CN110327612B - 一种基于视觉识别的高尔夫球轨迹预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉识别的高尔夫球轨迹预测方法，包括以下步骤：双目视觉实时监测高尔夫球的姿态，经视差运算后得出高尔夫球的点云，点云处理后得出高尔夫球中心的三维坐标序列就形成了监控轨迹；监控轨迹按窗口数据合成的方式进行轨迹处理后得出预测模型，预测模型与监控轨迹对比，实时修正轨迹预测模型；利用高速相机采集高尔夫球空中飞行相片，采用基于变形的匹配算法与高尔夫球特征模型进行匹配，算出高尔夫球的旋转方向和速度；实时监测球场的风力风向，修正后的预测模型、当前风力风向、高尔夫球旋转数据和数据库进行数据融合后得出最终的系统预测轨迹及最终落点。优点：显示高尔夫球在空中的轨迹和落点，提高球场的智能化水平。

Description

一种基于视觉识别的高尔夫球轨迹预测方法
技术领域
本发明涉及图像处理、信号处理、控制、物联网技术领域，特别是涉及一种基于视觉识别的高尔夫球轨迹预测方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们越来越注重生活的品质追求和娱乐享受，高尔夫球运动作为一种绅士运动和释放生活压力的手段，受到越来越多人的追捧。
目前，球手在进行高尔夫球运动时，无法预测高尔夫球的轨迹及其落点，导致有时无法找到击打出去的球，影响打球节奏的同时也遭受了一定的经济损失。特别是对于高尔夫球运动的初学者，打出去的球完全不知道将会去往何处，也不知道球在空中的运动轨迹，在无特定目的和方向的前提下，仅仅击球而得不到任何反馈信息，球手的技能无法得到提升，时间久了也会觉得枯燥无味。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于视觉识别的高尔夫球轨迹预测方法。
本发明采用如下技术方案：一种基于视觉识别的高尔夫球轨迹预测方法，包括以下步骤：
(1)双目视觉实时监测高尔夫球的姿态，经视差运算后得出高尔夫球的点云，点云处理后得出高尔夫球中心的三维坐标序列就形成了监控轨迹；
(2)监控轨迹按窗口数据合成的方式进行轨迹处理后得出预测模型，预测模型与监控轨迹对比，实时修正轨迹预测模型；
(3)利用高速相机采集高尔夫球空中飞行相片，采用基于变形的匹配算法与高尔夫球特征模型进行匹配，算出高尔夫球的旋转方向和速度；
(4)实时监测球场的风力风向，修正后的预测模型、当前的风力风向、高尔夫球的旋转数据和数据库进行数据融合后得出最终的系统预测轨迹及最终落点。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(1)具体为：双目摄像头安装在跟随球手的机器人上，实时监测飞行中的高尔夫球，通过帧差和视差算法后可以得出高尔夫球的点云；点云经滤波、聚类等方法处理后得出高尔夫球中心三维坐标序列即形成了监控到的高尔夫球飞行轨迹。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(2)具体为：对监控轨迹的三维坐标序列按最小距离法进行处理，以滑动窗口的形式，将三个坐标合成一个坐标，同时按照监控轨迹得出轨迹预测模型。得出的预测模型与后续的监控点云进行对比，实时修正模型参数，从而使得轨迹预测模型越来越接近真实的高尔夫球运动轨迹。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(3)具体为：高速相机安装在跟随球手的机器人上，用于实时高速拍摄高尔夫球的相片，采用基于变形的匹配算法与高尔夫球上特定标志模型进行匹配，得出匹配后的结果序列，通过数据分析即可得出高尔夫球的旋转速度和方向。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(4)具体为：采用设备实时监测高尔夫球场的风力风向；当高尔夫球超过现场双目视觉监控范围后，将数据库数据和修正后的轨迹模型进行数据融合，对风力风向和高尔夫球旋转带来的影响进行补偿，得出最终的高尔夫预测轨迹及其落点；触摸屏上显示高尔夫球场的地图，高尔夫预测轨迹及落点可以用特定的颜色在地图上标识出来。
作为本发明再进一步的方案，所述数据库由人为经验、监控轨迹数据、现场试验、仿真软件数据综合而来，以数学模型的方式描述高尔夫球过往姿态、现场风力风向、旋转角度及方向与高尔夫球预测轨迹模型之间的关系。
与现有技术相比，本发明具有的优点：本发明能够结合球场的风力风向以及高尔夫球在空中的旋转姿态，通过双目视觉实时监控高尔夫球运动轨迹得出轨迹预测模型，当高尔夫球由于飞行距离远而无法监控到时，可以由轨迹预测模型准确得出高尔夫球后续的运动轨迹及其落点，提升了球手的娱乐享受，也以更加直观的方式提升了球手的击球技能。
附图说明
图1是本发明的系统原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种基于视觉识别的高尔夫球轨迹预测方法，包括以下步骤：
(1)双目视觉实时监测高尔夫球的姿态，经视差运算后得出高尔夫球的点云，点云处理后得出高尔夫球中心的三维坐标序列就形成了监控轨迹；
(2)监控轨迹按窗口数据合成的方式进行轨迹处理后得出预测模型，预测模型与监控轨迹对比，实时修正轨迹预测模型；
(3)利用高速相机采集高尔夫球空中飞行相片，采用基于变形的匹配算法与高尔夫球特征模型进行匹配，算出高尔夫球的旋转方向和速度；
(4)实时监测球场的风力风向，修正后的预测模型、当前的风力风向、高尔夫球的旋转数据和数据库进行数据融合后得出最终的系统预测轨迹及最终落点。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(1)具体为：双目摄像头安装在跟随球手的机器人上，实时监测飞行中的高尔夫球，通过帧差和视差算法后可以得出高尔夫球的点云；点云经滤波、聚类等方法处理后得出高尔夫球中心三维坐标序列即形成了监控到的高尔夫球飞行轨迹。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(2)具体为：对监控轨迹的三维坐标序列按最小距离法进行处理，以滑动窗口的形式，将三个坐标合成一个坐标，同时按照监控轨迹得出轨迹预测模型。得出的预测模型与后续的监控点云进行对比，实时修正模型参数，从而使得轨迹预测模型越来越接近真实的高尔夫球运动轨迹。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(3)具体为：高速相机安装在跟随球手的机器人上，用于实时高速拍摄高尔夫球的相片，采用基于变形的匹配算法与高尔夫球上特定标志模型进行匹配，得出匹配后的结果序列，通过数据分析即可得出高尔夫球的旋转速度和方向。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(4)具体为：采用设备实时监测高尔夫球场的风力风向；当高尔夫球超过现场双目视觉监控范围后，将数据库数据和修正后的轨迹模型进行数据融合，对风力风向和高尔夫球旋转带来的影响进行补偿，得出最终的高尔夫预测轨迹及其落点；触摸屏上显示高尔夫球场的地图，高尔夫预测轨迹及落点可以用特定的颜色在地图上标识出来。
作为本发明再进一步的方案，所述数据库由人为经验、监控轨迹数据、现场试验、仿真软件数据综合而来，以数学模型的方式描述高尔夫球过往姿态、现场风力风向、旋转角度及方向与高尔夫球预测轨迹模型之间的关系。
不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，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该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高尔夫球轨迹预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)双目视觉实时监测高尔夫球的姿态，经视差运算后得出高尔夫球的点云，点云处理后得出高尔夫球中心的三维坐标序列就形成了监控轨迹；
(2)监控轨迹按窗口数据合成的方式进行轨迹处理后得出预测模型，预测模型与监控轨迹对比，实时修正轨迹预测模型；
(3)利用高速相机采集高尔夫球空中飞行相片，采用基于变形的匹配算法与高尔夫球特征模型进行匹配，算出高尔夫球的旋转方向和速度；
(4)实时监测球场的风力风向，修正后的预测模型、当前的风力风向、高尔夫球的旋转数据和数据库进行数据融合后得出最终的系统预测轨迹及最终落点。
2.根据权利要求1所述的高尔夫球轨迹预测方法，其特征在于，双目视觉实时监测高尔夫球的姿态，经视差运算后得出高尔夫球的点云，点云处理后得出高尔夫球中心的三维坐标序列就形成了监控轨迹，具体为：双目摄像头安装在跟随球手的机器人上，实时监测飞行中的高尔夫球，通过帧差和视差算法后可以得出高尔夫球的点云；点云经滤波、聚类处理后得出高尔夫球中心三维坐标序列即形成了监控到的高尔夫球飞行轨迹。
3.根据权利要求1所述的高尔夫球轨迹预测方法，其特征在于，监控轨迹按窗口数据合成的方式进行轨迹处理后得出预测模型，预测模型与监控轨迹对比，实时修正轨迹预测模型；具体为：对监控轨迹的三维坐标序列按最小距离法进行处理，以滑动窗口的形式，将三个坐标合成一个坐标，同时按照监控轨迹得出轨迹预测模型，得出的预测模型与后续的监控点云进行对比，实时修正模型参数，从而使得轨迹预测模型越来越接近真实的高尔夫球运动轨迹。
4.根据权利要求1所述的高尔夫球轨迹预测方法，其特征在于，利用高速相机采集高尔夫球空中飞行相片，采用基于变形的匹配算法与高尔夫球特征模型进行匹配，算出高尔夫球的旋转方向和速度，具体为：高速相机安装在跟随球手的机器人上，用于实时高速拍摄高尔夫球的相片，采用基于变形的匹配算法与高尔夫球上特定标志模型进行匹配，得出匹配后的结果序列，通过数据分析即可得出高尔夫球的旋转速度和方向。
5.根据权利要求1所述的高尔夫球轨迹预测方法，其特征在于，数据库由人为经验、监控轨迹数据、现场试验、仿真软件数据综合而来，以数学模型的方式描述高尔夫球过往姿态、现场风力风向、旋转角度及方向与高尔夫球预测轨迹模型之间的关系。
6.根据权利要求1所述的高尔夫球轨迹预测方法，其特征在于，实时监测球场的风力风向，修正后的预测模型、当前的风力风向、高尔夫球的旋转数据和数据库进行数据融合后得出最终的系统预测轨迹及最终落点，具体为：采用设备实时监测高尔夫球场的风力风向；当高尔夫球超过现场双目视觉监控范围后，将数据库数据和修正后的轨迹模型进行数据融合，对风力风向和高尔夫球旋转带来的影响进行补偿，得出最终的高尔夫预测轨迹及其落点。
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