CN108465224A - 乒乓球轨迹分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种乒乓球轨迹分析系统，包括：支架，一组一字线性激光发射器，摄像头，服务器，所述支架放在乒乓球桌侧面，支架上垂直方向每隔一定间隔固定一个一字线性激光发射器，激光发生方向朝乒乓球桌，所述摄像头安装在支架顶端，朝向乒乓球桌，摄像头以及所有一字线性激光发射器和服务器相连。摄像头获取图像，进行预处理，进行画面校正；耀斑处理获取乒乓球在乒乓球桌面多层相对坐标；通过每层一字线性激光发射器高度，确定空间坐标；将先后按照时间顺序的空间坐标合成飞行轨迹。本发明通过将三维空间坐标简化为二维平面坐标来确定空间轨迹，减少图像处理中高度的确定，大幅降低处理时间和难度，简单高效。

Description

乒乓球轨迹分析系统

技术领域

本发明涉及乒乓球辅助训练领域，尤其涉及一种乒乓球轨迹分析系统。

背景技术

乒乓球运动在我国广为普及，作为专业运动员，精湛的技术必须经过高强度，高效的训练，训练或比赛中观察乒乓球飞行轨迹，进行分析有效了解对手打球习惯与套路，对于了解对手是一个绝佳的途径。

发明专利CN201210497563.7，公开一种实时精确观测和分析乒乓球旋转的视觉系统及系统运行方法，系统包括如下组成模块：图像采集和乒乓球目标识别定位模块、乒乓球空间运动KALMAN滤波器模块、云台运动规划和控制模块、乒乓球标志识别和三维重构模块、乒乓球旋转运动粒子滤波模块、三维虚拟场景重现模块；该发明的能实时对乒乓球的旋转信息进行观测和分析，在乒乓球空间运动的基础上得到其转动状态，从而可以得到更丰富和完整的乒乓球轨迹信息，该方法结构复杂，处理算法对设备要求高。

发明内容

本发明目的是提供一种简单高效的乒乓球轨迹分析方法，通过将三维空间坐标简化为二维平面坐标来确定空间轨迹，简单高效。

本发明是通过以下技术方案实现的：乒乓球轨迹分析系统，包括：支架，一组一字线性激光发射器，摄像头，服务器，其中，所述支架放在乒乓球桌侧面，支架上垂直方向每隔一定间隔固定一个一字线性激光发射器，激光发生方向朝乒乓球桌，所述摄像头安装在支架顶端，朝向乒乓球桌，摄像头以及所有一字线性激光发射器和服务器相连。

优选的所述摄像头前端安装红外带通滤光片。

优选的所述摄像头向下倾斜。

优选的从下到上，第一个一字线性激光发射器高度为乒乓球桌面高度加上乒乓球半径，其它一字线性激光发射器之间间距大于等于乒乓球直径。

乒乓球轨迹分析系统分析乒乓球轨迹的步骤为：

S1：摄像头获取图像，进行预处理，进行画面校正；

S2：耀斑处理获取乒乓球在乒乓球桌面多层相对坐标；

S3：通过每层一字线性激光发射器高度，确定空间坐标；

S4：将先后按照时间顺序的空间坐标合成飞行轨迹。

本发明有益效果：本发明通过将三维空间坐标简化为二维平面坐标来确定空间轨迹，减少图像处理中高度的确定，大幅降低处理时间和难度，简单高效。

附图说明

图1为本实施例轨迹分析确定原理图；

其中：1摄像头，2.1-2.5一字线性激光发射器一至五；3 乒乓球桌面；4 支架；5.1-5.5飞行中乒乓球一至五。

具体实施方式

下面结合附图做进一步说明：

实施例1：

乒乓球轨迹分析系统，包括：支架，一组一字线性激光发射器，摄像头，服务器，所述支架放在乒乓球桌侧面，作为最佳实施例，支架放置在发球者对面桌面中心侧面，分析击球过网后乒乓球分行轨迹，支架上固定一组一字线性激光发射器，(低功率，对人无害)，且方向朝乒乓球桌；最低端一字线性激光发射器五2.5高度为乒乓球桌面高度加上乒乓球半径，其它一字线性激光发射器之间间距大于等于乒乓球直径。根据分析的精度，一字线性激光发射器之间距离最小为乒乓球直径，保证任何时刻都只有一个一字线性激光发射器所发射的激光击中乒乓球。间距越大分析轨迹越粗糙，间距越小分析轨迹越精细；而且，间距可以相等也可以不等。本实施例选取等间距。

所述摄像头安装在支架顶端并向下倾斜，朝向乒乓球桌，摄像头以及所有一字线性激光发射器和服务器相连，服务器选用PC机，服务器使用OpenCV图像处理库或matlab工具可以对图像进行有效处理。

乒乓球轨迹分析系统分析乒乓球落点的步骤为：

设置阶段：

S1: 摄像头获取乒乓球桌图像，进行预处理，进行画面校正这属于图像处理常规内容，为降低支架的高度，摄像头采用带有一定广角的镜头，拍摄到的画面会存在扭曲需要进行图像校正，在OpenCV图像处理库中提供了相关校正函数和工具可以对摄像头校正，例如：cvInitUndistortRectifyMap/ cvRemap函数通过校正数据将扭曲的画面重新修正。或利用matlab提供的工具处理。

使用阶段：

S2：耀斑处理获取乒乓球在乒乓球桌面多层相对坐标；建立相对坐标系，确定原点，以不同一字线性激光发射器位置作为原点，建立不同坐标系平面。打球时获取乒乓球在不同坐标系平面落点相对坐标；在设置阶段完成后，所述摄像头前端安装红外带通滤光片，方便过滤可见光，降低处理分析时间，除此之外一般我们还需要额外进行图像处理的几个步骤：灰度化、高斯滤波、形态学滤波，灰度化即将原先RGB色彩的彩色图像转化成灰度图，因为后续的处理并不关心色彩信息，但需要反射光亮度，使用灰度表示后可以大幅加速处理速度。高斯滤波、形态学滤波用于过滤画面中的噪点并且使得反射耀斑变得平滑和连贯。这几步操作在OpenCV中均有对应函数可以实现。一字线性激光发射器持续发生低功率对人体无害激光，最低处一字线性激光发射器五2.5高度为乒乓球台面加上乒乓球半径。其他一字线性激光发射器之间间隔相等，略大于乒乓球直径。

当乒乓球过网后飞行中下落，不同一字线性激光发射器从上到下依次击中乒乓球形成耀斑，摄像头拍摄到此耀斑，根据图像中耀斑的位置，以及已知的摄像头高度，摄像头和当前一字线性激光发射器的距离，根据三角关系可以求得击中点在相应坐标系中距离一字线性激光发射器的距离，进而求出落点相对坐标。

关键技术：乒乓球轨迹有高有低，轨迹高，没问题，乒乓球下落从上到下依次穿过不同一字线性激光发射器。如果飞行轨迹偏低进入到检测范围检测到的第一个耀斑已经不是最上端一字线性激光发射器所发出，如何确定其实际高度本例中做如下处理：乒乓球网高15.25CM，比15.25CM高的一字线性激光发射器，在每个处理周期开始从上到下依次发射激光脉冲，每个一字线性激光发射器发射激光脉冲的对应时间被记录，当拍摄到第一个耀斑后，（此处还未计算坐标，只是区别有没有耀斑，所以速度很快）通过此时刻系统时间确定是哪个一字线性激光发射器发射的激光击中了乒乓球，进而确定乒乓球进入最上端第一个开始的一字线性激光发射器位置，之后，以下的一字线性激光发射器持续发射，耀斑依据时间先后顺序对应从上到下的一字线性激光发射器，当到达最低端一字线性激光发射器后 ，乒乓球反弹，耀斑顺序改为从下到上的逆序。当击球完成（此球拍耀斑特殊，可做区分）一个轨迹周期结束，网高以下的激光停止发射，网高以上的激光交替发射等待下一个轨迹周期。

S3：S2中可以确定乒乓球飞行中在不同坐标系的相对位置坐标，再通过不同坐标系一字线性激光发射器高度，确定空间坐标，将二维坐标变成三维；

S4：将先后按照时间顺序的空间三维坐标合成飞行轨迹，显示给用户。

实施例2 可以将支架放在两个乒乓球桌面中间位置，调整支架和乒乓球桌面距离，使得激光范围覆盖整个乒乓球桌，这样可以兼顾整个桌面，可以测定整个桌面上乒乓球的飞行轨迹，此设置和实施例1原理一样，只是畸变更大些，处理校正幅度更大些。

Claims (5)

1.乒乓球轨迹分析系统，包括：支架，一组一字线性激光发射器，摄像头，服务器，其特征为，所述支架放在乒乓球桌侧面，支架上垂直方向每隔一定间隔固定一个一字线性激光发射器，激光发生方向朝乒乓球桌，所述摄像头安装在支架顶端，朝向乒乓球桌，摄像头以及所有一字线性激光发射器和服务器相连。

2.如权利要求1所述的乒乓球轨迹分析系统，所述摄像头前端安装红外带通滤光片。

3.如权利要求1所述的乒乓球轨迹分析系统，所述摄像头向下倾斜。

4.如权利要求1所述的乒乓球轨迹分析系统，从下到上，第一个一字线性激光发射器高度为乒乓球桌面高度加上乒乓球半径，其它一字线性激光发射器之间间距大于等于乒乓球直径。

5.如权利要求1所述的乒乓球轨迹分析系统分析乒乓球轨迹的步骤为：

S1：摄像头获取图像，进行预处理，进行画面校正；

S2：耀斑处理获取乒乓球在乒乓球桌面多层相对坐标；

S3：通过每层一字线性激光发射器高度，确定空间坐标；

S4：将先后按照时间顺序的空间坐标合成飞行轨迹。