一种无感智慧步道跑步系统的制作方法

1.本发明涉及智慧步道技术领域，特别是一种无感智慧步道跑步系统。


背景技术：

2.近年来，随着信息技术的发展，信息技术为全行业变革提供了支撑。智慧步道顾名思义，是在新建或原有步道的基础上，引进智慧互动设施，运用“互联网+”的思维，与物联网、大数据、信息智能终端等新技术结合，使枯燥的跑步运动变的生动有趣，运用智能科技力量为周边市民创造方便快捷的运动健身途径。
3.现有技术中，智慧步道的建设关注点大多在于针对用户跑步数据的记录或查看等，但是，跑步者往往需要跑完一圈回到起点之后，才能够集中查看自身的跑步情况，在针对跑步者的便捷性及和个性化设计中，仍然存在改进提高的空间。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明旨在提供一种无感智慧步道跑步系统。
5.本发明的目的采用以下技术方案来实现：
6.本发明提出一种无感智慧步道跑步系统，包括图像采集模块、处理模块、提示模块和感应交互模块；其中，
7.图像采集模块分布设置在步道中，用于通过摄像头采集步道中的跑步者图像数据，并将采集到的跑步者图像数据传输到处理模块；
8.处理模块用于根据获取的跑步者图像数据识别跑步者身份信息和提取跑步者的步态信息，根据跑步者的身份信息调取跑步者预设的互动设定，并将调取的互动设定信息传输到感应交互模块；以及将跑步者的步态信息传输到提示模块；
9.提示模块分布设置在步道中，用于根据跑步者身份信息对跑步者步态信息进行显示；
10.感应交互模块分布设置在步道中，用于根据接收到的交互设定指令，展示或播放对应的交互信息。
11.一种实施方式中，图像采集模块包括摄像头单元；
12.摄像头单元对准步道的位置，用于采集步道上跑步者的跑步者图像数据，并将采集到的跑步者图像数据传输到处理模块。
13.一种实施方式中，图像采集模块还包括检测单元；
14.检测单元用于对步道的指定区域进行人员检测，当检测到人员通过时，则向摄像头单元发送驱动指令，以使得摄像头单元开始采集跑步者图像数据。
15.一种实施方式中，处理模块包括人员识别单元、人脸识别单元、交互识别单元和步态识别单元；其中，
16.人员识别单元用于根据获取的跑步者图像数据提取图像中的跑步者区域，并对跑步者区域进行跟踪，得到跑步者跟踪图像；
17.人脸识别单元用于根据获取的跑步者跟踪图像提取跑步者的人脸图像数据，并根据获取的人脸图像数据进行人脸识别，获取跑步者的身份信息；
18.交互识别单元用于根据跑步者的身份信息，从预存的数据库中获取与跑步者对应的互动设定，并将调取的互动设定信息传输到感应交互模块；
19.步态识别单元用于根据跑步者跟踪图像的轨迹跟踪信息获取跑步者的跑速数据，以及根据跑步者跟踪图像进行步态分析，判断跑步者步态是否正常，得到步态分析结果；并将得到的跑速数据和步态分析结果传输到提示模块。
20.一种实施方式中，人员识别单元包括采用基于yolov3的人员识别算法识别跑步者图像数据中的跑步者区域，根据识别到的跑步者区域进行动态跟踪，得到跑步者区域图像和轨迹跟踪信息。
21.一种实施方式中，人脸识别单元包括采用基于opencv的haar级联算法进行人脸检测和人脸识别，获取跑步者区域图像对应的人脸身份信息。
22.一种实施方式中，处理模块还包括个性化管理单元；
23.个性化管理单元用于存储各个跑步者身份和对应的互动设定，其中互动设定在跑步者完成注册和信息录入的时候被跑步者设定，其中互动设定包括步道风格、步道场景等。
24.一种实施方式中，步态识别单元包括根据跑步者的轨迹跟踪信息计算跑步者的跑速数据，以及采用gaitset算法根据跑步者跟踪图像进行跑步者的步态识别，得到步态识别结果。
25.一种实施方式中，提示模块包括显示屏单元和播报单元；
26.显示屏单元分布设置在步道中，用于显示获取的跑步者的跑速数据和步态分析结果；
27.播报单元分布设置在步道中，用于通过语音播报播放获取的跑步者的跑速数据和步态分析结果。
28.一种实施方式中，感应交互模块包括投影交互单元和动态景观单元；
29.投影交互单元用于根据获取的互动设定，当跑步者经过特定区域时，通过跑步者对应的地面投射或者户外投影的方式播放相应的场景效果；
30.动态景观单元用于根据获取的交互设定，当跑步者经过特定区域时，触发与跑步者对应的动态景观。
31.本发明的有益效果为：本发明通过沿步道分布设置图像采集模块、提示模块和感应交互模块，来采集步道上跑步者的图像数据，基于得到的图像数据对跑步者进行身份识别，从而根据得到的跑步者获取对应的互动设定，并基于互动设定对感应交互模块进行个性化的控制，以提高步道的感官影响，提高跑步者的跑步体验。同时根据得到的跑步者图像数据对跑步者进行步态识别，通过提示模块对跑步者的步态信息进行提示，有助于提高智慧步道信息提醒的智能化水平，使得跑步者能够在跑步过程中及时调整自身的步姿步态，也提高了跑步者信息获取的便捷水平。
附图说明
32.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得
其它的附图。
33.图1为本发明的框架结构图。
具体实施方式
34.结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
35.参见图1实施例所示一种无感智慧步道跑步系统，该系统包括图像采集模块、处理模块、提示模块和感应交互模块；其中，
36.图像采集模块分布设置在步道中，用于通过摄像头采集步道中的跑步者图像数据，并将采集到的跑步者图像数据传输到处理模块；
37.处理模块用于根据获取的跑步者图像数据识别跑步者身份信息和提取跑步者的步态信息，根据跑步者的身份信息调取跑步者预设的互动设定，并将调取的互动设定信息传输到感应交互模块；以及将跑步者的步态信息传输到提示模块；
38.提示模块分布设置在步道中，用于根据跑步者身份信息对跑步者步态信息进行显示；
39.感应交互模块分布设置在步道中，用于根据接收到的交互设定指令，展示或播放对应的交互信息。
40.本发明上述实施方式，通过沿步道分布设置图像采集模块、提示模块和感应交互模块，来采集步道上跑步者的图像数据，基于得到的图像数据对跑步者进行身份识别，从而根据得到的跑步者获取对应的互动设定，并基于互动设定对感应交互模块进行个性化的控制，以提高步道的感官影响，提高跑步者的跑步体验。同时根据得到的跑步者图像数据对跑步者进行步态识别，通过提示模块对跑步者的步态信息进行提示，有助于提高智慧步道信息提醒的智能化水平，使得跑步者能够在跑步过程中及时调整自身的步姿步态，也提高了跑步者信息获取的便捷水平。
41.一种实施方式中，图像采集模块包括摄像头单元；
42.摄像头单元对准步道的位置，用于采集步道上跑步者的跑步者图像数据，并将采集到的跑步者图像数据传输到处理模块。
43.通过在步道合适的位置设置摄像头单元，通过摄像头单元采集的图像数据作为依据，来对摄像头位置后方路径上的感应交互模块和提示模块进行控制，能够实现步道不同区域针对不同跑步者的个性化分析和交互控制，有助于提高步道设计的智能化水平。
44.一种实施方式中，图像采集模块还包括检测单元；
45.检测单元用于对步道的指定区域进行人员检测，当检测到人员通过时，则向摄像头单元发送驱动指令，以使得摄像头单元开始采集跑步者图像数据。
46.通过设置检测单元来感应步道上的往来人员，对指定区域的摄像头进行控制，能够及时唤醒摄像头单元进行图像数据采集，并在步道没人的时候控制摄像头单元进行休眠，有助于降低摄像头单元的消耗和数据处理的压力。
47.一种实施方式中，处理模块包括人员识别单元、人脸识别单元、交互识别单元和步态识别单元；其中，
48.人员识别单元用于根据获取的跑步者图像数据提取图像中的跑步者区域，并对跑步者区域进行跟踪，得到跑步者跟踪图像；
49.人脸识别单元用于根据获取的跑步者跟踪图像提取跑步者的人脸图像数据，并根据获取的人脸图像数据进行人脸识别，获取跑步者的身份信息；
50.交互识别单元用于根据跑步者的身份信息，从预存的数据库中获取与跑步者对应的互动设定，并将调取的互动设定信息传输到感应交互模块；
51.步态识别单元用于根据跑步者跟踪图像的轨迹跟踪信息获取跑步者的跑速数据，以及根据跑步者跟踪图像进行步态分析，判断跑步者步态是否正常，得到步态分析结果；并将得到的跑速数据和步态分析结果传输到提示模块。
52.处理模块能够基于云计算平台，或者设置在步道本地的数据处理设备来作为基础进行搭建。通过处理模块对获取的图像数据进行识别处理，首先识别图像中存在的人员，并进一步对识别到的人员图像进行人脸识别，从而识别跑步者的身份信息，根据跑步者的身份信息和跑步者的所在位置，匹配与跑步者对应设置的交互指令，并向跑步者路径上的后续交互模块发送该交互指令信息对交互模块进行实时的控制，能够有助于在跑步者到达交互模块的时候，交互模块能够根据跑步者的交互设定信息进行对应的交互展示，以改变步道及周围的展示效果，提高跑步者的跑步体验。
53.同时，根据得到的跑步者跟踪图像进一步对跑步者的步态进行分析和识别，当分析到跑步者的步态出现异常时，则及时向跑步者所在区域的提示模块发送相应的提示信息，以提示跑步者及时调整自身的步态，避免受伤或者其他异常情况的发生，有助于提高跑步者获取提示消息的便捷性和进一步提高跑步者的跑步体验。
54.一种实施方式中，人员识别单元包括采用基于yolov3的人员识别算法识别跑步者图像数据中的跑步者区域，根据识别到的跑步者区域进行动态跟踪，得到跑步者区域图像和轨迹跟踪信息。
55.一种实施方式中，人脸识别单元包括采用基于opencv的haar级联算法进行人脸检测和人脸识别，获取跑步者区域图像对应的人脸身份信息。
56.一种实施方式中，处理模块还包括个性化管理单元；
57.个性化管理单元用于存储各个跑步者身份和对应的互动设定，其中互动设定在跑步者完成注册和信息录入的时候被跑步者设定，其中互动设定包括步道风格、步道场景等。
58.一种实施方式中，步态识别单元包括根据跑步者的轨迹跟踪信息计算跑步者的跑速数据，以及采用gaitset算法根据跑步者跟踪图像进行跑步者的步态识别，得到步态识别结果。
59.一种实施方式中，处理模块还包括图像预处理单元；
60.图像预处理单元用于对获取的跑步者图像数据进行预处理，得到预处理后的跑步者图像数据并传输到人员识别单元进行进一步处理。
61.其中，考虑到步道中设置有通过投影或动态灯光触发的感应交互模块，其中产生的灯光信息会对获取的跑步者图像造成影响，从而导致获取的跑步者图像存在光影影响。因此，处理模块特别设置有图像预处理单元，来对获取的跑步者图像数据首先进行预处理，以提高图像数据的清晰度，避免因感应模块造成的灯光影响，提高了处理模块针对跑步者图像数据进行分析的可靠性。
62.一种实施方式中，图像预处理单元包括将获取的跑步者图像转换到lab颜色空间；
63.根据得到的亮度分量l，检测图像中受到灯光影响的像素点，其中采用的检测函数
为：
64.test(x，y)：l(x，y)-l
min2
(x，y)＞l
t1 or l(x，y)＞l
t2
65.式中，test(x，y)表示检测函数，当检测函数符合条件时，则标记(x，y)为受到灯光影响的像素点；其中，l(x，y)表示(x，y)的亮度分量值，l
min2
(x，y)表示以(x，y)为中心的3
×
3或5
×
5邻域范围内，亮度分量值第二小的像素点的亮度分量值，l
t1
表示设定的第一亮度阈值，其中30＞l
t1
＞40，l
t2
表示设定的第二亮度阈值，其中l
t2
＞90；
66.根据上述检测函数获取的受到灯光影响的像素点，进一步将以受到灯光影响的像素点为中心的3
×
3或5
×
5邻域范围内的全部像素点标记为待处理像素点，统计待处理像素点集合qc；
67.针对统计的待处理像素点进行亮度调节处理，其中采用的亮度调节函数为：
[0068][0069]
(x，y)∈qc[0070]
式中，(x，y)表示待处理像素点，l
′
(x，y)表示亮度调节后(x，y)的亮度分量值，l(x，y)表示(x，y)的亮度分量值，(a，b)表示距离(x，y)最近的非待处理像素点，而如果(x，y)有多个距离最近的非待处理像素点，则取[l(x，y)-l(a，b)]的值最大的像素点作为(a，b)，l(a，b)表示(a，b)的亮度分量值，d(x，y，a，b)表示(x，y)与(a，b)之间的像素距离；
[0071]
分别对各待处理像素点进行亮度调节处理，得到调节处理后的亮度分量l
′
，根据亮度调节处理后的亮度分量进行颜色空间重构，得到预处理后的跑步者图像数据。
[0072]
通过上述方式对跑步者图像数据进行预处理，首先根据lab颜色空间的亮度分量图像中受到灯光影响的像素点，其中提出的检测函数能够适应实际情况中投影灯光或者动态激光照射的场景下的影响，对图像中受到灯光影响的像素点进行准确检测；同时针对检测到的受到灯光影响的像素点进行区域腐蚀，从而获取图像中需要亮度调节的区域，针对待处理像素点进一步采用提出的亮度调节函数对像素点的亮度分量值进行调节，其中基于像素点所在受影响区域的位置进行自适应的亮度调节，能够有助于降低因受到灯光影响导致的亮度边界影响，从而提高的跑步者图像数据中人员特征的表征水平，有助于提高后续根据跑步者图像进一步进行人员检测和人脸识别的准确度。
[0073]
一种实施方式中，提示模块包括显示屏单元和播报单元；
[0074]
显示屏单元分布设置在步道中，用于显示获取的跑步者的跑速数据和步态分析结果；
[0075]
播报单元分布设置在步道中，用于通过语音播报播放获取的跑步者的跑速数据和步态分析结果。
[0076]
根据获取的跑速数据或步态分析结果等，通过显示屏或者语音播报单元及时对跑步者的跑步数据进行显示或播报，能够有助于为跑步者提供及时的数据支持和提醒，有助于提高智慧步道的智能信息化水平。
[0077]
一种实施方式中，感应交互模块包括投影交互单元和动态景观单元；
[0078]
投影交互单元用于根据获取的互动设定，当跑步者经过特定区域时，通过跑步者对应的地面投射或者户外投影的方式播放相应的场景效果；
[0079]
动态景观单元用于根据获取的交互设定，当跑步者经过特定区域时，触发与跑步
者对应的动态景观。
[0080]
其中，根据用户的个性化交互设定信息，对预先设置在步道中的投影交互单元和动态景观单元进行设置，使得投影交互单元能够通过地面投影等方式在步道上进行投影，以改变步道的景观，例如通过在步道上投影草地的影响，使得步道感官上变成了在草坪步道上进行跑步的感觉；同时通过动态景观单元，来对指定区域预先设置的动态景观进行触发，例如触发指定区域的鸟\动物声音播放器，或者指定区域的动态花鸟动画展示等，能够对跑步者所在的跑步区域的环境进行个性化的改变，以提高跑步者的跑步体验。
[0081]
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。
[0082]
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
[0083]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种无感智慧步道跑步系统，其特征在于，包括图像采集模块、处理模块、提示模块和感应交互模块；其中，图像采集模块分布设置在步道中，用于通过摄像头采集步道中的跑步者图像数据，并将采集到的跑步者图像数据传输到处理模块；处理模块用于根据获取的跑步者图像数据识别跑步者身份信息和提取跑步者的步态信息，根据跑步者的身份信息调取跑步者预设的互动设定，并将调取的互动设定信息传输到感应交互模块；以及将跑步者的步态信息传输到提示模块；提示模块分布设置在步道中，用于根据跑步者身份信息对跑步者步态信息进行显示；感应交互模块分布设置在步道中，用于根据接收到的交互设定指令，展示或播放对应的交互信息。2.根据权利要求1所述的一种无感智慧步道跑步系统，其特征在于，图像采集模块包括摄像头单元；摄像头单元对准步道的位置，用于采集步道上跑步者的跑步者图像数据，并将采集到的跑步者图像数据传输到处理模块。3.根据权利要求2所述的一种无感智慧步道跑步系统，其特征在于，图像采集模块还包括检测单元；检测单元用于对步道的指定区域进行人员检测，当检测到人员通过时，则向摄像头单元发送驱动指令，以使得摄像头单元开始采集跑步者图像数据。4.根据权利要求2所述的一种无感智慧步道跑步系统，其特征在于，处理模块包括人员识别单元、人脸识别单元、交互识别单元和步态识别单元；其中，人员识别单元用于根据获取的跑步者图像数据提取图像中的跑步者区域，并对跑步者区域进行跟踪，得到跑步者跟踪图像；人脸识别单元用于根据获取的跑步者跟踪图像提取跑步者的人脸图像数据，并根据获取的人脸图像数据进行人脸识别，获取跑步者的身份信息；交互识别单元用于根据跑步者的身份信息，从预存的数据库中获取与跑步者对应的互动设定，并将调取的互动设定信息传输到感应交互模块；步态识别单元用于根据跑步者跟踪图像的轨迹跟踪信息获取跑步者的跑速数据，以及根据跑步者跟踪图像进行步态分析，判断跑步者步态是否正常，得到步态分析结果；并将得到的跑速数据和步态分析结果传输到提示模块。5.根据权利要求4所述的一种无感智慧步道跑步系统，其特征在于，提示模块包括显示屏单元和播报单元；显示屏单元分布设置在步道中，用于显示获取的跑步者的跑速数据和步态分析结果；播报单元分布设置在步道中，用于通过语音播报播放获取的跑步者的跑速数据和步态分析结果。6.根据权利要求4所述的一种无感智慧步道跑步系统，其特征在于，感应交互模块包括投影交互单元和动态景观单元；投影交互单元用于根据获取的互动设定，当跑步者经过特定区域时，通过跑步者对应的地面投射或者户外投影的方式播放相应的场景效果；动态景观单元用于根据获取的交互设定，当跑步者经过特定区域时，触发与跑步者对
应的动态景观。7.根据权利要求4所述的一种无感智慧步道跑步系统，其特征在于，处理模块还包括个性化管理单元；个性化管理单元用于存储各个跑步者身份和对应的互动设定，其中互动设定在跑步者完成注册和信息录入的时候被跑步者设定，其中互动设定包括步道风格、步道场景等。

技术总结
本发明提供一种无感智慧步道跑步系统，包括图像采集模块、处理模块、提示模块和感应交互模块；其中，图像采集模块用于通过摄像头采集步道中的跑步者图像数据；处理模块用于根据获取的跑步者图像数据识别跑步者身份信息和提取跑步者的步态信息，根据跑步者的身份信息调取跑步者预设的互动设定，并将调取的互动设定信息传输到感应交互模块；以及将跑步者的步态信息传输到提示模块；提示模块用于根据跑步者身份信息对跑步者步态信息进行显示；感应交互模块用于根据接收到的交互设定指令，展示或播放对应的交互信息。本发明有助于提高智慧步道中提高跑步者的跑步体验以及跑步者信息获取的便捷水平。取的便捷水平。取的便捷水平。


技术研发人员：刘瑞军
受保护的技术使用者：北京奥康达体育科技有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/25