CN109165872A - 无人化智能球场管理系统、方法及球场 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人化智能球场管理系统、方法及球场，系统包括：服务器、设置在球场侧上方和/或四周的摄像机和照明灯，以及设置在球场周边或入口的智能门锁，摄像机、照明灯、智能门锁均与所述服务器通讯连接，由所述服务器控制实现对球场的智能化管理。服务器内置有订球场约教练系统、智能门禁系统、灯光照明系统、安全监控系统、球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统。本发明提高了球场的综合利用率，有利于优化球场使用率，有利于提高用户的消费和运动体验。

Description

无人化智能球场管理系统、方法及球场
技术领域
本发明涉及球场管理技术领域，尤其涉及一种无人化智能球场管理系统、方法及球场。
背景技术
现代生活中的人们越来越注重健康，也逐渐意识到体育运动的重要性。一般来说，体育运动有利于人体骨骼、肌肉的生长，增强心肺功能，同时还能够陶冶情操，改善心理状态。篮球、足球、网球或羽毛球等球类运动还具有提高人体神经系统协调性和灵敏性的作用，同时球类运动的场地也比较普遍，同时球场使用费也在大众可接受范围内，因此球类运动在大众中颇受欢迎。
然而，目前大部分传统球场几乎都是由人工方式运营管理，由若干个服务人员为客户完成收费、计时和提醒等工作，同时提供开锁和关锁、开灯和关灯、清洁和整理等服务。但是这种传统的运营管理方式往往存在着冗余复杂、耗时耗力或欠缺周全等多种不足，比如，当球场用时即将到达结算时间时，按规矩球场服务人员应该对消费者进行提醒以防止顾客对运动场地的超时占用，在这种传统运营管理模式下服务人员可能会考虑人情因素对这种行为不加提醒，从而导致后续球场使用进入恶性循环，球场运营管理出现混乱。又比如，在球场闲置使用时段，特别是在夜间，为保证球场不被恶意破坏或者随意使用，球场还需要配置安保人员对球场进行巡逻，这种需要聘用专人进行管理的设置增加了运营管理成本，而人力成本往往是球场经营支出中的相当大一部分，直接影响球场的利润率。
由上述可知，传统球场运营管理模式存在诸多弊端，也逐渐难以适应现代化球场的潮流。特别是在互联网的大环境趋势下，球场运营管理若能引入互联网元素，让球场成为智能终端，实现真正意义上的智慧球场，进而形成互联网与体育相结合的生态圈，甚至能够带来整个体育产业的蓬勃发展。
发明内容
本发明提供一种无人化智能球场管理系统、方法及球场，以优化球场管理水平，提高球场的综合利用率。
为实现上述目的，本发明提供一种无人化智能球场管理系统，所述无人化智能球场管理系统包括：服务器、设置在球场侧上方和/或四周的摄像机和照明灯，所述摄像机、照明灯均与所述服务器通讯连接，由所述服务器控制实现对球场的智能化管理。
其中，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场周边或入口的智能门锁，所述智能门锁与所述服务器通讯连接，由所述服务器控制实现对球场的智能化管理。
其中，所述服务器内置有订球场约教练系统、智能门禁系统、灯光照明系统、安全监控系统、球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统，智能门禁系统与所述智能门锁通讯，所述灯光照明系统与所述照明灯通讯，所述视频播放系统及安全监控系统与所述摄像机通讯；其中：
所述订球场约教练系统与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，实现用户的查询、预约、下单、结算和/或续费操作；
所述智能门禁系统与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，通过二维码识别、人脸认证和定位信息读取并确认通过后为用户实现所述智能门锁的开启和关闭功能；
所述灯光照明系统，用于根据智能门锁的开启或关闭状态，以及环境光照强度选择是否开灯，以及对所述照明灯的光照强度调整；
所述安全监控系统，用于结合所述摄像机对球场进行安全监控；
所述球场数据分析系统，用于通过累积并分析球场历史数据得出相关数据分析结果，根据所述相关数据分析结果改进整个球场的运营管理；
所述视频播放系统，用于通过摄像机和云服务器的采集和处理，输出相关运动视频；
人工智能算法系统，用于利用图像处理、计算机视觉和虚拟现实技术，输出并展示运动信息。
本发明还提出一种无人化智能球场管理系统，包括：设置在球场侧上方和/或四周的摄像机和照明灯，设置在球场周边的智能门锁，以及订球场约教练系统、智能门禁系统、灯光照明系统、安全监控系统、球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统，智能门禁系统与所述智能门锁通讯，所述灯光照明系统与所述照明灯通讯，所述视频播放系统及安全监控系统与所述摄像机通讯；其中：
所述订球场约教练系统与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，实现用户的查询、预约、下单、结算和/或续费操作；
所述智能门禁系统还与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，通过二维码识别、人脸认证和定位信息读取并确认通过后为用户实现所述智能门锁的开启和关闭功能；
所述灯光照明系统，用于根据智能门锁的开启或关闭状态，以及环境光照强度选择是否开灯，以及对所述照明灯的光照强度调整；
所述安全监控系统，用于结合所述摄像机对球场进行安全监控；
所述球场数据分析系统，用于通过累积并分析球场历史数据得出相关数据分析结果，根据所述相关数据分析结果改进整个球场的运营管理；
所述视频播放系统，用于通过摄像机和云服务器的采集和处理，输出相关运动视频；
人工智能算法系统，用于利用图像处理、计算机视觉和虚拟现实技术，输出并展示运动信息。
本发明还提出一种无人化智能球场，包括如上所述的无人化智能球场管理系统。
本发明还提出一种无人化智能球场管理方法，所述方法应用于无人化智能球场管理系统，所述无人化智能球场管理系统包括订球场约教练系统，所述方法包括以下步骤：
所述订球场约教练系统与用户终端交互，接收所述用户终端发送的订球场约教练服务请求，根据所述订球场约教练服务请求，获得预订球场和可预约教练以及对应的空闲时间段，并反馈给用户终端，并据此实现用户的查询、预约、下单、结算和/或续费操作。
其中，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场周边的智能门锁，以及智能门禁系统，所述方法还包括：
所述智能门禁系统与所述用户终端交互，通过所述用户终端读取用户定位信息，确认用户所处位置是否在预订球场，若是，则同时对用户进行人脸识别，在验证通过后，向用户终端上预约订单推送显示动态的二维码作为解锁凭证，当用户将该解锁码出示在智能门锁的扫码区时，门锁自动打开；关锁时，用户直接关上球场门，智能门禁系统自动上锁，后台同步实现订单结算。
其中，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场侧上方和/或四周的照明灯，以及灯光照明系统，所述方法还包括：
所述灯光照明系统根据智能门锁的开启或关闭状态，以及环境光照强度选择是否开灯，以及对所述照明灯的光照强度调整。
其中，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场侧上方和/或四周的摄像机；所述方法还包括：
所述安全监控系统，用于结合摄像机对球场进行安全监控，所述安全监控至少包括：对摄像机获取的图像进行分析，实现球场区域入侵检测、物品的遗留和拾取、人脸抓拍和人脸侦测。
其中，所述无人化智能球场管理系统还包括：球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统，所述方法还包括：
所述球场数据分析系统通过累积并分析球场历史数据得出相关数据分析结果，根据所述相关数据分析结果改进整个球场的运营管理，具体包括：对订球场约教练信息的历史数据分析；对球场的使用情况进行分析，实现分时段动态定价策略；对运动人群的时间、结构和年龄层次的分析，为客户个性化动态推荐相关教练；
所述视频播放系统通过摄像机和云服务器的采集和处理，输出相关运动视频，包括球场直播、精彩剪辑和视频点播部分；
所述人工智能算法系统利用图像处理、计算机视觉和虚拟现实技术，输出并展示运动信息。
本发明与现有技术相比，具有以下有益结果：本发明提出了一种无人化智能球场管理系统、方法及采用该系统的球场，将球场预约使用、教练预约、门锁开启关闭、灯光控制、订单结算、安全监控、球场使用情况数据分析和用户运动数据分析等功能通过该系统实现无人化管理，减少了管理员对球场运营使用中的管理，长远来看有利于降低人工成本支出，优化球场管理水平，提高球场的综合利用率，有利于优化球场使用率，有利于提高用户的消费和运动体验。
附图说明
图1是本发明无人化智能球场管理系统的一种结构示意图；
图2是本发明无人化智能球场管理系统与用户终端交互场景示意图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提出一种无人化智能球场管理系统，所述无人化智能球场管理系统包括：服务器、设置在球场侧上方和/或四周的摄像机和照明灯，所述摄像机、照明灯均与所述服务器通讯连接，由所述服务器控制实现对球场的智能化管理。
进一步地，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场周边或入口的智能门锁，所述智能门锁与所述服务器通讯连接，由所述服务器控制实现对球场的智能化管理。
其中，参照图1所示，所述服务器内置有订球场约教练系统、智能门禁系统、灯光照明系统、安全监控系统、球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统，智能门禁系统与所述智能门锁通讯，所述灯光照明系统与所述照明灯通讯，所述视频播放系统及安全监控系统与所述摄像机通讯；其中：
所述订球场约教练系统与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，实现用户的查询、预约、下单、结算和/或续费操作；
所述智能门禁系统与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，通过二维码识别、人脸认证和定位信息读取并确认通过后为用户实现所述智能门锁的开启和关闭功能；
所述灯光照明系统，用于根据智能门锁的开启或关闭状态，以及环境光照强度选择是否开灯，以及对所述照明灯的光照强度调整；
所述安全监控系统，用于结合所述摄像机对球场进行安全监控；
所述球场数据分析系统，用于通过累积并分析球场历史数据得出相关数据分析结果，根据所述相关数据分析结果改进整个球场的运营管理；
所述视频播放系统，用于通过摄像机和云服务器的采集和处理，输出相关运动视频；
人工智能算法系统，用于利用图像处理、计算机视觉和虚拟现实技术，输出并展示运动信息。
本发明无人化智能球场管理系统与用户终端交互的场景示意图如图2所示。
此外，如图1所示，本发明另一实施例提出一种无人化智能球场管理系统，包括：设置在球场侧上方和/或四周的摄像机和照明灯，设置在球场周边的智能门锁，以及订球场约教练系统、智能门禁系统、灯光照明系统、安全监控系统、球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统，智能门禁系统与所述智能门锁通讯，所述灯光照明系统与所述照明灯通讯，所述视频播放系统及安全监控系统与所述摄像机通讯；其中：
所述订球场约教练系统与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，实现用户的查询、预约、下单、结算和/或续费操作；
所述智能门禁系统还与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，通过二维码识别、人脸认证和定位信息读取并确认通过后为用户实现所述智能门锁的开启和关闭功能；
所述灯光照明系统，用于根据智能门锁的开启或关闭状态，以及环境光照强度选择是否开灯，以及对所述照明灯的光照强度调整；
所述安全监控系统，用于结合所述摄像机对球场进行安全监控；
所述球场数据分析系统，用于通过累积并分析球场历史数据得出相关数据分析结果，根据所述相关数据分析结果改进整个球场的运营管理；
所述视频播放系统，用于通过摄像机和云服务器的采集和处理，输出相关运动视频；
人工智能算法系统，用于利用图像处理、计算机视觉和虚拟现实技术，输出并展示运动信息。
此外，本发明还提出一种无人化智能球场，该无人化智能球场包括如上所述的无人化智能球场管理系统。
此外，本发明还提出一种无人化智能球场管理方法，所述方法应用于无人化智能球场管理系统，所述无人化智能球场管理系统包括订球场约教练系统，所述方法包括以下步骤：
所述订球场约教练系统与用户终端交互，接收所述用户终端发送的订球场约教练服务请求，根据所述订球场约教练服务请求，获得预订球场和可预约教练以及对应的空闲时间段，并反馈给用户终端，并据此实现用户的查询、预约、下单、结算和/或续费操作。
进一步地，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场周边的智能门锁，以及智能门禁系统，所述方法还包括：
所述智能门禁系统与所述用户终端交互，通过所述用户终端读取用户定位信息，确认用户所处位置是否在预订球场，若是，则同时对用户进行人脸识别，在验证通过后，向用户终端上预约订单推送显示动态的二维码作为解锁凭证，当用户将该解锁码出示在智能门锁的扫码区时，门锁自动打开；关锁时，用户直接关上球场门，智能门禁系统自动上锁，后台同步实现订单结算。
进一步地，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场侧上方和/或四周的照明灯，以及灯光照明系统，所述方法还包括：
所述灯光照明系统根据智能门锁的开启或关闭状态，以及环境光照强度选择是否开灯，以及对所述照明灯的光照强度调整。
进一步地，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场侧上方和/或四周的摄像机；所述方法还包括：
所述安全监控系统，用于结合摄像机对球场进行安全监控，所述安全监控至少包括：对摄像机获取的图像进行分析，实现球场区域入侵检测、物品的遗留和拾取、人脸抓拍和人脸侦测。
进一步地，所述无人化智能球场管理系统还包括：球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统，所述方法还包括：
所述球场数据分析系统通过累积并分析球场历史数据得出相关数据分析结果，根据所述相关数据分析结果改进整个球场的运营管理，具体包括：对订球场约教练信息的历史数据分析；对球场的使用情况进行分析，实现分时段动态定价策略；对运动人群的时间、结构和年龄层次的分析，为客户个性化动态推荐相关教练；
所述视频播放系统通过摄像机和云服务器的采集和处理，输出相关运动视频，包括球场直播、精彩剪辑和视频点播部分；
所述人工智能算法系统利用图像处理、计算机视觉和虚拟现实技术，输出并展示运动信息
本发明通过该系统将场地预约使用、教练预约、门锁开启关闭、灯光控制、订单结算、安全监控、球场使用情况数据分析和用户运动数据分析等功能实现无人化管理，减少了管理员对球场运营使用中的管理，长远来看有利于降低人工成本支出，有利于优化球场使用率，有利于提高用户的消费和运动体验。
以下对本发明实施例方案进行详细阐述：
本发明提出的一种无人化智能球场管理系统，包括摄像机、照明灯、智能门锁和服务器等硬件设施以及内置在服务器中的订球场约教练系统、智能门禁系统、灯光照明系统、安全监控系统、球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统。摄像机、照明灯、智能门锁和服务器等硬件设施通过无线、有线网络进行通讯互联或通过逻辑电子电路进行控制。
优选的，所述订球场约教练系统包括了预订球场和预约教练等功能。区别于传统的人工打电话预订预约方式，本系统采用互联网和手机终端服务来提供相关功能，同时支持连锁多球场数据共享。通过手机应用软件或球场微信公众号为客户提供订球场约教练服务，后台整合球场信息并实时更新和呈现可预订球场和可预约教练以及对应的空闲时间段，客户自行查询或完成下单缴费之后可以在约定时间地点享受运动服务。另外，在进入球场之后，客户可以选择通过续费操作实现当前球场的续用并完成延时结算。由此，订球场约教练系统可以由客户在手机终端上完成传统模式中的由人工方式实现的查询、预约、下单、结算和续费等操作。
优选的，所述智能门禁系统还包括设置在球场入口的智能门锁。区别于传统门锁，智能门锁的开启和关闭需要借助与用户手机终端的互联。开锁时，系统需要通过用户的手机终端读取用户定位以确认用户所处位置是否在预订球场，同时还是需要对用户进行人脸识别，验证通过后手机终端上预约订单中将出现动态的二维码作为解锁凭证，当用户将该解锁码出示在智能门锁的扫码区时，门锁将自动打开；关锁时，用户直接关上球场门，智能门禁自动上锁，后台同步实现订单结算。由此，智能门禁系统通过与用户智能手机终端互联，二维码识别、人脸认证和定位信息读取并确认通过后为用户实现所述球场门锁开启和关闭功能。
优选的，所述灯光照明系统还包括设置在球场四周和上方的照明灯。照明灯的设置，会根据球场智能门锁开启和关闭状态以及实时环境光照强度来动态调整。当智能门锁开锁后，照明灯的光敏控制器能够根据环境光照强度选择是否开灯和调整照明灯的光照强度。用户离场锁门后，球场照明灯将全部关闭。由此，灯光照明系统的灯光控制与用户智能手机终端和设置在球场的服务器互联，同时参考智能门锁开启和关闭状态以及环境光照强度选择是否开灯和所述照明灯的光照强度调整。
优选的，所述安全监控系统还包括设置在球场侧上方和四周的摄像机。多个高帧率高分辨率摄像机的设置，同时各自多角度安装以覆盖整个球场。本系统借助摄像机，结合服务器对图像进行分析，实现区域入侵检测、物品的遗留和拾取、人脸抓拍和人脸侦测等安全监控功能。当处于夜间环境下或者光照强度较暗时，摄像机将启用红外模式保证能实现安全监控功能。其中，摄像机和服务器结合，可以对球场进行代替传统球场安保人员的24小时安全监控。
优选的，球场数据分析系统通过累积并分析历史数据得出相关分析结果，用数据分析反馈结果来改进整个球场的运营管理。具体地，所述球场数据分析系统可以对订球场约教练信息的历史数据分析。对球场的使用情况，如对固定时段使用次数和高频时段进行分析，进而可以实现分时段动态定价策略，从而提高球场利用率和实现球场利润率最大化；对运动人群的时间、结构和年龄层次的分析，为客户个性化动态推荐相关教练。
优选的，所述视频播放系统包括球场直播、精彩剪辑和视频点播等部分。摄像机可以将视频流推送到云服务器上，智能终端服务器和手机终端应用软件都可以通过互联网加载这些视频。其中，精彩剪辑部分需要结合人工智能算法系统，对视频中的运动模式进行分类和标注，从而用算法选择精彩视频进行剪辑并呈现给用户。
优选的，所述人工智能算法系统包括图像处理、计算机视觉和虚拟现实技术，能实现球速计算、界内外判断和接球动作识别等功能，输出并展示运动信息。其中，所述图像处理技术能够对图像进行预处理，并初步提取出图像中的运动场景信息和运动目标信息。所述计算机视觉技术能够实现二维图像信息的综合，重建运动场景的三维信息和运动目标的三维信息。所述虚拟现实技术能够根据三维信息实现运动场景和运动目标的三维模拟显示效果。
球场上设置的多台各种角度的摄像机，分别能够得到对应角度的二维图像，借助图像处理技术对其进行预处理和图像分析能够得到运动场景和运动目标的二维信息，再结合摄像机标定和三维重建等计算机视觉技术，最终得到运动场景的三维信息和目标运动物体的三维世界坐标。借助帧差法、特征提取等运动轨迹跟踪与检测技术，能够提取到目标运动物体的实时运动轨迹并借助虚拟现实技术进行三维实景仿真显示虚拟运动轨迹，实现球场智能化运动方案。
其中，摄像机标定可以基于球场标志线的摄像机标定方法，实现方法如下：
使用摄像机从多个不同角度获取多幅清晰的网球场图像；
利用直线检测算法提取出每张网球场图像中的网球场标志线，确定各网球场标志线的直线方程；
从由每幅图像提取出的网球场标志线中选择多组相关的直线段对，计算出多个网球场标志线交点；
利用网球场标志线交点的像素坐标和网球场上对应点的真实三维世界坐标，计算得到摄像机的内部参数和外部参数。
具体地，该方法的主要操作步骤为：
a)摄像机从不同角度拍摄网球场，获取到多幅不同视角包含着网球场标志线的图像，分别建立摄像机在不同拍摄位置下的摄像机坐标系、图像平面坐标系，并建立三维世界坐标系；
b)从图像集合中选取至少包含整个球场的图像，注意保证图像的拍摄角度多样性，对选取的图像逐一进行图像预处理操作，在保证图像有效信息的保留的基础上，对图像进行降噪处理；
c)利用直线检测算法检测出图像中所有直线段，并得到直线段的两点式方程表示；
d)进一步筛选，提取出网球场标志直线；
e)确定要提取的球场角点，求出其相应两条直线段对交点即为图像中的像素坐标；
f)最后，结合各对应球场角点的真实三维世界坐标，计算得到摄像机的内部参数和外部参数。
其中标定参数计算过程如下：
由图像中球场角点的像素坐标和其对应的真实三维世界坐标(Z＝0)来求解各子图像平面坐标系和球场平面坐标系的单应矩阵H。单应矩阵H的求解方法在ZHANG.Z.Y.的文章“A flexible new technique for camera calibration[J].IEEE Trans.on PatternAnalysis and Machine Intelligence，2000，22(11)：1330-1334”中有详细描述。
对拍摄到的多幅图像得到的多个单应矩阵，求解摄像机的内部参数和外部参数。
由旋转矩阵的正交性分解单应矩阵，构成一个包含摄像机内部参数和外部参数的超定方程，通过奇异值分解及一系列变换得到摄像机的内部参数和外部参数。具体求解方法在ZHANG.Z.Y.的文章“A flexible new technique for camera calibration[J].IEEETrans.on Pattern Analysis and Machine Intelligence，2000，22(11)：1330-1334”中有详细描述。
摄像机外部参数(R,t)表示球场平面坐标系与各图像平面坐标系之间的关系。
摄像机内部参数矩阵A可以表示为
其中，α和β分别为图像平面坐标系两坐标轴的尺度因子，γ是两坐标轴的不垂直因子，(u0,v0)为摄像机主点坐标。
求解各个图像坐标系与球场平面坐标系之间的旋转矩阵和平移向量。
这里，以步骤b)获取的摄像机外部参数，即球场平面坐标系与各图像平面坐标系之间的关系，便可得到两者之间的旋转矩阵Ri和平移向量Ti
对步骤b)获取的摄像机内部参数和外部参数进行非线性优化。
假设噪声服从零均值的高斯分布且独立分布，为了得到在最大似然准则下摄像机内部参数和外部参数的最优解，需要建立以重投影误差为最小目标函数：
其中，
其中，A为摄像机内部参数矩阵，k1,k2为径向畸变参数，Ri,Ti(i＝1...m-1)为各图像平面坐标系与球场平面坐标系之间的旋转矩阵和平移向量；为球场平面坐标系与摄像机坐标系之间的旋转矩阵和平移向量；n为摄像机的不同拍摄位置所获取的图像数；t为球场坐标系中特征点的总个数；为第j个拍摄角度图像中球场特征点在图像平面坐标系下的齐次坐标；为第j个拍摄角度中球场特征点在图像平面坐标系下的带有镜头畸变的重投影图像齐次坐标。
这里，如果pi为球场特征点P在某一拍摄角度的图像坐标系下的三维坐标，为P转换为球场平面坐标系下坐标pTi后，在摄像机图像坐标下的重投影理想图像齐次坐标，为相应的带有镜头畸变的重投影图像齐次坐标，则以上参数具体变换关系如下：
其中，A为摄像机内部参数，ρ为任意非零常数。
具体与的变换关系在ZHANG.Z.Y.的文章“A flexible new technique forcamera calibration[J].IEEE Trans.on Pattern Analysis and MachineIntelligence，2000，22(11)：1330-1334”中有详细描述。
结合上述步骤中的各图像平面坐标系与球场平面坐标系之间的旋转矩阵和平移向量，根据上面的公式便可求出再根据畸变校正方法得到
最后，采用Levenberg-Marquardt非线性优化方法对最小目标函数进行非线性优化，即可得到摄像机内部参数和外部参数在最大似然准则下的最优解。
本发明不使用传统标定参考物，仅借助运动场原有的标志线和尺寸信息对架设在视场四周的摄像机进行标定，能够在不使用棋盘格标定板等传统标定参考物的情况下对架设在网球场上的摄像机进行标定操作并得到高精度的摄像机内外参数，适用于这种不方便使用传统标定板的场合，操作简易灵活，且具有很高的精度。
在进行运动目标识别时，可以通过球体识别方法得到球体目标，方案实现如下：
运动球体的识别主要有两种有用的信息，第一：球体的颜色形状纹理等特征，第二：球体的运动轨迹信息。有效的融合这两种信息能够提高运动球体识别的准确性。本文建立在运动检测和团块提取获得运动球体的候选团块的基础上，首先对连续帧之间的候选球体团块进行轨迹预关联，然后根据计算预关联链表的几项关键特征，利用这几项关键特征进行分类器训练，判断该预关联链表是否满足球体运动的模型；最后如果该预关联链表满足球体的运动模型，则使用训练好的AdaBoost检测器确认运动球体。
本方法采用如下步骤完成：开始→候选球体团块→连续轨迹预关联→SVM轨迹分类器判别？是！→球体检测器再确认→是！确认球体→结束；SVM轨迹分类器判别、球体检测器再确认？否！→非球体→结束；建立球体预关联链表、噪声预关联链表→正样本二维特征提取、负样本二维特征提取→SVM轨迹分类器训练→输出至SVM轨迹分类器；取待判决预关联链表→预关联链表的二维特征提取、输入SVM轨迹分类器→球体预关联链表判决→判决得到是否为运动球体；分别整理正样本库和负样本库，并对正样本的球体子图进行尺寸归一化→球体AdaBoost检测器训练→输出至球体AdaBoost检测器；将预关联链表的最后节点子图→子图尺寸扩展得到W×H待检测子图、与球体AdaBoost检测器→球体检测器对待检测子图进行检测→判决得到是否为球体目标。采用归一化后的线性最小二乘误差和归一化后的速度方差两个特征描述训练基于轨迹的SVM分类器。采用轨迹信息和训练的SVM轨迹分类器对轨迹信息进行第一步判决，然后利用基于haar特征的AdaBoost检测器进行再确认，最终综合得到正确的判决结果。
轨迹的预关联
设连续M帧的候选球体团块为Blobs：
其中，T是连续预关联的帧数，N是在帧时候选球体团块的数量，为第t帧时第n个候选球体团块，的质心为
假设t-1时刻的预关联链表序列为其中，为t-1时刻预关联链表序列中的第m个预关联链表，它包含预关联目标的中心位置、高和宽，为预关联链表在t-1时刻的中心位置，如果第t-1帧的预关联链表和t帧之间的候选球体团块之间的质心距离小于某个阈值，则和为一个有效预关联组合。下面将对t-1预关联链表序列与t时刻的候选团块序列之间进行关联，并进行预关联链表序列的更新：
①情形一：如果对于某个预关联链表候选团块序列中不存在与之对应的有效预关联组合，则将该预关联链表删除。
②情形二：如果某个预关联链表候选团块序列中存在一个或者多个与之对应的有效预关联组合，则选取与距离最近的对进行更新。
③情形三：如果某个候选团块预关联链表序列中没有与之对应的预关联链表则用新建一个预关联链表。
如果预关联链表序列中存在长度大于等于M的预关联链表，则对该预关联链表进行后续的基于轨迹SVM分类器的判决。
轨迹SVM分类器判决
通常情况下，网球运动具有短时趋近匀速直线运动的特点，因此可以以此来区分球场中的噪声信息，有效提高网球的准确识别率。下面将针对轨迹信息计算得到的特征描述进行训练SVM分类器。
SVM分类器特征选择
根据球体的运动特点，本方法使用了如下两种特征描述进行SVM分类器的训练。
①特征一：归一化后的线性最小二乘误差(UniLinearError),设该N个轨迹点X方向的最小二乘误差为(ErrorLinearX)，Y方向的最小二乘误差为(ErrorLinearY)，该N帧的平均单帧运动距离(MeanDist)：
②特征二：归一化后的速度方差(UniSpeedVari)，首先计算得到该M帧的速度方差，然后用该M帧的运动距离进行相除实现归一化。
基于运动轨迹的运动球体识别步骤
实现步骤如下：
步骤一：建立M帧的预关联轨迹样本库，包括运动球体的预关联轨迹正样本库，噪声的预关联轨迹负样本库。
步骤二：提取正样本库和负样本库中的上述两种描述特征，利用该二维的特征训练轨迹的SVM分类器。
步骤三：对所有的预关联链表计算二维特征描述，使用步骤二训练好的轨迹SVM分类器判决该预关联链表是否为运动球体。
球体检测器的再确认
由于球场中某些噪声也会满足匀速线性运动的特点，如运动员挥拍以及手臂或者肢体的运动，为了更准确的识别运动球体，在运动符合的基础上，本方法增加了基于Haar特征的检测器，进一步识别是否为运动球体。
基于Haar特征的球体检测器训练和再确认步骤：
步骤一：整理建立球体的正样本，并对正样本进行尺寸归一化建立正样本库；在运动场视场中随机截取负样本建立负样本库。
步骤二：利用正样本库和负样本库进行球体检测器的训练。
步骤三：对SVM轨迹分类器判别为球体的预关联链表的末尾节点扩展成待检测子图，在扩展得到的待检测子图中进行球体的检测，如果存在球体，则确认该预关联链表对应的是运动球体，否则为噪声，完成运动球体识别。
通过采用上述管理系统的球场，每个球场配置一整套包括上述提到的多个硬件设施和由这些硬件设施组成的多个软件系统。其中，多个硬件设施之间联动整合，通过有线和无线的方式互联起来，形成多个不同功能的软件系统。球场管理者能够仅通过计算机后台即可对球场进行整体管理，用简单明确的计算机命令代替传统球场管理中的人工安排工作，从而能够使管理者优化球场管理水平，提高球场的综合利用率。
本发明与现有技术相比，具有以下有益结果：本发明提出了一种无人化智能球场管理系统及采用该系统的球场，将球场预约使用、教练预约、门锁开启关闭、灯光控制、订单结算、安全监控、球场使用情况数据分析和用户运动数据分析等功能通过该系统实现无人化管理，减少了管理员对球场运营使用中的管理，长远来看有利于降低人工成本支出，有利于优化球场使用率，有利于提高用户的消费和运动体验。
需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，电视机，电脑等)执行本发明各个实施例的方法。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人化智能球场管理系统，其特征在于，所述无人化智能球场管理系统包括：服务器、设置在球场侧上方和/或四周的摄像机和照明灯，所述摄像机、照明灯均与所述服务器通讯连接，由所述服务器控制实现对球场的智能化管理。
2.根据权利要求1所述的无人化智能球场管理系统，其特征在于，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场周边或入口的智能门锁，所述智能门锁与所述服务器通讯连接，由所述服务器控制实现对球场的智能化管理。
3.根据权利要求2所述的无人化智能球场管理系统，其特征在于，所述服务器内置有订球场约教练系统、智能门禁系统、灯光照明系统、安全监控系统、球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统，智能门禁系统与所述智能门锁通讯，所述灯光照明系统与所述照明灯通讯，所述视频播放系统及安全监控系统与所述摄像机通讯；其中：
所述订球场约教练系统与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，实现用户的查询、预约、下单、结算和/或续费操作；
所述智能门禁系统与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，通过二维码识别、人脸认证和定位信息读取并确认通过后为用户实现所述智能门锁的开启和关闭功能；
所述灯光照明系统，用于根据智能门锁的开启或关闭状态，以及环境光照强度选择是否开灯，以及对所述照明灯的光照强度调整；
所述安全监控系统，用于结合所述摄像机对球场进行安全监控；
所述球场数据分析系统，用于通过累积并分析球场历史数据得出相关数据分析结果，根据所述相关数据分析结果改进整个球场的运营管理；
所述视频播放系统，用于通过摄像机和云服务器的采集和处理，输出相关运动视频；
人工智能算法系统，用于利用图像处理、计算机视觉和虚拟现实技术，输出并展示运动信息。
4.一种无人化智能球场管理系统，其特征在于，包括：设置在球场侧上方和/或四周的摄像机和照明灯，设置在球场周边的智能门锁，以及订球场约教练系统、智能门禁系统、灯光照明系统、安全监控系统、球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统，智能门禁系统与所述智能门锁通讯，所述灯光照明系统与所述照明灯通讯，所述视频播放系统及安全监控系统与所述摄像机通讯；其中：
所述订球场约教练系统与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，实现用户的查询、预约、下单、结算和/或续费操作；
所述智能门禁系统还与用户终端通讯连接，用于与所述用户终端交互，通过二维码识别、人脸认证和定位信息读取并确认通过后为用户实现所述智能门锁的开启和关闭功能；
所述灯光照明系统，用于根据智能门锁的开启或关闭状态，以及环境光照强度选择是否开灯，以及对所述照明灯的光照强度调整；
所述安全监控系统，用于结合所述摄像机对球场进行安全监控；
所述球场数据分析系统，用于通过累积并分析球场历史数据得出相关数据分析结果，根据所述相关数据分析结果改进整个球场的运营管理；
所述视频播放系统，用于通过摄像机和云服务器的采集和处理，输出相关运动视频；
人工智能算法系统，用于利用图像处理、计算机视觉和虚拟现实技术，输出并展示运动信息。
5.一种无人化智能球场，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的无人化智能球场管理系统。
6.一种无人化智能球场管理方法，其特征在于，所述方法应用于无人化智能球场管理系统，所述无人化智能球场管理系统包括订球场约教练系统，所述方法包括以下步骤：
所述订球场约教练系统与用户终端交互，接收所述用户终端发送的订球场约教练服务请求，根据所述订球场约教练服务请求，获得预订球场和可预约教练以及对应的空闲时间段，并反馈给用户终端，并据此实现用户的查询、预约、下单、结算和/或续费操作。
7.根据权利要求6所述的无人化智能球场管理方法，其特征在于，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场周边的智能门锁，以及智能门禁系统，所述方法还包括：
所述智能门禁系统与所述用户终端交互，通过所述用户终端读取用户定位信息，确认用户所处位置是否在预订球场，若是，则同时对用户进行人脸识别，在验证通过后，向用户终端上预约订单推送显示动态的二维码作为解锁凭证，当用户将该解锁码出示在智能门锁的扫码区时，门锁自动打开；关锁时，用户直接关上球场门，智能门禁系统自动上锁，后台同步实现订单结算。
8.根据权利要求7所述的无人化智能球场管理方法，其特征在于，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场侧上方和/或四周的照明灯，以及灯光照明系统，所述方法还包括：
所述灯光照明系统根据智能门锁的开启或关闭状态，以及环境光照强度选择是否开灯，以及对所述照明灯的光照强度调整。
9.根据权利要求8所述的无人化智能球场管理方法，其特征在于，所述无人化智能球场管理系统还包括：设置在球场侧上方和/或四周的摄像机；所述方法还包括：
所述安全监控系统，用于结合摄像机对球场进行安全监控，所述安全监控至少包括：对摄像机获取的图像进行分析，实现球场区域入侵检测、物品的遗留和拾取、人脸抓拍和人脸侦测。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的无人化智能球场管理方法，其特征在于，所述无人化智能球场管理系统还包括：球场数据分析系统、视频播放系统和人工智能算法系统，所述方法还包括：
所述球场数据分析系统通过累积并分析球场历史数据得出相关数据分析结果，根据所述相关数据分析结果改进整个球场的运营管理，具体包括：对订球场约教练信息的历史数据分析；对球场的使用情况进行分析，实现分时段动态定价策略；对运动人群的时间、结构和年龄层次的分析，为客户个性化动态推荐相关教练；
所述视频播放系统通过摄像机和云服务器的采集和处理，输出相关运动视频，包括球场直播、精彩剪辑和视频点播部分；
所述人工智能算法系统利用图像处理、计算机视觉和虚拟现实技术，输出并展示运动信息。
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