CN101770550A

CN101770550A - 一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法

Info

Publication number: CN101770550A
Application number: CN201010120604A
Authority: CN
Inventors: 毋立芳; 刘健; 涂玲; 程照辉; 刘宪章; 孙京; 刘铮
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2010-07-07

Abstract

本发明涉及一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法。包括：获取一帧斯诺克台球静止图像；定位母球坐标和目标球坐标；在图像中建立一个区域；确定区域内的障碍台球有几个。若有一个障碍台球，建立一个三角形斯诺克判别区域；若区域内有两个或两个以上障碍台球，则判断是否有障碍台球在三角形别区域内，如果有则为斯诺克；否则建立母球不碰到各障碍球并击打到目标球的母球球心行进路径区域，判别各行进路径区域之间是否相交。若各行进路径区域全部相交，则不是斯诺克，若任意一个行进路径区域与其它行进路径区域不相交则为斯诺克。本发明的有益效果是：实现了斯诺克判断的快速准确，减轻裁判员压力，增加裁判判罚的公正性和准确度。

Description

一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法

技术领域

本发明涉及应用于体育运动领域的计算机辅助裁判系统，更具体的说涉及一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法。

背景技术

斯诺克（Snooker）台球和美式台球是深受人们广泛欢迎的一项体育运动，国内外经常举行各种大赛，为了提高运动员的水平，经常要对运动员击出的球做斯诺克判断，但目前斯诺克台球比赛和美式台球的裁判还一直沿用传统的裁判员目视裁判的方法，然而斯诺克和美式台球比赛耗时长，经常会出现视觉疲劳造成误判，造成一些技术数据统计的不准确，有时会造成一些不必要的争执，为此，需要开发一种计算机辅助裁判系统帮助裁判员避免上述情况的产生。

发明内容

本发明的目的是提出一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法，该方法减少了裁判对复杂情况下斯诺克的误判，提高了斯诺克判断的准确性和公正性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法，其步骤包括：a.获取一帧斯诺克台球静止图像，确定图像中各台球的平面坐标；b.定位母球坐标和目标球坐标；c.在台球图像中建立一个区域，所述区域是两条相互平行的直线和两条直线两端连接后形成的区域，两条直线分别穿过母球坐标中心和目标球坐标中心，两条直线与母球和目标球坐标中心连线垂直；母球位于所述穿过母球直线的中点；目标球位于所述穿过目标球直线的中点；d.确定区域内是否有障碍台球，没有障碍台球则不存在斯诺克，有障碍台球则继续执行；e.确定区域内的障碍台球有几个：e1,若确定区域内有一个障碍台球，建立一个三角形斯诺克判别区域，所述三角形斯诺克判别区域是等腰三角形，其底边在母球上，底边长度为母球两倍直径，顶点是目标球坐标中心，母球置于底边的中点，判断障碍台球的中心坐标是否在等腰三角形斯诺克判别区域内，如果障碍台球的中心坐标在等腰三角形斯诺克判别区域内则为斯诺克，否则没有斯诺克；e2,若确定区域内有两个或两个以上障碍台球，则首先判断是否有障碍台球的中心坐标在所述等腰三角形斯诺克判别区域内，如果有障碍台球的中心坐标在等腰三角形斯诺克判别区域内则为斯诺克，否则继续执行；e3,建立母球不碰到各障碍球并击打到目标球的母球球心行进路径区域，判别各行进路径区域之间是否相交？若各行进路径区域全部相交，则不是斯诺克，若任意一个行进路径区域与其它行进路径区域不相交则为斯诺克。

所述步骤c台球图像中建立一个区域是一个矩形区域，所述穿过母球的直线长度是母球直径的四倍，母球位于该直线的中点；所述穿过目标球的直线长度是目标球直径的四倍，目标球位于该直线的中点。

所述步骤c台球图像中建立一个区域是一个梯形区域，所述穿过母球的直线长度是母球直径的两倍，母球位于该直线的中点；所述穿过目标球的直线长度是目标球直径的四倍，目标球位于该直线的中点。

所述判别各母球球心行进路径区域之间是否相交是：确定出所有障碍球对应的母球有效路径区域，取这些有效区域的交集，交集为空则不相交，交集不为空则相交。

本发明的有益效果是：实现了斯诺克判断的快速准确，减轻裁判员压力，增加裁判判罚的公正性和准确度。

下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。

附图说明

图1为本发明步骤流程图；图2为本发明三角形斯诺克判别区域判别示意图；图3为本发明判断圆心在三角形内示意图；图4为本发明矩形区域判别示意图；图5为本发明梯形区域判别示意图。

具体实施方式

实施例

一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法实施例，该方法基于一个计算机辅助裁判系统，所述系统包括摄像头、斯诺克台球桌、视频采集器以及计算机；所述摄像头安装于斯诺克台球桌台面中心的上方，摄像头最大视角含盖台球桌台面，摄像头的视频输出连接至视频采集器，视频采集器连接至计算机，设定台球桌台面长边为X轴、短边为Y轴；系统根据输入的摄像头像素和台球桌尺寸数据，将台球桌台面转化为一个已知的平面坐标系；根据“斯诺克”的定义，只要母球不能直接打到所有目标球即为斯诺克，主要判断两种情况：第一种情况：当运动员应该击打红球时，如果台面所有红球都不能直接被打到（也就是所有红球被彩球挡住）则认为是“斯诺克”。此时红球为目标球，彩球为可能的障碍球。

第二种情况：当台面上所有的红球都击落袋后，运动员需要按顺序将彩球依次击打进袋，彩球击打顺序是：黄球、绿球、棕球、蓝球、粉球、黑球；当运动员应该击打某一个彩球时，如果该彩球被顺序排在其后的其他彩球挡住而不能直接击打，则认为是斯诺克，此时应该被击打的彩球时目标球，排在其后的彩球为可能的障碍球。

因此，所述一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法，参见图1至图5，其步骤包括：a.获取一帧斯诺克台球静止图像，确定图像中各台球的平面坐标；b.定位母球1坐标和目标球2坐标；c.在台球图像中建立一个区域，所述区域是两条相互平行的直线和直线两端连接后形成的区域，两条直线分别穿过母球坐标中心和目标球坐标中心，两条直线与母球和目标球坐标中心连线垂直；母球位于所述穿过母球直线的中点；目标球位于所述穿过目标球直线的中点；d.确定区域内是否有障碍台球3，没有障碍台球则不存在斯诺克，有障碍台球则继续执行；e.确定区域内的障碍台球有几个：e1,若确定区域内有一个障碍台球，如图2所示，建立一个三角形斯诺克判别区域4，所述三角形斯诺克判别区域是底边在母球上，底边长度为母球两倍直径，顶点是目标球坐标中心的等腰三角形，其中母球置于底边的中点，判断障碍台球的中心坐标是否在等腰三角形斯诺克判别区域内，如果障碍台球的中心坐标在等腰三角形斯诺克判别区域内则为斯诺克，否则没有斯诺克；e2,若确定区域内有两个或两个以上障碍台球，则首先判断是否有障碍台球的中心坐标在所述等腰三角形斯诺克判别区域内，如果有障碍台球的中心坐标在等腰三角形斯诺克判别区域内则为斯诺克，否则继续执行；e3,建立母球不碰到各障碍球并击打到目标球的母球球心行进路径区域，判别各母球球心行进路径区域之间是否相交？若各母球球心行进路径区域全部相交，则不是斯诺克，若任意一个母球球心行进路径区域与其它任意一个母球球心行进路径区域不相交则为斯诺克。

本实施例具体程序执行是：A.先读取数据库中的pResult坐标串，解析得到球的台面坐标。pResult串值是由系统自带的自动定位系统生成的含有各个球坐标的坐标串，传到数据库中，只需用程序直接读取。

A1.解析前在pResult坐标串中彩球编号按黄球、绿球、棕球、蓝球、粉球、黑球分别为C31-C37，红球编号为R11-R25，白球的编号是W10。

A2.解析后彩球编号（ball_num）对应于C31-C37顺序转换成0-5，坐标值不变。红球编号对应于R11-R25顺序转换成6-20，坐标值不变。白球编号由W10转换成21，坐标值不变。这样的转换是为了程序更容易编写和实现。

B.先判断母球到目标球的直接击打区域存在一个可能的障碍球形成斯诺克的情况；B1.首先根据目标球和母球的位置确定一个三角形区域，如图2，B2.设球A为白球（母球），球D为目标球，球B和球C是虚拟的两个障碍球都与球A相切，BC与DA垂直。只要有可能障碍球的球心在BCD三点构成的三角形里，目标球就不能直接被击打到，此时就形成了斯诺克。

步骤B1中三角形BCD区域的推导是：如图2中，球H和球I是虚拟的两个障碍球，球H和球I所在位置是母球A正好与目标球D相切的临界情况，直线EF和EG是母球A与目标球D的两条双切线，DF和DG分别垂直于EF和EG.直线EF上任意一点到直线CD的垂直距离都要小于一个球的半径R，所以当可能障碍球的球心在直线CD上或左边时，母球A必不能不碰到可能障碍球而打到目标球。左右两侧完全对称，同理，如果可能障碍球的球心在直线BD上或右边时，母球A也不能直接击打到目标球。三角形BCD障碍区域就是这样推断出来的。

步骤B2中用到判断一个球的球心是否在三角形区域内，核心方法是：B21.如图3所示，知道三角形三个顶点的坐标x0（x[0],y[0]）,x1(x[1],y[1]),x2(x[2],y[2])。根据三个顶点坐标可以确定出三角形的三个边的直线方程，用直线一般方程ax+by+c=0，a、b、c三个系数可以用三个顶点坐标表示出来。

B22.进一步地，再判断各顶点与其相对的边的位置关系，按数学点与直线关系原理，也就是把x0的坐标值代入到直线line1的方程中判断值是大于0还是小于0，同理把x1的坐标代入到直线line2方程中，x2的坐标值代入到line0的方程中，判断是正是负。

B23.进一步，如果两点在直线的同侧,那两点的坐标代入到直线方程所得的值的正负号相同。若这个三角形区域内有可能障碍球，这个球的球心A点应该与x0点在直线line1的同侧，与x1点在直线line2的同侧，与x2点在直线line0的同侧。

B24.利用步骤B23所述的原理，将每个可能障碍球的球心坐标代入到line0，line1，line2三条直线方程中，对应于每个可能障碍球球会得到三个值。只要三个值与步骤B22中三个顶点坐标代入到相应直线得到的三个值都同号，说明有此可能障碍球就在三角形区域内。

B3.按照B2的思想，对每个目标球对应母球都做这样一个三角形，判断有没有可能障碍球的球心在三角形区域内。程序中用循环来检测每个目标球，只要有一个目标球所确定的三角形内没有可能障碍球的球心，循环就被break，剩下目标球就不用检测了，这时说明有目标球有可能被直接击打到，可能没有形成斯诺克，具体是不是斯诺克还需要结合下面“判断是否多颗可能障碍球造成斯诺克的情况”来综合判断，此时程序中函数返回is_single_ball_snooker1=0。反之，若每个目标球所确定的三角形区域内都有可能障碍球，则说明每个目标球都不能被直接击打到，形成了斯诺克，此时程序中函数返回is_single_ball_snooker1=1。

在斯诺克台球的比赛中，多颗可能障碍球构成的斯诺克是很常见的，但用上述判断方法，对每个可能障碍球单独判断，又都不在上述三角形中，但多颗可能障碍球联系起来就可能形成斯诺克，下面就来分析什么位置的多颗可能障碍球能形成斯诺克。

C.判断母球到目标球的击打区域是否存在两个以上的可能障碍球形成了斯诺克，如图4和图5所示。

C1.首先确定一个梯形区域——可能形成斯诺克的可能障碍球的位置区域，如图5；把可能障碍球分为在母球的左侧和右侧两部分，即图5中的OMDJ梯形区域和OMCI梯形区域。很明显，在这两个梯形区域外的可能障碍球不可能对此目标球构成斯诺克。在步骤B中已证明若ODC三角形中有障碍球，不论几个，目标球一定是不能被击打到，此时是斯诺克，所以在母球的左侧需判断区域已从OMDJ梯形缩小到ODJ三角形，右侧需判断区域从OMCI梯形缩小到OCI三角形。

C2.梯形区域的推导思路：球M为母球1，球O是目标球2，球K和球S为可能障碍球，分别在母球的左边区域和右边区域。线段AJ=BI=AO=OB=球的直径（D）=105.0mm（台球直径），线段BN=NI=DE=PC=球的半径（R）=52.5mm。直线RQ和PU分别是母球与两个障碍球的双切线，直线ML平行于RQ交线段AB于L,直线MT平行于PU交线段AB于T。

当母球与目标球正好左右相切的临界情况时，母球球心的行进路径是MA或MB。单独考虑右边区域，母球的球心路径是直线MB，若有可能障碍球的球心在直线CI上或者其左边，则母球会碰到障碍球；若可能障碍球在直线CI右边，则其必不能阻碍母球击打目标球，此球不用考虑。同理，在左边区域的临界情况母球的球心路径是直线MA时，若有可能障碍球的球心在直线DJ上或者其右边，则母球会碰到可能障碍球。在直线CI左边的可能障碍球都不必考虑，它们不可能阻碍到母球。由此，左右两侧的边界线就是DJ和CI，可能形成斯诺克的可能障碍球的最大位置区域——梯形DJIC，就这样确定出来。当然区域可以从上边长和下边长相等、等于台球直径开始的矩形区域开始到上边长和下边长相等、等于台球直径的两倍的矩形区域直到所述的最大位置区域；采用此种分区域可以实现一种快速优选；C3.判断多颗障碍球情况形成斯诺克的核心思想：在梯形区域内的每个可能障碍球都会影响母球直接击打目标球的可行路径，使其可行路径区域范围缩小。根据母球、目标球及每个可能障碍球的球心坐标就能唯一确定一个母球可直接击打到目标球的有效路径区域I，对所有的有效路径区域做交集。若交集为空，说明母球无可行的击打路径，断定形成了斯诺克。反之，则不是斯诺克。

C31.确定有效路径区域I的方法：以母球左侧三角形区域ODJ内球K所确定的有效路径区域为例，RQ直线是母球与障碍球相切的临界情况，过M做一条直线ML与RQ平行,交AB于L。直线ML就是母球运动与球K相切情况下母球球心行走的路径。另一种临界情况，当母球和目标球右相切时，直线BM就是母球球心行走的路径。很明显，母球球心有效路经区域就是图5中右边三角形MLB阴影区域。

C32.如何求得母球与可能障碍球的双切线斜率是确定直线ML方程的关键，方法如下：通过母球和可能障碍球的坐标确定线段MK的中点和斜率，再求得直线MK和RQ的夹角，就可以确定出双切线的斜率。直线ML与双切线的斜率相同，过母球球心，进而确定直线ML的方程。

C4.按照步骤C31中的方法，确定ODJ区域内所有可能障碍球对应的母球有效路径区域，取这些有效区域的交集X，交集X就是所有与直线AB的交点中最靠近B点的点与B,M两点形成的三角形区域（图5中的三角形ＭＬＢ的阴影部分）。

C5.类似地，对于母球右侧OCI三角形区域内的可能障碍球，按照步骤C31中的方法，确定出所有可能障碍球对应的母球有效路径区域，取这些有效区域的交集Y，交集Y就是所有与直线AB的交点中最靠近A点的点与A,M点形成的三角形区域（图5中的三角形ＭＡＴ的阴影部分）。

C6.综合左右两侧的情况，交集X与交集Y再求交集，若交集为空（X∩Y=F），则说明是斯诺克，也就是白球没有能直接打到目标球的有效击打路径。此时程序中dis_sum函数返回snookered=1。若交集不为空(X∩Y??F)，则不是斯诺克，dis_sum函数返回snookered=0。如图５所示的例子，左侧三角形区域MTA与右侧三角形区域MLB的交集为空（两个阴影部分不相交即出现空白三角形ＭＴＬ），说明此时是斯诺克。

C7.对所有的可能障碍球先进行步骤B的单球情况判断，再进行步骤C的多球情况的判断，取两种情况判断的并集，即只要有一种情况判断出是斯诺克那此时就一定是斯诺克。

当然，本发明还可有其他多种判断单个可能障碍球和多个可能障碍球情况下的斯诺克的算法，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法，其特征在于，该判别方法步骤包括：

a.获取一帧斯诺克台球静止图像，确定图像中各台球的平面坐标；

b.定位母球坐标和目标球坐标；

c.在台球图像中建立一个区域，所述区域是两条相互平行的直线和两条直线两端连接后形成的区域，两条直线分别穿过母球坐标中心和目标球坐标中心，两条直线与母球和目标球坐标中心连线垂直；母球位于所述穿过母球直线的中点；目标球位于所述穿过目标球直线的中点；

d.确定区域内是否有障碍台球，没有障碍台球则不存在斯诺克，有障碍台球则继续执行；

e.确定区域内的障碍台球有几个：

e1,若确定区域内有一个障碍台球，建立一个三角形斯诺克判别区域，所述三角形斯诺克判别区域是等腰三角形，其底边在母球上，底边长度为母球两倍直径，顶点是目标球坐标中心，母球置于底边的中点，判断障碍台球的中心坐标是否在等腰三角形斯诺克判别区域内，如果障碍台球的中心坐标在等腰三角形斯诺克判别区域内则为斯诺克，否则没有斯诺克；

e2,若确定区域内有两个或两个以上障碍台球，则首先判断是否有障碍台球的中心坐标在所述等腰三角形斯诺克判别区域内，如果有障碍台球的中心坐标在等腰三角形斯诺克判别区域内则为斯诺克，否则继续执行；

e3,建立母球不碰到各障碍球并击打到目标球的母球球心行进路径区域，判别各行进路径区域之间是否相交？若各行进路径区域全部相交，则不是斯诺克，若任意一个行进路径区域与其它行进路径区域不相交则为斯诺克。

2.根据权利要求1所述一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法，其特征在于，所述步骤c台球图像中建立一个区域是一个矩形区域，所述穿过母球的直线长度是母球直径的四倍，母球位于该直线的中点；所述穿过目标球的直线长度是目标球直径的四倍，目标球位于该直线的中点。

3.根据权利要求1所述一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法，其特征在于，所述步骤c台球图像中建立一个区域是一个梯形区域，所述穿过母球的直线长度是母球直径的两倍，母球位于该直线的中点；所述穿过目标球的直线长度是目标球直径的四倍，目标球位于该直线的中点。

4.根据权利要求1所述一种斯诺克台球的计算机辅助斯诺克判别方法，其特征在于，步骤e3所述判别各母球球心行进路径区域之间是否相交是：确定出所有障碍球对应的母球有效路径区域，取这些有效区域的交集，交集为空则不相交，交集不为空则相交。