CN105426444A - 一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统,包括竞赛视频实时采集与处理系统、竞赛数据统计分析系统和竞赛统计信息应用系统,所述三个系统通过现场局域网互相支持、协调工作、共同完成竞赛统计信息基础数据的采集、处理、统计、分析和发布工作。本发明提供乒乓球竞赛信息统计系统，以操作简单、实时性强、准确性高、交互性强为技术原则，集竞赛统计信息采集、传输、处理、存储等功能为一体，服务于乒乓球竞赛信息统计的系统，实现将竞赛统计信息快速、准确地提供给各个参赛队的运动员和教练员，使教练员能够直观、方便地研究运动员在临场比赛中各种技术的运用规律并及时调整。

Description

一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统

技术领域

本发明涉及一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统，属于竞赛信息统计领域。

背景技术

球类比赛的竞赛信息统计用于统计和分析比赛中的各种技术数据，可以即时了解和掌握比赛双方的各项状态和战术意图，从而在比赛进展中及时调整人员组织或技战术，以扭转不利态势或扩展胜果，赢得比赛胜利；也可以通过赛后视频回顾、分析翔实的数据记录，为运动员训练、制定战术以及评论解说等方面提供参考。

乒乓球项目起源于19世纪的英国，是结合智力、技能、体能的记分类项目。运动员打出的每一球，都包含运动速度、旋转速度、弧度和落点等多个竞技特点，此项目特点是球体小、运动速度快、变化多，随着乒乓球被列入奥运项目，乒乓球项目得到了大力发展，人们对乒乓球的竞赛统计信息越来越关注。目前，使用传统的赛后回看的方式来分析运动员技战术特点会存在以下问题：

一是乒乓球球小、运动速度快，肉眼无法清晰的观察出球的走势；

二是观看视频回放需耗费大量时间，不适用于赛时，进而无法从运动员的战术特点来实时调整战术；

三是需要使用专业人员对运动员的技战术特点进行统计分析，局限性大，且人工统计准确性低。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，提供一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统，实现乒乓球竞赛视频采集与竞赛信息的实时统计与查询等功能，并确保了系统的智能性、完整性和可扩展性等要求，可完全替代通过观看视频人工统计竞赛数据的方式。

本发明的技术方案如下：

一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统,包括竞赛视频实时采集与处理系统、竞赛数据统计分析系统和竞赛统计信息应用系统,所述三个系统通过现场局域网互相支持、协调工作、共同完成竞赛统计信息基础数据的采集、处理、统计、分析和发布工作，所述竞赛视频实时采集与处理系统和竞赛数据统计分析系统以及竞赛统计信息应用系统中的PC终端实时查询系统使用有线网络接入现场局域网，而移动终端实时查询系统通过AP接入现场局域网；

所述竞赛视频实时采集与处理系统包括视频采集终端与视频采集与处理应用软件，所述视频采集与处理应用软件分为竞赛视频采集模块与竞赛基础数据获取模块，所述视频采集终端包括MV-VDF1400SC工业数字摄相机，采用USB2.0连接线与计算机相连，接收由竞赛视频采集模块发出的指令，完成基准物的拍摄，且将采集的比赛实时视频数据发送给竞赛基础数据获取模块，所述竞赛基础数据获取模块将所得基础数据存储至数据库中；

所述竞赛数据统计与分析系统包括竞赛数据统计模块和竞赛数据分析模块，所述竞赛数据统计模块包括竞赛统计信息项目的录入以及创建比赛的基本信息，并根据每一球的落点完成落点区域的确定，在每球结束后实现此球与相应的竞赛统计信息对应同时实时更新竞赛统计项目的数值并保存至数据库中,所述竞赛数据分析模块根据竞赛数据统计模块存储在数据库中的双方运动员每项竞赛统计信息的具体数值分析出运动员强项弱项等技战术特点，并在竞赛信息应用系统中将分析出的数据以报表方式展示出来；

所述竞赛信息应用系统包括前端界面服务模块和Web应用服务模块，前端界面服务模块负责向浏览器提供界面的整体样式，并提供向Web应用服务模块请求数据和处理数据的功能，所述Web应用服务模块接收由前端界面服务模块的请求，根据请求的内容在数据服务器中获取相应的数据，并将其返回给前端界面服务模块，所述数据服务器包括数据库服务器、文件服务器和其他资源服务器。

进一步地，所述竞赛基础数据获取模块每帧图像的处理的方法如下：

(2a)所述模块对帧图像进行滤波和去噪声处理，并将处理过的图像显示在ImageBox上；

(2b)随后实例化BallDetection类对象，执行对象的GetBallPosition方法识别出乒乓球的轮廓，所述方法中封装的是EmguCV中的霍夫圆变换函数HoughCircles，实现将圆形轮廓绘出并附加在当前图像上；

(2c)之后运行LocDetection方法来判断识别出的轮廓坐标是否为有效的落点坐标，当每球结束时，模块停止读取视频帧图像，结合视频采集模块保存的单应性矩阵，应用公式p_src＝H^-1p_dst便可计算出内存中保存的乒乓球落点坐标相对于乒乓球桌的坐标；

(2d)最后执行SaveToDB方法将这些坐标保存至数据库中，并释放内存资源。

进一步地，所述竞赛信息应用系统以B/S(浏览器/服务器)为体系结构，采用请求-响应模式。

进一步地，所述系统采用SQLServer2008R2数据库作为数据库平台。

进一步地，所述竞赛数据统计模块采用.Net三层体系结构，包括数据库访问层、业务逻辑层和界面表示层，其中数据库访问层基于ADO.Net设计，并根据竞赛数据统计模块所操作的具体数据使用DataStatisticsDAL.cs类封装了TDB.cs中的通用操作数据库的方法，模块主要操作数据库中T_MatchUnit、T_Athlete、T_DictStatistics和T_BallStatistics四张表，完成比赛单元的建立和选取、运动员的编辑、竞赛统计信息项目的录入以及每一球所属的统计信息项目的存储；业务逻辑层位于数据访问层与界面表示层之间，是二者之间的桥梁；所述模块定义了DataStatisticsDLL.cs类用于实现当用户在界面点击某按钮时需要处理的具体业务逻辑，所述界面表示层用于实现用户交互的应用程序界面，负责显示处理后的数据，或者获取用户输入的数据。

进一步地，上述乒乓球竞赛信息统计系统的运行方法具体步骤如下：

(6a)比赛前，竞赛视频采集模块启动并初始化摄像机，调整摄像机参数，随后将拍摄预设的参照物来获取摄像机的单应性矩阵，用于随后获取的乒乓球坐标在世界坐标系和摄像机图像坐标之间的转换，并将此单应性矩阵保存在文件中；竞赛基础数据获取模块则完成赛前的初始化，准备接收竞赛视频采集模块的视频数据；竞赛数据统计模块需要创建或者选择已有的比赛单元，比赛单元包括比赛名称、比赛地点和双方运动员姓名等基础信息；

(6b)比赛时，竞赛视频采集模块开始对比赛的实时视频进行采集，竞赛基础数据获取模块首先从采集的视频中获取每帧的图像，并从图像中识别出乒乓球的轮廓，计算乒乓球在摄像机图像平面上的相对坐标保存在内存中，随后根据这些坐标便可计算出若干个落点坐标，每一球的最后一个落点坐标即为此球的得分落点，竞赛数据统计模块开始当前比赛，并开始一球，在每一球运动的过程中，竞赛数据统计模块需要将乒乓球的有效落点按比例重绘在模拟的乒乓球桌图像上，当一球结束后，竞赛数据统计模块需要选择这一球对应的竞赛统计信息，并将其保存至数据库，同时计算并刷新竞赛统计信息项目数值；竞赛数据分析模块根据这些数值实时分析运动员的技战术特点，系统提供可随时查看并打印双方运动员竞赛统计信息的报表；

(6c)比赛后，竞赛视频实时采集与处理系统和竞赛数据统计与分析系统分别释放释放占有资源，结束工作；

(6d)浏览器根据需要向前端界面服务模块请求访问指定页面，前端界面服务模块会根据请求查找指定页面模版，并向Web应用服务端请求页面中需要展示的页面数据，Web应用服务端会向数据服务器查找所需数据，并转换成制定格式返回给前端界面服务模块，前端界面服务模块将页面数据和页面模版整合生成完整的页面返回给浏览器，浏览器获取到新页面后会解析并将其显示出来，完成了浏览页面的整个流程。

本发明提供一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统，以操作简单、实时性强、准确性高、交互性强为技术原则，集竞赛统计信息采集、传输、处理、存储等功能为一体，服务于乒乓球竞赛信息统计的系统，实现将竞赛统计信息快速、准确地提供给各个参赛队的运动员和教练员，使教练员能够直观、方便地研究运动员在临场比赛中各种技术的运用规律并及时调整。

附图说明

图1为本发明的系统整体结构示意图。

图2为竞赛视频实时采集与处理系统的工作流程图。

图3为竞赛数据统计与分析系统工作流程图。

图4为竞赛统计信息应用系统的工作流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1-4所示，一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统,包括竞赛视频实时采集与处理系统、竞赛数据统计分析系统和竞赛统计信息应用系统,所述三个系统通过现场局域网互相支持、协调工作、共同完成竞赛统计信息基础数据的采集、处理、统计、分析和发布工作，所述竞赛视频实时采集与处理系统和竞赛数据统计分析系统以及竞赛统计信息应用系统中的PC终端实时查询系统使用有线网络接入现场局域网，而移动终端实时查询系统通过AP接入现场局域网；

所述竞赛视频实时采集与处理系统包括视频采集终端与视频采集与处理应用软件，所述视频采集与处理应用软件分为竞赛视频采集模块与竞赛基础数据获取模块，所述视频采集终端包括MV-VDF1400SC工业数字摄相机，采用USB2.0连接线与计算机相连，接收由竞赛视频采集模块发出的指令，完成基准物的拍摄，且将采集的比赛实时视频数据发送给竞赛基础数据获取模块，所述竞赛基础数据获取模块将所得基础数据存储至数据库中；

所述竞赛数据统计与分析系统包括竞赛数据统计模块和竞赛数据分析模块，所述竞赛数据统计模块包括竞赛统计信息项目的录入以及创建比赛的基本信息，并根据每一球的落点完成落点区域的确定，在每球结束后实现此球与相应的竞赛统计信息对应同时实时更新竞赛统计项目的数值并保存至数据库中,所述竞赛数据分析模块根据竞赛数据统计模块存储在数据库中的双方运动员每项竞赛统计信息的具体数值分析出运动员强项弱项等技战术特点，并在竞赛信息应用系统中将分析出的数据以报表方式展示出来；

所述竞赛信息应用系统包括前端界面服务模块和Web应用服务模块，前端界面服务模块负责向浏览器提供界面的整体样式，并提供向Web应用服务模块请求数据和处理数据的功能，所述Web应用服务模块接收由前端界面服务模块的请求，根据请求的内容在数据服务器中获取相应的数据，并将其返回给前端界面服务模块，所述数据服务器包括数据库服务器、文件服务器和其他资源服务器。

进一步地，所述竞赛基础数据获取模块每帧图像的处理的方法如下：

(2a)所述模块对帧图像进行滤波和去噪声处理，并将处理过的图像显示在ImageBox上；

(2b)随后实例化BallDetection类对象，执行对象的GetBallPosition方法识别出乒乓球的轮廓，所述方法中封装的是EmguCV中的霍夫圆变换函数HoughCircles，实现将圆形轮廓绘出并附加在当前图像上；

(2c)之后运行LocDetection方法来判断识别出的轮廓坐标是否为有效的落点坐标，当每球结束时，模块停止读取视频帧图像，结合视频采集模块保存的单应性矩阵，应用公式p_src＝H^-1p_dst便可计算出内存中保存的乒乓球落点坐标相对于乒乓球桌的坐标；

(2d)最后执行SaveToDB方法将这些坐标保存至数据库中，并释放内存资源。

进一步地，所述竞赛信息应用系统以B/S(浏览器/服务器)为体系结构，采用请求-响应模式。

进一步地，所述系统采用SQLServer2008R2数据库作为数据库平台。

进一步地，所述竞赛数据统计模块采用.Net三层体系结构，包括数据库访问层、业务逻辑层和界面表示层，其中数据库访问层基于ADO.Net设计，并根据竞赛数据统计模块所操作的具体数据使用DataStatisticsDAL.cs类封装了TDB.cs中的通用操作数据库的方法，模块主要操作数据库中T_MatchUnit、T_Athlete、T_DictStatistics和T_BallStatistics四张表，完成比赛单元的建立和选取、运动员的编辑、竞赛统计信息项目的录入以及每一球所属的统计信息项目的存储；业务逻辑层位于数据访问层与界面表示层之间，是二者之间的桥梁；所述模块定义了DataStatisticsDLL.cs类用于实现当用户在界面点击某按钮时需要处理的具体业务逻辑，所述界面表示层用于实现用户交互的应用程序界面，负责显示处理后的数据，或者获取用户输入的数据。

进一步地，上述乒乓球竞赛信息统计系统的运行方法具体步骤如下：

(6a)比赛前，竞赛视频采集模块启动并初始化摄像机，调整摄像机参数，随后将拍摄预设的参照物来获取摄像机的单应性矩阵，用于随后获取的乒乓球坐标在世界坐标系和摄像机图像坐标之间的转换，并将此单应性矩阵保存在文件中；竞赛基础数据获取模块则完成赛前的初始化，准备接收竞赛视频采集模块的视频数据；竞赛数据统计模块需要创建或者选择已有的比赛单元，比赛单元包括比赛名称、比赛地点和双方运动员姓名等基础信息；

(6b)比赛时，竞赛视频采集模块开始对比赛的实时视频进行采集，竞赛基础数据获取模块首先从采集的视频中获取每帧的图像，并从图像中识别出乒乓球的轮廓，计算乒乓球在摄像机图像平面上的相对坐标保存在内存中，随后根据这些坐标便可计算出若干个落点坐标，每一球的最后一个落点坐标即为此球的得分落点，竞赛数据统计模块开始当前比赛，并开始一球，在每一球运动的过程中，竞赛数据统计模块需要将乒乓球的有效落点按比例重绘在模拟的乒乓球桌图像上，当一球结束后，竞赛数据统计模块需要选择这一球对应的竞赛统计信息，并将其保存至数据库，同时计算并刷新竞赛统计信息项目数值；竞赛数据分析模块根据这些数值实时分析运动员的技战术特点，系统提供可随时查看并打印双方运动员竞赛统计信息的报表；

(6c)比赛后，竞赛视频实时采集与处理系统和竞赛数据统计与分析系统分别释放释放占有资源，结束工作；

(6d)浏览器根据需要向前端界面服务模块请求访问指定页面，前端界面服务模块会根据请求查找指定页面模版，并向Web应用服务端请求页面中需要展示的页面数据，Web应用服务端会向数据服务器查找所需数据，并转换成制定格式返回给前端界面服务模块，前端界面服务模块将页面数据和页面模版整合生成完整的页面返回给浏览器，浏览器获取到新页面后会解析并将其显示出来，完成了浏览页面的整个流程。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统,其特征在于:包括竞赛视频实时采集与处理系统、竞赛数据统计分析系统和竞赛统计信息应用系统,所述三个系统通过现场局域网互相支持、协调工作、共同完成竞赛统计信息基础数据的采集、处理、统计、分析和发布工作，所述竞赛视频实时采集与处理系统和竞赛数据统计分析系统以及竞赛统计信息应用系统中的PC终端实时查询系统使用有线网络接入现场局域网，而移动终端实时查询系统通过AP接入现场局域网；

所述竞赛视频实时采集与处理系统包括视频采集终端与视频采集与处理应用软件，所述视频采集与处理应用软件分为竞赛视频采集模块与竞赛基础数据获取模块，所述视频采集终端包括MV-VDF1400SC工业数字摄相机，采用USB2.0连接线与计算机相连，接收由竞赛视频采集模块发出的指令，完成基准物的拍摄，且将采集的比赛实时视频数据发送给竞赛基础数据获取模块，所述竞赛基础数据获取模块将所得基础数据存储至数据库中；

所述竞赛数据统计与分析系统包括竞赛数据统计模块和竞赛数据分析模块，所述竞赛数据统计模块包括竞赛统计信息项目的录入以及创建比赛的基本信息，并根据每一球的落点完成落点区域的确定，在每球结束后实现此球与相应的竞赛统计信息对应同时实时更新竞赛统计项目的数值并保存至数据库中,所述竞赛数据分析模块根据竞赛数据统计模块存储在数据库中的双方运动员每项竞赛统计信息的具体数值分析出运动员强项弱项等技战术特点，并在竞赛信息应用系统中将分析出的数据以报表方式展示出来；

所述竞赛信息应用系统包括前端界面服务模块和Web应用服务模块，前端界面服务模块负责向浏览器提供界面的整体样式，并提供向Web应用服务模块请求数据和处理数据的功能，所述Web应用服务模块接收由前端界面服务模块的请求，根据请求的内容在数据服务器中获取相应的数据，并将其返回给前端界面服务模块，所述数据服务器包括数据库服务器、文件服务器和其他资源服务器。

2.根据权利要求1所述的一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统,其特征在于：所述竞赛基础数据获取模块每帧图像的处理的方法如下：

(2a)所述模块对帧图像进行滤波和去噪声处理，并将处理过的图像显示在ImageBox上；

(2b)随后实例化BallDetection类对象，执行对象的GetBallPosition方法识别出乒乓球的轮廓，所述方法中封装的是EmguCV中的霍夫圆变换函数HoughCircles，实现将圆形轮廓绘出并附加在当前图像上；

(2c)之后运行LocDetection方法来判断识别出的轮廓坐标是否为有效的落点坐标，当每球结束时，模块停止读取视频帧图像，结合视频采集模块保存的单应性矩阵，应用公式p_src＝H^-1p_dst便可计算出内存中保存的乒乓球落点坐标相对于乒乓球桌的坐标；

(2d)最后执行SaveToDB方法将这些坐标保存至数据库中，并释放内存资源。

3.根据权利要求1所述的一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统,其特征在于:所述竞赛信息应用系统以B/S(浏览器/服务器)为体系结构，采用请求-响应模式。

4.根据权利要求1所述的一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统,其特征在于：所述系统采用SQLServer2008R2数据库作为数据库平台。

5.根据权利要求1所述的一种基于视频处理技术的乒乓球竞赛信息统计系统,其特征在于:所述竞赛数据统计模块采用.Net三层体系结构，包括数据库访问层、业务逻辑层和界面表示层，其中数据库访问层基于ADO.Net设计，并根据竞赛数据统计模块所操作的具体数据使用DataStatisticsDAL.cs类封装了TDB.cs中的通用操作数据库的方法，模块主要操作数据库中T_MatchUnit、T_Athlete、T_DictStatistics和T_BallStatistics四张表，完成比赛单元的建立和选取、运动员的编辑、竞赛统计信息项目的录入以及每一球所属的统计信息项目的存储；业务逻辑层位于数据访问层与界面表示层之间，是二者之间的桥梁；所述模块定义了DataStatisticsDLL.cs类用于实现当用户在界面点击某按钮时需要处理的具体业务逻辑，所述界面表示层用于实现用户交互的应用程序界面，负责显示处理后的数据，或者获取用户输入的数据。

6.一种乒乓球竞赛信息统计系统的运行方式，其特征在于：如权利要求1所述的乒乓球竞赛信息统计系统的运行方法具体步骤如下：

(6a)比赛前，竞赛视频采集模块启动并初始化摄像机，调整摄像机参数，随后将拍摄预设的参照物来获取摄像机的单应性矩阵，用于随后获取的乒乓球坐标在世界坐标系和摄像机图像坐标之间的转换，并将此单应性矩阵保存在文件中；竞赛基础数据获取模块则完成赛前的初始化，准备接收竞赛视频采集模块的视频数据；竞赛数据统计模块需要创建或者选择已有的比赛单元，比赛单元包括比赛名称、比赛地点和双方运动员姓名等基础信息；

(6b)比赛时，竞赛视频采集模块开始对比赛的实时视频进行采集，竞赛基础数据获取模块首先从采集的视频中获取每帧的图像，并从图像中识别出乒乓球的轮廓，计算乒乓球在摄像机图像平面上的相对坐标保存在内存中，随后根据这些坐标便可计算出若干个落点坐标，每一球的最后一个落点坐标即为此球的得分落点，竞赛数据统计模块开始当前比赛，并开始一球，在每一球运动的过程中，竞赛数据统计模块需要将乒乓球的有效落点按比例重绘在模拟的乒乓球桌图像上，当一球结束后，竞赛数据统计模块需要选择这一球对应的竞赛统计信息，并将其保存至数据库，同时计算并刷新竞赛统计信息项目数值；竞赛数据分析模块根据这些数值实时分析运动员的技战术特点，系统提供可随时查看并打印双方运动员竞赛统计信息的报表；

(6c)比赛后，竞赛视频实时采集与处理系统和竞赛数据统计与分析系统分别释放释放占有资源，结束工作；

(6d)浏览器根据需要向前端界面服务模块请求访问指定页面，前端界面服务模块会根据请求查找指定页面模版，并向Web应用服务端请求页面中需要展示的页面数据，Web应用服务端会向数据服务器查找所需数据，并转换成制定格式返回给前端界面服务模块，前端界面服务模块将页面数据和页面模版整合生成完整的页面返回给浏览器，浏览器获取到新页面后会解析并将其显示出来，完成了浏览页面的整个流程。