本发明涉及武术教学技术领域，更具体地说，涉及一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统。
背景技术：
自中国武术出现之日起就成为了中华文明史中不可或缺的组成部分,具有不可替代的作用与价值。伴随着中国武术受重视程度的提升,高校成为传承与弘扬武术精神的重要载体,并且凭借自身的教育价值,成为推动中国武术持续发展的关键力量，另外民间的兴趣爱好者们也通过参加武术培训班的方式接触中国武术，但是目前绝大多数的教学方式还只是停留在教练亲身指导的阶段，一方面教练自身教学水平层次不齐，教学质量难以把控，另一方面由于需要照顾到每个学员，因此对教练的要求较高，很难做到兼顾，导致教学效率低，而最近兴起的动作捕捉设备，在肢体动作交互或识别中需要进行肢体动作捕捉感知，但是现有的通过光学或基于视频图像的动作捕捉方案，由于其属于间接捕捉用户肢体姿态，实际使用中其动作捕捉误差较大。而采用基于姿态传感器的肢体动作捕捉方案，虽直接地捕捉了用户肢体姿态，但需用户穿戴一整套动作捕捉服等设备，受限于服装及电气连接线缆的束缚，用户的穿戴体验效果不好，难以实际应用至武术教学内。
技术实现要素：
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，它可以实现基于高精度的先进图像处理技术，结合光学和视频图像的动作捕捉方案，可以较为精确的捕捉用户在武术教学时的肢体姿态，大幅降低动作捕捉误差，并在经过图像处理后与武术基准图像进行比对，从而对用户的武术姿势进行纠正，提高武术教学质量，用户通过注册登录的方式进入教学模式，然后在关键的关节部位佩戴助教关节贴，一方面通过发亮增加对比度的方式来使得图像处理可以针对性对武术动作的关键部位进行纠正，另一方面可以实时对关节穴位进行按摩，起到活血化瘀、减轻关节酸痛和疲劳感的作用，促使武术教学获得事半功倍的效果，另外助教关节贴还可以起到实时纠正细微姿势的作用，可以在局部姿势不对的关节部位进行变色或者高震的方式提示用户，及时纠正姿势，对武术教学效果有着显著的提升作用。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，包括训练室，所述训练室内安装有教学模块，所述教学模块包括后台处理中心，所述后台处理中心连接有用户交互模块和姿势纠正模块，所述用户交互模块包括主教单元和助教单元，所述主教单元包括触控面板和大型液晶屏，所述助教单元包括多个与人体关节相对应的助教关节贴，所述姿势纠正模块包括图像获取单元，所述图像获取单元连接有图像传输单元，所述图像传输单元连接有图像处理单元，所述图像处理单元连接有姿势比对单元，所述姿势比对单元连接有结果输出单元。
进一步的，所述助教关节贴包括基座，所述基座一端固定安装有助亮灯片，所述基座另一端开设有按摩槽，所述按摩槽内镶嵌活动安装有按摩珠，所述基座内安装有无线信号接收器和微型振动电机，且微型振动电机的振动端与按摩珠连接，所述按摩槽周向设置有多个环形阵列分布的吸附孔，所述基座内镶嵌有与多个吸附孔连通的环形管，所述环形管连接有微型气泵，按摩珠起到对用户关节部位的按摩作用，药熏球内盛放有药材粉末，助教关节贴采用无线的方式可以避免有线的佩戴烦恼和不便，而基座则起到增加亮度方便捕捉同时可以通过变色来提示用户姿势错误的作用。
进一步的，所述按摩珠包括球形磁石和包裹在球形磁石外的硅胶套，所述硅胶套与球形磁石之间镶嵌安装有电热丝，球形磁石可以起到关节部位磁疗的作用，硅胶套则起到柔性防护的作用，减少用户关节部位的不适感，电热丝则起到加热的作用，同时可以促进药熏球的药熏效果。
进一步的，所述按摩珠周围设有环形阵列分布的药熏球，所述药熏球上端固定连接有螺纹套筒，且按摩槽底壁上开设有与螺纹套筒相匹配的螺纹槽，所述药熏球为内部充填有药材粉末的球形针织袋，在受热的情况下可以定点向用户的关节部位释放，进而达到药熏的作用，同时也方便安装拆卸进行药材的补充。
进一步的，所述用户交互模块连接有用户登录模块，所述用户登录模块连接有验证模块，所述验证模块包括但不仅限于数字密码单元、指纹识别单元和面部识别单元，提高系统的使用安全性，同时利用个人信息进行用户绑定，方便数据备份和操作记录历史查询，提升用户的后续使用体验。
进一步的，所述后台处理中心上连接有联网模块，所述联网模块包括联机pk单元和在线资源爬取单元，联机pk单元用来与同一武术的用户进行在线pk，可以提高武术教学的趣味性，吸引更多的武术爱好者进行良性竞争，间接提高武术教学质量，在线资源爬取单元可以联网获取更多的武术视频来丰富教学资源，也可以做到与时俱进，跟上武术的时代发展。
进一步的，所述后台处理中心通过局域网连接有云服务器，所述云服务器连接有无线通讯模块，所述无线通讯模块连接有用户移动设备，云服务器作为该系统的在线智能管理平台，向用户开放赋予部分访问权限，例如教学视频的下载和关于用户自身的教学记录，另外也方便技术人员进行统一管理维护。
进一步的，所述图像获取单元包括多个在训练室内环绕排列的摄像机，所述摄像机的数量不低于6个，可以保证在各个角度获取到用户的不同姿态，以更多的原始图像数据保证图像处理和姿势比对的精度，不易出现拍摄死角。
进一步的，所述后台处理中心上连接有本地数据库，所述本地数据库包括永久数据单元和覆盖数据单元，永久数据单元包括一些基本数据和常用的教学视频等数据，而覆盖数据单元是该系统使用过程中产生的数据，在每次使用结束后都会定时上传云服务器进行备份，一方面保证数据不会丢失，可以随时调用，另一方面可以有效保护用户的武术教学数据，提高用户的数据隐私。
进一步的，所述图像处理单元包括图像增强、滤波处理、灰度转化、图像分割、二值化处理，对摄像机获取到的图像进行充分处理，处理精度越高质量越好，姿势比对的准确率也就越高，直接决定了武术教学质量。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案可以实现基于高精度的先进图像处理技术，结合光学和视频图像的动作捕捉方案，可以较为精确的捕捉用户在武术教学时的肢体姿态，大幅降低动作捕捉误差，并在经过图像处理后与武术基准图像进行比对，从而对用户的武术姿势进行纠正，提高武术教学质量，用户通过注册登录的方式进入教学模式，然后在关键的关节部位佩戴助教关节贴，一方面通过发亮增加对比度的方式来使得图像处理可以针对性对武术动作的关键部位进行纠正，另一方面可以实时对关节穴位进行按摩，起到活血化瘀、减轻关节酸痛和疲劳感的作用，促使武术教学获得事半功倍的效果，另外助教关节贴还可以起到实时纠正细微姿势的作用，可以在局部姿势不对的关节部位进行变色或者高震的方式提示用户，及时纠正姿势，对武术教学效果有着显著的提升作用。
(2)助教关节贴包括基座，基座一端固定安装有助亮灯片，基座另一端开设有按摩槽，按摩槽内镶嵌活动安装有按摩珠，基座内安装有无线信号接收器和微型振动电机，且微型振动电机的振动端与按摩珠连接，按摩槽周向设置有多个环形阵列分布的吸附孔，基座内镶嵌有与多个吸附孔连通的环形管，环形管连接有微型气泵，按摩珠起到对用户关节部位的按摩作用，药熏球内盛放有药材粉末，助教关节贴采用无线的方式可以避免有线的佩戴烦恼和不便，而基座则起到增加亮度方便捕捉同时可以通过变色来提示用户姿势错误的作用。
(3)按摩珠包括球形磁石和包裹在球形磁石外的硅胶套，硅胶套与球形磁石之间镶嵌安装有电热丝，球形磁石可以起到关节部位磁疗的作用，硅胶套则起到柔性防护的作用，减少用户关节部位的不适感，电热丝则起到加热的作用，同时可以促进药熏球的药熏效果。
(4)按摩珠周围设有环形阵列分布的药熏球，药熏球上端固定连接有螺纹套筒，且按摩槽底壁上开设有与螺纹套筒相匹配的螺纹槽，药熏球为内部充填有药材粉末的球形针织袋，在受热的情况下可以定点向用户的关节部位释放，进而达到药熏的作用，同时也方便安装拆卸进行药材的补充。
(5)用户交互模块连接有用户登录模块，用户登录模块连接有验证模块，验证模块包括但不仅限于数字密码单元、指纹识别单元和面部识别单元，提高系统的使用安全性，同时利用个人信息进行用户绑定，方便数据备份和操作记录历史查询，提升用户的后续使用体验。
(6)后台处理中心上连接有联网模块，联网模块包括联机pk单元和在线资源爬取单元，联机pk单元用来与同一武术的用户进行在线pk，可以提高武术教学的趣味性，吸引更多的武术爱好者进行良性竞争，间接提高武术教学质量，在线资源爬取单元可以联网获取更多的武术视频来丰富教学资源，也可以做到与时俱进，跟上武术的时代发展。
(7)后台处理中心通过局域网连接有云服务器，云服务器连接有无线通讯模块，无线通讯模块连接有用户移动设备，云服务器作为该系统的在线智能管理平台，向用户开放赋予部分访问权限，例如教学视频的下载和关于用户自身的教学记录，另外也方便技术人员进行统一管理维护。
(8)图像获取单元包括多个在训练室内环绕排列的摄像机，摄像机的数量不低于6个，可以保证在各个角度获取到用户的不同姿态，以更多的原始图像数据保证图像处理和姿势比对的精度，不易出现拍摄死角。
(9)后台处理中心上连接有本地数据库，本地数据库包括永久数据单元和覆盖数据单元，永久数据单元包括一些基本数据和常用的教学视频等数据，而覆盖数据单元是该系统使用过程中产生的数据，在每次使用结束后都会定时上传云服务器进行备份，一方面保证数据不会丢失，可以随时调用，另一方面可以有效保护用户的武术教学数据，提高用户的数据隐私。
(10)图像处理单元包括图像增强、滤波处理、灰度转化、图像分割、二值化处理，对摄像机获取到的图像进行充分处理，处理精度越高质量越好，姿势比对的准确率也就越高，直接决定了武术教学质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的模块原理图；
图3为本发明助教关节贴的结构示意图；
图4为本发明按摩珠部分的结构示意图；
图5为本发明图像处理的流程示意图。
图中标号说明：
1训练室、2后台处理中心、3用户交互模块、31主教单元、311触控面板、312大型液晶屏、32助教单元、321基座、322助亮灯片、323吸附孔、324按摩珠、325药熏球、326球形磁石、327电热丝、328硅胶套、4姿势纠正模块、41图像获取单元、42图像传输单元、43图像处理单元、44姿势比对单元、45结果输出单元、5用户登录模块、6验证模块、7联网模块、8云服务器、9无线通讯模块、10用户移动设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-2，一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，包括训练室1，训练室1内安装有教学模块，教学模块包括后台处理中心2，后台处理中心2连接有用户交互模块3和姿势纠正模块4，用户交互模块3包括主教单元31和助教单元32，主教单元31包括触控面板311和大型液晶屏312，武术教学视频的播放通过大型液晶屏312实现，同时在息屏时可以充当镜子观看用户的武术姿势，方便用户进行纠正，助教单元32包括多个与人体关节相对应的助教关节贴，姿势纠正模块4包括图像获取单元41，图像获取单元41连接有图像传输单元42，图像传输单元42连接有图像处理单元43，图像处理单元43连接有姿势比对单元44，姿势比对单元44连接有结果输出单元45。
用户交互模块3连接有用户登录模块5，用户登录模块5连接有验证模块6，验证模块6包括但不仅限于数字密码单元、指纹识别单元和面部识别单元，提高系统的使用安全性，同时利用个人信息进行用户绑定，方便数据备份和操作记录历史查询，提升用户的后续使用体验。
后台处理中心2上连接有联网模块7，联网模块7包括联机pk单元和在线资源爬取单元，联机pk单元用来与同一武术的用户进行在线pk，可以提高武术教学的趣味性，吸引更多的武术爱好者进行良性竞争，间接提高武术教学质量，在线资源爬取单元可以联网获取更多的武术视频来丰富教学资源，也可以做到与时俱进，跟上武术的时代发展。
后台处理中心2通过局域网连接有云服务器8，云服务器8连接有无线通讯模块9，无线通讯模块9连接有用户移动设备10，无线通讯模块9可以为3g、4g、5g或者wifi模块，云服务器8作为该系统的在线智能管理平台，向用户开放赋予部分访问权限，例如教学视频的下载和关于用户自身的教学记录，另外也方便技术人员进行统一管理维护。
图像获取单元41包括多个在训练室1内环绕排列的摄像机，摄像机的数量不低于6个，可以保证在各个角度获取到用户的不同姿态，以更多的原始图像数据保证图像处理和姿势比对的精度，不易出现拍摄死角。
后台处理中心2上连接有本地数据库，本地数据库包括永久数据单元和覆盖数据单元，永久数据单元包括一些基本数据和常用的教学视频等数据，而覆盖数据单元是该系统使用过程中产生的数据，在每次使用结束后都会定时上传云服务器8进行备份，一方面保证数据不会丢失，可以随时调用，另一方面可以有效保护用户的武术教学数据，提高用户的数据隐私。
请参阅图3，助教关节贴包括基座321，基座321内嵌有环形led灯带，优选为红绿两种颜色，对比度高且容易辨认提示用户，例如正常按摩状态下是绿色，在姿势有错时变为红色同时伴随着微型振动电机的振动频率变化，很容易提醒到用户，基座321一端固定安装有助亮灯片322，基座321另一端开设有按摩槽，按摩槽内镶嵌活动安装有按摩珠324，基座321内安装有无线信号接收器和微型振动电机，且微型振动电机的振动端与按摩珠324连接，按摩槽周向设置有多个环形阵列分布的吸附孔323，基座321内镶嵌有与多个吸附孔323连通的环形管，环形管连接有微型气泵，按摩珠324起到对用户关节部位的按摩作用，药熏球325内盛放有药材粉末，助教关节贴采用无线的方式可以避免有线的佩戴烦恼和不便，而基座321则起到增加亮度方便捕捉同时可以通过变色来提示用户姿势错误的作用。
按摩珠324周围设有环形阵列分布的药熏球325，药熏球325上端固定连接有螺纹套筒，且按摩槽底壁上开设有与螺纹套筒相匹配的螺纹槽，药熏球325为内部充填有药材粉末的球形针织袋，在受热的情况下可以定点向用户的关节部位释放，进而达到药熏的作用，同时也方便安装拆卸进行药材的补充。
请参阅图4，按摩珠324包括球形磁石326和包裹在球形磁石326外的硅胶套328，硅胶套328与球形磁石326之间镶嵌安装有电热丝327，球形磁石326可以起到关节部位磁疗的作用，硅胶套328则起到柔性防护的作用，减少用户关节部位的不适感，电热丝327则起到加热的作用，同时可以促进药熏球325的药熏效果。
请参阅图5，图像处理单元43包括图像增强、滤波处理、灰度转化、图像分割、二值化处理，对摄像机获取到的图像进行充分处理，处理精度越高质量越好，姿势比对的准确率也就越高，直接决定了武术教学质量。
本发明可以实现基于高精度的先进图像处理技术，结合光学和视频图像的动作捕捉方案，可以较为精确的捕捉用户在武术教学时的肢体姿态，大幅降低动作捕捉误差，并在经过图像处理后与武术基准图像进行比对，从而对用户的武术姿势进行纠正，提高武术教学质量，用户通过注册登录的方式进入教学模式，然后在关键的关节部位佩戴助教关节贴，一方面通过发亮增加对比度的方式来使得图像处理可以针对性对武术动作的关键部位进行纠正，另一方面可以实时对关节穴位进行按摩，起到活血化瘀、减轻关节酸痛和疲劳感的作用，促使武术教学获得事半功倍的效果，另外助教关节贴还可以起到实时纠正细微姿势的作用，可以在局部姿势不对的关节部位进行变色或者高震的方式提示用户，及时纠正姿势，对武术教学效果有着显著的提升作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
1.一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，包括训练室(1)，其特征在于：所述训练室(1)内安装有教学模块，所述教学模块包括后台处理中心(2)，所述后台处理中心(2)连接有用户交互模块(3)和姿势纠正模块(4)，所述用户交互模块(3)包括主教单元(31)和助教单元(32)，所述主教单元(31)包括触控面板(311)和大型液晶屏(312)，所述助教单元(32)包括多个与人体关节相对应的助教关节贴，所述姿势纠正模块(4)包括图像获取单元(41)，所述图像获取单元(41)连接有图像传输单元(42)，所述图像传输单元(42)连接有图像处理单元(43)，所述图像处理单元(43)连接有姿势比对单元(44)，所述姿势比对单元(44)连接有结果输出单元(45)。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，其特征在于：所述助教关节贴包括基座(321)，所述基座(321)一端固定安装有助亮灯片(322)，所述基座(321)另一端开设有按摩槽，所述按摩槽内镶嵌活动安装有按摩珠(324)，所述基座(321)内安装有无线信号接收器和微型振动电机，且微型振动电机的振动端与按摩珠(324)连接，所述按摩槽周向设置有多个环形阵列分布的吸附孔(323)，所述基座(321)内镶嵌有与多个吸附孔(323)连通的环形管，所述环形管连接有微型气泵。
3.根据权利要求2所述的一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，其特征在于：所述按摩珠(324)包括球形磁石(326)和包裹在球形磁石(326)外的硅胶套(328)，所述硅胶套(328)与球形磁石(326)之间镶嵌安装有电热丝(327)。
4.根据权利要求2所述的一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，其特征在于：所述按摩珠(324)周围设有环形阵列分布的药熏球(325)，所述药熏球(325)上端固定连接有螺纹套筒，且按摩槽底壁上开设有与螺纹套筒相匹配的螺纹槽，所述药熏球(325)为内部充填有药材粉末的球形针织袋。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，其特征在于：所述用户交互模块(3)连接有用户登录模块(5)，所述用户登录模块(5)连接有验证模块(6)，所述验证模块(6)包括但不仅限于数字密码单元、指纹识别单元和面部识别单元。
6.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，其特征在于：所述后台处理中心(2)上连接有联网模块(7)，所述联网模块(7)包括联机pk单元和在线资源爬取单元。
7.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，其特征在于：所述后台处理中心(2)通过局域网连接有云服务器(8)，所述云服务器(8)连接有无线通讯模块(9)，所述无线通讯模块(9)连接有用户移动设备(10)。
8.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，其特征在于：所述图像获取单元(41)包括多个在训练室(1)内环绕排列的摄像机，所述摄像机的数量不低于6个。
9.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，其特征在于：所述后台处理中心(2)上连接有本地数据库，所述本地数据库包括永久数据单元和覆盖数据单元。
10.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的武术教学用姿势纠正系统，其特征在于：所述图像处理单元(43)包括图像增强、滤波处理、灰度转化、图像分割、二值化处理。
技术总结