一種基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測系統及方法技術方案

本發明專利技術揭示了一種基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測系統及方法，所述系統包括視頻數據采集模塊、數據處理模塊、數據顯示模塊；所述數據采集模塊采集到乒乓球比賽的視頻后，將其傳送給數據處理模塊，數據處理模塊中載有乒乓球拋球高度檢測程序，程序運行后計算得出拋球高度，并將結果傳輸給數據顯示模塊，最后由數據顯示模塊顯示出拋球高度。本發明專利技術提出的基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測系統及方法，可快速精確地檢測乒乓球拋球高度，為判球過程提供了客觀依據。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于體育用品
，涉及一種乒乓球拋球高度檢測系統，尤其涉及一種基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測系統；同時，本專利技術還涉及一種基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測方法。
技術介紹
乒乓球是一種世界流行的球類運動項目，其中發球是乒乓比賽中的核心技術。國際乒聯針對發球明確規定“發球員須用手將球幾乎垂直地向上拋起，不得使球旋轉，并使球在離開不執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”。現如今的比賽中，最能引起裁判與球員之間爭議的就是這條拋球高度不得少于16厘米的規則，因其過于具體化，而且目前并無相關裝置能夠準確的測量出發球高度，所以，·是否違規只能憑裁判主觀目測后判定。在國內外比賽中，關于是否誤判已多次引發爭議，運動員狀態因此受到很大的影響，甚至會影響比賽的正常進行。目前關于乒乓球拋球高度的測量方法，并無相關專利技術專利涉及，相關的處理思路也極為少見。由于圖像處理具有很多優點，如原理簡單，實現成本較低，與被測物體不接觸，采集信息的方式是非侵犯性的，不會像外界環境傳播信號等，因此，用圖像處理的方法來檢測乒乓球的拋球高度，具有一定的優越性。中國專利公開號為CN1141427A的專利技術專利提供了一種基于圖像識別的運動物體測量方法，由打標記裝置按一定時間間隔在被測物體上打標記，繼而分析物體運動軌跡。而在乒乓球比賽中，不可能實現對球進行標記，此方法具有局限性。中國專利授權公告號為CN101782370B的專利技術專利提供了一種基于USB攝像頭的測量定位方法，但這種方法在每次測量前，需要首先將被測物體用矩形紙板進行標定，在乒乓球比賽現場設置大幅紙板并不實際。綜上所述，目前檢測乒乓球拋球高度的方法幾乎空白，相關測量思路也有種種局限，急需一種檢測乒乓球拋球高度方法的提出。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測系統，可快速精確地檢測乒乓球拋球高度，為判球過程提供了客觀依據。此外，本專利技術還提供一種基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測方法，可快速精確地檢測乒乓球拋球高度，為判球過程提供了客觀依據。為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案一種基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測系統，所述系統包括視頻數據采集模塊、數據處理模塊、數據顯示模塊；所述數據采集模塊采集到乒乓球比賽的視頻后，將其傳送給數據處理模塊，數據處理模塊中載有乒乓球拋球高度檢測程序，程序運行后計算得出拋球高度，并將結果傳輸給數據顯示模塊，最后由數據顯示模塊顯示出拋球高度。作為本專利技術的一種優選方案，所述視頻數據采集模塊中包括高速攝像頭和圖像采集卡，高速攝像頭與圖像采集卡連接，圖像采集卡與數據處理模塊連接；所述高速攝像頭能滿足拍攝高清錄像，每幀畫面中圖像無拖影現象；布設時需有穩定支撐物，以防抖動；且架設在運動員側面，可拍攝到發球全過程。一種上述的基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測系統的高度檢測方法，所述方法包括如下步驟步驟SI :視頻數據采集模塊采集到視頻信息，并將其傳送給數據處理模塊；步驟S2 :數據處理模塊中載有乒乓球拋球高度檢測程序，運行程序對數據進行計算處理；步驟S3 :數據顯示模塊顯示出拋球高度；所述步驟S2包括如下步驟步驟S21 :啟動，系統初始化，判斷是否有視頻導入；步驟S22 :有圖像導入則分離前景與背景，否則返回至步驟S21 ；步驟S23 :處理分離出的前景圖像，用霍夫變換識別出乒乓球，當呈現為標準圓時，即為起拋點，與此同時記錄乒乓球直徑；步驟S24 :采用計算搜索窗中圖像質心的方法，自動跟蹤乒乓球運動軌跡，比較乒乓球運動過程中的像素坐標的Y值，取其最大值，即為最高點坐標；步驟S25 :計算得拋球高度，進行誤差補償，并將結果傳送給數據顯示模塊。作為本專利技術的一種優選方案，所述步驟S2中，分離前景與背景部分中，先建立背景模型，將當前幀與背景模型進行比較，變化較大的區域即為前景；所述霍夫變換部分，在前景圖像中自動檢測出標準圓，即為起拋點，并計算得出標準圓的直徑；所述最高點是通過將運動過程中的所有像素點進行比較，得到的Y坐標的最大值。作為本專利技術的一種優選方案，所述步驟S2中，乒乓球的跟蹤過程采用計算質心方法，首先初始化第一幀中搜索窗的尺寸和位置，然后計算搜索窗中圖像的顏色直方圖，繼而可得顏色的概率分布圖，由概率分布的數據可計算搜索窗中圖像的質心，并將當前幀的質心數據作為下一幀圖像的初始數據，如此循環。作為本專利技術的一種優選方案，所述步驟S2中，根據起拋點、最高點、實際乒乓球標準直徑，來計算乒乓球拋球高度，并進行誤差補償。本專利技術的有益效果在于本專利技術提出的基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測系統及方法，可快速精確地檢測乒乓球拋球高度，為判球過程提供了客觀依據。本專利技術檢測方法的實現極為簡單，其中高速攝像頭既可自備，也可利用比賽現場已有的媒體鏡頭，從而達到節約成本的目的。本專利技術通過對前景的提取，大大減少了計算量，簡化了運算過程，從而提高運算速度，比賽現場可即時顯示拋球高度。本專利技術將背景建模、前景與背景分離、霍夫變換、計算質心以重設搜索窗值等方法相結合，克服了傳統視頻處理中復雜背景下目標物體易跟丟的情況，增強了系統的魯棒性。本專利技術相較于原先的裁判主觀目測判斷，其拋球高度值呈現為數據形式，為判球過程提供了客觀依據，且精度大大提高。附圖說明圖I為專利技術實施例的系統組成框圖。圖2為專利技術實施例的乒乓球拋球高度檢測程序流程圖。圖3為專利技術實施例的拋球高度示意圖。圖4是專利技術實施例的拋球高度算法流程圖。圖5是專利技術實施例的乒乓球拋球高度檢測方法的流程簡圖。附圖附注如下I :視頻數據采集模塊 2 :數據處理 模塊3 :數據顯示模塊具體實施方式下面結合附圖詳細說明本專利技術的優選實施例。本專利技術給出兩套實施方案，其中實施例一是基于PC機架構上的一種乒乓球拋球高度檢測方法和系統，實施例二是基于TMS320DM642的一種乒乓球拋球高度檢測方法和系統。實施例一請參閱圖1，本專利技術揭示了一種基于PC機架構上的乒乓球拋球高度檢測系統，包括視頻數據采集模塊I、數據處理模塊2、數據顯示模塊3。視頻數據采集模塊I采用美國CooKe公司PCO. 1200s高速攝像機，與計算機的數據接口是IEEE1394 ;布設時需有穩定支撐物，以防抖動；且架設在運動員側面，可拍攝到發球全過程。數據處理模塊2采用目前市場主流任意PC架構的計算機均可滿足設計要求。本系統采用了 WINDOWS XP操作系統，軟件編制平臺采用OPEN CV。數據顯示模塊3搭載在PC計算機平臺上，直接由計算機顯示屏完成顯示功能。高速攝像頭通過圖像采集卡與PC機相連，計算機在OPEN CV中運行程序后，將拋球高度顯示在計算機顯示屏上。實施例二本實施例揭示一種基于TMS320DM642的乒乓球拋球高度檢測系統，包括視頻數據采集模塊I、數據處理模塊2、數據顯示模塊3。視頻數據采集模塊I :攝像機采集到的視頻信號為標準PAL/NTSC制，信號經A/D轉換芯片SAA7155解碼后，送至數據處理模塊2的視頻接口 ；攝像機布設時需有穩定支撐物，以防抖動；且架設在運動員側面，可拍攝到發球全過程。數據處理模塊2 :采用TI公司生產的TMS320DM642芯片。在CCS2. 2中編譯好乒乓球拋球高度檢測程序后，將其燒至本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于圖像處理的乒乓球拋球高度檢測系統，其特征在于，所述系統包括：視頻數據采集模塊、數據處理模塊、數據顯示模塊；所述數據采集模塊采集到乒乓球比賽的視頻后，將其傳送給數據處理模塊，數據處理模塊中載有乒乓球拋球高度檢測程序，程序運行后計算得出拋球高度，并將結果傳輸給數據顯示模塊，最后由數據顯示模塊顯示出拋球高度。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王朝立，由婷，付振宇，王肖芬，尚麗輝，季云峰，郭金鑫，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：發明
國別省市：