜率绝对值小于0.45时，认定其为运动状态，包括：当大臂小臂夹角小于150度时为所述“起身状态”；当肩膀的水平值小于肘关节的水平值且手部位于肩膀内侧时为所述“伏地状态”；位于两状态之间的状态均为所述“过程状态”；而身体上下部分斜率绝对值高于0.45时，认定其为所述“其他状态”。