一种基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方

本发明涉及足球绕杆测试领域，具体是一种基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法及装置。背景技术：1、足球是一项以脚为主，控制和支配球的体育运动项目，足球绕杆是常见的足球训练方式，主要考验带球者的身体协调能力，对身体平衡能力和灵敏度的提高有很大帮助，是中学足球考试的主要内容之一。考生站在准备区域内准备，当听到语音模拟发令枪响后开始向前运球依次过杆，考生和球均越过终点线即为结束；后台模拟发令枪响后开始计时，考生与球均到达终点线时停止计时，每人测试两次，取最好成绩作为该项测试最终成绩。2、目前的足球绕杆测试绝大多数依赖于人工计时、人工判断，包括测试开始和结束的手动计时、违规动作判定、测试成绩计算等，测试结果很大程度上受计时工具精度、监测人员的技能和素质、外界环境干扰的影响；有些足球绕杆测试依赖于标志杆安装感应装置自动获取测试信息，这种方法存在设备复杂、测试成本高、易受干扰、需要人员辅助等缺点，且无论是人工监测还是感应装置监测都无法回放和分析每位测试人员的测试过程。技术实现思路1、针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法和装置，该方法基于计算机视觉领域的目标追踪算法、姿态估计算法和目标检测算法，实现足球绕杆测试过程的智能化、自动化、高效化、规范化，提高测试效率，解放监测人员，优化测试流程。2、为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法，包括以下步骤：s01）、搭建足球绕杆测试环境；3、s02）、对测试人员进行身份验证，通过验证的测试人员进入准备区域，摄像头实时采集测试人员的动作，并通过违规检测模块检测测试人员是否存在压线和动作违规，若无违规情况模拟发令枪响；4、s03）、听到发令枪响后，测试人员从起始线开始沿标志杆排列方向以s形路线运球绕杆，测试人员和球均越过终点线即为测试结束，在本步骤中，通过姿态估计算法检测人员的运动状态和违规行为，通过目标追踪算法跟踪足球的运动轨迹；5、s04）、根据测试人员从发令枪响后开始运球和到达终点线的时间差计算测试人员所用时间，播报测试人员成绩。6、进一步的，违规检测模块基于目标检测算法和姿态估计算法实现，违规检测模块首先调用姿态估计算法接口并返回当前图像内测试人员的人体关键点坐标序列，然后调用目标检测算法接口返回测试人员鞋子的检测框坐标，违规检测模块根据人体关键点坐标序列中的脚部骨骼点坐标和鞋子检测框坐标综合判断是否压线违规，并通过其他人体关键点坐标判断测试人员是否有其他违规行为。7、进一步的，步骤s03）包括运球绕杆阶段和冲刺阶段，测试人员在听到语音模拟发令枪响后，从起始线沿s形路线带球绕杆，称为运球绕杆阶段，在该阶段，姿态估计算法实时识别摄像头视野内测试人员的人体关键点，并返回关键点坐标，目标追踪算法跟踪摄像头视野内足球的运动轨迹，返回足球的追踪框坐标，测试过程中，结合人的脚部关键点、足球的追踪框坐标和标志杆的底端标定坐标来判断是否绕过该标志杆，当人体脚部关键点或足球检测框与标志杆底端坐标的纵坐标一致时，若横坐标在标志杆正确的一侧，则为成功绕过该标志杆，计数加一，绕杆完成后，若计数小于标志杆的总数，则出现漏绕杆情况，该次成绩无效；测试人员绕过最后一根杆后带球冲刺终点线，该阶段称为冲刺阶段，冲刺阶段测试人员需要至少触一次球，当人的脚部关键点在足球追踪框范围内，认为测试人员接触到球，以人的躯干坐标经过终点线作为计时结束。8、进一步的，步骤s02）中，通过人脸识别模型对测试人员进行身份识别，若匹配成功则语音提示测试人员进入准备区域，摄像头实时监控测试人员的行为，将视频流传输至控制中台，控制中台通过违规检测模块判断测试人员是否存在压线和动作违规，若无违规情况则语音模拟发令枪响。9、进一步的，步骤s01）中，搭建的足球绕杆测试环境具体为：在平整的人工草或天然草足球场上划分出测试人员准备区域和绕杆区域，将绕杆区域与准备区域的交界处设为起始线，起始线对面边界设为终点线，起始线与终点线之间称为测试区域，测试区域内设有多根均匀布置的标志杆，在起始线以及测试区域的中点位置设有摄像头，在摄像头视野内对每根标志杆的两端坐标进行标定，并标定准备区域、绕杆区域、起始线、终点线的坐标。10、进一步的，违规检测模块基于yolov8目标检测算法和openpose姿态估计算法实现。11、进一步的，姿态估计算法为openpose姿态估计算法，目标追踪算法为siamnet目标追踪算法。12、进一步的，人脸识别模块是利用insightface人脸检测算法基于测试人员的人脸数据库进行迁移学习得到适用于测试人员群体的人脸识别模型。13、进一步的，测试区域长30米，宽10米，起点线至第一杆距离为5米，各杆间距5米，共设5根标志杆，标志杆高度不低于1.2米，起点处摄像头负责监控0-15m范围内测试人员和球的运动轨迹，中点处摄像头负责监控15-30m范围内测试人员和球的运动轨迹。14、本发明还公开一种基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试装置，包括身份验证模块、图像采集模块、标定模块、语音播报模块、智能分析模块和通信模块，身份验证模块基于测试人员数据库通过人脸识别算法验证当前测试人员与登记信息是否一致，图像采集模块在测试区域的起点处和中点处分别安装摄像头，摄像头支持测试过程的实时监控和视频保存记录，标定模块在双摄像头监测范围内对准备区域、绕杆区域、标志杆、起始线、终点线进行标定，语音播报模块在足球绕杆测试的全过程对测试人员进行语音通知，智能分析模块基于姿态估计算法、目标检测算法、目标追踪算法，实现包括测试人员姿态估计、足球运动轨迹跟踪、测试人员和足球的违规判定的功能；通信模块实现各模块之间的交互通信。15、本发明的有益效果：本发明提供一种基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法及装置，摒弃传统的人工计时和感应装置检测方式，基于目标追踪算法、姿态估计算法、目标检测算法进行测试人员的足球绕杆精确计时和违规动作合理化判定，克服了传统足球绕杆测试方式受计时工具精度、监测人员的技能和素质、外界环境干扰影响、设备复杂、测试成本高、易受干扰、需要人员辅助等缺点，实现足球绕杆测试过程的智能化、自动化、高效化、规范化，提高测试效率，解放监测人员，优化测试流程，实现真正的降本增效。技术特征：1.一种基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法，其特征在于：包括以下步骤：s01）、搭建足球绕杆测试环境；2.根据权利要求1所述的基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法，其特征在于：违规检测模块基于目标检测算法和姿态估计算法实现，违规检测模块首先调用姿态估计算法接口并返回当前图像内测试人员的人体关键点坐标序列，然后调用目标检测算法接口返回测试人员鞋子的检测框坐标，违规检测模块根据人体关键点坐标序列中的脚部骨骼点坐标和鞋子检测框坐标综合判断是否压线违规，并通过其他人体关键点坐标判断测试人员是否有其他违规行为。3.根据权利要求1所述的基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法，其特征在于：步骤s03）包括运球绕杆阶段和冲刺阶段，测试人员在听到语音模拟发令枪响后，从起始线沿s形路线带球绕杆，称为运球绕杆阶段，在该阶段，姿态估计算法实时识别摄像头视野内测试人员的人体关键点，并返回关键点坐标，目标追踪算法跟踪摄像头视野内足球的运动轨迹，返回足球的追踪框坐标，测试过程中，结合人的脚部关键点、足球的追踪框坐标和标志杆的底端标定坐标来判断是否绕过该标志杆，当人体脚部关键点或足球检测框与标志杆底端坐标的纵坐标一致时，若横坐标在标志杆正确的一侧，则为成功绕过该标志杆，计数加一，绕杆完成后，若计数小于标志杆的总数，则出现漏绕杆情况，该次成绩无效；测试人员绕过最后一根杆后带球冲刺终点线，该阶段称为冲刺阶段，冲刺阶段测试人员需要至少触一次球，当人的脚部关键点在足球追踪框范围内，认为测试人员接触到球，以人的躯干坐标经过终点线作为计时结束。4.根据权利要求1所述的基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法，其特征在于：步骤s02）中，通过人脸识别模型对测试人员进行身份识别，若匹配成功则语音提示测试人员进入准备区域，摄像头实时监控测试人员的行为，将视频流传输至控制中台，控制中台通过违规检测模块判断测试人员是否存在压线和动作违规，若无违规情况则语音模拟发令枪响。5.根据权利要求1所述的基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法，其特征在于：步骤s01）中，搭建的足球绕杆测试环境具体为：在平整的人工草或天然草足球场上划分出测试人员准备区域和绕杆区域，将绕杆区域与准备区域的交界处设为起始线，起始线对面边界设为终点线，起始线与终点线之间称为测试区域，测试区域内设有多根均匀布置的标志杆，在起始线以及测试区域的中点位置设有摄像头，在摄像头视野内对每根标志杆的两端坐标进行标定，并标定准备区域、绕杆区域、起始线、终点线的坐标。6.根据权利要求2所述的基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法，其特征在于：违规检测模块基于yolov8目标检测算法和openpose姿态估计算法实现。7.根据权利要求3所述的基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法，其特征在于：姿态估计算法为openpose姿态估计算法，目标追踪算法为siamnet目标追踪算法。8.根据权利要求4所述的基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法，其特征在于：人脸识别模块是利用insightface人脸检测算法基于测试人员的人脸数据库进行迁移学习得到适用于测试人员群体的人脸识别模型。9.根据权利要求5所述的基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法，其特征在于：测试区域长30米，宽10米，起点线至第一杆距离为5米，各杆间距5米，共设5根标志杆，标志杆高度不低于1.2米，起点处摄像头负责监控0-15m范围内测试人员和球的运动轨迹，中点处摄像头负责监控15-30m范围内测试人员和球的运动轨迹。10.一种基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试装置，其特征在于：包括身份验证模块、图像采集模块、标定模块、语音播报模块、智能分析模块和通信模块，身份验证模块基于测试人员数据库通过人脸识别算法验证当前测试人员与登记信息是否一致，图像采集模块在测试区域的起点处和中点处分别安装摄像头，摄像头支持测试过程的实时监控和视频保存记录，标定模块在双摄像头监测范围内对准备区域、绕杆区域、标志杆、起始线、终点线进行标定，语音播报模块在足球绕杆测试的全过程对测试人员进行语音通知，智能分析模块基于姿态估计算法、目标检测算法、目标追踪算法，实现包括测试人员姿态估计、足球运动轨迹跟踪、测试人员和足球的违规判定的功能；通信模块实现各模块之间的交互通信。技术总结本发明涉及足球绕杆测试领域，具体是一种基于目标追踪和姿态估计的足球绕杆测试方法及装置。本发明基于目标追踪算法、姿态估计算法、目标检测算法进行测试人员的足球绕杆精确计时和违规动作合理化判定，克服了传统足球绕杆测试方式受计时工具精度、监测人员的技能和素质、外界环境干扰影响、设备复杂、测试成本高、易受干扰、需要人员辅助等缺点，实现足球绕杆测试过程的智能化、自动化、高效化、规范化，提高测试效率，解放监测人员，优化测试流程，实现真正的降本增效。技术研发人员：丛妹,马伟受保护的技术使用者：浪潮智能终端有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15