射箭运动信息采集系统、射箭运动信息处理方法和上位机

1.本技术属于运动信息采集技术领域，尤其涉及射箭运动信息采集系统、射箭运动信息处理方法和上位机。


背景技术：

2.射箭作为一种兼顾娱乐和健身性的运动，在世界范围内日益流行。通过不断的实地练习，增强射箭的控制能力和精确度一直是射箭运动员所追寻的目标。然而，由于射箭本身的运动力学复杂性以及射箭飞行过程中的瞬间变化，对射箭过程的统计分析一直是非常困难的。如何能够准确快速地获取射箭运动的相关数据，成为对整个射箭过程进行分析的必要条件。
3.而现阶段对于该射箭项目的训练以及提供，基本还停留在通过分析录像然后进行人为的调整。然而，这种训练模式精确度不高，存在较大的误差，只是在宏观上进行显著调整，对于提高运动员的射箭水平效果比较有限。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本技术实施例提供了射箭运动信息采集系统、射箭运动信息处理方法和上位机。
5.本技术是通过如下技术方案实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种射箭运动信息采集系统，包括多个惯性传感器节点、高速摄像机和上位机，所述高速摄像机和所述多个惯性传感器节点分别与所述上位机通信连接；所述多个惯性传感器节点设置在射箭运动员身体的第一预设位置及反曲弓的第二预设位置上，用于采集在射箭过程中射箭运动员身体多个肢体的第一运动信息和反曲弓的第二运动信息，并将所述第一运动信息和所述第二运行信息发送给所述上位机；所述高速摄像机设置在射箭运动员前侧，用于采集射箭运动员整个射箭过程的视频图像，并将所述视频图像发送给所述上位机；其中，所述高速摄像机与所述多个惯性传感器节点的时钟同步；所述上位机基于所述视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，以及根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析。
7.本技术实施例，惯性传感器节点获取射箭运动员的第一运动信息和反曲弓的第二运动信息，高速摄像机获取射箭运动员在整个射箭过程的视频图像，且高速摄像机与惯性传感器节点的时钟同步；上位机基于视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，以及根据阶段时间对第一运动信息和第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析，从而能够通过高速摄像机采集的视频图像对惯性传感器节点采集的运动信息进行射箭阶段划分，进而根据各个阶段的运动数据对射箭运动员的动作进行分析和指导，相对于传统技术能够提高动作分析的准确性。
8.结合第一方面，在一些实施例中，所述第一预设位置包括：左上臂外侧，肩、肘关节
中点；左前臂外侧，肘、腕关节中点；右上臂外侧，肩、肘关节中点；右前臂外侧，肘、腕关节中点；左大腿外侧，髋、膝关节中点；左小腿外侧，膝、踝关节中点；右大腿外侧，髋、膝关节中点；右小腿外侧，膝、踝关节中点；腰部骶骨处；所述第二预设位置为：瞄准器右侧。
9.结合第一方面，在一些实施例中，每个惯性传感器节点包括：惯性传感器、处理器、电源、通信模块和卡座，所述惯性传感器、所述通信模块和所述卡座均与所述处理器连接；所述电源用于为所述惯性传感器、所述处理器和所述通信模块供电；所述卡座用于放置存储卡，所述存储卡与所述处理器连接；所述通信模块用于接收所述上位机下发的指令，并将所述指令传送给所述处理器；所述处理器用于响应所述指令，控制所述惯性传感器采集运动信息，并将所述惯性传感器采集到的运动信息通过所述通信模块发送给所述上位机，以及将所述惯性传感器采集到的运动信息存储至所述存储卡。
10.结合第一方面，在一些实施例中，每个惯性传感器节点还包括指示灯，所述指示灯与所述处理器连接；在所述惯性传感器节点与所述上位机未建立通信连接时，所述处理器控制所述指示灯以第一工作方式工作；在所述惯性传感器节点与所述上位机建立通信连接后，所述处理器控制所述指示灯以第二工作方式工作；在所述惯性传感器节点向所述上位机发送运动信息时，所述处理器控制所述指示灯以第三工作方式工作。
11.结合第一方面，在一些实施例中，每个惯性传感器节点还包括type c接口和线性稳压器，所述type c接口与所述电源连接，所述电源通过所述线性稳压器为所述惯性传感器、所述处理器和所述通信模块供电；所述高速摄像机距离地面高度为1.6米，距离射箭运动员的距离为1.5米至2.0米。
12.结合第一方面，在一些实施例中，所述上位机基于所述视频图像的采集时间确定射箭运动员各个射箭阶段的阶段时间，包括：将所述视频图像按照120帧/秒的速度回放；响应用户输入的射箭阶段划分操作，确定每个射箭阶段的首帧图像的时间到末帧图像的时间，首帧图像的时间为对应射箭阶段的起始时间，末帧图像的时间为对应射箭阶段的结束时间。
13.其中，射箭阶段包括举弓阶段、开弓阶段、固势阶段和撒放；所述举弓阶段的起始时间为视频图像中弓前平衡杆的前点离开地面的该帧图像的时间，结束时间为视频图像中持弓臂的手在最高点的该帧图像的时间；开弓阶段的起始时间为视频图像中持弓臂的手在最高点的该帧图像的时间，结束时间为视频图像中拉弓臂一侧的弦贴近下颌角的该帧图像的时间；固势阶段的起始时间为视频图像中拉弓臂一侧的弦贴近下颌角的该帧图像的时间，结束时间为视频图像中箭离撒放手的首帧的该帧图像的时间；撒放时刻为视频图像中箭离撒放手的该帧图像的时间。
14.结合第一方面，在一些实施例中，所述根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析，包括：根据每个射箭阶段的起始时间和结束时间，从第一运动信息和第二运动信息中确定与该射箭阶段对应的运动数据；基于该运动数据确定在每个射箭阶段中射箭运动员身体多个部位以及反曲弓在该射箭阶段的加速度和角速度。
15.结合第一方面，在一些实施例中，所述上位机还用于：根据射箭运动员各个射箭阶段的阶段时间，以及射箭运动员身体多个部位以及反曲弓在该射箭阶段的加速度和角速度，确定射箭运动员在各个射箭阶段的动作稳定性。
16.第二方面，本技术实施例提供了一种射箭运动信息采集方法，包括：获取多个惯性传感器节点发送的第一运动信息和第二运动信息，所述多个惯性传感器节点设置在射箭运动员身体的第一预设位置及反曲弓的第二预设位置上，所述第一运动信息为整个射箭过程中射箭运动员身体多个肢体的运动信息，第二运动信息为整个射箭过程中反曲弓的运动信息；获取高速摄像机发送的射箭运动员在整个射箭过程的视频图像，所述高速摄像机与所述多个惯性传感器节点的时钟同步；基于所述视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，以及根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析。
17.第三方面，本技术实施例提供了一种上位机，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有、可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第二方面所述的射箭运动信息采集方法。
18.第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述的射箭运动信息采集方法。
19.第五方面，本技术实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在上位机上运行时，使得上位机执行上述第二方面所述的射箭运动信息采集方法。
20.可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
21.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本技术一实施例提供的射箭运动信息采集系统的结构示意图；
24.图2是本技术一实施例提供的人体简化骨骼模型示意图；
25.图3是本技术一实施例提供的惯性传感器节点的结构示意图；
26.图4是本技术一实施例提供的射箭运动信息处理方法的流程示意图；
27.图5(a)是本技术一实施例提供的加速度曲线射箭阶段划分示意图；
28.图5(b)是本技术一实施例提供的角速度曲线射箭阶段划分示意图；
29.图6是本技术一实施例提供的运动员a的10环成绩下弓与右前臂的加速度曲线图；
30.图7是本技术一实施例提供的运动员b的10环成绩下弓与右前臂的加速度曲线图；
31.图8是本技术实施例提供的射箭运动信息处理装置的结构示意图；
32.图9是本技术实施例提供的上位机的结构示意图。
具体实施方式
33.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具
体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
34.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
35.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
36.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0037]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0038]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0039]
相关技术中通常采用二维的高速摄影或贴反光标记点的三维高速摄像对射箭项目进行分析。目前，这类仪器对射箭的关节角度、身体姿态角等特征具有很好的评价。射箭作为技能主导类表现准确性项群，相较于篮球、田径、体操等这类粗大动作，射箭肢体动作幅度小，特别是固势阶段与撒放瞬间，肢体以及躯干的运动很微妙，从视觉上看几乎就是静止不动。因此很难用基于视觉的传统技术方法来测量，那么也难以发现射箭时技术动作可能存在的问题，所以应用此类仪器具有一定局限性。此外，射箭项目的训练和比赛都是在室外进行，这类仪器设备不仅测量装置工作繁琐，而且还会因为仪器受现场光照变化、运动目标遮挡或者实验室空间限制等多种因素不能很好的对运动员技术动作进行实时监控。
[0040]
近年来，随着惯性传感技术的不断成熟，惯性传感器的精度得到大幅提升，体积变得越来越小，成本越来越低。其在消费电子产品、人工智能、机械制造、航空航天等领域都广泛使用，已成为热门设备。惯性传感器还凭借高精度性、稳定性、体积小巧的优势，能对物体运动方向和运动幅度进行精准便捷的测量，因此大量学者基于惯性传感器研发出各种人体姿态检测与运动识别系统。同时，无线通信模块的兴起，下位机之间以及下位机与上位机进行无线传输也更加便捷。在此基础上，研制适用于监控射箭运动的设备成为可能。
[0041]
基于此，本技术实施例中将惯性传感器应用于射箭运动信息的采集，再结合高速摄像机采集的视频图像对惯性传感器采集的数据进行射箭阶段划分，从而对射箭运动员的动作进行分析和指导。
[0042]
图1示出了本技术实施例可提供的射箭运动信息采集系统，该系统包括多个惯性传感器节点101、高速摄像机102和上位机103。所述高速摄像机102和所述多个惯性传感器
节点101分别与所述上位机103通信连接。图1中示出了惯性传感器节点1、惯性传感器节点2至惯性传感器节点n，n为大于或等于3的整数，例如n等于10。
[0043]
所述多个惯性传感器节点101设置在射箭运动员身体的第一预设位置及反曲弓的第二预设位置上，用于采集在射箭过程中射箭运动员身体多个肢体的第一运动信息和反曲弓的第二运动信息，并将所述第一运动信息和所述第二运行信息发送给所述上位机103。
[0044]
所述高速摄像机102设置在射箭运动员前侧，用于采集射箭运动员整个射箭过程的视频图像，并将所述视频图像发送给所述上位机103。其中，所述高速摄像机102与所述多个惯性传感器节点101的时钟同步，从而可以基于视频图像确定各个射箭阶段的阶段时间，进而确定各个射箭阶段对应的运动信息。
[0045]
所述上位机103基于所述视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，以及根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析。
[0046]
一些实施例中，第一预设位置可以包括：左上臂外侧，肩、肘关节中点；左前臂外侧，肘、腕关节中点；右上臂外侧，肩、肘关节中点；右前臂外侧，肘、腕关节中点；左大腿外侧，髋、膝关节中点；左小腿外侧，膝、踝关节中点；右大腿外侧，髋、膝关节中点；右小腿外侧，膝、踝关节中点；腰部骶骨处。所述第二预设位置为：瞄准器右侧。
[0047]
例如，可以对各个惯性传感器节点进行编号，各个编号的惯性传感器节点与射箭运动员身体和反曲弓的位置对应关系如表1所示。
[0048]
表1惯性传感器对应身体和反曲弓的位置
[0049]
编号放置位置1左上臂外侧，肩、肘关节中点2左前臂外侧，肘、腕关节中点3右上臂外侧，肩、肘关节中点4右前臂外侧，肘、腕关节中点5左大腿外侧，髋、膝关节中点6左小腿外侧，膝、踝关节中点7右大腿外侧，髋、膝关节中点8右小腿外侧，膝、踝关节中点9腰部骶骨处10反曲弓-瞄准器右侧
[0050]
在力学中，刚体(rigid body)是指在运动中和受到力的作用后，大小与形状不变，而且内部各点的相对位置不变的物体。然而现实中绝对的刚体是不存在的，它只是一种理想的状态与模型，因为任何物体在受力后，都会出现不同程度地变形，如果变形的程度相对于物体本身几何尺寸来说极为微小，研究物体运动时变形就可以忽略不计。而在大多数运动过程中，人体骨骼受力后变形都很小，基本保持原有的大小和形状，为了简化问题同时能够保证对射箭运动员的射箭动作进行跟踪与分析，可以依据刚体力学原理构建人体骨骼模型，以进一步确定惯性传感器放置位置。
[0051]
根据人体解剖学理论知识，成人人体骨骼共有206块，骨骼与骨骼之间由关节连接起来，除6块听小骨属于感觉器外，按部位可分为颅骨23块，躯干骨51块、四肢骨126块。人体
每块骨骼是独立存在并相互作用的，其自身的运动属性要受到关节的约束。倘若按照实际的人体骨骼现实状况进行惯性传感器的放置，并对射箭运动员进行实时动作采集与数据输出，计算量大且运动关系太复杂，所以有必要忽略在运动过程中影响较小的骨骼并依据刚体力学简化骨骼模型。根据人体骨骼结构，人体全身骨骼主要由颅骨、躯干骨、上肢骨、下肢骨四部分组成，进一步细分可分为头部骨骼、胸腔骨骼、左上臂骨骼、右上臂骨骼、左前臂骨骼、右前臂骨骼、骨盆骨骼、左大腿骨骼、右大腿骨骼、左小腿骨骼、右小腿骨骼，简化后共有11个骨骼组成的人体结构模型，简化后的骨骼模型如图2所示。
[0052]
通过专家访谈和实际观察，射箭主要是依靠左手持弓、右手拉弦，躯干和下肢要保持稳定的姿势才能将箭稳稳的发射出去。根据以上射箭运动特点及人体骨骼模型，需要在射箭运动员的各个肢体部位上绑定9个惯性传感器，分别绑定在左上臂、右上臂、左前臂、右前臂、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿、腰部这9个部位。
[0053]
人体在运动时相关联的关节会使附近的肌肉与皮肤发生形变，如将惯性传感器放置在各部位的关节处，那么会使惯性传感器发生相对位移或者旋转运动，会破坏理想的刚体运动模型，进而直接影响惯性传感器的数据测量，会对结果带来较大误差。因此可以将惯性传感器具体的放置位置统一设置在远离关节的地方，这样能较大程度地避免因肌肉与皮肤形变而导致的数据采集误差。
[0054]
在反曲弓上放置惯性传感器是为了监测射箭过程中反曲弓的运动。反曲弓主要由弓把、弓柄、上弓片、下弓片、箭弦、瞄准器、平衡杆组成，如图3-29所示。最初是决定在弓片上放置惯性传感器，但在实际观察中发现射箭运动员在开弓阶段拉弦时，由上下弓片、弓把组成的反曲弓会产生弓张角，在撒放时上下弓片会产生强烈的弓张力，惯性传感器若放置在弓片上，弓张力势必会让传感器产生脱落弹出现象，会严重影响运动员及测试人员安全。
[0055]
为了减小不安全因素，又能很好的测试弓的运动，于是舍弃弓片位置，将惯性传感器节点放置位置选取在了弓柄的中间部分，这部分刚好位于整个弓的中间，受弓张力的影响非常小。之后了解到，放置在弓柄会影响到运动员握弓，而且在固势阶段中运动员会用瞄准器进行瞄准，并依据瞄准情况对弓进行调整，这个位置能很好的反映反曲弓的运动。基于此对反曲弓上的瞄准器进行了细致观察，发现瞄准器上的瞄准点位于支撑体的左侧，如将惯性传感器放置于支撑体右侧不会影响运动员对箭靶的瞄准，且瞄准器的支撑体非常平整，能够很好的放置惯性传感器。
[0056]
如图3所示，一些实施例中，惯性传感器节点101可以包括惯性传感器1011、处理器1012、电源1013、通信模块1014和卡座(图3未示出)，所述惯性传感器1011、所述通信模块1014和所述卡座均与所述处理器1012连接。
[0057]
所述电源1013用于为所述惯性传感器1011、所述处理器1012和所述通信模块1014供电。所述卡座用于放置存储卡1015，所述存储卡1015与所述处理器1012连接。所述通信模块1014用于接收所述上位机103下发的指令，并将所述指令传送给所述处理器1012。所述处理器1012用于响应所述指令，控制所述惯性传感器1011采集运动信息，并将所述惯性传感器1011采集到的运动信息通过所述通信模块1014发送给所述上位机103，以及将所述惯性传感器1011采集到的运动信息存储至所述存储卡1015。
[0058]
参见图3，一些实施例中，每个惯性传感器节点101还可以包括指示灯1016，所述指示1016与所述处理器1012连接。在所述惯性传感器节点101与所述上位机103未建立通信连
接时，所述处理器1012控制所述指示灯1016以第一工作方式工作。在所述惯性传感器节点101与所述上位机103建立通信连接后，所述处理器1012控制所述指示灯1016以第二工作方式工作。在所述惯性传感器节点101向所述上位机103发送运动信息时，所述处理器1012控制所述指示灯1016以第三工作方式工作。
[0059]
例如，第一工作方式可以为指示灯1016发出红光，第二工作方式可以为指示灯1016发出蓝光，第三工作方式可以为指示灯1016发出闪烁蓝光。指示灯1015发出红光即为惯性传感器节点101与上位机103未建立通信连接，指示灯1015发出蓝光即为惯性传感器节点101与上位机103已建立通信连接，指示灯1015发出闪烁蓝光即为惯性传感器节点101在向上位机103发送运动信息。
[0060]
一些实施例中，每个惯性传感器节点101还可以包括type c接口和线性稳压器。所述type c接口与所述电源1013连接，type c接口能够与外部电源连接，来为电源1013中的储能部分充电。所述电源1013通过所述线性稳压器为所述惯性传感器1011、所述处理器1012和所述通信模块1014供电，为其提供稳定的直流输出电压，保护设备安全并长期可靠的工作。
[0061]
一些实施例中，所述高速摄像机102距离地面高度可以为1.6米，距离射箭运动员的距离可以为1.5米至2.0米。
[0062]
射箭运动员是左右脚平行跨立于起射线，起射线直线距离射箭靶纸70m，身体左侧即左侧矢状面面对射箭靶纸，通过实地观察能够记录运动员射箭完整动作的是身体正前侧的冠状面，因此将高速摄像机102放置于射箭运动员身体正前侧的位置。另外，为了能够完整准确地记录运动员的射箭动作，在测试前对高速摄像机102的高度和距离都进行了调试，在高速摄像机102距离地面高度为1.60m，放置射箭运动员的距离为1.5m-2m时，采集的视频图像较佳。
[0063]
作为举例，惯性传感器1011可以选用mpu6050惯性传感模块，其包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和数字运动处理器(dmp)，所有集成在一个4*4*0.9mm的小型封装中，免除了组合陀螺仪与加速计时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。处理器1012可以选用意法半导体stm32f4系列下的stm32f405rgt6单片机，该单片机基于高性能的arm cortex-m4 32位risc核心架构，工作频率高达168mhz，计算能力强，非常适合对多个传感器数据进行实时读取。通信模块1014可以选用atk-esp-01模块，该wifi模块外形尺寸仅为24*16*3(
±
0.2)mm，是一款高性能802.11b/g/n wifi soc模块，工作温度为-20℃～85℃，工作湿度为10％rh～90％rh。
[0064]
射箭运动信息采集系统是需要进行无线传输的，若使用固定电源为惯性传感器节点进行供电，会失去灵活性特点，因此要选取移动电源。作为与身体接触的穿戴设备，电池的安全质量要高，所占空间应尽可能小，同时选取的电源模块要满足长时间采集数据的需求，其输出电压也应在惯性传感器节点的工作电压区间。综合上述内容并结合实际情况，电源1013可以选取603040型号锂电池。
[0065]
本实施例中，可以通过烧录器将各个惯性传感器节点与上位机(例如电脑)连接，将写好的连接硬件与软件的无线通信代码通过烧录器依次传输到每个惯性传感器节点中，这样每个惯性传感器节点就能通过同一个ip地址与上位机软件建立通信连接。
[0066]
一些实施例中，上位机103基于视频图像的采集时间确定射箭运动员各个射箭阶
段的阶段时间的过程，可以包括：将所述视频图像按照120帧/秒的速度回放；响应用户输入的射箭阶段划分操作，确定每个射箭阶段的首帧图像的时间到末帧图像的时间，首帧图像的时间为对应射箭阶段的起始时间，末帧图像的时间为对应射箭阶段的结束时间。
[0067]
其中，射箭阶段可以包括举弓阶段、开弓阶段、固势阶段和撒放。这四个部分依据弓、弦以及上肢在空间中的移动特征来进行划分，为明确各阶段的定义，本技术实施例中的运动员均为左手持弓，持弓臂由左上臂、左前臂、左手组成，拉弓臂由右上臂、右前臂、右手组成，其中撒放手是指用于拉弦的右手。
[0068]
举弓阶段的起始时间可以为视频图像中弓前平衡杆的前点离开地面的该帧图像的时间，结束时间可以为视频图像中持弓臂的手在最高点的该帧图像的时间。开弓阶段的起始时间可以为视频图像中持弓臂的手在最高点的该帧图像的时间，结束时间可以为视频图像中拉弓臂一侧的弦贴近下颌角的该帧图像的时间。固势阶段的起始时间可以为视频图像中拉弓臂一侧的弦贴近下颌角的该帧图像的时间，结束时间可以为视频图像中箭离撒放手的首帧的该帧图像的时间。撒放时刻为视频图像中箭离撒放手的该帧图像的时间。
[0069]
上位机103根据阶段时间对第一运动信息和第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析，可以包括：根据每个射箭阶段的起始时间和结束时间，从第一运动信息和第二运动信息中确定与该射箭阶段对应的运动数据；基于该运动数据确定在每个射箭阶段中射箭运动员身体多个部位以及反曲弓在该射箭阶段的加速度和角速度。
[0070]
例如，射箭阶段分为举弓阶段、开弓阶段、固势阶段和撒放四个部分，则上位机103根据各个射箭阶段对应的阶段时间对第一运动信息和第二运动信息进行划分，可以得到举弓阶段、开弓阶段、固势阶段和撒放四个部分分别对应的运动数据。之后，上位机103根据举弓阶段、开弓阶段、固势阶段和撒放四个部分的运动数据即可以确定身体多个部位以及反曲弓在这四个部分的加速度和角速度。
[0071]
另外，上位机103还用于：根据射箭运动员各个射箭阶段的阶段时间，以及射箭运动员身体多个部位以及反曲弓在该射箭阶段的加速度和角速度，确定射箭运动员在各个射箭阶段的动作稳定性。
[0072]
另外，上位机103还可以对惯性传感器节点101发送的第一运动信息和第二运动信息进行如下处理：(1)实时读取各个惯性传感器节点在x、y、z三个方向上的加速度、角速度数据；(2)实时显示各个惯性传感器节点在x、y、z三个方向的加速度、角速度曲线；(3)能够截取、放大、缩小、保存(2)中曲线；(4)能够任意切换各个惯性传感器节点数据实时接收界面；(5)能够任意显示和隐藏其中一条轴的加速度或角速度曲线；(6)能够保存x、y、z三个方向的加速度、角速度的原始数据到excel中；(7)能将已有的加速度、角速度原始数据导入软件中形成曲线。
[0073]
图4是本技术一实施例提供的射箭运动信息处理方法的示意性流程图，参照图4，对该射箭运动信息处理方法的详述如下：
[0074]
步骤201，获取射箭运动员的第一运动信息和反曲弓的第二运动信息。
[0075]
其中，所述第一运动信息基于设置在射箭运动员身体上的多个惯性传感器采集得到，所述第二运动信息基于设置在反曲弓上的惯性传感器，所述第一运动信息为整个射箭过程中射箭运动员身体多个肢体的运动信息，第二运动信息为整个射箭过程中反曲弓的运动信息。
[0076]
关于惯性传感器节点在射箭运动员身上的设置位置，以及在反曲弓上的设置位置，请参考前述相关内容，在此不再赘述。
[0077]
步骤202，获取高速摄像机发送的射箭运动员在整个射箭过程的视频图像，所述高速摄像机与所述多个惯性传感器节点的时钟同步。
[0078]
其中，高速摄像机与惯性传感器节点的时钟同步，可以基于视频图像确定各个射箭阶段的阶段时间，进而确定各个射箭阶段对应的运动信息。
[0079]
步骤203，基于所述视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，以及根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析。
[0080]
一些实施例中，上述基于所述视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，可以包括：将所述视频图像按照120帧/秒的速度回放；响应用户输入的射箭阶段划分操作，确定每个射箭阶段的首帧图像的时间到末帧图像的时间，首帧图像的时间为对应射箭阶段的起始时间，末帧图像的时间为对应射箭阶段的结束时间。
[0081]
其中，各个射箭阶段的划分请参考前述相关内容，在此不再赘述。
[0082]
如图5(a)所示，以位于射箭运动员的左上臂的惯性传感器节点采集到的运动信息(加速度和角速度)为例，进行说明。通过视频图像对该射箭运动员的各个射箭阶段进行划分，可以确定各个射箭阶段的阶段时间。之后，根据该阶段时间对左上臂的惯性传感器节点采集到的角速度数据进行分割，得到如图5(a)所示的各个射箭阶段，根据该阶段时间对左上臂的惯性传感器节点采集到的角速度数据进行分割，得到如图5(b)所示的各个射箭阶段。
[0083]
一些实施例中，上述根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析，包括：根据每个射箭阶段的起始时间和结束时间，从第一运动信息和第二运动信息中确定与该射箭阶段对应的运动数据；基于该运动数据确定在每个射箭阶段中射箭运动员身体多个部位以及反曲弓在该射箭阶段的加速度和角速度。
[0084]
一些实施例中，上根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析，可以包括：根据射箭运动员各个射箭阶段的阶段时间，以及射箭运动员身体多个部位以及反曲弓在该射箭阶段的加速度和角速度，确定射箭运动员在各个射箭阶段的动作稳定性。
[0085]
其中，各个射箭阶段的阶段时间，身体多位的加速度和角速度，以及反曲弓的加速度和角速度，通常都是有一定规律范围的，若在某个射箭阶段中这些数据的波动过大，则可以确定该射箭运动员的动作稳定性较差，从而可以根据具体阶段以及加速度和角速度的具体数据对该射箭运动员的动作进行分析指导。
[0086]
示例性的，对于每个射箭运动员采集多支弓箭对应的第一运动信息和第二运动信息，第一运动信息包括射箭运动员肢体的加速度和角速度，第二运动信息包括反曲弓的加速度和角速度。
[0087]
上述根据射箭运动员各个射箭阶段的阶段时间，以及射箭运动员身体多个部位以及反曲弓在该射箭阶段的加速度和角速度，确定射箭运动员在各个射箭阶段的动作稳定性，可以包括：
[0088]
对于每个射箭运动员，根据多支弓箭对应的第一运动信息和每支弓箭的环值，确
定该射箭运动员在每个射箭阶段的时间稳定性和肢体动作稳定性，肢体动作稳定性包括肢体加速度稳定性和肢体角速度稳定性；所述时间稳定性基于多支弓箭对应的各个射箭阶段所用时间的方差确定，所述肢体加速度稳定性基于多支弓箭对应的各个射箭阶段的肢体加速度的方差确定，所述肢体角速度稳定性基于多支弓箭对应的各个射箭阶段的肢体角速度的方差确定；
[0089]
根据多支弓箭对应的第二运动信息确定该射箭运动员在每个射箭阶段的反曲弓加速度稳定性和反曲弓角速度稳定性，所述反曲弓加速度稳定性基于多支弓箭对应的各个射箭阶段的反曲弓加速度的方差确定，所述反曲弓角速度稳定性基于多支弓箭对应的各个射箭阶段的反曲弓角速度的方差确定。
[0090]
一些实施例中，上述方法还可以包括：对射箭运动员在开弓阶段和固势阶段的第一运动信息进行采样，第一运动信息包含肢体加速度和所用时间；计算采样结果中肢体加速度的方差和所用时间的方差；若该肢体加速度的方差小于第一方差阈值，且该所用时间的方差小于第二方差阈值，则确定该射箭运动员稳定性好；否则，确定该射箭运动员稳定性差；其中，所述第一方差阈值和第二方差阈值基于该射箭运动员的大于预设环值时的开弓阶段和固势阶段的运动信息确定。
[0091]
以下通过对多名射箭运动员的运动信息进行采集分析，对本技术实施例进行进一步说明。
[0092]
采集射箭队10名运动员的运动信息，每名运动员发射36支箭，10名运动员共计发射360支箭。对10名运动员共计360支箭的时间数据、加速度与角速度数据进行整理，再进行定量分析。
[0093]
1、对时间数据的分析。
[0094]
表2 360支箭各阶段用时描述性统计表
[0095]
阶段时间m
±
sd(s)max(s)min(s)举弓时间1.76
±
0.473.180.80开弓时间2.15
±
0.353.451.13固势时间3.03
±
1.6111.330.62总时间6.94
±
1.7015.403.79
[0096]
由表2可知，360支箭各阶段动作时间均值由大到小依次为：固势时间(3.03
±
1.61s)＞开弓时间(2.15
±
0.35s)＞举弓时间(1.76
±
0.47s)。结合射箭项目实际来看：举弓阶段运动员只需要将弓稳定的往上举，肢体没有过多动作，也没有过多的瞄准任务，所以举弓动作相对其它阶段动作更快，用时相对更少；开弓阶段则需要运动员将箭弦缓缓拉开，从而保证肢体动作以稳定的状态进入固势阶段，同时在该阶段还要对目标进行粗瞄，因此开弓阶段用时相对较长；运动员在固势阶段中不仅要对抗弓的张力，而且还要进行精确的瞄准任务以找准时机进行撒放，因此完成该阶段需要更长的时间。
[0097]
此外，从360支箭中各阶段动作用时最大值与最小值能看出，在总时间上10名运动员表现出的时间节奏变化较大；而开弓时间的最大值与最小值差距最小，说明10名运动员在开弓时间上较集中，开弓的时间节奏一致性强。
[0098]
表3不同等级阶段时间单因素方差分析
[0099][0100]
注：*表示p＜0.05，**表示p＜0.01
[0101]
由表3可知，不同等级在举弓时间、总时间上没有显示出显著性差异(p＞0.05)，但从数值上看，运动健将总时间要少于一级运动员与二级运动员，说明健将运动员整体的射箭节奏更快。不同等级在开弓时间、固势时间上具有显著性差异(p＜0.01)，表现为运动健将在开弓时间上要长于一级运动员和二级运动员，固势时间上要短于一级运动员和二级运动员。结合射箭实际来看：开弓阶段运动员要边拉弦边对射箭靶纸进行瞄准，而运动健将开弓时间长，有利于动作变慢从而减小开弓时上肢的晃动幅度，增加对目标靶纸瞄准时的身体稳定性。固势时间短，也能从侧面说明运动健将在射箭时是有意识的减慢开弓动作，以让开弓动作做得充分、稳定，这样才能从容的进入固势阶段并找准时机进行果断撒放，因此运动健将在固势阶段中就不会消耗更多时间。
[0102]
表4不同性别阶段时间t检验
[0103][0104]
注：*表示p＜0.05，**表示p＜0.01
[0105]
由表4可知，不同性别在开弓时间、总时间没有显著性差异(p＞0.05)，说明男、女运动员在开弓时间、总时间上均表现出一致性。不同性别在举弓时间、固势时间上具有显著性差异(p＜0.01)，从数值上看，男运动员的举弓时间和固势时间明显短于女运动员，表现为男运动员较女运动员举弓的时间节奏快，这或许是男女运动员在肌肉力量、速度上存在的生理性差异；其次男子运动员在射箭过程的固势时间更短，其在对目标靶纸进行瞄准任务时所需时间也相对更少，这说明男运动员较女运动员在射箭撒放节奏上更果断。
[0106]
2、对加速度数据的分析。
[0107]
表5 360支箭各阶段部位加速度均值
[0108][0109]
由表5可知，从加速度来看，360支箭中：
[0110]
举弓阶段，左前臂和弓部位的加速度均值在10m/s2以上，分别为10.08m/s2、10.25m/s2，说明这两个部位在举弓阶段中运动幅度较大，而其余部位加速度均值整体都在9.8m/s2附近，说明在举弓过程中这些部位动作比较平稳。
[0111]
开弓阶段，弓、持弓臂与拉弓臂各部位加速度均值都明显的小于9.8m/s2，这是上肢各部位进行拉弓动作而引起的动作幅度变大，其中右前臂运动幅度最大，这与右前臂直接参与拉弦动作有关；从加速度均值看，在开弓过程中，下肢各部位与躯干始终处于平稳状态。
[0112]
固势阶段，各部位的加速度均值均在9.8m/s2附近，说明在固势阶段中各部位运动幅度非常小，运动员处于一个相对静止状态。在这一阶段运动员主要是瞄准靶心，稳定身体姿态，以找准时机进行撒放。
[0113]
撒放瞬间，除下肢其余各部位加速度均值都有较大变化，尤其是弓和右前臂运动幅度最大，其中右前臂加速度均值为34.6m/s2，弓加速度均值为35.43m/s2。
[0114]
从整体看，射箭过程中上肢与弓部位的加速度均值都有不同程度的变化，而下肢和躯干部位的加速度均值始终都在9.8m/s2附近，说明运动员在射箭时下肢保持的都比较平稳，没有剧烈动作出现，这也表明射箭主要是上肢进行的运动，其次与运动员在射箭过程中左、右脚直接接触地面提供更好的支撑力有关。
[0115]
3、对角速度数据的分析。
[0116]
表6 360支箭各阶段部位角速度均值
[0117][0118]
由表6可知，固势阶段各部位角速度值都非常小，其值基本在0～1
°
/s范围内，运动员在该阶段正处于瞄准状态，所以各部位没有明显的运动，而举弓阶段、开弓阶段以及撒放瞬间的左上臂、左前臂、右上臂、右前臂、弓的角速度值都有不同程度的变化，但下肢和躯干的角速度值变化幅度不大。从实际看是运动员在打每支箭时，其上肢会重复进行多次的举开弓以及撒放动作，而在整个射箭过程中不可能复刻一模一样的阶段动作，所以会导致上肢角速度出现差异较大的波动，而运动员下肢和躯干主要是保持射箭过程中稳定的身体姿势，没有过多的动作，所以角速度不会出现差异较大的波动。
[0119]
从射箭运动信息采集系统输出的360支箭各阶段各部位加速度和角速度均值可以看出，射箭过程中各部位的加速度和角速度均值都有不同程度的变化。但举弓、开弓、固势阶段各部位加速度与角速度均值总体都较小且变化程度较小，占整个射箭过程的绝大部分，这说明射箭主要是静力性运动，而从撒放瞬间各部位的加速度和角速度均值来看右前臂以及弓部位的变化差异最大，这两个部位或许是运动员的差异所在。
[0120]
以下结合图6对运动员a的射箭动作进行分析。
[0121]
举弓阶段，是运动员持弓臂持弓，拉弓臂撒放手钩弦进行上举的动作，该阶段主要是为了上举舒展肩部，以更好的进行开弓。从曲线可以看出，在该阶段，弓的加速度总体是缓慢上升的，说明持弓臂举弓时动作稳定，在举弓要结束的时候加速度曲线变小，说明弓达到举弓最高点，准备开弓，右前臂加速度曲线在1s附近出现了不规则的曲线，这是运动员右前臂在举弓过程中进行预拉弦产生的，随后曲线趋于平稳，该阶段用时为1.43s。
[0122]
开弓阶段，是运动员持弓臂持弓伸展前撑，拉弓臂后拉将箭弦拉开的阶段，该阶段要注重前撑后拉在同一延长线上进行平稳用力。从曲线可以看出，弓与右前臂的加速度曲线起伏非常小，整体趋于一条直线，加速度在9.8m/s2附近，说明远动员a持弓臂与右前臂用力均衡，开弓动作非常平稳，该阶段用时为2.2s。
[0123]
固势阶段，是靠弦到撒放之间的阶段，该阶段主要是持续保持拉弓状态并瞄准靶星，找准撒放时机。在该阶段右手持续用力贯穿始终，主要是增加拉距以提高箭支撒放时的初速度，在开始的时候持续用力是一个不稳定过程，且用力时靠弦的位置是不能移动的，所以常规的仪器很难监测到这一细微过程。从曲线中看，该阶段初期右前臂有一段波峰波谷出现，这就是运动员持续用力的初期，时长为0.94s，平均加速度为10.02m/s2，随后曲线趋
于平稳，处于精准瞄准阶段，在该阶段弓的加速度曲线始终没有大幅度变化，说明在固势阶段中持弓臂持弓时表现出非常平稳的状态，该阶段用时为3.14s。
[0124]
撒放时刻，主要是右手进行松弦动作。从曲线中看，撒放时刻弓与右前臂的加速度曲线没有变化，说明林*润该支箭是在稳定的状态下进行的撒放动作，撒放后瞬间弓与右前臂的加速度曲线分别出现了一个波峰，其中右手臂由于松弦动作使加速度达到了36.28m/s2，弓的加速度达到了52.26m/s2，该10环动作总用时为6.77s。
[0125]
表7远动员a的10次射箭关键阶段和部位加速度、时间与环值统计
[0126][0127]
由表7可知，远动员a10环持续用力初期加速度均值与9.8m/s2差值为0.24
±
0.03，10环持续用力初期时长为0.97
±
0.02s，弓加速度峰值52.75
±
0.62m/s2，右前臂加速度峰值38.25
±
1.46m/s2。非10环持续用力初期加速度均值与9.8m/s2差值为0.31
±
0.14，非10环持续用力初期时长为0.94
±
0.04s，弓加速度峰值51.73
±
0.75m/s2，右前臂加速度峰值36.93
±
1.81m/s2。
[0128]
从时间上看，远动员a10环与非10环持续用力初期时间差异小，说明其在持续用力初期的时间节奏非常稳定。从加速度上看，10环持续用力初期加速度均值与9.8m/s2差值变化小，说明远动员a在10环动作的持续用力中右前臂用力均匀，动作稳定；而在非10环中持续用力初期的动作幅度则产生差异，说明远动员a在非10环动作的持续用力中右前臂动作稳定性较差。撒放瞬间10环与非10环在弓上的加速度值峰值差异小，但是非10环撒放瞬间右前臂加速度峰值则与10环产生差异，差值达到4.86m/s2，且非10环右前臂在撒放瞬间的加速度峰值较10环波动大。
[0129]
以下结合图7对运动员b的射箭动作进行分析。
[0130]
举弓阶段，是运动员持弓臂持弓，拉弓臂撒放手钩弦进行上举的动作，该阶段主要是为了上举舒展肩部，以更好的进行开弓。从曲线可以看出，在该阶段，运动员b的加速度曲线起伏不大，说明举弓动作稳定，右前臂加速度曲线则出现了不规则的曲线，这是运动员右前臂在举弓过程中进行预拉弦，该阶段用时为1.19s。
[0131]
开弓阶段，是运动员持弓臂持弓伸展前撑，拉弓臂后拉将箭弦拉开的阶段，该阶段要注重前撑后拉在同一延长线上进行平稳用力。从曲线可以看出，弓的加速度曲线比较平
缓，说明运动员b在开弓过程中，弓保持的很稳定，右前臂加速度曲线出现了多个小波峰和波谷，但整体上是有规律的波动，没有出现较大的起伏，这或许是运动员b开弓时右前臂的个性特征，该阶段用时为1.2s。
[0132]
固势阶段，是靠弦到撒放之间的阶段，该阶段主要是持续保持拉弓状态并瞄准靶星，找准撒放时机。从曲线中看，该阶段运动员b持续用力初期时为0.98s，平均加速度为10.09m/s2，随后，右前臂与弓的加速度曲线重合，两个部位表现出了一致的稳定性；固势阶段用时为3.5s。
[0133]
撒放时刻，整个身体姿态要高度稳定，其次右手进行松弦动作。从曲线中看，撒放时弓与右前臂曲线继续保持一条直线，说明撒放动作稳定，撒放后弓与右前臂的加速度曲线瞬间出现一个波峰，右手臂由于松弦动作使加速度达到了35.88m/s2，弓的加速度达到了52.17m/s2，该10环动作总用时为5.89s。
[0134]
表8运动员b的10次射箭关键阶段和部位加速度、时间与环值统计
[0135][0136]
由表8可知，运动员b的10环持续用力初期加速度均值与9.8差值为0.30m/s2±
0.05，10环持续用力初期时长为0.97
±
0.05s，弓加速度峰值52.30
±
0.79m/s2，右前臂加速度峰值35.55
±
1.07m/s2。非10环持续用力初期加速度均值与9.8m/s2差值为0.54
±
0.18，非10环持续用力初期时长为0.63
±
0.39s，弓加速度峰值48.45
±
7.11m/s2，右前臂加速度峰值34.21
±
6.16m/s2。
[0137]
从时间上看，运动员b非10环中的8、7环值的持续用力初期时间远比其他环值短，最大差值为0.71s，且两个环值较其他环值与9.8m/s2差值更大。这可能是运动员b在持续用力初期时右前臂拉的过快，导致动作幅度变大，反映在与9.8m/s2差值也更大，这不利于固势阶段中弓与右前臂的稳定性，进而影响最终的环值。从加速度来看，撒放瞬间10环与非10环在弓与右前臂的加速度峰值上都有着明显差异，弓与右前臂加速度峰值最大差值分别为：14.13m/s2、12.05m/s2；从整体看，运动员b的10环动作弓和右前臂的加速度峰值明显较非10环稳定，而非10环的弓和右前臂的加速度峰值则出现较大波动。
[0138]
射箭运动作为表现准确性项群，动作一致性是射箭运动员水平的重要体现，前人对于射箭一致性的监测多是采用表面肌电、三维高速摄像等方法对运动员射箭发力、关节
角度和时间进行评价。根据前述对部分运动员的分析能够说明本技术实施例能够快速监测到固势阶段持续用力初期加速度平均值和所用时间、以及撒放时弓与右前臂的加速度峰值，由于运动员在多次训练和比赛中，养成了自己的时间和动作节奏，具有较强的个性化特点，若直接采用标准差来描述运动员的一致性是不合适的，因此选用标准差除以均值即变异系数(sd/mn)来描述5名运动员的一致性。
[0139]
1、5名运动员的固势阶段。
[0140]
表9 5名远动员持续用力初期加速度、时长平均值与一致性表
[0141][0142]
由表9可知，从持续用力初期加速度均值与9.8m/s2的差值变异系数来看，由小到大为：运动员a＜运动员c＜运动员d＜运动员b＜运动员e，说明在持续用力初期运动员a的右前臂动作一致性最好，其次为运动员c、运动员d和运动员b，而运动员e在持续用力初期右前臂动作一致性最差。从持续用力初期时间变异系数来看，由小到大为：运动员c＜运动员a＜运动员d＜运动员b＜运动员e，说明运动员c在持续用力初期时间上一致性最好，其次为运动员a、运动员d和运动员b，而运动员e在持续用力初期时间上一致性最差。
[0143]
从持续用力初期加速度均值与9.8m/s2的差值来看，由小到大为：运动员c＜运动员a＜运动员b＜运动员d＜运动员e，说明在持续用力初期运动员c右前臂动作幅度最小，其次为运动员a、运动员b和运动员d，而运动员e右前臂动作幅度最大。运动员c持续用力初期时间用时最多，均值为1.03s，差值均值为0.25；而运动员e持续用力初期时间用时最少，均值为0.43s，而差值为0.83，与之相对应的是右前臂相对于运动员c动作幅度更大。从差值与时间趋势可知，持续用力初期时间越长，初期加速度均值与9.8m/s2的差值越小，这说明在持续用力初期动作节奏放慢，有利于减小动作幅度，提高动作稳定性，以更好的进入固始阶段进行瞄准任务。
[0144]
2、5名运动员的撒放瞬间。
[0145]
撒放瞬间弓的加速度峰值是由于箭弦在开弓阶段和固势阶段中箭弦被运动员的右前臂撒放手向后持续拉开，使连接箭弦的上下弓片发生形变具有了弹性势能，在撒放时弓片回弹的能量瞬间反映在反曲弓上而产生的一个加速度峰值。弹性势能与材料和形变程度有关，在射箭实际中就是相同弓磅数的情况下，拉距越一致，弓片形变程度就一致，反映在弓上的加速度峰值就越稳定。
[0146]
表10 5名运动员撒放瞬间弓加速度峰值均值与一致性表
[0147][0148]
由表10可知，5名运动员撒放瞬间反曲弓加速度峰值均值不同与每人弓磅数的不同有关，弓磅数大相对的弹性势能就越大，反映在加速度峰值上就大。5人中撒放瞬间弓加速度峰值变异系数由小到大为：运动员a＜运动员c＜运动员d＜运动员b＜运动员e，从变异系数上看，运动员a变异系数最低，说明在开弓阶段和固势阶段中拉距一致性好，反映在反曲弓上的加速度峰值越稳定，其次为运动员c、运动员b和运动员d，而运动员e变异系数最高，说明运动员e每支箭拉距波动大，拉锯的一致性较差，这是今后运动员e训练中需要着重注意的方面。此外，运动员a与运动员c都是运动健将，他们变异系数相较于一级与二级都较小，一级比二级小，这显示出水平越高的运动员撒放瞬间弓加速度峰值越稳定，一致性越强；说明健将运动员在射箭时，都是以稳定的拉距进行发射。
[0149]
表11 5名运动员撒放瞬间右前臂加速度峰值均值与一致性表
[0150][0151]
由表11可知，5名运动员中变异系数由小到大为：运动员c＜运动员a＜运动员b＜运动员d＜运动员e，运动员c变异系数最小，说明运动员c撒放时右前臂加速度峰值波动小，一致性最好，其次为运动员a、运动员b和运动员d，运动员e变异系数最大，说明撒放时右前臂动作程序化不高，一致性差。此外，运动员a与运动员c都是健将，他们变异系数相较于一级与二级都较小，一级比二级小，这说明水平越高的运动员撒放瞬间右前臂加速度峰值越稳定，一致性越强，反映在射箭实际中就是松弦后右前臂都以相同的速度变化自然顺势的向后运动到固定位置，撒放动作程序化高。
[0152]
上述射箭运动信息处理方法，获取射箭运动员的第一运动信息和反曲弓的第二运动信息；获取高速摄像机发送的射箭运动员在整个射箭过程的视频图像，高速摄像机与惯性传感器节点的时钟同步；基于视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，以及根据阶段时间对第一运动信息和第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析，能够通过高速摄像机采集的视频图像对惯性传感器节点采集的运动信息进行射箭阶段划分，进而根据各个阶段的运动数据对射箭运动员的动作进行分析和指导，相对于传统
技术能够提高动作分析的准确性。
[0153]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0154]
对应于上文实施例所述的射箭运动信息处理方法，图8示出了本技术实施例提供的射箭运动信息处理装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本技术实施例相关的部分。
[0155]
参见图8，本技术实施例中的射箭运动信息处理装置可以包括运动信息获取模块301、视频图像获取模块302和处理模块303。
[0156]
其中，运动信息获取模块301用于获取射箭运动员的第一运动信息和反曲弓的第二运动信息，所述第一运动信息基于设置在射箭运动员身体上的多个惯性传感器采集得到，所述第二运动信息基于设置在反曲弓上的惯性传感器，所述第一运动信息为整个射箭过程中射箭运动员身体多个肢体的运动信息，第二运动信息为整个射箭过程中反曲弓的运动信息。
[0157]
视频图像获取模块302用于获取高速摄像机发送的射箭运动员在整个射箭过程的视频图像，所述高速摄像机与所述多个惯性传感器节点的时钟同步。
[0158]
处理模块303用于基于所述视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，以及根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析。
[0159]
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本技术方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
[0160]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0161]
本技术实施例还提供了一种上位机，参见图9，该上位机400可以包括：至少一个处理器410和存储器420，所述存储器420中存储有可在所述至少一个处理器410上运行的计算机程序，所述处理器410执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤，例如图4所示实施例中的步骤201至步骤203。或者，处理器410执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图8所示模块301至303的功能。
[0162]
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器420中，并由处理器410执行，以完成本技术。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序段，该程序段用于描述计算机程序在上位机400中的执行过程。
[0163]
本领域技术人员可以理解，图9仅仅是上位机的示例，并不构成对上位机的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0164]
处理器410可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0165]
存储器420可以是上位机的内部存储单元，也可以是上位机的外部存储设备，例如插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。所述存储器420用于存储所述计算机程序以及上位机所需的其他程序和数据。所述存储器420还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0166]
总线可以是工业标准体系结构(industry standard architecture，isa)总线、外部设备互连(peripheral component，pci)总线或扩展工业标准体系结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本技术附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
[0167]
本技术实施例提供的射箭运动信息处理方法可以应用于上位机(例如计算机、平板电脑、笔记本电脑、服务器等)、可穿戴设备、车载设备、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、增强现实(augmented reality，ar)/虚拟现实(virtual reality，vr)设备、手机等设备上，本技术实施例对上位机的具体类型不作任何限制。
[0168]
本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述射箭运动信息处理方法各个实施例中的步骤。
[0169]
本技术实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在移动终端上运行时，使得移动终端执行时实现可实现上述射箭运动信息处理方法各个实施例中的步骤。
[0170]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/上位机的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如u盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
[0171]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0172]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0173]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0174]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0175]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种射箭运动信息采集系统，其特征在于，包括多个惯性传感器节点、高速摄像机和上位机，所述高速摄像机和所述多个惯性传感器节点分别与所述上位机通信连接；所述多个惯性传感器节点设置在射箭运动员身体的第一预设位置及反曲弓的第二预设位置上，用于采集在射箭过程中射箭运动员身体多个肢体的第一运动信息和反曲弓的第二运动信息，并将所述第一运动信息和所述第二运行信息发送给所述上位机；所述高速摄像机设置在射箭运动员前侧，用于采集射箭运动员整个射箭过程的视频图像，并将所述视频图像发送给所述上位机；其中，所述高速摄像机与所述多个惯性传感器节点的时钟同步；所述上位机基于所述视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，以及根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析。2.如权利要求1所述的射箭运动信息采集系统，其特征在于，所述第一预设位置包括：左上臂外侧，肩、肘关节中点；左前臂外侧，肘、腕关节中点；右上臂外侧，肩、肘关节中点；右前臂外侧，肘、腕关节中点；左大腿外侧，髋、膝关节中点；左小腿外侧，膝、踝关节中点；右大腿外侧，髋、膝关节中点；右小腿外侧，膝、踝关节中点；腰部骶骨处；所述第二预设位置为：瞄准器右侧。3.如权利要求1所述的射箭运动信息采集系统，其特征在于，每个惯性传感器节点包括：惯性传感器、处理器、电源、通信模块和卡座，所述惯性传感器、所述通信模块和所述卡座均与所述处理器连接；所述电源用于为所述惯性传感器、所述处理器和所述通信模块供电；所述卡座用于放置存储卡，所述存储卡与所述处理器连接；所述通信模块用于接收所述上位机下发的指令，并将所述指令传送给所述处理器；所述处理器用于响应所述指令，控制所述惯性传感器采集运动信息，并将所述惯性传感器采集到的运动信息通过所述通信模块发送给所述上位机，以及将所述惯性传感器采集到的运动信息存储至所述存储卡。4.如权利要求3所述的射箭运动信息采集系统，其特征在于，每个惯性传感器节点还包括指示灯，所述指示灯与所述处理器连接；在所述惯性传感器节点与所述上位机未建立通信连接时，所述处理器控制所述指示灯以第一工作方式工作；在所述惯性传感器节点与所述上位机建立通信连接后，所述处理器控制所述指示灯以第二工作方式工作；在所述惯性传感器节点向所述上位机发送运动信息时，所述处理器控制所述指示灯以第三工作方式工作。5.如权利要求3所述的射箭运动信息采集系统，其特征在于，每个惯性传感器节点还包括type c接口和线性稳压器，所述type c接口与所述电源连接，所述电源通过所述线性稳压器为所述惯性传感器、所述处理器和所述通信模块供电；所述高速摄像机距离地面高度为1.6米，距离射箭运动员的距离为1.5米至2.0米。6.如权利要求1所述的射箭运动信息采集系统，其特征在于，所述上位机基于所述视频图像的采集时间确定射箭运动员各个射箭阶段的阶段时间，包括：
将所述视频图像按照120帧/秒的速度回放；响应用户输入的射箭阶段划分操作，确定每个射箭阶段的首帧图像的时间到末帧图像的时间，首帧图像的时间为对应射箭阶段的起始时间，末帧图像的时间为对应射箭阶段的结束时间；其中，射箭阶段包括举弓阶段、开弓阶段、固势阶段和撒放；所述举弓阶段的起始时间为视频图像中弓前平衡杆的前点离开地面的该帧图像的时间，结束时间为视频图像中持弓臂的手在最高点的该帧图像的时间；开弓阶段的起始时间为视频图像中持弓臂的手在最高点的该帧图像的时间，结束时间为视频图像中拉弓臂一侧的弦贴近下颌角的该帧图像的时间；固势阶段的起始时间为视频图像中拉弓臂一侧的弦贴近下颌角的该帧图像的时间，结束时间为视频图像中箭离撒放手的首帧的该帧图像的时间；撒放时刻为视频图像中箭离撒放手的该帧图像的时间。7.如权利要求6所述的射箭运动信息采集系统，其特征在于，所述根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析，包括：根据每个射箭阶段的起始时间和结束时间，从第一运动信息和第二运动信息中确定与该射箭阶段对应的运动数据；基于该运动数据确定在每个射箭阶段中射箭运动员身体多个部位以及反曲弓在该射箭阶段的加速度和角速度。8.如权利要求7所述的射箭运动信息采集系统，其特征在于，所述上位机还用于：根据射箭运动员各个射箭阶段的阶段时间，以及射箭运动员身体多个部位以及反曲弓在该射箭阶段的加速度和角速度，确定射箭运动员在各个射箭阶段的动作稳定性。9.一种射箭运动信息处理方法，其特征在于，包括：获取多个惯性传感器节点发送的第一运动信息和第二运动信息，所述多个惯性传感器节点设置在射箭运动员身体的第一预设位置及反曲弓的第二预设位置上，所述第一运动信息为整个射箭过程中射箭运动员身体多个肢体的运动信息，第二运动信息为整个射箭过程中反曲弓的运动信息；获取高速摄像机发送的射箭运动员在整个射箭过程的视频图像，所述高速摄像机与所述多个惯性传感器节点的时钟同步；基于所述视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，以及根据所述阶段时间对所述第一运动信息和所述第二运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析。10.一种上位机，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求9所述方法的步骤。

技术总结
本申请适用于运动信息采集技术领域，提供了射箭运动信息采集系统、射箭运动信息处理方法和上位机。该系统中多个惯性传感器节点设置在射箭运动员身体及反曲弓上，采集射箭过程中射箭运动员身体和反曲弓的运动信息；高速摄像机设置在射箭运动员前侧，用于采集射箭运动员整个射箭过程的视频图像，高速摄像机与多个惯性传感器节点的时钟同步；上位机基于视频图像的采集时间确定射箭运动员的各个射箭阶段的阶段时间，根据阶段时间对运动信息进行射箭阶段划分及射箭动作分析。本申请通过高速摄像机采集的视频图像对惯性传感器节点采集的运动信息进行射箭阶段划分，进而根据各个阶段的运动数据对射箭运动员的动作进行分析和指导，能够提高动作分析的准确性。够提高动作分析的准确性。够提高动作分析的准确性。


技术研发人员：赵毅博 潘癸名 冯倬 蔡亚林 彭多宝 乔璐
受保护的技术使用者：河北师范大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/12