1.本發(fā)明屬于動(dòng)作識(shí)別與分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及瑜伽動(dòng)作的識(shí)別與分析，具體涉及一種針對(duì)視頻的哈他瑜伽動(dòng)作可視化分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2.隨著科學(xué)生活理念的不斷推進(jìn)，瑜伽正以其修身養(yǎng)性之道風(fēng)靡全球，越來越多的人通過瑜伽鍛煉改善身心健康水平。哈他瑜伽是現(xiàn)如今流傳最廣、最受歡迎的瑜伽流派，但是，哈他瑜伽體式在實(shí)踐中仍存在規(guī)范性和科學(xué)性不足、練習(xí)標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一的問題。此外，哈他瑜伽體式動(dòng)作產(chǎn)生的大量時(shí)序數(shù)據(jù)使用人工測(cè)量分析的方法不僅會(huì)造成一定的偏差，還不夠直觀，不易被大多數(shù)人所接受。
3.大數(shù)據(jù)發(fā)展的時(shí)代，越來越多的傳統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)可視化的方式呈現(xiàn)繁冗復(fù)雜的抽象信息，將可視化應(yīng)用在動(dòng)作分析上，與哈他瑜伽常用體式分析相結(jié)合，可以幫助瑜伽愛好者觀察到不被注意的細(xì)節(jié)變化，利用復(fù)雜結(jié)構(gòu)提高工作記憶和工作效率，設(shè)計(jì)一款受眾廣泛、準(zhǔn)確表達(dá)的界面是一個(gè)可待發(fā)展的領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種針對(duì)視頻的哈他瑜伽動(dòng)作可視化分析系統(tǒng)，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)作的分類識(shí)別與特征提取，然后將分析結(jié)果以圖表形式進(jìn)行顯示。
5.一種針對(duì)視頻的哈他瑜伽動(dòng)作可視化分析系統(tǒng)，包括指標(biāo)設(shè)置模塊、分類識(shí)別模塊、特征提取模塊與可視化分析模塊。
6.所述指標(biāo)設(shè)置模塊保存有標(biāo)準(zhǔn)瑜伽動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，并且根據(jù)不同動(dòng)作對(duì)于對(duì)稱性、穩(wěn)定性的不同要求，設(shè)置用于分析不同動(dòng)作的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。其中，運(yùn)動(dòng)學(xué)特征包括人體關(guān)節(jié)點(diǎn)和身體重心的位移、速度、加速度以及身體關(guān)節(jié)點(diǎn)的夾角、角位移、角速度。關(guān)節(jié)點(diǎn)的夾角包括頭踝角、頭踝-足角、肩踝角、髖踝角、膝踝角、肩關(guān)節(jié)角、肘關(guān)節(jié)角、髖外展角、髖關(guān)節(jié)角、膝關(guān)節(jié)角、踝關(guān)節(jié)角、脊柱側(cè)屈角、脊柱回旋角、頭與胸段角、胸與腰段角、腰屈伸角、腕-臍-足角。
7.分類識(shí)別模塊逐幀對(duì)待分析的瑜伽訓(xùn)練視頻中的動(dòng)作進(jìn)行識(shí)別，將動(dòng)作分為山式、風(fēng)吹樹式、幻椅式、站立后彎式、輪式和手拉腳單腿直立式，然后將分類結(jié)果輸入到特征提取模塊中。特征提取模塊針對(duì)分類后的動(dòng)作提取關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算動(dòng)作保持階段的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，輸入可視化分析模塊與標(biāo)準(zhǔn)瑜伽動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征對(duì)比，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)程度衡量分析后，通過散點(diǎn)圖和矩形樹狀圖的形式分別顯示實(shí)時(shí)動(dòng)作分析視圖和整體動(dòng)作分析視圖。
8.實(shí)時(shí)動(dòng)作分析視圖的橫坐標(biāo)為視頻時(shí)間、縱坐標(biāo)為關(guān)節(jié)點(diǎn)的夾角角度，以圓環(huán)的形式顯示不同動(dòng)作的分析結(jié)果。其中不同的圓環(huán)顏色表示不同的關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角；圓環(huán)的內(nèi)外直徑差越大，表示該關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角相差越大；圓環(huán)的外直徑越大，動(dòng)作的穩(wěn)定性或?qū)ΨQ性越差。整體動(dòng)作分析視圖以矩形的顏色表示不同的動(dòng)作，矩形的面積
越大表示該動(dòng)作與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角相差越大；矩陣的不透明度越高，表示動(dòng)作的穩(wěn)定性或?qū)ΨQ性越差。
9.作為優(yōu)選，分類識(shí)別模塊基于長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)，將瑜伽訓(xùn)練視頻表示為時(shí)間序列的形式，然后逐幀輸入到去掉輸出層的正向和反向lstm中，再將隱藏層的輸出依次送入mean pooling層和邏輯回歸層，得到分類結(jié)果。
10.作為優(yōu)選，特征提取模塊基于快速位姿蒸餾模型，提取圖像中人體關(guān)節(jié)的空間坐標(biāo)信息，再根據(jù)空間坐標(biāo)信息計(jì)算得到運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。
11.作為優(yōu)選，山式的標(biāo)準(zhǔn)程度衡量指標(biāo)為：頭踝角、肩踝角、髖踝角、膝踝角、髖關(guān)節(jié)角、膝關(guān)節(jié)角、頭踝-足角；風(fēng)吹樹式的標(biāo)準(zhǔn)程度衡量指標(biāo)為：脊柱側(cè)屈角、脊柱回旋角、肩關(guān)節(jié)角；幻椅式的標(biāo)準(zhǔn)程度衡量指標(biāo)為：肩關(guān)節(jié)角、髖關(guān)節(jié)角、膝關(guān)節(jié)角、踝關(guān)節(jié)角；站立后彎式的標(biāo)準(zhǔn)程度衡量指標(biāo)為：頭與胸段角、胸與腰段角、腰屈伸角、肩關(guān)節(jié)角；輪式的標(biāo)準(zhǔn)程度衡量指標(biāo)為：頭與胸段角、胸與腰段角、腰屈伸角、膝關(guān)節(jié)角、肩關(guān)節(jié)角、肘關(guān)節(jié)角、腕-臍-足角；手拉腳單腿直立式的標(biāo)準(zhǔn)程度衡量指標(biāo)為：髖關(guān)節(jié)角和脊柱回旋角或髖外展角和脊柱側(cè)屈角。
12.作為優(yōu)選，實(shí)時(shí)可視化視圖的左側(cè)會(huì)顯示對(duì)應(yīng)動(dòng)作的分類結(jié)果。
13.作為優(yōu)選，可視化分析模塊還提供交互組件，支持通過交互組件實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)作分析視圖的播放/暫停、快進(jìn)或查看每個(gè)散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的詳細(xì)信息。
14.作為優(yōu)選，可視化分析模塊以屏幕快照的形式顯示上一次訓(xùn)練視頻的分析結(jié)果，用于與新一輪訓(xùn)練的分析結(jié)果形成對(duì)比。
15.本發(fā)明具有以下有益效果：
16.1、本發(fā)明將關(guān)節(jié)點(diǎn)角度與動(dòng)作保持穩(wěn)定性作為哈他瑜伽訓(xùn)練的標(biāo)準(zhǔn)，將體式動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)程度以更直觀更形象的方式呈現(xiàn)出來，方便訓(xùn)練人員更了解自身訓(xùn)練過程，提高科學(xué)性、安全性、效率性。
17.2、可視化圖表通俗易懂，界面整潔、無歧義，容易被大多數(shù)普通用戶所接受，受眾面廣。
18.3、可視化分析模塊提供多種交互手段，幫助用戶獲得信息的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多次訓(xùn)練過程的對(duì)比操作，通過數(shù)據(jù)呈現(xiàn)分析出高頻缺陷動(dòng)作和異常情況。
附圖說明
19.圖1為本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可視化分析的流程圖；
20.圖2為待分析的瑜伽訓(xùn)練視頻；
21.圖3為可視化分析模塊展示的實(shí)時(shí)動(dòng)作分析視圖；
22.圖4為可視化分析模塊展示的整體動(dòng)作分析視圖；
23.圖5為兩次分析結(jié)果的對(duì)比視圖。
具體實(shí)施方式
24.以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明；
25.一種針對(duì)視頻的哈他瑜伽動(dòng)作可視化分析系統(tǒng)，包括指標(biāo)設(shè)置模塊、分類識(shí)別模塊、特征提取模塊與可視化分析模塊。
26.如圖1所示，指標(biāo)設(shè)置模塊保存有標(biāo)準(zhǔn)瑜伽動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，并且根據(jù)不同動(dòng)作對(duì)于對(duì)稱性、穩(wěn)定性的不同要求，設(shè)置用于分析不同動(dòng)作的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。其中，運(yùn)動(dòng)學(xué)特征包括人體關(guān)節(jié)點(diǎn)和身體重心的位移、速度、加速度以及身體關(guān)節(jié)點(diǎn)的夾角、角位移、角速度。
27.對(duì)于山式，關(guān)鍵特征為對(duì)稱、脊柱無屈伸回旋、頭部擺正，選擇頭踝角、肩踝角、髖踝角、膝踝角、髖關(guān)節(jié)角、膝關(guān)節(jié)角、頭踝-足角作為關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)特征；風(fēng)吹樹式的關(guān)鍵特征為上半身彎曲幅度，選擇脊柱側(cè)屈角、脊柱回旋角、肩關(guān)節(jié)角作為關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)特征；幻椅式的關(guān)鍵特征為下半身彎曲幅度，選擇肩關(guān)節(jié)角、髖關(guān)節(jié)角、膝關(guān)節(jié)角、踝關(guān)節(jié)角作為關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)特征；站立后彎式的關(guān)鍵特征為脊柱的屈伸，選擇頭與胸段角、胸與腰段角、腰屈伸角、肩關(guān)節(jié)角作為關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)特征；輪式的關(guān)鍵特征為脊柱和整體的屈伸，選擇頭與胸段角、胸與腰段角、腰屈伸角、膝關(guān)節(jié)角、肩關(guān)節(jié)角、肘關(guān)節(jié)角、腕-臍-足角作為關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)特征；手拉腳單腿直立式的關(guān)鍵特征為腿的擺動(dòng)幅度以及擺動(dòng)過程的穩(wěn)定性，因此髖關(guān)節(jié)角和脊柱回旋角或髖外展角和脊柱側(cè)屈角作為關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。
28.如圖2所示，分類識(shí)別模塊基于長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)，將瑜伽訓(xùn)練視頻表示為時(shí)間序列的形式，然后逐幀輸入到去掉輸出層的正向和反向lstm中，再將隱藏層的輸出依次送入mean pooling層和邏輯回歸層，將動(dòng)作分為山式、風(fēng)吹樹式、幻椅式、站立后彎式、輪式和手拉腳單腿直立式，然后將分類結(jié)果輸入到特征提取模塊中。
29.特征提取模塊基于快速位姿蒸餾模型，針對(duì)分類后的動(dòng)作，提取圖像中人體關(guān)節(jié)的空間坐標(biāo)信息，通過坐標(biāo)信息的變化，將加速度為0的動(dòng)作作為動(dòng)作保持階段，計(jì)算動(dòng)作保持階段的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，輸入可視化分析模塊與標(biāo)準(zhǔn)瑜伽動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征對(duì)比，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)程度衡量分析后，通過散點(diǎn)圖和矩形樹狀圖的形式分別顯示實(shí)時(shí)動(dòng)作分析視圖和整體動(dòng)作分析視圖。
30.如圖3所示，實(shí)時(shí)動(dòng)作分析視圖的左側(cè)會(huì)顯示對(duì)應(yīng)動(dòng)作的分類結(jié)果，散點(diǎn)圖的橫坐標(biāo)為視頻時(shí)間、縱坐標(biāo)為關(guān)節(jié)點(diǎn)的夾角角度，以圓環(huán)的形式顯示不同動(dòng)作的分析結(jié)果。其中不同的圓環(huán)顏色表示不同的關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角；圓環(huán)的內(nèi)外直徑差越大，表示該關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角相差越大；圓環(huán)的外直徑為該關(guān)節(jié)點(diǎn)在動(dòng)作保持階段的夾角角度最大值與最小值的差，因此圓環(huán)的外直徑越大，動(dòng)作的穩(wěn)定性或?qū)ΨQ性越差。當(dāng)動(dòng)作穩(wěn)定性或?qū)ΨQ性較好，而關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角的標(biāo)準(zhǔn)程度較差時(shí)，會(huì)出現(xiàn)圓環(huán)的外直徑很小，但是內(nèi)外直徑差需要很大的情況，針對(duì)這種穩(wěn)定性與關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角標(biāo)準(zhǔn)程度出現(xiàn)沖突的情況，使用額外的虛線圓來表示關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角的標(biāo)準(zhǔn)程度，虛線圓的直徑越大表示該關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角相差越大，并使用線框強(qiáng)調(diào)標(biāo)記該散點(diǎn)。此外，可視化分析模塊還提供交互組件，支持通過交互組件實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)作分析視圖的播放/暫?；蚩爝M(jìn)，鼠標(biāo)停留散點(diǎn)時(shí)，還可以查看每個(gè)散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性、對(duì)稱性、衡量標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)信息和評(píng)分。
31.如圖4所示，整體動(dòng)作分析視圖以矩形的顏色表示不同的動(dòng)作，矩形的面積越大表示該動(dòng)作與標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的關(guān)節(jié)點(diǎn)夾角相差越大；矩陣的不透明度越高，表示動(dòng)作的穩(wěn)定性或?qū)ΨQ性越差。整體動(dòng)作分析視圖可以與實(shí)時(shí)體式動(dòng)作視圖相對(duì)應(yīng)顯示，方便領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)哈他瑜伽常用體式動(dòng)作做更快速的分析指導(dǎo)。如圖5所示，可視化分析模塊還能以屏幕快照的形式顯示上一次訓(xùn)練視頻的分析結(jié)果，用于與新一輪訓(xùn)練的分析結(jié)果形成對(duì)比。

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