專利名稱：一種乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于體育用品技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高度檢測(cè)裝置，尤其涉及一種乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
乒乓球是一種世界流行的球類運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，其中發(fā)球是乒乓比賽中的核心技術(shù)。國(guó)際乒聯(lián)針對(duì)發(fā)球明確規(guī)定“發(fā)球員須用手將球幾乎垂直地向上拋起，不得使球旋轉(zhuǎn)，并使球在離開不執(zhí)拍手的手掌之后上升不少于16厘米，球下降到被擊出前不能碰到任何物體”?，F(xiàn)如今的比賽中，最能引起裁判與球員之間爭(zhēng)議的就是這條規(guī)則，其中包含的16厘米太過于具體化，目前并無相關(guān)裝置能夠客觀的測(cè)量出發(fā)球高度，是否違規(guī)只能憑裁判主觀目測(cè)后判定。在國(guó)內(nèi)外比賽中，是否誤判已經(jīng)多次引發(fā)爭(zhēng)議，運(yùn)動(dòng)員狀態(tài)因此受到很大的影響，更嚴(yán)重者，甚至影響比賽的正常進(jìn)行。目前關(guān)于乒乓球拋球高度的測(cè)量方法，并無相關(guān)發(fā)明專利涉及，相關(guān)的處理思路也極為少見，中國(guó)專利公開號(hào)為CN1453740A的發(fā)明專利闡述了由單幅圖像測(cè)量場(chǎng)景及場(chǎng)景內(nèi)物體的方法，但其處理的為靜態(tài)圖像，對(duì)于動(dòng)態(tài)視頻并不適用。中國(guó)專利公開號(hào)為CN1788498的發(fā)明專利提供了一種畫面的運(yùn)動(dòng)圖像質(zhì)量測(cè)量評(píng)價(jià)裝置，可測(cè)量畫面的運(yùn)動(dòng)圖像質(zhì)量，但并不能實(shí)現(xiàn)距離的檢測(cè)，且光學(xué)部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜較難實(shí)現(xiàn)。綜上所述，目前檢測(cè)乒乓球拋球高度的方法幾乎空白，相關(guān)測(cè)量思路也有種種局限，實(shí)際應(yīng)用中急需相關(guān)的測(cè)量裝置進(jìn)行判球。有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置，以便檢測(cè)到乒乓球的拋球高度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供一種乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置，能夠在乒乓球比賽過程中顯示出運(yùn)動(dòng)員的拋球高度，從而簡(jiǎn)化判球過程，也使判球結(jié)果更具說服力。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置，所述裝置包括:高速攝像機(jī)、圖像采集卡和上位機(jī)；所述高速攝像機(jī)通過視頻信號(hào)線與圖像采集卡連接，圖像采集卡的輸出端與上位機(jī)連接。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述裝置還包括顯示器，該顯示器與上位機(jī)連接，用以顯示檢測(cè)結(jié)果。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述高速攝像機(jī)架設(shè)在能拍到發(fā)球的全過程的運(yùn)動(dòng)員一側(cè)。進(jìn)一步地，所述的上位機(jī)中載有主控程序，經(jīng)過程序運(yùn)行計(jì)算出乒乓球拋球高度后，在上位機(jī)的顯示屏上將拋球高度予以顯示。所述上位機(jī)帶有OPENCV開發(fā)環(huán)境，帶有顯示屏；所述攝像頭可拍高清畫面，其中每幀圖像無拖影。上位機(jī)的主控程序包括運(yùn)動(dòng)分離部分(包括背景建模部分，差分圖像取前景部分)，括霍夫變換部分，錄像中乒乓球半徑測(cè)量部分，起拋點(diǎn)特征識(shí)別部分，最高點(diǎn)提取部分，錄像中拋球高度計(jì)算部分，實(shí)際拋球高度計(jì)算部分，誤差補(bǔ)償部分，以及拋球高度結(jié)果顯示部分。進(jìn)一步地，運(yùn)動(dòng)分離部分的思想是:先建立背景模型，將當(dāng)前幀與背景模型進(jìn)行比較，變化較大的區(qū)域即為前景。后面的計(jì)算只針對(duì)前景部分，從而大大減小的計(jì)算量，提高了運(yùn)算速度。進(jìn)一步地，霍夫變換部分識(shí)別出錄像中的標(biāo)準(zhǔn)圓，并在識(shí)別后，計(jì)算出錄像中的乒乓球直徑大小，并進(jìn)行存儲(chǔ)，以備后期計(jì)算。進(jìn)一步地，起拋點(diǎn)的判斷依據(jù)為視頻中乒乓球呈現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)圓，最高點(diǎn)的判斷依據(jù)為像素的Y坐標(biāo)中的最大值。進(jìn)一步地，根據(jù)起拋點(diǎn)，最高點(diǎn)，以及錄相中乒乓球直徑大小與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)乒乓球直徑40mm的比值，計(jì)算得出乒乓球拋球高度。進(jìn)一步地，為提高測(cè)量精度，補(bǔ)償球在拋離瞬間被手掌遮蓋部分的誤差，將誤差補(bǔ)償后的拋球高度予以顯示。本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型提出的乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置，一方面為乒乓球訓(xùn)練提供了良好的平臺(tái)，科學(xué)地反應(yīng)了運(yùn)動(dòng)員發(fā)球水平，并將其作為改進(jìn)發(fā)球技術(shù)的參考資料，大大提高運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練效率。另一方面，在比賽中可提供客觀拋球數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化判球過程，減少判球爭(zhēng)議，大大減少主觀誤判因素。本實(shí)用新型檢測(cè)裝置的構(gòu)造非常簡(jiǎn)單，其中高速攝像頭既可自備，也可利用比賽現(xiàn)場(chǎng)已有的媒體鏡頭，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的。在算法中通過對(duì)前景的提取，大大減少了計(jì)算量，簡(jiǎn)化了運(yùn)算過程，從而提高運(yùn)算速度，比賽現(xiàn)場(chǎng)可即時(shí)顯示拋球高度。本實(shí)用新型在主控程`序中通過將運(yùn)動(dòng)分離、霍夫變換、計(jì)算質(zhì)心以重設(shè)搜索窗值等方法相結(jié)合，克服了傳統(tǒng)視頻處理中復(fù)雜背景下目標(biāo)物體易跟丟的情況，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。相較于原先的裁判主觀目測(cè)判斷，其拋球高度值呈現(xiàn)為數(shù)據(jù)形式，為判球過程提供了客觀依據(jù)，且精度大大提高。

圖1為本實(shí)用新型檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型檢測(cè)裝置的高速攝像頭架設(shè)方位示意圖。圖3是本實(shí)用新型檢測(cè)裝置的拋球高度算法流程圖。圖4是本實(shí)用新型檢測(cè)裝置的乒乓球拋球高度檢測(cè)方法的流程簡(jiǎn)圖。附圖標(biāo)注如下:1:高速攝像機(jī)2:圖像采集卡3:上位機(jī)4:比賽現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)的高速攝像機(jī)位置5:兵兵球運(yùn)動(dòng)員位置 6:兵兵球臺(tái)位置
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例一[0030]請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型揭示一種乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置，包括高速攝像機(jī)1、圖像采集卡2、上位機(jī)3。高速攝像機(jī)I通過視頻信號(hào)線與圖像采集卡2連接，圖像采集卡2的輸出端與上位機(jī)3連接。此外，所述裝置還可以包括與上位機(jī)3連接的顯示器，用以顯示檢測(cè)結(jié)果。高速攝像機(jī)I能滿足拍攝高清畫面，每幀無拖影即可。圖像采集卡2采用與高速攝像機(jī)匹配的圖像采集卡即可。上位機(jī)3采用目前市場(chǎng)主流任意PC架構(gòu)的計(jì)算機(jī)均可滿足設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)采用WINDOWS XP操作系統(tǒng)，軟件編制平臺(tái)采用OPEN CV。高速攝像機(jī)架設(shè)方位如圖2所示，需架設(shè)在運(yùn)動(dòng)員一側(cè)，能拍到發(fā)球的全過程。計(jì)算機(jī)在OPEN CV中運(yùn)行程序后，將拋球高度顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏上。拍攝到的視頻數(shù)據(jù)，將被傳送到計(jì)算機(jī)中的主控程序中，數(shù)據(jù)處理過程主要包括以下幾個(gè)步驟:S1:啟動(dòng)，系統(tǒng)初始化，判斷是否有視頻導(dǎo)入。S2:有圖像導(dǎo)入則分離前景與背景，否則回到第I步。S3:處理分離出的前景圖像，用霍夫變換識(shí)別出乒乓球，記錄并存儲(chǔ)像素坐標(biāo)值、乒乓球直徑。S4:自動(dòng)跟蹤乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡，直至最高點(diǎn)，判斷Y坐標(biāo)值是否持續(xù)減小，是則進(jìn)行下一步，否則重復(fù)步驟S4。S5:計(jì)算得拋球高度。S6:拋球高度結(jié)果顯示后，程序結(jié)束。執(zhí)行運(yùn)動(dòng)物體分離部分算法時(shí)，先將視頻的背景建模，再將原視頻圖像減去背景圖像，即得前景圖像。下面的計(jì)算中只對(duì)前景部分進(jìn)行處理，減小計(jì)算量，提高運(yùn)算速度。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)視頻中良好的跟蹤效果，采用的算法如下:先在第一幀中初始化搜索窗的尺寸和定位，然后計(jì)算其顏色直方圖，根據(jù)直方圖可得概率分布圖，由此，可計(jì)算搜索窗的質(zhì)心。將當(dāng)前幀的質(zhì)心數(shù)據(jù)作為下一幀的初始數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)物體跟蹤的效果。計(jì)算拋球高度的過程如圖3所示，在視頻中利用霍夫變換檢測(cè)到標(biāo)準(zhǔn)圓后，一方面計(jì)算出圓的直徑大小，并與40mm相除，得到與實(shí)際乒乓球大小的比值；另一方面，繼續(xù)跟蹤乒乓球的運(yùn)動(dòng)過程，直至得到最高點(diǎn)的Y坐標(biāo)，并由公式計(jì)算出視頻中的拋球高度。最后由兩方面數(shù)據(jù)，按比例求得實(shí)際乒乓球的拋球高度，并將此高度進(jìn)行誤差補(bǔ)償。整個(gè)檢測(cè)方法的流程圖如圖4所示，采集到視頻后，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分離、乒乓球跟蹤并記錄起拋點(diǎn)與最高點(diǎn)、拋球高度計(jì)算并顯示等步聚，完成乒乓球拋球高度的檢測(cè)。綜上所述，本實(shí)用新型提出的乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置，一方面為乒乓球訓(xùn)練提供了良好的平臺(tái)，科學(xué)地反應(yīng)了運(yùn)動(dòng)員發(fā)球水平，并將其作為改進(jìn)發(fā)球技術(shù)的參考資料，大大提高運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練效率。另一方面，在比賽中可提供客觀拋球數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化判球過程，減少判球爭(zhēng)議，大大減少主觀誤判因素。這里本實(shí)用新型的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本實(shí)用新型的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實(shí)用新型可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本實(shí)用新型范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
權(quán)利要求1.種乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置包括高速攝像機(jī)、圖像采集卡和上位機(jī)； 所述高速攝像機(jī)通過視頻信號(hào)線與圖像采集卡連接，圖像采集卡的輸出端與上位機(jī)連接。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置，其特征在于: 所述裝置還包括顯示器，該顯示器與上位機(jī)連接，用以顯示上位機(jī)的檢測(cè)結(jié)果。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置，所述裝置包括高速攝像機(jī)、圖像采集卡和上位機(jī)；所述高速攝像機(jī)通過視頻信號(hào)線與圖像采集卡連接，圖像采集卡的輸出端與上位機(jī)連接。所述裝置還包括顯示器，該顯示器與上位機(jī)連接，用以顯示檢測(cè)結(jié)果。本實(shí)用新型提出的乒乓球拋球高度的檢測(cè)裝置，一方面為乒乓球訓(xùn)練提供了良好的平臺(tái)，科學(xué)地反應(yīng)了運(yùn)動(dòng)員發(fā)球水平，并將其作為改進(jìn)發(fā)球技術(shù)的參考資料，大大提高運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練效率。另一方面，在比賽中可提供客觀拋球數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化判球過程，減少判球爭(zhēng)議，大大減少主觀誤判因素。
文檔編號(hào)A63B67/04GK202920940SQ20122058843
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者王朝立, 付振宇, 由婷, 王肖芬, 尚麗輝, 季云峰, 郭金鑫, 洪藝玲 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)