CN107850417B - 自动镖靶计分系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于自动地对飞镖游戏进行计分的方法。该方法涉及：使用三个摄像头(10)获得镖靶(2)的图像，检测图像中的视觉扰动，并且如果视觉扰动包括具有最大持续时间和镖靶的显示出差异的连续图像的移动阶段，则识别到有效投掷的飞镖。当飞镖已经嵌入镖靶(2)时，视觉扰动还应包括静止阶段。该方法还包括基于飞镖相对于镖靶的静止位置计算有效投掷的飞镖的得分。还公开了一种用于镖靶的照明系统，在该照明系统中，围绕镖靶的圆周设置有LED灯条(14)，并且在镖靶的上方设置有三个射灯(8)。

Description

自动镖靶计分系统

本发明涉及自动镖靶计分系统和用于照亮镖靶以便于准确计分的系统。

传统的飞镖游戏使用鬃毛镖靶进行。每位玩家依次掷出三个金属尖的飞镖，并且可根据比赛规则检查镖靶以确定他们的得分。传统上使用黑板或诸如智能手机或平板电脑的电子设备手动进行计分。这样不仅让记分员处于繁杂之中，还会降低游戏速度，因为计分往往跟不上玩家掷飞镖的速度。

一些电子镖靶提供自动计分，但是这些电子镖靶通常使用可与靶上的孔相接合的塑料飞镖。这些电子镖靶的外观和感觉与常规的鬃毛镖靶相比通常较差，这会妨碍使用者，特别是有经验的玩家。

也存在用于鬃毛镖靶的自动计分系统。在US 2011/0031696中描述了这种系统的一个示例。在这种系统中，为了确定飞镖在靶上的位置，设置一对摄像头以从不同角度捕捉镖靶的图像。在一些系统中，当摄像头检测到镖靶的连续图像中的某些差异时，或者在检测到声音时，可以触发计分。这些系统容易受到玩家在靶上手动放置飞镖的干预而得到错误的计分。此外，有时也可能通过飞镖在靶上的阴影效果而引入误差。

本发明的目的是提高自动镖靶计分的公正性(integrity)，使得只对有效投掷的飞镖记录得分。本发明的另一目的是提供一种用于镖靶的照明系统，该照明系统有助于高精度的自动计分。

根据本发明的方面，提供了一种用于对飞镖游戏自动计分的方法，该方法包括以下步骤：获得镖靶的图像；检测图像中的视觉扰动；如果视觉扰动包括静止阶段和具有预定特征的移动阶段，则识别到有效投掷的飞镖；以及基于有效投掷的飞镖相对于镖靶的静止位置来计算有效投掷的飞镖的得分。

以这种方式，可以通过检测移动的飞镖、之后为静止的飞镖来核实有效的投掷。这可以触发计算得分，以确保仅对有效投掷的飞镖计算得分。这有利地提高了自动计分系统的公正性。特别地，这可以防止玩家通过将飞镖手动放置在镖靶上或者移动已经投掷的飞镖来篡改得分。这些飞镖不会用于计算得分，因为它们缺乏具有有效投掷的飞镖的特征的移动阶段。

优选地，移动阶段的预定特征包括持续时间(temporal duration)。有效投掷的飞镖在其从用户手中飞出、击中镖靶并且落在最终位置时可以具有取决于投掷风格的一系列可能的运动。典型地，可以根据作为检测到的视觉扰动的一部分的飞镖的飞行阶段的长度建立预期的或最大的运动持续时间。在一个实施方式中，有效投掷的飞镖可以具有500ms的最大持续时间的移动阶段。这可以包括飞行阶段和飞镖落入镖靶上的最后位置中时的移动阶段。

如果视觉扰动的静止阶段具有预定特征，则可以识别到有效投掷的飞镖。静止和/或移动阶段的预定特征可以包括物理尺寸和/或颜色。优选地，飞镖是蓝色的，使得飞镖与镖靶的颜色形成对比，并且可以容易地在该背景下被检测到。

如果视觉扰动缺乏静止阶段和具有预定特征的移动阶段，则该视觉扰动可被记录为无效的飞镖。根据游戏规则，可以响应于无效的飞镖采取各种动作。

检测到的视觉扰动的移动阶段可以包括显示出差异的连续图像。视觉扰动的静止阶段可以在移动阶段之后并且包括基本上相同的连续图像。优选地，用足够高的频率来捕捉镖靶的图像，以检测有效投掷的飞镖的运动。在一些实施方式中，该频率可以是至少5Hz。以这种方式，可以推断移动的飞镖、之后为静止的飞镖的存在。如果移动的飞镖和静止飞镖的特征匹配期望的特征，则可以识别到有效投掷的飞镖。这可以提高计分的公正性，因为用户难以或不可能模仿移动的飞镖、之后为静止的飞镖的特征。

该方法可以包括另外的步骤：检测图像中的第二视觉扰动；如果第二视觉扰动包括静止阶段和具有预定特征的移动阶段，则识别到有效投掷的飞镖；以及基于有效投掷的飞镖相对于镖靶的静止位置计算有效投掷的飞镖的得分。如果识别到无效的飞镖，则可以按照规则推进游戏。

如果识别到无效的飞镖，则方法可能涉及获得镖靶的图像，确定图像是否与干净的镖靶的预期图像匹配，并且按照规则推进游戏。如果视觉扰动与有效的飞镖不对应，那么摄像头可以等待干净的镖靶。这可以指示玩家已经从镖靶中移除了所有的飞镖，并完成了他们的一轮。因此，可以推进游戏，以便下一个玩家可以投掷。

根据本发明的方面，提供了一种镖靶照明系统，该镖靶照明系统包括：第一照明系统，该第一照明系统围绕镖靶的大致圆周设置，用于相对于镖靶径向向内投射光，并且照亮镖靶上的任何飞镖；第二照明系统，该第二照明系统定位在镖靶的上方，其中，第二照明系统包括指向镖靶的至少一个射灯，用于照亮镖靶上的任何飞镖，并用于照亮移动阶段和静止阶段中的任何飞镖；以及至少一个摄像头，至少一个摄像头用于对移动阶段中和镖靶上的静止阶段中的飞镖成像。

以这种方式，飞镖在移动时可以被至少一个射灯照亮，并且当飞镖处于靶上时，它们可以被射灯和第一照明系统的组合均匀地照亮。这个照明系统可以有利于精确且自动的飞镖检测系统，其中，摄像头可以在飞镖的移动阶段以及飞镖位于镖靶上的最终位置期间检测到飞镖。

优选地，至少一个射灯和至少一个摄像头设置在起投线与镖靶之间的位置处。这可以使飞镖在飞行中被照亮，而不会使玩家在投掷期间受到干扰。此外，可以将摄像头设置在对有效投掷的飞镖进行成像而不会对玩家的手或其他外部物体成像的位置中。这可以有利于自动飞镖计分系统，自动飞镖计分系统可以通过确保飞镖具有有效的飞行阶段来确认有效投掷的飞镖。

至少一个射灯和至少一个摄像头可以设置在高处的支架上。支架可以具体地定位成使得其可以照亮处于飞行中和处于镖靶上的飞镖，而不会使玩家在投掷期间受到干扰。

射灯和第一照明系统的组合是特别有利的。已经发现，环形灯可以从所有方向照亮飞镖。然而，一些环形灯可能不能照亮镖靶的中心和镖靶上的任何飞镖的全长。射灯可以增强对靶的中心和飞镖的后部(飞镖的镖尾)的照明。然而，已经发现，使用射灯本身可以引入不期望的阴影，环形灯使得该阴影最小。

第二照明系统可以包括至少三个射灯，每个射灯与用于对飞行中和镖靶上的飞镖进行成像的摄像头相关联。已经发现，三个射灯可以对飞行中的和位于镖靶上的飞镖提供均匀的照明。此外，每个射灯可以沿着各个摄像头的指向方向提供照明。射灯可以有利地增强对镖靶、特别是对靶的中心的照明，超过该区域由第一照明系统实现。每个摄像头可以附接至射灯使得摄像头和射灯可以可靠地沿相同的方向指向。

第一照明系统可以包括诸如LED条的环形灯。已经发现，LED条是特别适合的，因为它可以容易地弯曲成环并且不会产生过多的热量。

环形灯可以设置在遮蔽件的后方以保护环形灯免受脱靶飞镖的损坏。这也可以遮挡投掷者的眼睛免受光照。环形灯可以增强镖靶的照明以提高自动计分系统的准确性。

镖靶和环形灯可以从平坦的墙壁表面凹进。因此，镖靶可以设置在平坦墙壁表面上的圆形孔中。遮蔽件优选与墙壁表面共面或重合。这可以允许有效地遮蔽环形灯，从而使环形灯既能恰当地免受脱靶的飞镖又能防止其对玩家造成干扰。

优选地，镖靶是基于鬃毛的。然而，本发明的技术和特征也可以应用于其他类型的镖靶。

根据本发明的另一方面，提供了一种自动镖靶计分装置，该自动镖靶计分装置包括：镖靶；至少一个摄像头，所述至少一个摄像头构造成获得镖靶的图像并且检测图像中的视觉扰动；以及处理器，处理器构造成如果视觉扰动包括静止阶段和具有预定特征的移动阶段，则识别到有效投掷的飞镖，并且基于该有效投掷的飞镖相对于镖靶的静止位置来计算有效投掷的飞镖的得分。

现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施方式，在附图中：

图1是本发明实施方式中的镖靶照明系统的前视图；

图2是图1中示出的镖靶照明系统的俯视图；

图3是图1中示出的镖靶照明系统的立体图；

图4是示出在本发明的实施方式中对镖靶进行自动计分的方法中采取的步骤的流程图；以及

图5是本发明的实施方式中用于镖靶照明系统的托架的立体图。

如图1至图3所示，镖靶2安装在墙壁4上。支架6设置在镖靶2的上方，该支架6支承三个射灯8和三个摄像头10，所述三个射灯8和所述三个摄像头10全部指向镖靶2。包括一个或更多个处理器的计算机18连接至摄像头10以分析结果。此外，图形用户界面(GraphicUser Interface)20连接至计算机18以向玩家显示结果。

在地板上提供起投线12(或投掷线)。射灯8和摄像头10设置在起投线12与镖靶2之间的位置处。在一些布置中，可以具有多条投掷线，从镖靶2的角度观察，所述多条投掷线全部设置在支架6的后方。

在围绕镖靶2的环上设置有LED灯条14。LED灯条14凸起到镖靶2的上方，以有效地照亮镖靶2的表面。LED灯条14也可以照亮靶上的任何飞镖。由于从所有侧都提供有照明，因此使阴影效果最小。

在墙壁4上设置有屏挡16用于缓冲脱离镖靶2的飞镖。LED灯条14还被屏挡16的唇缘遮挡。这防止了飞镖对LED灯条14的损坏。此外，屏挡16遮挡LED灯条14以避免使位于起投线12处的玩家分心。镖靶2和LED灯条14从屏挡16凹进。

设置有射灯8用于照亮在起投线12与镖靶2之间的飞行中的飞镖。飞行中的飞镖可以在飞镖击中镖靶2之前的短时间内并且在飞镖落入镖靶2上的最终位置时由摄像头10进行成像。对具有移动阶段的飞镖的成功检测可以用作确定计分的触发器。射灯8还可以改善镖靶2的照明，特别是在中心区域的照明，使得摄像头10可以对镖靶2的表面上的飞镖进行成像。LED灯条14和射灯8的组合照明使阴影最小，否则当判定飞镖的位置时可能引入误差。

图5是用于保持射灯8和摄像头10的托架的立体图。设置有用于将托架附接至支架6的脚手架夹具60，并且在下方的螺纹杆上设置有可锁定的球形接头62。在球形接头62的下方设置有用于容纳摄像头10的金属摄像头壳体64。设置有用于支承射灯8的金属旋转接头64。因此，摄像头10可以支承在射灯8上方，并且摄像头10和射灯8两者可以布置成沿基本相同的方向指向镖靶2。

图4是示出用于飞镖游戏的自动计分系统中进行的步骤顺序的流程图。在步骤19中，摄像头10勘察现场。摄像头10以至少5Hz的预定频率捕捉图像。预定频率被选择为使得摄像头10可以在投掷的飞镖处于移动阶段时获得投掷的飞镖的图像。计算机18分析来自摄像头10的图像，计算机18等待干净的镖靶2。当检测到干净的镖靶2时，流程图移动至步骤21，系统在步骤21中处于待命状态并且等待第一个飞镖投掷。

在步骤22中，摄像头10检测现场中的视觉扰动。当在初始干净的镖靶2的连续图像之间检测到最小像素差异时，视觉扰动开始。对于有效投掷的飞镖而言，在(至少一个)摄像头10的视场中捕捉到移动的飞镖时，通常开始出现视觉扰动。当飞镖处于移动阶段时，可能存在数个连续的图像被检测到与前一图像具有差异。移动阶段中的差异图像的数量与投掷的飞镖的速度、来自摄像头10的图像的频率以及飞镖落入镖靶2上的静止位置中所花费的时间有关。一旦飞镖落入静止位置中，则由摄像头10捕捉的连续图像将基本相同。

在步骤24中，计算机18分析检测到的视觉扰动是否对应于投掷的飞镖。这是通过判定视觉扰动是否包括具有预定特征的移动阶段、之后是具有预定特征的静止阶段来实现的。移动阶段包括最大持续时间，最大持续时间可以是大约500ms；这是有效投掷的飞镖进入摄像头10的视场并且落入最终位置所预期的最大时间。静止阶段的预定特征包括摄像头像素范围内的预期物理尺寸和期望颜色。在优选的设置中，飞镖是蓝色的，使得飞镖可以容易地在非蓝色背景下被检测到；因此，投掷的飞镖的预期属性仅包括蓝色像素。提供一系列预期属性以适应不同的投掷方式。

如飞镖击中镖靶2一样，飞镖在飞行中被射灯8有效地照明。已经发现，沿着摄像头10的视线对飞行中的飞镖的高质量照明对于确保计算机18能够准确地检测到由摄像头10捕捉的图像中的飞镖的短移动阶段是重要的。

当在步骤24中检测到投掷的飞镖时，这被用作计算机18在步骤26计算得分的提示。这通过将紧接在视觉扰动之前的镖靶2的图像与在视觉扰动的静止阶段期间的镖靶的图像比较而获得。通常，这种比较将显示出与镖靶2上的新的飞镖对应的图像像素。由于LED灯条14和射灯8的组合照明，无论上述图像像素在镖靶2上的位置如何，都可以更容易地检测到这些图像像素。摄像头10布置成从三个不同的角度对飞镖进行成像，使得计算机18可以建立飞镖和镖靶2的三维模型。以这种方式，计算机18可以确定飞镖在镖靶2上的位置并且可以根据游戏规则计算得分。计算出的得分显示在GUI 20上，然后系统在步骤28中处于待命状态，等待第二飞镖。

在步骤22中的视觉扰动可以与预期的用于投掷的飞镖的视觉扰动不匹配。例如，视觉扰动可以与投掷到靶上的一些其他物体、玩家走到镖靶处或任何其他类型的扰动相对应。一般来说，系统设计成忽略这些类型的扰动，并按照游戏规则进行游戏。与正常游戏相符的一种可能的视觉扰动的解释是玩家已经从起投线12走来以收集既没有击中镖靶2也没有被摄像头10检测到的飞镖。因此，在步骤30中，GUI 20设置成询问玩家是否投掷了他们所有的三个飞镖。如果玩家的回答为肯定的，则在步骤32结束他们的一轮，并且在步骤33开始轮到新的玩家。在这些情况下，流程图返回至步骤19以等待干净的靶。如果玩家的回答为否定的，那么流程图直接返回至步骤21，在步骤21中系统处于待命状态，等待来自原始玩家的飞镖。

在步骤34中，摄像头10在第一次有效投掷的飞镖之后检测第二次视觉扰动。在步骤36中，计算机18使用已经描述的过程来判定第二视觉扰动是否与投掷的飞镖的预期特征匹配。如果在步骤36中检测到有效投掷的飞镖，则将其用作计算机18在步骤38计算得分的提示。这通过将紧接在(第二次)视觉扰动之前的镖靶2的图像与在(第二)视觉扰动的静止阶段期间的镖靶的图像比较而获得。这种比较可以显示出与新的飞镖对应的图像中的像素。需要指出的是，第一飞镖的位置对于两个图像都是同一位置，所以第一飞镖的存在可以被忽略。需要指出的是，这种比较也忽略了玩家对之前的飞镖的任何重新定位，因为这些飞镖在比较之前和之后将处于相同的相对位置中。计算机18然后可以使用已经描述的技术为新的飞镖指定分数，并且这个分数可以显示在GUI 20上。然后在步骤40中系统处于待命状态，等待第三飞镖。

如果在步骤36中第二视觉扰动与有效投掷的飞镖不对应，则计算机在步骤42分析镖靶2是否干净。此时，干净的镖靶2将暗示视觉扰动对应于玩家走向镖靶并且移除第一飞镖和可能地摄像头10未检测到的一个或更多个未击中的飞镖。因此，干净的镖靶2会表明玩家已经完成他的一轮。计算机18然后在步骤42中根据已计算出的第一飞镖的得分确定玩家的最后得分，并且在步骤44游戏前进到新的玩家。

如果计算机18在步骤40未检测到干净的镖靶2，则判定除了玩家从镖靶2上移除飞镖之外还存在对于视觉扰动的一些其他解释。忽略该视觉扰动，并且流程图返回至步骤28以等待第二飞镖。

在步骤42中，在第一和第二有效投掷的飞镖之后，摄像头10检测第三视觉扰动。在步骤44中，计算机18使用已经描述的过程来判定第三视觉扰动是否与投掷的飞镖的预期特征相匹配。如果在步骤36检测到有效投掷的飞镖，那么这在步骤38被用作计算机18的触发器以计算得分。该得分可以显示在GUI 20上。玩家的一轮在步骤48结束，并且流程图返回至步骤44，使得新玩家可以开始他们的顺序。

在步骤44中，如果第三视觉扰动与有效投掷的飞镖不对应，则计算机在步骤50分析镖靶2是否干净。如所讨论的，干净的镖靶2将表明玩家已经完成了他们的一轮。然后在步骤42中，计算机18根据第一飞镖和第二飞镖的计算出的得分确定玩家的最终得分，并且在步骤44使游戏继续进行到新的玩家。如果计算机18在步骤50没有检测到干净的镖靶2，那么流程图返回至步骤40以等待第三飞镖。

上述方法适用于与标准的三镖游戏结合使用。本领域技术人员容易想到替代性方法用于涉及不同数量的飞镖的游戏。

Claims (12)

1.一种用于对飞镖游戏自动计分的方法，所述方法包括以下步骤：

获得镖靶的多个图像；

通过对比所述多个图像检测所述图像中的视觉扰动；

如果所述视觉扰动包括具有预定特征的静止阶段和具有预定特征的移动阶段，则识别到有效投掷的飞镖，其中：

所述移动阶段包括所述飞镖处于飞行中的时期并且所述静止阶段对应于所述飞镖相对于所述镖靶静止的阶段，

所述视觉扰动的所述移动阶段的所述预定特征包括所述镖靶的显示出差异的连续图像，并且

所述移动阶段或所述静止阶段中的至少一者的所述预定特征包括具有物理尺寸和/或颜色的特征，以及

基于所述有效投掷的飞镖相对于所述镖靶的静止位置来计算所述有效投掷的飞镖的得分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动阶段的所述预定特征包括最大持续时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述视觉扰动的所述静止阶段的所述预定特征包括所述镖靶的相同的连续图像。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法包括以下步骤：

检测所述图像中的第二视觉扰动；

如果所述第二视觉扰动包括静止阶段和具有预定特征的移动阶段，则识别到有效投掷的飞镖；

如果识别到有效投掷的飞镖，则基于所述有效投掷的飞镖相对于所述镖靶的静止位置来计算得分；

如果识别到无效的飞镖，则可以按照规则推进游戏。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，如果识别到无效的飞镖，则获得所述镖靶的图像，判定所述图像与干净的镖靶的预期图像是否匹配，并且按照规则推进游戏。

6.一种自动镖靶计分装置，包括：

镖靶；

至少一个摄像头，所述至少一个摄像头构造成获得所述镖靶的多个图像并且基于对所述多个图像的对比来检测所述图像中的视觉扰动；以及

处理器，所述处理器构造成：如果所述视觉扰动包括具有预定特征的静止阶段和具有预定特征的移动阶段，则识别到有效投掷的飞镖，其中，所述移动阶段包括所述飞镖处于飞行中的时期并且所述静止阶段对应于所述飞镖相对于所述镖靶静止的阶段，所述视觉扰动的所述移动阶段的所述预定特征包括所述镖靶的显示出差异的连续图像，并且所述移动阶段或所述静止阶段中的至少一者的所述预定特征包括具有物理尺寸和/或颜色的特征，并且所述处理器构造成基于所述有效投掷的飞镖相对于所述镖靶的静止位置来计算所述有效投掷的飞镖的得分。

7.根据权利要求6所述的自动镖靶计分装置，还包括镖靶照明系统，所述镖靶照明系统包括：

第一照明系统，所述第一照明系统围绕镖靶的圆周设置，用于相对于所述镖靶径向向内地投射光，并且照亮所述镖靶上的任何飞镖；

第二照明系统，所述第二照明系统定位在所述镖靶的上方，其中，所述第二照明系统包括指向所述镖靶的至少一个射灯，用于照亮移动阶段和静止阶段中的任何飞镖；以及

至少一个摄像头，所述至少一个摄像头用于对移动阶段中和所述镖靶上的静止阶段中的飞镖进行成像。

8.根据权利要求7所述的自动镖靶计分装置，其中，所述至少一个射灯和所述至少一个摄像头设置在起投线与所述镖靶之间的位置处。

9.根据权利要求8所述的自动镖靶计分装置，其中，所述至少一个射灯和所述至少一个摄像头设置在高处的支架上。

10.根据权利要求7所述的自动镖靶计分装置，其中，所述第二照明系统包括至少三个射灯，每个射灯与用于对处于移动阶段和静止阶段中的飞镖成像的摄像头相关联。

11.根据权利要求7所述的自动镖靶计分装置，其中，所述第一照明系统包括环形灯。

12.根据权利要求11所述的自动镖靶计分装置，其中，所述环形灯是LED条。

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