CN109045662A - 基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了能够帮助羽毛球发球裁判判断发球瞬间球体高度的基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统，具体方案包括采集模块、摄像模块、存储模块、处理模块和显示模块；采集模块用于采集羽毛球的当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息，并发送给存储模块；摄像模块用于对羽毛球赛的整体进行摄像，并将摄像信息发送给存储模块；存储模块用于存储摄像信息，以及相互关联的当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息；处理模块用于根据存储模块中的当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息从而计算到初始高度信息，并发送给显示模块；显示模块用于显示处理模块发送的初始高度信息，显示模块还用于显示存储模块中的摄像信息。

Description

基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统

技术领域

本发明属于体育比赛技术领域，具体涉及基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统。

背景技术

羽毛球发球是否犯规是羽毛球比赛中关键技术问题，有专门的发球裁判员进行监督和判断。

常见的发球违规是根据“发球时，击球瞬间，整个球应低于发球员腰部”这一标准的。但是，因为“腰部”没有明确的定义，所以在进行是否发球违规的标准时，需要发球裁判员的主观判断。正是因为掺入了主观判断，显得整个判定过程非常不标准，根据“发球过腰”这一标准判定的结果，经常引起异议和申述。

因此，为了改进发球违规的标准，2017年11月30日，世界羽联宣布2018年3月1日将开始试行一项新的实验性发球规则。新规规定：发球时，在击球的瞬间，整个羽毛球距离场地表面的高度应小于1.15米。

上述规定，避免了主观判定，有利于标准的公正执行，但是还存在肉眼难以判断击球瞬间的高度的问题；而进行肉眼观察具有以下缺点：

1.肉眼观察的时候存在视距优先和盲区的问题；

2.肉眼识别的精确度比较低；

3.当出现异议和申述的时候，无法提供有效证据证明。

发明内容

本发明提供了能够帮助羽毛球发球裁判判断发球瞬间球体高度的基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统。

本发明的基础方案为：基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统，包括采集模块、摄像模块、存储模块、处理模块和显示模块；

采集模块用于采集羽毛球的当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息，并将上述信息发送给存储模块；

摄像模块用于对羽毛球赛的整体进行摄像，并将摄像信息发送给存储模块；

存储模块用于存储采集模块发送的当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息；存储模块还用于存储摄像模块发送的摄像信息；

处理模块用于根据存储模块中的当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息从而计算到初始高度信息，并发送给显示模块；

显示模块用于显示处理模块发送的初始高度信息，显示模块还用于显示存储模块中的摄像信息。

基础方案的原理和有益效果为：本方案中，利用摄像模块对赛场上的羽毛球进行摄像，而后存储在存储模块中，裁判员使用显示模块将之前的比赛情况进行显示，有利于裁判员处理申诉和异议。

本方案中，使用采集模块对羽毛球的运动状态进行采集，而后使用处理模块进行数据分析，进而得到处理好的初始高度信息；使用了自动化数据化的技术代替人眼识别的方式，避免了视觉盲区和裁判的主观判断因素，有利于比赛中裁判的公平公正得到有效执行。

进一步，所述摄像模块包括安装在羽毛球场地外边缘的多组摄像头。

本方案中，使用多组摄像头进行摄像保证对球场中的羽毛球进行全方位监控，避免视角盲区的出现。

进一步，所述采集模块包括用于标记羽毛球位置的标记装置、根据标记装置计算当前速度的测速装置、根据标志装置计算当前离地高度的测距装置和用于计时的计时装置。

本方案中，利用标记装置对羽毛球的运动状况进行标记，便于精准确定羽毛球的速度和距离。

进一步，所述标记装置为红外线发射器，所述测速装置为红外线测速接收装置，所述测距装置为红外线测距接收装置；红外线发射器向红外线测速接收装置和红外线测距接收装置发射红外线。

本方案中，利用红外线发射器向红外线测距接收装置和红外线测速接收装置发射红外线，相比传统方案中用多个红外线发射器，本方案节约了耗材，减少了羽毛球的无关承重，有利于比赛的正常运行和选手的正常发挥。

进一步，所述采集模块包括图像处理单元，图像处理单元根据摄像模块所取得的头像，通过图像处理得到当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息。

本方案中，利用图像处理技术，得到羽毛球的运动状态，充分利用资源，节约设备。

进一步，还包括对比模块、控制模块和用于告警的告警模块；处理模块还用于将初始高度信息发送给对比模块，存储模块还用于存储标准高度信息；对比模块接收到处理模块发送的初始高度信息，将初始高度信息与存储模块中的标准高度信息进行对比，当初始高度信息大于标准高度信息时，对比模块向控制模块发送告警信号；控制模块用于接受对比模块发送的告警信号，并控制告警模块进行告警。

本方案中，通过对面模块对于初始高度信息和标准高度信息进行对比，当发现初始高度信息大于标准高度信息时，本系统会自动告警，免去人力判断的因素，实现了自动化裁判辅助，有利于裁判的公平公正。

附图说明

图1为本发明基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统实施例中，摄像头位置安装的示意图；

图2位本发明于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统实施例中，采集模块的工作示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：网柱1、第一摄像头21、第二摄像头22、第三摄像头23、第四摄像头24、球网3、红外线发射装置41、第一红外线测距接收装置42、第二红外线测距接收装置43。

本方案中，基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统包括：采集模块、摄像模块、存储模块、处理模块、对比模块、显示模块、控制模块和告警模块。

摄像模块是由四组摄像头组成的，这些摄像头均设置在羽毛球场的外围，布设如图1所示，摄像头包括第一摄像头21、第二摄像头22、第三摄像头23和第四摄像头24，第一摄像头21和第二摄像头22位于上方，第三和第四摄像头24位于下方，第一摄像头21和第三摄像头23均位于与球网3连接的网柱1右侧，第二摄像头22与第一摄像头21、第三摄像头23与第四摄像头24通过球网3对称设置，并且上述摄像头均位于两个前发球线之间；这样设置便于对比赛过程进行摄像，便于后续争议的处理。

采集模块包括红外线发射装置41、红外线测距接收装置、红外线测速接收装置、计算器和计时装置。其中红外线发射装置41安装在羽毛球的球状软木球上靠近羽毛一侧，保证该红外线发射装置41对羽毛球运动员拍动羽毛球的影响最小，该红外线发生装置采用红外线发射管，该红外线发射管使用时向四周发射红外线；

如图2所示，红外线测距接收装置安装在羽毛球场外的安全柱上，红外线测距接收装置有两个，分别为安全柱底部的第一红外线测距接收装置42和安全柱中部的第二红外线测距接收装置43，通过计算器运算出该羽毛的当前所在高度、速度和对应的时间，运算过程如下：

(1)安装第二红外线测距接收装置43时，第二红外线测距接收装置43与第一红外线测距接收装置42之间的距离为c，距离c是已知距离；

(2)第一红外线测距接收装置42接收到羽毛球上红外线发射装置41发射的红外线后，得到第一红外线测距接收装置42与羽毛球之间的距离b，距离b是第一红外线测距接收装置42测试所得；

(3)第二红外线测距接收装置43接收到羽毛球上红外线发射装置41发射的红外线后，得到第二红外线测距接收装置43与羽毛球之间的距离c，距离c是第二红外线测距接收装置43测试所得；

(4)得到距离a、距离b和距离c之后，构成一个三角形，通过计算器计算得出与a相对的角的大小，由于安全柱均是与地面垂直的，所以根据上述计算得到的角度大小，可以计算出∠θ的大小，而后根据h＝b*sin∠θ计算得到当前羽毛球高度h；

(5)计时装置采用计时器，对整个羽毛球赛事进行计时，时间为t；

(6)红外线测速接收装置在接收到红外线发射装置发射的红外线后，计算出当前羽毛球在竖直方向上的速度v。

而后采集模块将当前所在高度h、速度v和对应的时间t，存储到存储模块中。存储模块是采用存储器的，存储器包括运动存储单元、视频存储单元和标准存储单元。运动存储单元在在对羽毛球的运动状态进行记录的时候，是将同一时间接收到的高度h、速度v和时间t相互关联起来作为一个关联信息组。视频存储单元，是将摄像模块所获得的摄像信息进行存储的。标准存储单元，是用来存储标准高度信息H₀，根据2017年11月30日，世界羽联宣布的判断标准，H₀＝1.15m。

处理模块用于根据存储模块中的当前高度信息h、当前时间信息t和当前速度信息v从而计算到初始高度信息，并发送给显示模块并将初始高度进行显示，处理模块计算出初始高度信息的过程如下：

(1)从存储模块中取出两组信息，分别为对应时间为t₁的关联信息组和对应时间为t₂的关联信息组；对应时间为t₁的关联信息组所含的信息包括高度h₁、速度v₁和时间t₁；对应时间为t₂的关联信息组所含的信息包括高度h₂、速度v₂和时间t₂；

(2)从羽毛球到高度h₁时所花费的时间为T₁，从羽毛球到高度h₂时所花的时间为T₂；

h₁-h₂＝0.5*(v₁*T₁-v₂*T₂)t₁-t₂＝T₁-T₂

根据上述公式，计算可以计算出T₁和T₂的值；

设置羽毛球的加速度为a，a＝(v₁-v₂)/(T₁-T₂)，因此可以计算出羽毛球的加速度a；

设置羽毛球的初始高度为H、羽毛球的初始速度为V，根据公式h＝0.5*a*t*t+Vt+H；

代入后有h₁＝h＝0.5*a*t₁*t₁+VT₁+H h₂＝h＝0.5*a*t₂*t₂+VT₂+H

进行解方程后，得到初始速度V和初始高度H。

接着处理模块将处理到的初始高度H发送给对比模块，对比模块将H与H₀进行对比，当H＞H₀时，对比模块向控制模块发送告警信号；对比模块采用比较器。

控制模块采用控制器，控制器接受到告警信号后，控制告警模块进行告警。告警模块采用蜂鸣器。

并且处理模块得到的初始高度H，也会发送给显示模块进行显示。显示模块采用一个显示屏，通过显示屏，裁判员可以看出当前赛场上每个羽毛球的发球初始高度，从而更精确的判断该运动员是否违规发球。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统，其特征在于：包括采集模块、摄像模块、存储模块、处理模块和显示模块；

采集模块用于采集羽毛球的当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息，并将上述信息发送给存储模块；

摄像模块用于对羽毛球赛的整体进行摄像，并将摄像信息发送给存储模块；

存储模块用于存储采集模块发送的当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息；存储模块还用于存储摄像模块发送的摄像信息；

处理模块用于根据存储模块中的当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息从而计算到初始高度信息，并发送给显示模块；

显示模块用于显示处理模块发送的初始高度信息，显示模块还用于显示存储模块中的摄像信息。

2.根据权利要求1所述的基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统，其特征在于：所述摄像模块包括安装在羽毛球场地外边缘的多组摄像头。

3.根据权利要求1所述的基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统，其特征在于：所述采集模块包括用于标记羽毛球位置的标记装置、根据标记装置计算当前速度的测速装置、根据标志装置计算当前离地高度的测距装置和用于计时的计时装置。

4.根据权利要求3所述的基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统，其特征在于：所述标记装置为红外线发射器，所述测速装置为红外线测速接收装置，所述测距装置为红外线测距接收装置；红外线发射器向红外线测速接收装置和红外线测距接收装置发射红外线。

5.根据权利要求3所述的基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统，其特征在于：所述采集模块包括图像处理单元，图像处理单元根据摄像模块所取得的头像，通过图像处理得到当前高度信息、当前时间信息和当前速度信息。

6.根据权利要求1所述的基于视觉的羽毛球发球裁判辅助系统，其特征在于：还包括对比模块、控制模块和用于告警的告警模块；处理模块还用于将初始高度信息发送给对比模块，存储模块还用于存储标准高度信息；对比模块接收到处理模块发送的初始高度信息，将初始高度信息与存储模块中的标准高度信息进行对比，当初始高度信息大于标准高度信息时，对比模块向控制模块发送告警信号；控制模块用于接受对比模块发送的告警信号，并控制告警模块进行告警。