CN104874171A - 台球瞄准器以及瞄准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种台球瞄准器及瞄准方法。所述台球瞄准器包括瞄准器本体、定位装置、微处理器以及与所述微处理器电连接的陀螺仪、摄像头、显示单元、电源单元、按键输入单元、存储单元及处理软件，所述定位装置包括两个支撑块和弹性带，所述瞄准方法是通过预先测量指定台球在多个标准距离的水平方向成像大小并通过成像大小计算出指定台球的空间距离，预先通过摄像头及陀螺仪测量指定台球在多个标准水平距离和多个标准前后倾角下的空间距离，通过插值方法计算出指定台球的水平距离，从而在同一平面上计算出指定台球与台球瞄准器的相对坐标，通过V形定位槽锁定击球的行进路线，因而精确计算出指定台球与其它球的碰撞点及分离线，达到瞄准的目的。

Description

台球瞄准器以及瞄准方法

技术领域

本发明涉及一种台球瞄准器以及瞄准方法。

背景技术

现在喜欢台球运动的人很多，但很多人技术水平都很难提高，也发现不了自己存在的技术缺陷。因此，目前人们借助台球瞄准装置进行辅助训练，如专利申请号为201310338917.8、专利名称为“一种台球瞄准方法及专用台球瞄准装置”的专利文件中就公开了能够直接应用于球杆中轴线位置，通过瞄准具体存在的目标球的球心确定出杆方向，使用方便、准确度高、能满足实战要求，捕捉到瞄准点（假想球心、碰撞点）、准确判断分离角，能与球杆合为一体，瞄准过程能与击球动作无缝衔接的准确瞄准手段。具体来说，该方案为在球杆中轴线上外延出一条以上长度等于台球直径或半径的辅助线，这条辅助线与利用这条辅助线的端点瞄向目标球球心或瞄向碰撞点，再与袋口、目标球球心连线延长线上与目标球相邻的一个虚拟球球心的连线，再与球杆中轴线过母球球心到这条辅助线的另一端，构成了一个平行四边形；沿所述辅助线外端的端点瞄向目标球球心或瞄向碰撞点，利用平行四边形对应的两边平行原理，球杆中轴线与那条瞄准目标球球心或瞄向碰撞点的线平行，就能将目标球打进袋中。但这种方案是将球杆于台球瞄准装置结合为一体，即不方便携带而不利用大面积推广，而且其瞄准并不精准，同时也容易受球杆杆身的影响（杆身不标准，并非直线），因此，专利号为CN203469433的专利文件公开了一种台球进球激光瞄准仪，该台球进球激光瞄准仪包括壳体和放置在壳体内的首端伸出壳体的激光器，激光器的开关设置在壳体上，壳体底端还固定有第一支撑腿，第一支撑腿的底端设有第一球杆卡，壳体顶端设有平行于球杆的击球线和第一量角器，第一量角器的中心点位于击球线上，壳体顶端还设有角度角度瞄准法的角度与瞄准点位置换算对应表，壳体内还设置有横向的滑动轨道，滑动轨道内设有齿条，齿条上啮合有齿轮，齿轮的端面上和调节杆的一端连接，调节杆的另一端伸出壳体，激光器的尾端固定在齿条上，壳体底端还固定有第二支撑腿，第二支撑腿的底端设有第二球杆卡，解决了人们在击打目标球时瞄准点定位不准确的问题，但这种结构的台球进球激光瞄准仪同样也只是将人、球杆与被击打的球进行结合，而对于球桌的因素并未考虑在内，其精准度有限，而且，这种台球进球激光瞄准仪的固定方式只能针对单人单杆的一种球杆，对于其他球杆并不适用，拆卸安装也比较麻烦，而且需要注意的是，当使用者在击球前的反复瞄准时，瞄准仪瞄准的位置会发生变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种携带与拆卸安装方便，能始终保持瞄准器瞄准位置于台球杆的中心线对应，能精确计算出主球和目标球的运行轨迹而瞄准精准的台球瞄准器以及瞄准方法。

    本发明一种台球瞄准器所采用的技术方案是：所述台球瞄准器包括瞄准器本体、定位装置、微处理器以及与所述微处理器电连接的陀螺仪、摄像头、显示单元、电源单元、指令输入单元、存储单元及所述微处理器内的处理软件，所述定位装置包括设置在所述瞄准器本体下方的第一支撑块、第二支撑块和至少一条弹性带，所述弹性带的两端均与所述瞄准器本体相连接，所述第一支撑块和所述第二支撑块上均设置有与球杆配合的V形定位槽，所述处理软件包括：

   参数设置模块，预设置台球在不同距离、不同击球角度下的X、Y轴实际成像像素，作为台球空间距离和平面距离计算的基础；

   数据采集模块，用于采集所述摄像头拍摄的主球、目标球的位置的图片和所述陀螺仪记录的前后倾钭角度、左右倾钭角度的信息；

   线路计算模块，用于根据校正后的图像与采集到的前后倾钭角度、左右倾钭角度插值进行计算，生成击球线、主球分离线以及目标球分离线；

   图像叠加模块，用于将计算得出的线路与原图片进行叠加并输出进行显示，从而可以判断目标球是否落袋。

    进一步的，所述处理软件还包括用于进行通讯连接的无线传输模块和用于对参数进行提示的语音提示模块。

    进一步的，所述台球瞄准器还包括与所述微处理器电连接的语音输入单元、语音输出单元、USB接口单元、无线通讯单元以及十字红外激光灯。

    进一步的，所述第一支撑块和所述第二支撑块均通过销轴与所述瞄准器本体轴承转动连接。

    进一步的，所述无线通讯单元为WIFI通讯或蓝牙通讯或射频通讯或zibgee通讯中的至少一种。

    进一步的，所述存储单元为FLASH卡或SD卡或RAM卡中的至少一种。

    本发明一种台球瞄准器的瞄准方法所采用的技术方案为：所述瞄准方法是通过预先通过摄像头测量指定台球在多个标准距离的水平方向成像大小从而可以反过来通过成像大小进行插值计算出指定台球的空间距离，同时预先通过摄像头及多轴陀螺仪测量指定台球在多个标准水平距离和多个标准前后倾角下的空间距离，采集所述摄像头实际拍摄的图片和所述多轴陀螺仪测得的角度后，就可以通过插值方法计算出指定台球的水平距离，从而可以在同一平面上精确计算指定台球与台球瞄准器的相对坐标，由于通过两个V形定位槽能够锁定击球的行进路线，因而能够精确计算出指定台球与目标球的碰撞点及分离线，从而判断目标球是否洛带。

本发明的有益效果是：本发明采用了带有V形定位槽的所述第一支撑块和所述第二支撑块，结合所述弹性带，可保证所述台球瞄准器能顺利的安装在任何一种台球杆上，可以在现有球杆上方便快捷地装上训练描准器，它可以保证在一定的使用力度下不会有前后滑动和左右摆动，但可以借人力让其沿着球杆转动，以保证球杆皮头的均匀使用，使用起来极为方便。所述第一支撑块和所述第二支撑块均通过销轴与所述瞄准器本体转动连接在使用时打开两个所述第一支撑块和所述第二支撑块后通过所述弹性带将瞄准器与台球杆绑紧，在不用时收起两个所述第一支撑块和所述第二支撑块以缩小体积后便于携带，通过所述第一支撑块和所述第二支撑块保证了多功能辅助训练台球描准器的摄像头中心线与台球杆的中心线在一个平面内，从而可以通过该支撑的中央位置上的所述摄像头对球杆前面的主球、目标球进行摄像，利用所述陀螺仪采集运杆速度、加速度、左右倾钭度、前后倾钭度，采用高性能的所述微处理器进行计算，然后给出击球点、主球击球路线、主球分离路线、目标球分离路线，并可以将拍摄的图像和分析结果显示在台球描准器的所述显示单元上，可快速和全面的提高使用者台球技能，而且可以通过本发明的计算方法，能实时测量在图像中出现的主球及目标球的距离、击球的方向、击球分离线，因此可以即时发现球员在击球时出现的各种问题，从而不断提高球员的准度、力度、杆法等技术水平。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的原理框图；

图3是本发明的模块图；

图4为工作时的示意图；

图5为0.5米水平距离标准球像素测定图；

图6为1米水平距离标准球像素测定图；

图7为台球瞄准器与桌球水平面夹角的示意图；

图8为台球瞄准器左右倾斜与桌球水平面夹角的示意图；

图9为台球瞄准器至目标球的距离与桌球水平面夹角的示意图；

图10为目标球在投影后的距离的示意图；

图11为目标球与主球分离的示意图。

具体实施方式

    如图1、图2、图3、图4所示，本发明公开了一种台球瞄准器定位装置，所述台球瞄准器定位装置包括瞄准器本体21、设置在所述瞄准器本体21下方的第一支撑块22、第二支撑块23和至少一条弹性带24，所述弹性带24的两端均与所述瞄准器本体21相连接，所述第一支撑块22和所述第二支撑块23上均设置有于球杆配合的V形定位槽25，通过所述弹性带24结合所述第一支撑块22和所述第二支撑块23的固定方式将台球描准器固定在球杆上，它可以在现有的不同的球杆上方便快捷地装上训练描准器，可以保证整个描准器的中心平面与球杆的中心线共面，以此作为球杆的运动方向，可以保证在一定的使用力度下不会有前后滑动和左右摆动，但可以借人力绕着球杆转动，以保证球杆皮头的均匀使用，使用起来极为方便，所述第一支撑块22和所述第二支撑块23均通过销轴与所述瞄准器本体转动连接，可折叠的结构利于携带,更加方便。

所述台球瞄准器包括台球瞄准器定位装置、微处理器1以及与所述微处理器1电连接的陀螺仪2、摄像头3、显示单元4、电源单元5、触摸输入单元6、语音输入单元8、语音输出单元9、USB接口单元12、无线通讯单元11、十字红外激光灯10以及存储单元7，所述摄像头3安装位置位于所述台球描准器的前端居中，便于对前端的主球、目标球进行拍照，以此作为计算主球的分离线、目标球的分离线基础，所述摄像头3的分辩率和保真度是直接关系到所述台球描准器的精度计算的主要因素，优选为1300万像素以上的高清摄像头，采用摄像头分辩率越高，则测量精度越高，所述摄像头3可以通过软件对中心线进行校正，因此在安装时即便有一点偏差也可以通过软件修正过来，从而保证了所述台球描准器的击球线的精确。所述陀螺仪2（六轴以上）安装在台球描准器内，用于在拍照时同时记录的前后倾钭角度、左右倾钭角度、击球力度、击球速度，所述触摸输入单元6用于功能选择和参数设置，操作简单，所述语音输入单元8可以接受语音信号，所述语音输出单元9用于语音提示，所述显示单元4用于显示拍照图片、分析结果、配置参数、环境参数，所述无线通讯单元11可以将高清图像实时传送到手机、平板电脑等大屏幕显示设备上，所述无线通讯单元11为WIFI通讯或蓝牙通讯或射频通讯或zibgee通讯中的至少一种，优选采用WIFI通讯方式，优选为头戴式平板电脑用于显示。台球描准器内配有触摸屏用于人机界面操作，所述微处理器1和相应软件用于对摄像头的图像进行分析处理，所述存储单元7可以为FLASH卡或SD卡或RAM卡中的至少一种，本实施例中，所述存储单元7包括FLASH卡、SD卡以及RAM卡，所述红外发射单元10与所述摄像头3的安装方向一致，用于辅助描准，它可以用声音进行开关。其中，所述相应软件包括：

     参数设置模块101，预设置台球在不同距离、不同击球角度下的X、Y轴实际成像像素，作为台球空间距离和平面距离计算的基础；

     数据采集模块102，用于采集所述摄像头拍摄的主球、目标球、球袋、球边的位置的图像和所述陀螺仪记录的前后倾钭角度、左右倾钭角度、击球力度、击球速度的信息；

     线路计算模块103，用于根据校正后的图像与采集到的前后倾钭角度、左右倾钭角度、击球力度、击球速度进行计算，生成击球线、主球分离线以及目标球分离线；所述线路计算模块包括图像变换模块、目标球寻找模块、目标球坐标变换模块、击球中心点坐标计算模块、线路生成模块；

     图像叠加模块104，用于将计算得出的线路与原图像进行叠加并输出进行显示，从而可以判断目标球行进路线是否符合要求；

     无线传输模块105，用于通过所述无线传输单元进行数据的传输；

     语音提示模块106，用于语音提示分离角角度，辅助使用者进行判断。

   本发明的原理是通过两个所述第一支撑块22和所述第二支撑块23保证描准器的中心线与台球杆的中心线在一个平面内，并通过所述摄像头3对球杆前面的主球、目标球进行摄像，利用所述陀螺仪2采集左右倾钭度、前后倾钭度，所述微处理器1进行计算并给出击球点、主球前进路线、主球分离路线、目标球分离路线，将拍摄的图像和分析结果显示在所述显示单元4上。

   本发明的构思如下，首先，所述摄像头3的分辩力和保真度是直接关系到所述台球瞄准器的精度计算的主要因素，优选为1300万像素以上的摄像头，在最远点即3500mm处，要求对直径为52.5mm的标准球的分辨力至少达到210个像素，在500mm处的分辩力要达到1050个像素以上。因此其最高测量精度可以达到0.05mm,最差精度为0.25mm，采用的摄像头分辩力越高，则测量精度越高，所述摄像头优选为1300万像素以上。由于台球桌的范围不大，一般在4米X2米以内，因此采用固定焦距对目标进行拍摄也可以达到清晰度要求，还可以保证目标在图片中的大小与距离成一定关系，首先要对台球描准器的摄像头进行中心线校正,接着在500mm、1000mm、1500mm,2000mm、2500mm、3000mm等多个水平距离通过摄像头3测量标准球的Ｘ（DX1）、Ｙ直径像素(DY1)，并建立相应的表格，得到空间距离与标准球X、Ｙ直径像素对应关系的典型特征表TAB1，从而可以通过X或Y方向进行非线性插值（如三次样条插值）测量照片中的标准球与摄像头的空间距离。

    其次，如图7所示，由于球杆在击球时，都与水平线有一定角度，即摄像头并非是水平进行拍照，通过台球描准器的多轴陀螺仪可以得到沿球杆方向的向前倾角及左右倾角，一般设定左右倾角为0度（非0度时可由球手转动球杆人工调节到接近0由软件加以左右倾钭校正即可），如图8所示，因为在台球描准器的摄像头中得到的球距离D是有倾角α1的空间距离，它的水平距离S与台球描准器的向前倾角α和球的距离D相关：可以描述成如下公式:S=D*COS(F(α，D))，其中α表示摄像头向前倾角，D表示已经测量出的空间距离，通过事先测量S在等于3米、0.5米等不同水平距离、不同向前倾角(至少大于4个倾角，越多越精确)下的空间距离D,可以得出实际倾角α1=arcos(S/D)，如下表：

 

TAB2表中空间距离D是从高清照片得到目标球的X、Y直径像素后利用TAB1进行插值后计算出来，根据反三角函数其对应角度α1=arccos(D/S)，因此得到了目标球的实际视角α1，如图9所示。利用TAB2进行插值计算就可以得出任意目标球的实际视角αx和水平距离S x,最简单的如线性插值已能满足一般的精度要求，具体过程如下:

    在已经建好的表TAB2中先找到台球描准器的向前倾角所在区间两行，通过上下两行进行直线插值得到所在行的数据(包括在两端的实际视角α1a、α1b及在两端的空间距离D1a、D1b）,由空间距离Dx进行直线插值得到目标球的实际视角：α1x = α1a+ (α1b-α1a )*(Dx-D1a)/(D1b-D1a)，然后目标球和台球描准器的平面距离Sx就可以根据公式：Sx=Dx*cos(α1x)计算出来，从而我们可以进行没有视角误差的主球击球线、主球分离线、目标球分离线计算，从而可以判断目标球是否落袋。

    根据上述基本原理，目标球的分离线计算过程如下：根据摄像头拍的照片和六轴陀螺仪采集的前后倾角计算球的空间距离和台球描准器的水平夹角，从而得到了目标球在投影后的距离B，通过从根据此距离插值得到该距离处的X轴Kx，如图10所示，根据照片可以得到目标球距离击球线和中心线的像素距离C得到真实距离为：Ct=C*Kx

如图11所示，由于球的直径为已知参数D,因而可以得到目标球的分离角度：β=ARCSIN（Ct/D），因而目标球方向的直线方程可以得出，从而可以在照片中画出一条目标球前进线，并对图像进行叠加后进行显示，人眼看前进线是否符合要求，从而达到瞄准的目的。

Claims (7)

1.一种台球瞄准器，其特征在于：所述台球瞄准器包括瞄准器本体、定位装置、微处理器以及与所述微处理器电连接的陀螺仪、摄像头、显示单元、电源单元、指令输入单元、存储单元及所述微处理器内的处理软件，所述定位装置包括设置在所述瞄准器本体下方的第一支撑块、第二支撑块和至少一条弹性带，所述弹性带的两端均与所述瞄准器本体相连接，所述第一支撑块和所述第二支撑块上均设置有与球杆配合的V形定位槽，所述处理软件包括：

   参数设置模块，预设置台球在不同距离、不同击球角度下的X、Y轴实际成像像素，作为台球空间距离和平面距离计算的基础；

   数据采集模块，用于采集所述摄像头拍摄的主球、目标球的位置的图片和所述陀螺仪记录的前后倾钭角度、左右倾钭角度的信息；

   线路计算模块，用于根据校正后的图像与采集到的前后倾钭角度、左右倾钭角度插值进行计算，生成击球线、主球分离线以及目标球分离线；

   图像叠加模块，用于将计算得出的线路与原图片进行叠加并输出进行显示，从而可以由人工判断目标球线路是否符合要求。

2.根据权利要求1所述的台球瞄准器，其特征在于：所述处理软件还包括用于进行通讯连接的无线传输模块和用于对参数进行提示的语音提示模块。

3.根据权利要求1所述的台球瞄准器，其特征在于：所述台球瞄准器还包括与所述微处理器电连接的语音输入单元、语音输出单元、USB接口单元、无线通讯单元以及十字红外激光灯。

4.根据权利要求1所述的台球瞄准器，其特征在于：所述第一支撑块和所述第二支撑块均通过销轴与所述瞄准器本体轴承转动连接。

5.根据权利要求1所述的台球瞄准器，其特征在于：所述无线通讯单元为WIFI通讯或蓝牙通讯或射频通讯或zibgee通讯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的台球瞄准器，其特征在于：所述存储单元为FLASH卡或SD卡或RAM卡中的至少一种。

7.一种瞄准方法，其特征在于：所述瞄准方法是预先通过摄像头测量指定台球在多个标准距离的水平方向成像大小从而可以反过来通过成像大小进行插值计算出指定台球的空间距离，同时预先通过摄像头及多轴陀螺仪测量指定台球在多个标准水平距离和多个标准前后倾角下的空间距离，采集所述摄像头实际拍摄的图片和所述多轴陀螺仪测得的角度后，可通过插值方法计算出指定台球的水平距离，从而可以在同一平面上精确计算指定台球与台球瞄准器的相对坐标，通过两个V形定位槽能够锁定击球的行进路线，因而能够精确计算出指定台球与目标球的碰撞点及分离线，通过图像叠加模块显示后，就可以人工判断出目标球线路是否符合要求。