CN107899225B - 一种基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法。其步骤包括：步骤1、建立三维空间坐标系及设置参数；步骤2、计算乒乓球的实时位置坐标值及判断是否发球；步骤3、计算乒乓球的实时位置坐标值及计算变量

的值；步骤4、根据运动轨迹判断乒乓球的碰撞点及根据碰撞点判断发球是否得分；步骤4.1、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击桌面；步骤4.2、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击地面；步骤4.3、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击球网；步骤4.4、根据运动轨迹判断乒乓球是否被球拍撞击。本发明解决了基于物联网的乒乓球运动系统不能简单有效地识别发球得分的问题。

Description

一种基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法

技术领域

本发明属于智能乒乓球运动技术领域，特别是涉及一种基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法。

背景技术

现有基于物联网的乒乓球运动系统中需要对发球得分进行简单有效的判断，但目前没有简单有效地识别发球得分的技术方案。为此提出一种基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是基于物联网的乒乓球运动系统不能简单有效地识别发球得分的问题，提出一种基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法。

本发明基于乒乓球定位技术，其中乒乓球定位技术指通过已有物联网装置和定位方法计算乒乓球在运动过程中实时位置的技术。如图1所示，在乒乓球系统中部署的用于实现乒乓球定位的物联网组件(如信号强度定位组件等)获取乒乓球的位置数据；服务器根据乒乓球位置数据判断发球时刻，根据位置数据实时监测发球时刻之后乒乓球的运动轨迹和碰撞情况及判断发球是否得分。

本发明的基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法按以下步骤：

步骤1、建立三维空间坐标系及设置参数。

建立三维空间坐标系，原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，x轴平行于乒乓球桌窄边，y轴平行于乒乓球桌长边，z轴垂直于桌面向上。乒乓球桌在坐标系中的位置固定，记地面的z轴坐标值为Z₀；球桌面的x轴坐标值范围为(-X₁,X₁)，y轴坐标值范围为(-Y₁,Y₁)，z轴坐标值为Z₁；球网的x轴坐标值范围为(-X₂,X₂)，y轴坐标值为Y₂，z轴坐标值范围为(Z₁,Z₂)。将对局双方分别编号为A和B，则球桌和球拍的编号为其相应对局方的编号。设置采样时间间隔T，其值小于对局中球拍两次击球的平均时间间隔(根据历史数据统计获得)；设置用于判断发球的乒乓球加速度阈值P；设置用于识别乒乓球碰撞的角度变化阈值Q。设置碰撞偏离容忍值M。声明单位时间间隔内乒乓球的角度变量

声明变量k＝1。声明表示定位时间顺序的变量i，每次定位后i＝i+1。

步骤2、计算乒乓球的实时位置坐标值及判断是否发球。

利用已有的乒乓球定位技术和装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值；令i＝i+1，此时乒乓球位置坐标值为(x_i,y_i,z_i)，调取前一时刻乒乓球位置坐标值(x_i-1,y_i-1,z_i-1)，计算乒乓球加速度

当a>P时，判定此时发球，根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围识别发球方的编号，则识别出的发球方为己方，进入步骤3；否则返回步骤2。

步骤3、计算乒乓球的实时位置坐标值及计算变量

的值。

利用已有的乒乓球定位装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值；令i＝i+1，此时乒乓球位置坐标值为(x_i,y_i,z_i)，调取前两个时刻乒乓球的位置坐标值(x_i-1,y_i-1,z_i-1)和(x_i-2,y_i-2,z_i-2)，计算

计算

当

时，则判定乒乓球发生碰撞，进入步骤4；否则判定乒乓球没有发生碰撞，返回步骤3。

步骤4、根据运动轨迹判断乒乓球的碰撞点及根据碰撞点判断发球是否得分。

步骤4.1、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击桌面。

当满足

时，则判定乒乓球撞击桌面；若k＝1，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断撞击的球桌编号与发球方编号是否一致，若一致，则令k＝k+1，返回步骤3，否则判定发球不成功，结束；若k＝2，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断撞击的球桌编号与发球方编号是否一致，若一致，则判定发球不成功，结束，否则判定发球成功，令k＝k+1，返回步骤3；若k>2，则判定乒乓球再次撞击球桌，此时己方发球得分，结束；当不满足

时，则判定乒乓球没有撞击桌面，进入步骤4.2。

步骤4.2、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击地面。

当满足Z₀≤z_i<(Z₀+M)时，则判定乒乓球撞击地面；若k≤2，则判定此时发球不成功，结束；若k>2，则判定此时己方发球得分，结束；当不满足Z₀≤z_i<(Z₀+M)时，则判定乒乓球没有撞击地面，进入步骤4.3。

步骤4.3、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击球网。

当满足

时，则判定乒乓球撞击球网；若k＝1，则判定发球不成功，结束；若k＝2，则返回步骤3；若k>2，则判定此时己方发球得分，结束；当不满足

时，则判定乒乓球没有撞击球网，进入步骤4.4。

步骤4.4、根据运动轨迹判断乒乓球是否被球拍撞击。

此时判定乒乓球被球拍撞击；若k＝1，则判定发球不成功，结束；若k＝2，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断球拍编号与发球方编号是否一致，若一致，则判定发球不成功，结束，否则判定此时己方发球得分，结束；若k>2，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断球拍编号与发球方编号是否一致，若一致，则判定乒乓球被己方球拍撞击，此时己方发球得分，结束，否则判定乒乓球被对方球拍撞击，此时己方发球不得分，结束。

基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法流程图，如图2所示。

本发明的方法具有的优点是：

(1)通过乒乓球连续位置数据计算乒乓球运动角度变化值，可以简单有效地判断是否发生碰撞。

(2)根据发生碰撞时乒乓球相对乒乓球桌、球网、地面的位置，可以简单有效地识别乒乓球与乒乓球桌、球网、地面或球拍发生碰撞。

(3)根据发球后乒乓球运动轨迹和碰撞，能够有效识别乒乓球发球是否得分。

附图说明

图1是本发明的基于信号强度定位技术的乒乓球运动系统的结构示意图；

图2是本发明的基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法流程图；

图3是本发明实施例的乒乓球定位三维空间坐标系示意图；

具体实施方式

下面对本发明优选实施例作详细说明。

本发明基于乒乓球定位技术，其中乒乓球定位技术指通过已有物联网装置和定位方法计算乒乓球在运动过程中实时位置的技术。如图1所示，在乒乓球系统中部署的用于实现乒乓球定位的物联网组件(如信号强度定位组件等)获取乒乓球的位置数据；服务器根据乒乓球位置数据判断发球时刻，根据位置数据实时监测发球时刻之后乒乓球的运动轨迹和碰撞情况及判断发球是否得分。

本发明的基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法按以下步骤：

步骤1、建立三维空间坐标系及设置参数。

建立三维空间坐标系，原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，x轴平行于乒乓球桌窄边，y轴平行于乒乓球桌长边，z轴垂直于桌面向上。乒乓球桌在坐标系中的位置固定，记地面的z轴坐标值为Z₀；球桌面的x轴坐标值范围为(-X₁,X₁)，y轴坐标值范围为(-Y₁,Y₁)，z轴坐标值为Z₁；球网的x轴坐标值范围为(-X₂,X₂)，y轴坐标值为Y₂，z轴坐标值范围为(Z₁,Z₂)。将对局双方分别编号为A和B，则球桌和球拍的编号为其相应对局方的编号。设置采样时间间隔T，其值小于对局中球拍两次击球的平均时间间隔(根据历史数据统计获得)；设置用于判断发球的乒乓球加速度阈值P；设置用于识别乒乓球碰撞的角度变化阈值Q。设置碰撞偏离容忍值M。声明单位时间间隔内乒乓球的角度变量

声明变量k＝1。声明表示定位时间顺序的变量i，每次定位后i＝i+1。本实施例中，建立三维空间坐标系的原点为乒乓球桌正中心，乒乓球桌正中心是指乒乓球网中心轴与乒乓球桌的交点，x轴平行于乒乓球桌窄边，y轴平行于乒乓球桌长边，z轴垂直于桌面向上。乒乓球桌在坐标系中的位置固定，记地面的z轴坐标值为Z₀＝-0.76；球桌面的x轴坐标值范围为(-X₁,X₁)＝(-0.7625,0.7625)，y轴坐标值范围为(-Y₁,Y₁)＝(-1.37,1.37)，z轴坐标值为Z₁＝0；球网的x轴坐标值范围为(-X₂,X₂)＝(-0.915,0.915)，y轴坐标值为Y₂＝0，z轴坐标值范围为(Z₁,Z₂)＝(0,0.15)。球桌面的z轴坐标值为Z₁＝0。注：本发明所有的坐标值单位均为米。把对局双方编号为A和B(如把y轴负值方向一方记为A方，把y轴正值方向一方记为B方)，则球桌和球拍的编号为其相应对局方的编号A或B。设置采样时间间隔T＝100毫秒；设置用于判断发球的乒乓球加速度阈值P＝20米每二次方秒(m/s²)；设置用于识别乒乓球碰撞的角度变化阈值Q＝120°。设置碰撞偏离容忍值M＝0.25米。声明单位时间间隔内乒乓球的角度变量

声明变量k＝1。声明表示定位时间顺序的变量i，每次定位后i＝i+1。

步骤2、计算乒乓球的实时位置坐标值及判断是否发球。

利用已有的乒乓球定位技术和装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值；令i＝i+1，此时乒乓球位置坐标值为(x_i,y_i,z_i)，调取前一时刻乒乓球位置坐标值(x_i-1,y_i-1,z_i-1)，计算乒乓球加速度

当a>P时，判定此时发球，根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围识别发球方的编号，则识别出的发球方为己方，进入步骤3；否则返回步骤2。本实施例中，采用基于信号强度定位的乒乓球定位装置和方法计算乒乓球的实时位置坐标值。在乒乓球桌分布三个信号接收装置，在乒乓球上携带信号发送装置，各信号接收装置接收乒乓球发送的无线信号，获取信号强度及发送至服务器，服务器根据信号强度以及信号接收装置的位置计算乒乓球在采样时刻的位置坐标值。当i＝3时，乒乓球坐标值为(x₃,y₃,z₃)＝(0,1.8,0.5)，调取前一时刻乒乓球坐标值(x₂,y₂,z₂)＝(0,2,0.6)。计算乒乓球的加速度

则判定此时发球，此时x₃＝0，y₃＝1.8>0，判定发球方为B方(称为己方)，进入步骤3。

步骤3、计算乒乓球的实时位置坐标值及计算变量

的值。

利用已有的乒乓球定位装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值；令i＝i+1，此时乒乓球位置坐标值为(x_i,y_i,z_i)，调取前两个时刻乒乓球的位置坐标值(x_i-1,y_i-1,z_i-1)和(x_i-2,y_i-2,z_i-2)，计算

计算

当

时，则判定乒乓球发生碰撞，进入步骤4；否则判定乒乓球没有发生碰撞，返回步骤3。本实施例中，采用基于信号强度定位的乒乓球定位装置和方法计算乒乓球的实时位置坐标值。i＝i+1＝4，此时乒乓球坐标值为(x₄,y₄,z₄)＝(0.1,1.75,0.4)，调取上两个时刻乒乓球坐标值分别为(x₃,y₃,z₃)＝(0,1.8,0.5)和(x₂,y₂,z₂)＝(0,2,0.6)，计算

变量

的值为

判定乒乓球没有发生碰撞，返回步骤3。i＝i+1＝5，此时乒乓球坐标值为(x₅,y₅,z₅)＝(0.4,1.5,0.15)，计算

变量

的值为

判定乒乓球没有发生碰撞，返回步骤3。i＝i+1＝6，此时乒乓球坐标值为(x₆,y₆,z₆)＝(0.4,1,0.2)，(x_i-1-x_i,y_i-1-y_i,z_i-1-z_i)＝(0,0.5,-0.05)，(x_i-1-x_i-2,y_i-1-y_i-2,z_i-1-z_i-2)＝(0.3,-0.25,-0.25)，计算

计算

的值为

则判定乒乓球发生碰撞，进入步骤4。

步骤4、根据运动轨迹判断乒乓球的碰撞点及根据碰撞点判断发球是否得分。

步骤4.1、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击桌面。

当满足

时，则判定乒乓球撞击桌面；若k＝1，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断撞击的球桌编号与发球方编号是否一致，若一致，则令k＝k+1，返回步骤3，否则判定发球不成功，结束；若k＝2，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断撞击的球桌编号与发球方编号是否一致，若一致，则判定发球不成功，结束，否则判定发球成功，令k＝k+1，返回步骤3；若k>2，则判定乒乓球再次撞击球桌，此时己方发球得分，结束；当不满足

时，则判定乒乓球没有撞击桌面，进入步骤4.2。本实施例中，此时i＝6，k＝1，(x₆,y₆,z₆)＝(0.4,1,0.2)，满足

则判定乒乓球撞击桌面，k＝1且y₆>0，判断撞击的球桌编号为B，即与发球方编号一致，令k＝k+1＝2，返回步骤3。

i＝i+1＝7时，计算变量

的值大于120°判定乒乓球没有发生碰撞，返回步骤3。

i＝i+1＝8时，计算变量

的值大于120°判定乒乓球没有发生碰撞，返回步骤3。

i＝i+1＝9时，计算变量

的值大于120°判定乒乓球没有发生碰撞，返回步骤3。

i＝i+1＝10时计算得到变量

的值为110°<Q＝120°，则判定乒乓球发生碰撞，进入步骤4。此时i＝10，(x₁₀,y₁₀,z₁₀)＝(0,-0.2,0.5)不满足

则判定乒乓球没有撞击桌面，进入步骤4.2。

步骤4.2、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击地面。

当满足Z₀≤z_i<(Z₀+M)时，则判定乒乓球撞击地面；若k≤2，则判定此时发球不成功，结束；若k>2，则判定此时己方发球得分，结束；当不满足Z₀≤z_i<(Z₀+M)时，则判定乒乓球没有撞击地面，进入步骤4.3。本实施例中，此时i＝10，(x₁₀,y₁₀,z₁₀)＝(0,-0.2,0.5)不满足Z₀≤z_i<(Z₀+M)，则判定乒乓球没有撞击地面，进入步骤4.3。

步骤4.3、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击球网。

当满足

时，则判定乒乓球撞击球网；若k＝1，则判定发球不成功，结束；若k＝2，则返回步骤3；若k>2，则判定此时己方发球得分，结束；当不满足

时，则判定乒乓球没有撞击球网，进入步骤4.4。本实施例中，此时i＝10，(x₁₀,y₁₀,z₁₀)＝(0,-0.2,0.5)不满足

则判定乒乓球没有撞击球网，进入步骤4.4。

步骤4.4、根据运动轨迹判断乒乓球是否被球拍撞击。

此时判定乒乓球被球拍撞击；若k＝1，则判定发球不成功，结束；若k＝2，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断球拍编号与发球方编号是否一致，若一致，则判定发球不成功，结束，否则判定此时己方发球得分，结束；若k>2，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断球拍编号与发球方编号是否一致，若一致，则判定乒乓球被己方球拍撞击，此时己方发球得分，结束，否则判定乒乓球被对方球拍撞击，此时己方发球不得分，结束。本实施例中，此时i＝10，k＝2，(x₁₀,y₁₀,z₁₀)＝(0,-0.2,0.5)，判定乒乓球被球拍撞击，y₁₀＝-0.2<0，则球拍为A，与发球方不一致，则判定此时己方发球得分，结束。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于运动轨迹的乒乓球发球得分识别方法，其特征在于：

步骤1、建立三维空间坐标系及设置参数；

建立三维空间坐标系，原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，x轴平行于乒乓球桌窄边，y轴平行于乒乓球桌长边，z轴垂直于桌面向上；记地面的z轴坐标值为Z₀；球桌面的x轴坐标值范围为(-X₁,X₁)，y轴坐标值范围为(-Y₁,Y₁)，z轴坐标值为Z₁；球网的x轴坐标值范围为(-X₂,X₂)，y轴坐标值为Y₂，z轴坐标值范围为(Z₁,Z₂)；将对局双方分别编号为A和B，则球桌和球拍的编号为其相应对局方的编号；设置采样时间间隔T；设置用于判断发球的乒乓球加速度阈值P；设置用于识别乒乓球碰撞的角度变化阈值Q；设置碰撞偏离容忍值M；声明单位时间间隔内乒乓球的角度变量

声明变量k＝1；声明表示定位时间顺序的变量i；

步骤2、计算乒乓球的实时位置坐标值及判断是否发球；

利用乒乓球定位技术和装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值；令i＝i+1，此时乒乓球位置坐标值为(x_i,y_i,z_i)，调取前一时刻乒乓球位置坐标值(x_i-1,y_i-1,z_i-1)，计算乒乓球加速度

当a>P时，判定此时发球，根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围识别发球方的编号，则识别出的发球方为己方，进入步骤3；否则返回步骤2；

步骤3、计算乒乓球的实时位置坐标值及计算变量

的值；

利用乒乓球定位技术和装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值；令i＝i+1，此时乒乓球位置坐标值为(x_i,y_i,z_i)，调取前两个时刻乒乓球的位置坐标值(x_i-1,y_i-1,z_i-1)和(x_i-2,y_i-2,z_i-2)，计算

计算

当

时，则判定乒乓球发生碰撞，进入步骤4；否则判定乒乓球没有发生碰撞，返回步骤3；

步骤4、根据运动轨迹判断乒乓球的碰撞点及根据碰撞点判断发球是否得分；

步骤4.1、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击桌面；

当满足

时，则判定乒乓球撞击桌面；若k＝1，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断撞击的球桌编号与发球方编号是否一致，若一致，则令k＝k+1，返回步骤3，否则判定发球不成功，结束；若k＝2，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断撞击的球桌编号与发球方编号是否一致，若一致，则判定发球不成功，结束，否则判定发球成功，令k＝k+1，返回步骤3；若k>2，则判定乒乓球再次撞击球桌，此时己方发球得分，结束；当不满足

时，则判定乒乓球没有撞击桌面，进入步骤4.2；

步骤4.2、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击地面；

当满足Z₀≤z_i<(Z₀+M)时，则判定乒乓球撞击地面；若k≤2，则判定此时发球不成功，结束；若k>2，则判定此时己方发球得分，结束；当不满足Z₀≤z_i<(Z₀+M)时，则判定乒乓球没有撞击地面，进入步骤4.3；

步骤4.3、根据运动轨迹判断乒乓球是否撞击球网；

当满足

时，则判定乒乓球撞击球网；若k＝1，则判定发球不成功，结束；若k＝2，则返回步骤3；若k>2，则判定此时己方发球得分，结束；当不满足

时，则判定乒乓球没有撞击球网，进入步骤4.4；

步骤4.4、根据运动轨迹判断乒乓球是否被球拍撞击；

此时判定乒乓球被球拍撞击；若k＝1，则判定发球不成功，结束；若k＝2，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断球拍编号与发球方编号是否一致，若一致，则判定发球不成功，结束，否则判定此时己方发球得分，结束；若k>2，则根据乒乓球坐标值(x_i,y_i,z_i)所在的范围判断球拍编号与发球方编号是否一致，若一致，则判定乒乓球被己方球拍撞击，此时己方发球得分，结束，否则判定乒乓球被对方球拍撞击，此时己方发球不得分，结束。

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