本發(fā)明涉及投籃輔助訓練，具體為一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、傳統(tǒng)投籃訓練主要依賴教練主觀判斷，缺乏科學準確的數(shù)據(jù)支持；一方面，難以對投籃角度、出手速度等關鍵指標進行量化測量，誤差較大且無法給出精確改進方向；另一方面，數(shù)據(jù)收集不系統(tǒng)，無法了解不同階段的表現(xiàn)變化和評估訓練方法有效性，還忽視了投籃者的個體差異，采用統(tǒng)一訓練模式難以滿足個性化需求。

2、目前一些投籃訓練輔助手段存在諸多局限，部分功能單一，僅關注某一方面指標，無法提供全面反饋；測量準確性有限，因精度限制或環(huán)境干擾導致數(shù)據(jù)不準確，誤導訓練方向；缺乏實時反饋和動態(tài)分析，不能在訓練中及時調整且難以跟蹤變化趨勢制定長期計劃。此外，難以與現(xiàn)代科技融合，無法實現(xiàn)智能化、個性化訓練。

技術實現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術問題

2、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法及系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)提取與三維重建模塊，計算投籃角度、出手速度、垂直速度分量和命中率，減少了人為判斷的主觀性；對投籃圖像數(shù)據(jù)進行全面分析，為球員提供明確的進步方向和針對性訓練建議；建立投籃動作的三維模型，更直觀地展示投籃動作，幫助球員更好地理解和改進技術；分析心率與命中率的關系，將生理狀態(tài)納入訓練考慮因素，提高訓練的全面性和科學性；通過預設閾值對比，為球員選擇合適的訓練方法，并評估不同訓練方案對命中率的影響，實現(xiàn)個性化訓練。

3、(二)技術方案

4、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法，包括：

5、獲取運動員當前訓練周期在投籃過程中的投籃數(shù)據(jù)；

6、基于投籃數(shù)據(jù)計算投籃基礎數(shù)據(jù)，并根據(jù)投籃基礎數(shù)據(jù)計算投籃角度θi、出手速度vi、垂直速度分量vyi，并結合投籃數(shù)據(jù)構建投籃動作的三維模型；

7、基于投籃基礎數(shù)據(jù)、投籃角度θi、出手速度vi和垂直速度分量vyi計算投籃角度訓練前標準差σθ、出手速度訓練前標準差σv、垂直速度分量訓練前標準差σvy、命中率hre和心率影響系數(shù)r；

8、預設閾值合集；將閾值合集的對應閾值分別與投籃角度訓練前標準差σθ、出手速度訓練前標準差σv、垂直速度分量訓練前標準差σvy和心率影響系數(shù)r進行對比，根據(jù)評估結果選擇不同的訓練方案；

9、對不同訓練方案的結果進行有效性判定；

10、計算訓練前綜合評分zh和訓練后綜合評分xlh，并進一步計算進步幅度值cz，基于進步幅度值cz判斷狀態(tài)提升效果，并結合訓練前和訓練后的各項數(shù)據(jù)形成效果展示報告。

11、在上述一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法的優(yōu)選方案中：投籃圖像數(shù)據(jù)一的獲取方法為：

12、通過系統(tǒng)界面輸入預設的投籃區(qū)域，并激活各類傳感器和攝像機陣列；

13、通過傳感器和攝像機持續(xù)監(jiān)測運動員的圖像數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)，進行時間同步和空間對齊，得到投籃圖像數(shù)據(jù)一。

14、在上述一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法的優(yōu)選方案中：構建投籃動作的三維模型的方法為：

15、使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡cnn對圖像數(shù)據(jù)中投籃者的手臂、手腕和投籃動作進行識別提取，獲得投籃基礎數(shù)據(jù)；

16、根據(jù)投籃基礎數(shù)據(jù)分別計算投籃角度θi和出手速度vi；

17、根據(jù)投籃角度θi和出手速度vi計算垂直速度分量vyi；

18、根據(jù)投籃角度θi和出手速度vi計算垂直速度分量vyi，結合圖像數(shù)據(jù)，構建投籃動作的三維模型。

19、在上述一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法的優(yōu)選方案中：計算投籃角度θi的方法為：

20、投籃基礎數(shù)據(jù)至少包括投籃手臂坐標(xbi，ybi)和投籃手腕坐標(xwi，ywi)；

21、根據(jù)投籃手臂坐標(xbi，ybi)和投籃手腕坐標(xwi，ywi)計算投籃角度θi，所依據(jù)的公式如下：

22、θi＝atan2(ywi-ybi,xwi-xbi)

23、其中，θi是第i次投籃時，投籃手臂或手腕與水平面之間的夾角，i是出手投籃的序號，取值為正整數(shù)，θi取值范圍為通過調整坐標系將結果映射到[-90°,90°]。

24、在上述一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法的優(yōu)選方案中：計算出手速度vi的方法為：

25、投籃基礎數(shù)據(jù)還包括出手時間點坐標(xsi，ysi)、結束時間點的坐標(xji，yji)；

26、根據(jù)出手時間點坐標(xsi，ysi)和結束時間點坐標(xji，yji)計算出手速度vi，所依據(jù)的公式如下：

27、

28、其中，t是這兩個時間點之間的間隔，出手速度vi表示第i個投籃動作的出手速度，取值為正整數(shù)；

29、計算垂直速度分量vyi所依據(jù)的公式如下：

30、vyi＝vi·sin(θi)

31、其中，sin(θi)表示了垂直分量與總速度之間的比例關系；當θi為0°時，sin(θi)＝0，表示沒有垂直分量；當θi為90°時，sin(θi)＝1，表示垂直分量等于總速度，垂直速度分量vyi表示第i次投籃動作下計算得到的垂直速度分量。

32、在上述一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法的優(yōu)選方案中：計算投籃角度訓練前標準差σθ、出手速度訓練前標準差σv、垂直速度分量訓練前標準差σvy、訓練前命中率hre和心率影響系數(shù)r的方法為：

33、投籃基礎數(shù)據(jù)還包括命中投籃角度θa、命中出手速度va、命中垂直速度分量vya；計算投籃命中平均角度θavg、命中出手速度平均值vavg和命中垂直速度平均分量值vyavg；

34、根據(jù)投籃角度θi、出手速度vi、垂直速度分量vyi、投籃命中平均角度θavg、命中出手速度平均值vavg和命中垂直速度平均分量值vyavg分別計算投籃角度訓練前標準差σθ、出手速度訓練前標準差σv、垂直速度分量訓練前標準差σvy；所依據(jù)的公式分別如下：

35、

36、投籃基礎數(shù)據(jù)還包括命中次數(shù)mz和投籃總次數(shù)zcs，根據(jù)命中次數(shù)mz和投籃總次數(shù)zcs計算訓練前命中率hre，所依據(jù)的公式如下：

37、

38、投籃基礎數(shù)據(jù)還包括心率數(shù)值hr，根據(jù)心率數(shù)值hr與命中率hre計算心率影響系數(shù)r，所依據(jù)的公式如下：

39、

40、其中，cov表示協(xié)方差函數(shù)，取值范圍為(-∞,+∞)，std表示標準差函數(shù)，取值范圍為[0，+∞)。

41、在上述一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法的優(yōu)選方案中：選擇不同的訓練方案的方法如下：

42、閾值集合包括投籃角度訓練前標準差閾值jd、出手速度訓練前標準差閾值sd、垂直速度分量訓練前標準差閾值czs和理想?yún)^(qū)間范圍[lmin,xmax]；

43、當σθ≤jd時，判斷為不需要增加投籃角度的訓練；

44、當σθ>jd時，判斷為需要增加投籃角度的訓練；

45、當σv<sd時，判斷為不需要增加出手速度的訓練；

46、當σv>sd時，判斷為需要增加出手速度的訓練；

47、當σvy<czs時，判斷為不需要增加垂直方向發(fā)力的訓練；

48、當σvy>czs時，判斷為需要增加垂直方向發(fā)力的訓練。

49、當lmin≤r≤xmax時，說明心率與命中率的關系處在理想?yún)^(qū)間范圍內，不需要增加心肺功能的訓練；

50、當r<lmin或r>xmax時，需要增加心肺功能的訓練；

51、根據(jù)評估結果選擇不同的輔助訓練方案，具體如下：

52、當σθ>jd時，選擇輔助訓練方案一；

53、當σv>sd時，選擇輔助訓練方案二；

54、當σvy>czs時，選擇輔助訓練方案三；

55、當r<lmin或r>xmax時，選擇輔助訓練方案四；

56、當存在多項不達標時，選擇其中一項輔助訓練方案作為提升方案，當達標后更換其他輔助訓練方案，直至全部項目達標。

57、在上述一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法的優(yōu)選方案中：對不同輔助訓練方案的結果進行有效性判定的具體方法為：

58、當選擇輔助訓練方案一時，統(tǒng)計輔助訓練后第一個訓練周期的投籃角度訓練后標準差σxθ和訓練后命中率hrex，將投籃角度訓練后標準差σxθ分別與投籃角度訓練前標準差σθ和投籃角度訓練前標準差閾值jd進行比較；當jd＜σxθ＜σθ，且訓練后命中率hrex大于訓練前命中率hre，判定為此項輔助訓練有效，并且存在提升空間，應當持續(xù)本項訓練；當σxθ＜jd＜σθ時，且訓練后命中率hrex大于訓練前命中率hre，判定為此項輔助訓練有效，且達到標準，無需繼續(xù)本項訓練；當jd＜σθ＜σxθ時，判定為此項輔助訓練無效，需要更換訓練內容；并且若訓練后命中率hrex≤訓練前命中率hre，則此項輔助訓練無效；

59、當選擇輔助訓練方案二時，統(tǒng)計輔助訓練后第一個訓練周期的出手速度訓練后標準差σxv和訓練后命中率hrex，將出手速度訓練后標準差σxv與出手速度訓練前標準差σv和出手速度訓練前標準差閾值sd進行比較；當sd＜σxv＜σv，且訓練后命中率hrex大于訓練前命中率hre，判定為此項輔助訓練有效，并且存在提升空間，應當持續(xù)本項訓練；當σxv＜sd＜σv時，且訓練后命中率hrex大于訓練前命中率hre，判定為此項輔助訓練有效，且達到標準，無需繼續(xù)本項訓練；當sd＜σv＜σxv時，判定為此項輔助訓練無效，需要更換訓練內容；并且若訓練后命中率hrex≤訓練前命中率hre，則此項輔助訓練無效；

60、當選擇輔助訓練方案三時，統(tǒng)計輔助訓練后第一個訓練周期的垂直速度分量訓練后標準差σxvy和訓練后命中率hrex，將垂直速度分量訓練后標準差σxvy與垂直速度分量訓練前標準差σvy和垂直速度分量訓練前標準差閾值czs進行比較；當czs＜σxvy＜σvy，且訓練后命中率hrex大于訓練前命中率hre，判定為此項輔助訓練有效，并且存在提升空間，應當持續(xù)本項訓練；當σxvy＜czs＜σvy時，且訓練后命中率hrex大于訓練前命中率hre，判定為此項輔助訓練有效，且達到標準，無需繼續(xù)本項訓練；當czs＜σvy＜σxvy時，判定為此項輔助訓練無效，需要更換訓練內容；并且若訓練后命中率hrex≤訓練前命中率hre，則此項輔助訓練無效；

61、當選擇輔助訓練方案四時，統(tǒng)計輔助訓練后第一個訓練周期的心率影響系數(shù)rx和訓練后命中率hrex，將訓練后心率影響系數(shù)rx與訓練前心率影響系數(shù)r和理想?yún)^(qū)間范圍[lmin,xmax]進行比較；當xmax＜rx＜r，且訓練后命中率hrex大于訓練前命中率hre，判定為此項輔助訓練有效，應當持續(xù)本項訓練；當rx＜xmax＜r時，且訓練后命中率hrex大于訓練前命中率hre，判定為此項輔助訓練有效，且達到標準，無需繼續(xù)本項訓練；當r＜rx＜lmin時，且訓練后命中率hrex大于訓練前命中率hre，判定為此項輔助訓練有效，應當持續(xù)本項訓練；當r＜lmin＜rx時，且訓練后命中率hrex大于訓練前命中率hre，判定為達到標準，無需繼續(xù)本項訓練；并且若訓練后命中率hrex≤訓練前命中率hre，則此項輔助訓練無效。

62、在上述一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法的優(yōu)選方案中：判斷狀態(tài)提升效果的方法為：

63、根據(jù)投籃角度訓練前標準差σθ、出手速度訓練前標準差σv、垂直速度分量訓練前標準差σvy、心率影響系數(shù)r和訓練前命中率hre計算訓練前綜合評分zh，所依據(jù)的公式為：

64、zh＝w1×σθ+w2×σv+w3×σvy+w4×r+w5×hre

65、其中，其中，w1是投籃角度訓練前標準差σθ的權重系數(shù)取值范圍為0.1～0.3，w2是出手速度訓練前標準差σv的權重系數(shù)，取值范圍為0.2～0.4，w3是垂直速度分量訓練前標準差σvy的權重系數(shù)，取值范圍為0.15～0.35，w4是心率影響系數(shù)r的權重系數(shù)，取值范圍為0.05～0.2，w5是訓練前命中率hre的權重系數(shù)，取值范圍為0.2～0.4，且w1+w2+w3+w4+w5＝1；

66、根據(jù)籃球角度訓練后標準差σxθ、出手速度訓練后標準差σxv、垂直速度分量訓練后標準差σxvy、心率訓練后影響系數(shù)rx和訓練后命中率hrex，并計算訓練后綜合評分xlh，所依據(jù)的公式為：

67、xlh＝z1×σxθ+z2×σxv+z3×σxvy+z4×rx+z5×hrex

68、其中，z1是投籃角度訓練后標準差σxθ的權重系數(shù)，取值范圍為0.1～0.3，z2是出手速度訓練后標準差σxv的權重系數(shù)，取值范圍為0.2～0.4，z3是垂直速度分量訓練后標準差σxvy的權重系數(shù)，取值范圍為0.15～0.35，z4是訓練后心率影響系數(shù)rx的權重系數(shù)，取值范圍為0.05～0.2，z5是訓練后命中率hrex的權重系數(shù)，取值范圍為0.2～0.4，且z1+z2+z3+z4+z5＝1；

69、根據(jù)訓練前綜合評分zh和訓練后綜合評分xlh計算進步幅度值cz，所依據(jù)的公式為：

70、cz＝zh-xlh

71、設定提升程度閾值集合，提升程度閾值集合包括小幅度提升t1、中幅度提升t2及大幅度提升t3；

72、當cz≤t1時，判斷為小幅程度提升狀態(tài)；

73、當t1<cz≤t2時，判斷為中幅度提升狀態(tài)；

74、當t2<cz≤t3時，判斷為大幅度提升狀態(tài)；

75、當cz>t3時，判斷為超大幅程度提升狀態(tài)。

76、本發(fā)明還公開了一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練系統(tǒng)，包括：

77、圖像采集與數(shù)據(jù)融合模塊，用于獲取運動員當前訓練周期在投籃過程中的投籃數(shù)據(jù)；

78、數(shù)據(jù)提取與三維重建模塊，能夠基于投籃數(shù)據(jù)計算投籃基礎數(shù)據(jù)，并根據(jù)投籃基礎數(shù)據(jù)計算投籃角度θi、出手速度vi、垂直速度分量vyi，并結合投籃數(shù)據(jù)構建投籃動作的三維模型；

79、第一數(shù)據(jù)分析模塊，基于投籃基礎數(shù)據(jù)、投籃角度θi、出手速度vi和垂直速度分量vyi計算投籃角度訓練前標準差σθ、出手速度訓練前標準差σv、垂直速度分量訓練前標準差σvy、命中率hre和心率影響系數(shù)r；

80、第一數(shù)據(jù)對比模塊，用于預設閾值合集；將閾值合集的對應閾值分別與投籃角度訓練前標準差σθ、出手速度訓練前標準差σv、垂直速度分量訓練前標準差σvy和心率影響系數(shù)r進行對比，根據(jù)評估結果選擇不同的訓練方案；

81、第二數(shù)據(jù)分析模塊，用于對不同訓練方案的結果進行有效性判定；

82、數(shù)據(jù)反饋模塊，用于計算訓練前綜合評分zh和訓練后綜合評分xlh，并進一步計算進步幅度值cz，基于進步幅度值cz判斷狀態(tài)提升效果，并結合訓練前和訓練后的各項數(shù)據(jù)形成效果展示報告。

83、(三)有益效果

84、本發(fā)明提供了一種基于圖像數(shù)據(jù)分析的投籃輔助訓練方法及系統(tǒng)，具備以下有益效果：

85、(1)通過圖像數(shù)據(jù)分析和三維模型構建，準確測量投籃參數(shù)，為球員提供科學的訓練依據(jù)，提高訓練的精準性；

86、(2)根據(jù)數(shù)據(jù)對比和分析結果，為球員選擇合適的訓練方法，針對個體差異進行個性化訓練，提高訓練效果；

87、(3)直觀的三維模型展示和詳細的數(shù)據(jù)反饋，幫助球員更好地理解投籃動作，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行改進，有效提升投籃技術水平；

88、(4)將心率等生理狀態(tài)與命中率相關聯(lián)，全面考慮訓練中的各種因素，提高訓練的科學性和綜合性；

89、(5)系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)收集和分析，以及針對性地訓練方法選擇，減少盲目訓練，提高訓練效率。