一种羽毛球拍空间定位系统及方法

本发明涉及智能感知领域，特别是涉及一种羽毛球拍空间定位系统及方法。

背景技术：

1、随着全民健身热潮的兴起，羽毛球获得了越来越多人的喜爱，对羽毛球运动的初学者而言，动作的标准性关系到后期球技的发展，能否打好球，与击球动作息息相关。目前训练击球动作主要依靠个人多次重复训练，寻找球感，从反复多次的击球动作中找到击球的感觉以提升球技。但是这种单纯的重复训练方法通常需要借助于教练的教授，并且耗时较长。一些产品在网球拍或羽毛球拍的底部加装传感器，在手机端应用程序中可以分析每次挥拍的速度，但并不能检测的网球拍的位置，并且也没有针对羽毛球拍进行定位的产品。因此，目前的羽毛球拍不具备自动定位、检测运动轨迹的功能，导致训练效果不佳。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种羽毛球拍空间定位系统及方法，可同时检测挥拍速度及羽毛球拍的空间位置，并提高定位精度。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种羽毛球拍空间定位系统，包括：

3、羽毛球拍定位电路板系统，设置在羽毛球拍上，包括三轴加速度计、六轴加速度计、数据传输模块、电源及电源控制模块；所述三轴加速度计设置在羽毛球拍的手柄中间位置，所述三轴加速度计用于实时采集羽毛球拍手柄中间位置的三轴加速度；所述六轴加速度计设置在羽毛球拍的底座上，所述六轴加速度计用于实时采集羽毛球拍底座的三轴加速度及三轴角加速度；所述数据传输模块用于将所述三轴加速度计实时采集的三轴加速度、所述六轴加速度计实时采集的三轴加速度及三轴角加速度发送至计算服务器；所述电源通过所述电源控制模块分别与所述三轴加速度计、所述六轴加速度计及所述数据传输模块连接；

4、摄像头，用于采集包含所述羽毛球拍及持拍人员的目标图像；

5、计算服务器，分别与所述数据传输模块及所述摄像头连接，用于根据所述摄像头采集的目标图像、所述三轴加速度计实时采集的三轴加速度、所述六轴加速度计实时采集的三轴加速度及三轴角加速度，实时计算所述羽毛球拍的空间位置。

6、可选地，所述数据传输模块为蓝牙传输模块。

7、可选地，所述计算服务器包括：

8、幅度计算模块，与所述数据传输模块连接，用于在动作保持阶段，根据所述三轴加速度计实时采集的三轴加速度、所述六轴加速度计实时采集的三轴加速度及三轴角加速度，计算各时刻所述羽毛球拍的动作幅度；

9、起始时刻确定模块，与所述幅度计算模块连接，用于将所述羽毛球拍的动作幅度小于设定幅度阈值时的时刻作为定位起始时刻；

10、初始位置确定模块，分别与所述起始时刻确定模块及所述摄像头连接，用于根据所述摄像头在所述定位起始时刻采集的目标图像及所述羽毛球拍的真实长度，确定所述羽毛球拍的初始空间位置；

11、变化量确定模块，与所述数据传输模块连接，用于针对所述定位起始时刻后的任一定位时刻，根据所述三轴加速度计在所述定位起始时刻至所述定位时刻内各时刻采集的三轴加速度、所述六轴加速度计在所述定位起始时刻至所述定位时刻内各时刻采集的三轴加速度及三轴角加速度，确定所述羽毛球拍在所述定位时刻的空间位置变化量；

12、定位模块，分别与所述初始位置确定模块及所述变化量确定模块连接，用于根据所述羽毛球拍在所述定位时刻的空间位置变化量及所述羽毛球拍的初始空间位置，确定所述羽毛球拍在所述定位时刻的空间位置，以对所述羽毛球拍进行实时定位。

13、可选地，所述幅度计算模块采用以下公式计算t时刻所述羽毛球拍的动作幅度：

14、

15、其中，dt为t时刻所述羽毛球拍的动作幅度，vit为动作保持阶段的起始时刻到t时刻第i个变量的累积位移，为第i个变量过去一段时间内累计位移计数变化量，第1个变量为三轴加速度计采集的x轴加速度，第2个变量为三轴加速度计采集的y轴加速度，第3个变量为三轴加速度计采集的z轴加速度，第4个变量为六轴加速度计采集的x轴加速度，第5个变量为六轴加速度计采集的y轴加速度，第6个变量为六轴加速度计采集的z轴加速度，第7个变量为六轴加速度计采集的x轴角加速度，第8个变量为六轴加速度计采集的y轴角加速度，第9个变量为六轴加速度计采集的z轴角加速度。

16、可选地，所述初始位置确定模块包括：

17、图像处理子模块，分别与所述起始时刻确定模块及所述摄像头连接，用于根据所述摄像头在所述定位起始时刻采集的目标图像，确定所述持拍人员的骨骼关键点、所述羽毛球拍在所述目标图像中的长度以及所述持拍人员持拍的肩部与对应踝关节间的像素距离；将所述持拍人员的左踝关节与右踝关节的中点作为三维坐标系的原点；

18、真实高度计算子模块，与所述图像处理子模块连接，用于根据所述羽毛球拍的真实长度、所述羽毛球拍在所述目标图像中的长度以及所述持拍人员持拍的肩部与对应踝关节间的像素距离，采用公式计算所述羽毛球拍的真实高度；其中，dhr为所述羽毛球拍的真实高度，dhi为所述持拍人员持拍的肩部与对应踝关节间的像素距离，dpr为所述羽毛球拍的真实长度，dpi为所述羽毛球拍在所述目标图像中的长度；

19、位置确定子模块，分别与所述图像处理子模块及所述真实高度计算子模块连接，用于根据所述羽毛球拍在所述目标图像中的位置、所述羽毛球拍的真实高度及所述三维坐标系的原点，确定所述羽毛球拍的初始空间位置。

20、可选地，所述变化量确定模块采用以下公式确定所述羽毛球拍在tn时刻的空间位置变化量：

21、

22、

23、

24、其中，xc(tn)为所述羽毛球拍的手柄中间位置在tn时刻的x轴空间位置变化量，yc(tn)为所述羽毛球拍的手柄中间位置在tn时刻的y轴空间位置变化量，zc(tn)为所述羽毛球拍的手柄中间位置在tn时刻的z轴空间位置变化量，acx(i)为三轴加速度计在i时刻采集的x轴加速度，acy(i)为三轴加速度计在i时刻采集的y轴加速度，acz(i)为三轴加速度计在i时刻采集的z轴加速度，xd1(tn)为所述羽毛球拍的底座在tn时刻的x轴空间位置变化量，yd1(tn)为所述羽毛球拍的底座在tn时刻的y轴空间位置变化量，zd1(tn)为所述羽毛球拍的底座在tn时刻的z轴空间位置变化量，xd2(tn)为所述羽毛球拍的底座在tn时刻的x轴角加速度变化量，yd2(tn)为所述羽毛球拍的底座在tn时刻的y轴角加速度变化量，zd2(tn)为所述羽毛球拍的底座在tn时刻的z轴角加速度变化量，ad1x(i)为六轴加速度计在i时刻采集的x轴加速度，ad1y(i)为六轴加速度计在i时刻采集的y轴加速度，ad1z(i)为六轴加速度计在i时刻采集的z轴加速度，ad2x(i)为六轴加速度计在i时刻采集的x轴角加速度，ad2y(i)为六轴加速度计在i时刻采集的y轴角加速度，ad2z(i)为六轴加速度计在i时刻采集的z轴角加速度，tn时刻为所述定位起始时刻后的任一定位时刻，t1为所述定位起始时刻后的第一个时刻。

25、为实现上述目的，本发明还提供了一种羽毛球拍空间定位方法，包括：

26、通过三轴加速度计实时采集羽毛球拍手柄中间位置的三轴加速度，通过六轴加速度计实时采集羽毛球拍底座的三轴加速度及三轴角加速度；

27、通过摄像头采集包含所述羽毛球拍及持拍人员的目标图像；

28、根据所述目标图像、所述三轴加速度计实时采集的三轴加速度、所述六轴加速度计实时采集的三轴加速度及三轴角加速度，实时计算所述羽毛球拍的空间位置。

29、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过设置在羽毛球拍上的三轴加速度计和六轴加速度计能够检测挥拍速度，同时，结合两个加速度计采集的数据以及摄像头采集的目标图像，能够实时准确计算羽毛球拍的空间位置，提高了羽毛球拍的定位精度。