CN109289187B - 一种乒乓球训练与等级考试系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开一种乒乓球训练与等级考试系统，涉及计算机图像分析技术，能够提升计分的准确性。所述乒乓球训练与等级考试系统包括：包括：发球机、高速摄像机以及主机，其中，发球机，用于接收主机发送的等级发球指令，依据等级发球指令映射的等级发球机制进行发球；高速摄像机，用于在乒乓球撞击到球台上后，抓拍乒乓球撞击球台时的位置图像，输出至主机；主机，接收高速摄像机拍摄的图像，与预先设置的乒乓球模板图像进行匹配，确定高速摄像机拍摄的图像中的目标乒乓球，获取目标乒乓球的位置信息，查询预先设置的乒乓球位置信息与计分的映射关系库，对目标乒乓球的位置信息进行计分。本发明适用于乒乓球训练与等级考试。

Description

一种乒乓球训练与等级考试系统

技术领域

本发明涉及计算机图像分析技术，尤其涉及一种乒乓球训练与等级考试系统。

背景技术

目前，在进行乒乓球训练以及等级考试时，均采用裁判判断计分。在考试人员现场对计分出现分歧申诉时，主裁判可以与助理裁判进行沟通交流，对计分进行改判或维持原判，或者，在考试人员赛后对计分出现分歧申诉时，可以依靠录像回放分析考试人员(运动员)的运动形态，基于回放录像显示的运动状态进行改判或维持原判。

但该乒乓球训练与等级考试，由于采用裁判判断计分的人工计分方式，计分受裁判的主观因素影响较大，使得计分不够客观，计分的准确性较低；进一步地，通过回放录像分析运动形态，由于录像回放不具备立体分析功能，无法准确判断运动形态，也使得计分的准确性不高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种乒乓球训练与等级考试系统，能够提升计分的准确性以解决现有的乒乓球训练与等级考试方法中，采用人工计分方式导致的计分准确性较低的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种乒乓球训练与等级考试系统，包括：发球机、高速摄像机以及主机，其中，

发球机，用于接收主机发送的等级发球指令，依据等级发球指令映射的等级发球机制进行发球；

高速摄像机，用于在乒乓球撞击到球台上后，抓拍乒乓球撞击球台时的位置图像，输出至主机；

主机，接收高速摄像机拍摄的图像，与预先设置的乒乓球模板图像进行匹配，确定高速摄像机拍摄的图像中的目标乒乓球，获取目标乒乓球的位置信息，查询预先设置的乒乓球位置信息与计分的映射关系库，对目标乒乓球的位置信息进行计分。

结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，还包括：

传感器，用于检测乒乓球触碰台面的振动，在检测到乒乓球触碰台面的振动后，触发高速摄像机进行高速摄像。

结合第一方面，在第一方面的第二种实施方式中，还包括：

监考显示器，用于标定乒乓球台面及比赛用乒乓球，并将标定的参数传输至主机。

结合第一方面，在第一方面的第三种实施方式中，还包括：

学员显示器，用于显示回球落点以供学员查看。

结合第一方面，在第一方面的第四种实施方式中，还包括：

虚拟现实摄像机，用于对球员的运动姿态进行录像以评估和分析球员的运动姿态。

结合第一方面，在第一方面的第五种实施方式中，还包括：

全景相机，用于对训练与等级考试过程进行全景录像。

结合第一方面，在第一方面的第六种实施方式中，还包括：

投影仪，用于按照预先设置的训练与等级考试要求，投射所述训练与等级考试要求对应的图像至乒乓球台面。

结合第一方面，在第一方面的第七种实施方式中，高速相机拍摄乒乓球移动的图片，算法通过计算两帧图像中乒乓球的位移，并通过两帧图像之间的时间差进行计算。球速＝乒乓球位移/高速相机时间差。

结合第一方面，在第一方面的第八种实施方式中，高速相机拍摄乒乓球移动的图片，算法识别乒乓球上的厂家标识，计算乒乓球的旋转方向和旋转速度。

结合第一方面、第一方面的第一种至第八种中任一种实施方式，在第一方面的第九种实施方式中，还包括：

副球网，用于根据训练与等级考试的要求，调节位于乒乓球台面上的球网的高度。

本发明实施例提供的一种乒乓球训练与等级考试系统，包括：发球机、高速摄像机以及主机，其中，发球机，用于接收主机发送的等级发球指令，依据等级发球指令映射的等级发球机制进行发球；高速摄像机，用于在乒乓球撞击到球台上后，抓拍乒乓球撞击球台时的位置图像，输出至主机；主机，接收高速摄像机拍摄的图像，与预先设置的乒乓球模板图像进行匹配，确定高速摄像机拍摄的图像中的目标乒乓球，获取目标乒乓球的位置信息，查询预先设置的乒乓球位置信息与计分的映射关系库，对目标乒乓球的位置信息进行计分，能够提升计分的准确性以解决现有的乒乓球训练与等级考试方法中，采用人工计分方式导致的计分准确性较低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的实施例一乒乓球训练与等级考试系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的实施例一乒乓球训练与等级考试系统结构示意图，如图1所示，本实施例的乒乓球训练与等级考试系统可以包括：发球机、高速摄像机以及主机，其中，

发球机，用于接收主机发送的等级发球指令，依据等级发球指令映射的等级发球机制进行发球；

本实施例中，作为一可选实施例，通过主机控制发球机发球。当然，实际应用中，也可以直接在发球机上设置不同的等级发球指令按钮，本实施例对此不作限定。

本实施例中，由主机控制发球机发球，在主机上设置发球控制界面，发球控制界面位于教练员或裁判员的专属显示器界面上，主机通过网络对发球机进行控制。

本实施例中，作为一可选实施例，等级发球指令包括但不限于：初级等级发球指令、中级等级发球指令以及高级等级发球指令。其中，初级等级发球指令是为初学者设计的，中级等级发球指令是为中级和比赛级别球员设计的，高级等级发球指令是为专业运动员设计的。

本实施例中，作为另一可选实施例，主机也可通过网络在等级发球指令中控制发球机的每一等级发球的发球参数。其中，发球参数包括但不限于：发球频率、发球数量、发球总时间、旋转速度以及出球口角度。本实施例中，可以通过指令调节发球机中出球口的旋钮的旋转角度，可以发射出上旋、逆旋、侧旋甚至混合旋转等各种旋向的球。当然，作为再一可选实施例，也可在发球机中设置每一等级发球的发球参数。

本实施例中，使用者(训练人员与等级考试人员)可以根据自己的水平状况选择合适的发球等级，从而触发输出相应的发球等级指令。

本实施例中，作为一可选实施例，在发球机内部通过软件控制发球，使其按照等级考试或训练对应的发球等级指令发球，并可对发球的频率、落点、速度、角度、旋转、数量、总时间等发球参数进行调整。

表1为本实施例发球参数的技术指标。

表1

序号	技术指标名称	数值范围
			1	供球频率	30个/分～96个/分
2	发球速度	10m/s～20m/s
			3	横摆摆幅范围	0～30°
4	摆动速度	30次/分～92次/分
			5	纵摆摆幅范围	0～30°
6	升降范围	0～20cm

高速摄像机，用于在乒乓球撞击到球台上后，抓拍乒乓球撞击球台时的位置图像，输出至主机；

本实施例中，作为一可选实施例，高速摄像机采用英泰智全局曝光型号相机。

本实施例中，高速摄像机接收传感器发送的外部触发信号进行抓拍。作为一可选实施例，高速摄像机使用上升或下降边沿信号作为抓拍使能信号，并可以通过软件预先设置触发边沿的有效条件。

本实施例中，高速摄像机在接收到传感器输出的外部触发信号后，抓拍一张JPGE图片，并通过SDK或FTP上传到主机。

本实施例中，作为一可选实施例，高速摄像机的拍摄方向与乒乓球的运动方向相垂直。由于乒乓球在台面上的运动速度较快，而且运动方向与高速摄像机架设方向垂直，为了尽量增加对测试员回传的乒乓球撞击球台时的位置识别准确性，较佳地，从接收到外部触发信号到抓拍开始的延时不得大于10毫秒。

本实施例中，作为一可选实施例，通过高速相机对乒乓球接触球台的瞬间进行拍摄，拍摄延时小于1mm，系统延时小于3mm。

主机，接收高速摄像机拍摄的图像，与预先设置的乒乓球模板图像进行匹配，确定高速摄像机拍摄的图像中的目标乒乓球，获取目标乒乓球的位置信息，查询预先设置的乒乓球位置信息与计分的映射关系库，对目标乒乓球的位置信息进行计分。

本实施例中，目标乒乓球为测试者的回球，目标乒乓球的位置信息为乒乓球的落点信息，确定目标乒乓球的位置信息采用模板匹配图像处理技术(检测算法)，模板匹配是一项在一幅图像中寻找与另一幅模板图像最匹配(相似)部分的技术。

本实施例中，作为一可选实施例，使用OpenCV函数matchTemplate在乒乓球模板图像和输入图像(高速摄像机拍摄的图像)之间寻找匹配，获得匹配结果图像，然后，获取匹配结果图像对应的图像矩阵，使用OpenCV函数minMaxLoc在给定的矩阵(图像矩阵)中寻找最大和最小值(包括它们的位置)。

本实施例中，作为一可选实施例，接收高速摄像机拍摄的图像，与预先设置的乒乓球模板图像进行匹配，确定高速摄像机拍摄的图像中的目标乒乓球，获取目标乒乓球的位置信息具体包含如下流程：

调取乒乓球模板图像，传入高速摄像机拍摄的图像(拍摄图像)，在拍摄图像中，找出与乒乓球模板图像匹配的区域。本实施例中，为了确定匹配区域，可以通过滑动乒乓球模板图像和拍摄图像进行比较。在滑动过程中，作为一可选实施例，乒乓球模板图像一次移动一个像素，滑动顺序可以是从左往右，从上往下，在滑动的每一位置，对拍摄图像进行一次度量计算，获取拍摄图像中被乒乓球模板图像覆盖的区域中的图像与乒乓球模板图像的匹配度。然后，对于乒乓球模板图像覆盖在拍摄图像上的每一位置，将计算的度量值保存到图像矩阵中，在图像矩阵中，每一位置(X，Y)都包含匹配度量值。最后，利用TM_CCORR_NORMED方法处理图像矩阵，最白的位置代表最高的匹配，将图像矩阵中的最大数值所在的区域作为目标乒乓球，即以图像矩阵中的最大数值所在的点为顶点，截取长宽与乒乓球模板图像相同的区域为目标乒乓球所在的区域。

本实施例中，作为另一可选实施例，也可以利用函数minMaxLoc，根据函数minMaxLoc输入的匹配参数，定位在图像矩阵中的最大值点或者最小值。

本实施例中，作为再一可选实施例，可以通过OpenCV，利用函数matchTemplate实现乒乓球模板图像的匹配，包括但不限于以下方法：

A，平方差匹配(method＝CV_TM_SQDIFF)：

该方法利用平方差来进行匹配，最好匹配为0。匹配越差，匹配值越大，匹配公式如下：

式中：

R(x，y)为匹配值；

B，标准平方差匹配(method＝CV_TM_SQDIFF_NORMED)

匹配公式如下：

C，相关匹配(method＝CV_TM_CCORR)

该方法采用模板和图像间的乘法操作，较大的数表示匹配程度较高，0标识最坏的匹配效果，匹配公式如下：

D，标准相关匹配(method＝CV_TM_CCORR_NORMED)

匹配公式如下：

E，相关匹配(method＝CV_TM_CCOEFF)

该方法将图像模版对其均值的相对值与图像对其均值的相关值进行匹配，1表示完美匹配，-1表示糟糕的匹配，0表示没有任何相关性(随机序列)，匹配公式如下：

式中，

F，标准相关匹配(method＝CV_TM_CCOEFF_NORMED)

匹配公式如下：

本实施例中，高速摄像机抓拍台面投影图片，主机对高速摄像机拍摄的图像进行划线(GDI+)，按照算法(OpenCV函数matchTemplate、OpenCV函数minMaxLoc)，凡是落在规定范围内的落点计算为得分，否则为失败。

本实施例中，作为一可选实施例，主机通过GDI+对图像进行处理(划线)，根据GDI+程序对图像进行划线后，算法检测到坐标，通过OpenCV函数matchTemplate、OpenCV函数minMaxLoc对目标进行检测。

本实施例中，由主机控制的发球机发球，测试者(学员)接球后将球击出，球在球台面上产生落点，安装在球台上的传感器精确判断乒乓球触碰到台面的落点瞬间，并发送信号给架设在乒乓球台面正上方的高速摄像机，高速摄像机接收传感器发送的信号进行抓拍，并将抓拍图片(图像)发送给主机，主机对图片进行识别，计算乒乓球落在台面的实际位置，并根据设定的标准判断落点，在显示器上输出分数，从而通过主机对整个系统进行控制，并可以联网，将视频、图像、考试结果远程传输。主机中运行的落点检测算法通过运算，输出乒乓球的落点坐标信息(目标乒乓球的位置信息)，通过对运动员每一回球的速度和落点进行统计，可以量化回球结果，避免采用人工计分方式导致的计分准确性较低的问题，能够提升计分的准确性，从而提升训练水平。

本实施例中，作为一可选实施例，该乒乓球训练与等级考试系统还可以包括：

传感器，用于检测乒乓球触碰台面的振动，在检测到乒乓球触碰台面的振动后，触发高速摄像机进行高速摄像；

本实施例中，传感器在检测到乒乓球落点后，触发高速相机抓拍乒乓球落点。当然，实际应用中，高速摄像机可以根据乒乓球运动方向的改变、旋转的改变、乒乓球成像的大小的改变判断乒乓球在球台上的确切落点。

本实施例中，作为一可选实施例，传感器为可选元器件。

本实施例中，作为一可选实施例，传感器由振动传感器和单片机组成。振动传感器检测乒乓球触碰到台面的振动，振动传感器在检测到乒乓球落点后，由单片机驱动高速摄像机的I/O，触发高速摄像机进行图片的抓拍。

本实施例中，作为一可选实施例，传感器的触发输出为5V TTL电平，下降沿有效。当检测到乒乓球的振动后，发送的低电平(5V TTL电平)脉冲不得小于100ms。当触发一次有效信号后，500ms内检测到其他振动信号，不再发送TTL电平脉冲信号。

本实施例中，振动传感器检测测试者回传乒乓球撞击到球台上的振动，并能区分两侧球台、是否擦网、是否擦边等状态。

本实施例中，作为一可选实施例，该乒乓球训练与等级考试系统还可以包括：

监考显示器，用于标定乒乓球台面及比赛用乒乓球，并将标定的参数传输至主机。

本实施例中，半边乒乓球台面长1370mm，宽1525mm。当然，实际应用中，也可将实际的乒乓球台面尺寸作为标定尺寸。默认乒乓球台面在图片或图像中的左上角为坐标原点(0，0)，这样，可使输出的乒乓球坐标为正。

用于标定的乒乓球为白色或橙色，直径40mm。在对乒乓球进行标定时，应将乒乓球静止放置在乒乓球台面的中央，标定出乒乓球的外接正方形。

本实施例中，监考显示器用于系统标定操作，监考显示器还可以用于监考人员控制发球机，以改变发球机的发球参数。

本实施例中，作为另一可选实施例，该乒乓球训练与等级考试系统还可以包括：

学员显示器，用于显示回球落点以供学员查看。

本实施例中，考生用学员显示器显示回球落点，监考显示器采用窗口的功能显示学员显示器的全部内容。

本实施例中，作为再一可选实施例，该乒乓球训练与等级考试系统还可以包括：

虚拟现实摄像机，用于对球员的运动姿态进行录像以评估和分析球员的运动姿态。

本实施例中，虚拟现实摄像机(VR相机)对运动形态进行拍摄，并将拍摄信息输入给主机，VR相机在拍摄运动物体时，能模拟真实成像、能更轻松的调节透视关系。

VR相机拍摄运动过程中的实时视频，并通过主机存储。视频可以切换视角，以满足不同角度观看的需要。通过双目立体视觉相机计算运动员的肢体运动轨迹，乒乓球拍的运行轨迹，通过主机在显示器上绘制出球的运动曲线，多次击球的球的运动曲线可累加绘制在一张图内。通过双目立体视觉相机计算运动员发球符合率。通过双目立体视觉相机判断双打运动员是否是交替进行击球。

本实施例中，作为再一可选实施例，该乒乓球训练与等级考试系统还可以包括：

全景相机，用于对训练与等级考试过程进行全景录像。

本实施例中，全景相机只有1台，拍摄范围是乒乓球台和球员；VR相机为多台，通过不同角度对球员进行拍摄，通过VR相机的录像可以对运动员的动作进行多角度回放，用以纠正和调整姿势。

全景相机具有耐高低温的金属外壳，集成了5台侧面和1台顶部的独立运作高清相机，工作时从6个方向同时采集图像，软件端集成全自动白平衡，伽马校正，定位点导航等功能，全自动校准拍摄的全景图像，无需后期人工干预。

本实施例中，全景相机用于运动员、发球机与球台整个范围的监控，对整个运动过程进行全程的录制，数据存储后可以随时供球员和教练赛后研究使用。

作为一可选实施例，全景相机将视频数字信号传输到网络，可以远程实时查看训练或教学实况。其原理是将摄像头采集到的视频信号(图像信号)，经过量化、采集、编码而形成视频数字编码；其特点是抗干扰性强，由于数字信号不随时间变化(数字化编码)，传输、存储都变得简单和高效。因此用于计算机网络传输时，距离不受限制。

本实施例中，作为再一可选实施例，该乒乓球训练与等级考试系统还可以包括：

投影仪，用于按照预先设置的训练与等级考试要求，投射所述训练与等级考试要求对应的图像至乒乓球台面。

本实施例中，作为再一可选实施例，高速相机拍摄乒乓球移动的图片，算法识别乒乓球上的厂家标识，计算乒乓球的旋转方向和旋转速度。

本实施例中，作为再一可选实施例，高速相机拍摄乒乓球移动的图片，算法通过计算两帧图像中乒乓球的位移，并通过两帧图像之间的时间差进行计算。球速＝乒乓球位移/高速相机时间差。

本实施例中，作为再一可选实施例，该乒乓球训练与等级考试系统还可以包括：

副球网，用于根据训练与等级考试的要求，调节球网的高度。

本实施例中，VR摄像机对球员的运动姿态进行录像，全景相机对整个过程进行全程录像，架设在台面上的投影仪可以按照要求投射出所需的图像到球台面上，副球网为可调试，可以根据训练需求自动升降。本实施例中，作为一可选实施例，可以由主机控制副球网按照要求自动升降。这样，在不更改原有球网高度的基础上，通过增加附加的可升降的副球网，可以调节球网的高度，使之满足各种球网高度，例如，副球网与主球网配合使用，可以限定乒乓球通过球网的高度，球员可以根据训练的要求自主升降副球网的高度。

本实施例中，作为一可选实施例，设备可以不使用发球机，对乒乓球训练过程中的球速、旋转、落点进行记录。还可以按照乒乓球的运动方向和落点位置进行分类，确认教练击球和运动员击球，并可以将数据进行统计，由之前训练结果的定性分析转为定量分析。以精确的定位运动员的训练结果，更有针对性的提高训练水平。

本实施例中，作为一可选实施例，副球网与主球网之间的间隙最小10cm，最大110cm，副网垂直行程最大值为130cm。设定最小位移量为1cm，并可根据需求由主机控制其间隙与高度，副球网可自主拆卸。

本实施例中，作为一可选实施例，副球网包括：专业球网、悬网绳、电动推杆以及单片机，其中，

专业球网高度可调；

本实施例中，专业球网尺寸：宽183cm，网高120cm，可对网高进行调节。

电动推杆，用于升降专业球网；

本实施例中，电动推杆由驱动电机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳及涡轮、微动控制开关等组成，可以实现远距离控制、集中控制，电动推杆在一定范围行程内作往返运动。作为一可选实施例，电动推杆空载运行速度为4mm～35mm/s，以24V/12V直流永磁电机为动力源，把电机的旋转运动转化为直线往复运动。

单片机包括CPU、4KB容量的ROM、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP；可靠性高，可工作到10^6～10^7小时无故障；处理功能强，速度快；低电压，低功耗；控制功能强；环境适应能力强。

本实施例中，将要解决的问题编成一系单片机能识别和执行的指令，这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的存储器中；存储器由许多存储单元组成，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，通过存储单元的地址找到存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。

本实施例中，由主机控制单片机，由单片机控制电动推杆，由电动推杆控制专业球网的升降。

悬网绳用于固定专业球网。

本实施例中，作为一可选实施例，由主机控制投影仪按照要求将所需影像投射到乒乓球台面。

本实施例中，投影仪可以将考试或训练要求，虚拟考试线等信息投射到乒乓球台上。主机通过网络控制投影仪将图片投射到台面上。作为一可选实施例，投影仪采用DLP投影机，

本实施例中，作为一可选实施例，主机通过投影仪投射图片，高速摄像机检测图片输出给主机，主机通过GDI+程序进行划线，然后，主机进行算法检测，并在显示器上显示得分。

本实施例中，主机对运动形态进行分析，包括测量，跟踪，记录物体在三维空间中的运动轨迹。

本实施例中，主机对运动形态进行分析的具体流程如下：利用固定在运动物体特定部位的跟踪装置，向系统提供运动物体运动的位置信息。捕捉向系统提供的信息中的运动物体运动的位置信息，需要实时效果的系统需要将大量的运动数据从跟踪装置快速准确地传输到计算机系统进行处理，可以利用数据传输设备完成此项工作。经过系统捕捉到的数据需要修正，处理后还要有三维模型向结合才能完成计算机动画制作的工作，这就需要应用数据处理软件或硬件来完成此项工作。软件也好硬件也罢它们都是借助计算机对数据高速的运算能力来完成数据的处理，使三维模型真正，自然地运动起来，是负责处理系统捕捉到的原始信号，计算传感器的运动轨迹，对数据进行修正，处理，并与三维角色模型相结合。

下面举几个具体实施例，对本发明做详细说明。

实施例一，乒乓球比赛演示说明：

以广州体育学院乒乓球运动技能评定委员会制定的全国青少儿乒乓球考级一级标准为基础进行实际演示。

一级内容与标准：

标准1：右1/2台连续正手攻球60板/1分钟

考试方法：发球机发正手球，每分钟60个。考生正手回球，回球到正手1/2台。连续回球达到60板或以上且落点全部正确，合格；达不到60板或落点有错误，再给第二或第三个机会。

评定方法：右半台区域为有效攻击区域，压中线为有效球；越过中线为失误，要重新开始考试。击球过程中，出现反手击球为失误，需要重新开始考试。

标准2：左1/2台连续反手推(拨)球60板/1分钟

考试方法：发球机发反手球，每分钟60个。考生反手回球，回球到反手1/2台。连续回球达到60板或以上且落点全部正确，合格；达不到60板或落点有错误，再给第二或第三个机会。

评定方法：右半台区域为有效攻击区域，压中线为有效球；越过中线为失误，要重新开始考试。击球过程中，出现反手击球为失误，需要重新开始考试。

标准3：正手平击发球10个

考试方法：左、右1/3台各画一条标志线，考生发的10个球中，必须是左右1/3区各5个，总计成功7个或以上，合格，一次机会。

评定方法：压1/3线或擦边均为好球，擦网重发。发球高度不能超过球网两倍与发球速度在中等速度或以上，否则，算失误，以考官判罚为准。

实施例二，乒乓球训练演示说明

训练一：球过球网时高度超过球网20cm

系统设置：将副球网升致球网上方20cm处，高速摄像机抓拍球在球网处的落点。

判定方法：触碰到副球网的为失误

训练二：球落点训练

系统设置：绘制所需球落点图输入主机，主机将图片投影到乒乓球台面上，高速相机抓拍球落点的图像，主机分析落点的正确性

判定方法：超过设定落点范围为失误

训练三：运动形态的分析

系统设置：主机将VR相机录制的视频中失误和正确的图像分离出来

分析方法：对正确和失误的运动形态进行对比分析，给出分析结论

实施例三，发球合法判定演示说明

系统设置：通过双目立体视觉相机计算运动员发球时的姿势、球的位置、击球时球的运动状态、球距离不持拍手掌的距离。

规则：

发球时，球应放在不持拍手掌上，手掌应静止、张开、伸平、四指并拢，拇指自然张开。

发球员只能手向上抛球，不得使球旋转。发球时不得遮挡；并要求将球从手掌向上直抛，至少抛到离不持拍手手掌上16厘米。

发球时，乒乓球出手即有效。

球停留在静止的不持拍手掌上的最后一刻，直到发球时击球，不持拍手和球以及整个球拍，应始终高于球台水平面。

当球从抛起的最高点降落时，发球员才能击球，并使球首先触及发球员台区，然后直接越过或绕过球网，触及接球员台区。

判定：双目立体视觉相机计算运动员发球过程是否符合上述要求，不符合的，判定发球失误。

实施例四，混合双打时球落点及间隔接球判定演示说明

系统设置：通过双目立体视觉相机计算运动员发球时的姿势、球的落点

规则：

球应先后触及发球员的右半区和接发球员的右半区，乒乓球接触其他桌面区域(包括压线)为死球，对方得分。

不管是混合双打还是普通双打，都只能是间隔接球，不能由一个人连续接球。

判定：高速摄像机(高速相机)抓拍球落点位置，主机计算落点是否有效，双目立体视觉相机计算运动员发球时的姿势，判定发球者是否为连续一人。

实施例五，比赛服颜色是否符合要求演示说明

系统设置：通过双目立体视觉相机识别比赛服颜色、通过主机分析其颜色是否与比赛用球颜色相近。

规则：比赛服主要颜色应与比赛用球明显不同。短袖运动衫的袖子和领子除外。

判定：系统分析比赛服颜色是否与比赛用球颜色相近，并给出结论。

实施例六，语音报得分及语音播报“犯规”，“擦网”，“停”演示说明

系统设置：当球一结束比赛状态，主机通过显示屏和音箱报分。

规则：

当球一结束比赛状态，主机应立即报分，报分时应首先报下一回合即将发球一方得分数，然后报对方的得分数。

一局比赛结束时，应先报胜方运动员姓名然后报胜方得分数，再报负方得分数。

如果运动员发球动作不合法，主机报“犯规”。

如果合法发球在球越过和绕过球网装置时触及球网装置，主机报“擦网”。

如果比赛环境受到干扰，可能影像该回合结果时，主机报“停”

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，″计算机可读介质″可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。

在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。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，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种乒乓球训练与等级考试系统，其特征在于，包括：发球机、高速摄像机以及主机，其中，

发球机，用于接收主机发送的等级发球指令，依据等级发球指令映射的等级发球机制进行发球；

高速摄像机，用于在乒乓球撞击到球台上后，使用上升或下降边沿信号作为抓拍使能信号抓拍乒乓球撞击球台时的位置图像，输出至主机；其中，接收到外部触发信号到抓拍开始的延时不得大于10毫秒；所述高速摄像机的拍摄方向与乒乓球的运动方向相垂直；

主机，接收高速摄像机拍摄的图像，与预先设置的乒乓球模板图像进行匹配，确定高速摄像机拍摄的图像中的目标乒乓球，获取目标乒乓球的位置信息，查询预先设置的乒乓球位置信息与计分的映射关系库，对目标乒乓球的位置信息进行计分；

所述主机，接收高速摄像机拍摄的图像，与预先设置的乒乓球模板图像进行匹配，确定高速摄像机拍摄的图像中的目标乒乓球，获取目标乒乓球的位置信息具体包含：调取乒乓球模板图像，传入高速摄像机拍摄的图像，通过滑动乒乓球模板图像和拍摄图像进行比较；

在滑动过程中，乒乓球模板图像一次移动一个像素，在滑动的每一位置，对拍摄图像进行一次度量计算，获取拍摄图像中被乒乓球模板图像覆盖的区域中的图像与乒乓球模板图像的匹配度；

对于乒乓球模板图像覆盖在拍摄图像上的每一位置，将计算的度量值保存到图像矩阵中；在图像矩阵中，每一位置(X，Y)都包含匹配度量值；

利用模板匹配算法对所述图像矩阵进行处理，将图像矩阵中的最大数值所在的区域确定为目标乒乓球所在的区域；

所述利用模板匹配算法对所述图像矩阵进行处理，将图像矩阵中的最大数值所在的区域确定为目标乒乓球所在的区域包括：以图像矩阵中的最大数值所在的点为顶点，截取长宽与乒乓球模板图像相同的区域为目标乒乓球所在的区域；

还包括：

监考显示器，用于标定乒乓球台面及比赛用乒乓球，并将标定的参数传输至主机；

所述主机，还应用于通过网络在等级发球指令中控制发球机的每一等级发球的发球参数；其中，发球参数包括但不限于：发球频率、发球数量、发球总时间、旋转速度以及出球口角度；

通过指令调节发球机中出球口的旋钮的旋转角度，以使发球机发射出上旋、逆旋、侧旋及混合旋转旋向的球；

高速相机拍摄乒乓球移动的图片，算法通过计算两帧图像中乒乓球的位移，并通过两帧图像之间的时间差进行计算；球速＝乒乓球位移/高速相机时间差；

高速相机拍摄乒乓球移动的图片，算法识别乒乓球上的厂家标识，计算乒乓球的旋转方向和旋转速度。

2.根据权利要求1所述的乒乓球训练与等级考试系统，其特征在于，还包括：

传感器，用于检测乒乓球触碰台面的振动，在检测到乒乓球触碰台面的振动后，触发高速摄像机进行高速摄像。

3.根据权利要求1所述的乒乓球训练与等级考试系统，其特征在于，还包括：

学员显示器，用于显示回球落点以供学员查看。

4.根据权利要求1所述的乒乓球训练与等级考试系统，其特征在于，还包括：

虚拟现实摄像机，用于对球员的运动姿态进行录像以评估和分析球员的运动姿态。

5.根据权利要求1所述的乒乓球训练与等级考试系统，其特征在于，还包括：

全景相机，用于对训练与等级考试过程进行全景录像。

6.根据权利要求1所述的乒乓球训练与等级考试系统，其特征在于，还包括：

投影仪，用于按照预先设置的训练与等级考试要求，投射所述训练与等级考试要求对应的图像至乒乓球台面。

7.根据权利要求1至6任一项所述的乒乓球训练与等级考试系统，其特征在于，还包括：

副球网，用于根据训练与等级考试的要求，调节位于乒乓球台面上的球网的高度。

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