CN112007352B - 基于深度学习和光电检测的排球界线处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于深度学习和光电检测的排球界线处理装置和方法，首先判断是否有物体触碰界线，如果有则截取物体触碰界线时，界限附近小范围的监控图像；若截取的监控图像中仅存在一个物体，则可通过深度学习训练直接识别判断出该物体是排球还是人体；若截取的监控图像中不止存在一个物体，则配合接触式温度传感器检测触碰界线的物体是人体还是排球，从而得出排球是否压线的结论。解决了由于排球和人体运动速度过快，不能用肉眼直接观察排球压线情况的问题。

Description

基于深度学习和光电检测的排球界线处理装置和方法

技术领域

本发明涉及排球界线处理技术领域，特别涉及基于深度学习和光电检测的排球界线处理装置和方法。

背景技术

伴随着排球运动员的运动能力、体能水平、技能战术水平的不断提高，在排球比赛中力量大、速度快、战术变化多，单靠裁判员的肉眼已经难以精准的捕捉到排球的瞬间运动变化。

近年来在排球比赛中兴起的鹰眼挑战技术可以帮助运动员得到更公正判罚的权益和挑战机会，提高了裁判员判罚的质量和比赛的观赏性，但是一方面鹰眼挑战系统造价昂贵，且每场比赛还需要专业的技术操作人员，只有在国际和国内高级别比赛中才能使用，同时国际排联对鹰眼挑战有严格的规定，需要争议球发生后5秒之内立刻发起挑战，否则过时不候；另一方面在实际使用过程中存在着大量的战术性挑战鹰眼，即将挑战鹰眼当做暂停比赛等战术性的使用，背离了鹰眼技术的最初目的。

因此，对于大众排球比赛以及低级别职业比赛仍然无法普及鹰眼挑战技术，但球是否触线一直是排球比赛争议判罚发生概率最高的问题，对于排球运动变换的判罚是比赛中至关重要的方面，与比赛倡导的公平、公正非常重要。

发明内容

本发明的目的在于快速、准确且低成本的判断出排球是否触碰界线，提供一种基于深度学习和光电检测的排球界线处理装置和方法，且不仅能对排球是否是否触碰界线进行检测判断，还能对其他具有界线规则的球类运动是否触碰界线进行检测和判断，比如羽毛球等。

为了快速判断出排球是否触碰界线，本发明实施方式提供了以下技术方案：

基于深度学习和光电检测的排球界线处理装置，包括：

光电检测系统，用于持续向信号处理系统发送信号，有物体触碰到界线时，向信号处理系统发送的信号间断；

图像检测系统，用于持续采集界线处的监控图像，当光电检测系统发送的信号间断时，截取有物体触碰到界线时的监控图像；

信号处理系统，用于判断图像检测系统截取到的监控图像中是否为一个物体，若所述监控图像中只有一个物体，则通过深度学习快速判断该物体是排球还是人体，此种情形即可解决排球比赛中大多数球是否压线的问题是；若所述监控图像中不止存在一个物体，则通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体是排球还是人体；

接触式温度传感器，用于判断触碰到界线的物体是排球还是人体。

本方案首先判断是否有物体触碰界线，如果有则截取物体触碰界线时界线附近的监控图像；若监控图像中仅存在一个物体，则可通过深度学习直接判断出该物体是排球还是人体；若监控图像中不止存在一个物体，则配合接触式温度传感器，通过检测触碰界线的物体是否达到设定的人体温度阈值来判断触线物体是人体还是排球，从而得出排球是否压线的结论。解决了由于排球和人体运动速度过快，不能用肉眼直接观察排球压线情况的问题。

为了更好的判断出是否有物体触碰界线，所述光电检测系统包括：

光电发射器，设置在界线的相交处，向与界线平行的方向发射激光束；

光电接收器，设置在界线的相交处，并与光电发射器相对，用于接收光电发射器发射的激光束，并持续向信号处理系统发送信号，当有物体触碰界线时，则不能接收到光电发射器发送的激光束，此时向信号处理系统发送的信号间断。

根据光电检测系统的原理可知，光电发射器向光电接收器发射激光束时，光电接收器可以持续的向信号处理系统发送信号，当有物体遮挡住光电发射器发射的激光束时，此时光电接收器不能接收到激光束，则向信号处理系统发送的信号会间断。

为更好的实现使用光电检测系统判断是否有物体触碰界线，所述光电检测系统有四组，每一组分别向一条界线平行的方向发射和接收激光束，即每一组光电检测系统分别检测一条界线上是否有物体触碰界线。

为了提示裁判员进行排球是否压线的判断，还包括四组指示灯，每组指示灯对应一组光电检测系统；每组所述指示灯包括黄色指示灯、红色指示灯，所述黄色指示灯用于当该组指示灯对应的光电接收器不能接收到光电发射器发射的激光束时亮起，所述红色指示灯用于判断出排球触碰界线时亮起，并发出蜂鸣提示，以便提示裁判员排球触碰界线。

为了使光电检测系统能更准确的检测是否有物体触碰界线，每组所述光电检测系统还包括光束扩散器，设置在光电发射器的激光发射端，用于将光电发射器发射的激光束进行扩散，使得激光束的宽度与界线的宽度相同。

为了降低检测排球是否触碰界线的成本，所述接触式温度传感器的数量为若干个，分别嵌设在界线处。

基于深度学习和光电检测的排球界线处理方法，包括以下步骤：

获取光电检测系统发送的信号，根据光电检测系统发送的信号判断是否有物体触碰到界线；

若有物体触碰到界线，则获取图像检测系统截取的有物体触碰到界线时的监控图像，判断监控图像中是否为一个物体；

若所述监控图像中只有一个物体，则通过深度学习快速判断监控图像中存在的物体是排球还是人体；若所述监控图像中不止存在一个物体，则通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体是排球还是人体。

更进一步地，所述获取光电检测系统发送的信号，根据光电检测系统发送的信号判断是否有物体触碰到界线的步骤，包括：

获取光电检测系统中光电接收器发送的信号，当光电接收器发送的信号出现间断时，则判断为有物体触碰到界线。

更进一步地，所述若所述监控图像中不止存在一个物体，则通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体是排球还是人体的步骤，包括：

若监控图像中仅有一个物体触碰到界线，则通过接触式温度传感器检测触碰到界线的物体温度是否达到设定的人体温度阈值，若达到，则判断排球未触碰界线，若未达到，则判断排球触碰界线；

若监控图像中不止有一个物体触碰到界线，则通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体个数，再计算接触外温度传感器所检测到的温度均值是否达到设定的人体温度阈值，若达到，则判断排球未触碰界线，若未达到，则判断排球触碰界线。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明首先判断是否有物体触碰界线，如果有则截取物体触碰界线时的监控图像；若监控图像中仅存在一个物体，则可通过深度学习训练直接判断出该物体是排球还是人体；若监控图像中不止存在一个物体，则配合接触式温度传感器检测触碰界线的物体是人体还是排球，从而得出排球是否压线的结论。解决了由于排球和人体运动速度过快，不能用肉眼直接观察排球压线情况的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本发明排球界线处理方法流程图；

图2为本发明光电检测系统设置示意图。

主要元件符号说明

光电发射器11，光电接收器12，光束扩散器13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，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。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，基于深度学习和光电检测的排球界线处理装置，包括光电检测系统、图像检测系统、信号处理系统、接触式温度传感器，其中：

可参见图1的工作流程图，所述光电检测系统用于持续向信号处理系统发送信号，有物体触碰到界线时，向信号处理系统发送的信号间断。详细来说所述光电检测系统包括光电发射器、光电接收器，如图2所示将光电发射器设置在排球场界线的相交处，光电接收器也设置在与光电发射器相对的界线相交处，使得光电接收器能接收到光电发射器所发射的激光束，且光电发射器发射的激光束与界线平行。当有物体触碰到界线时，光电发射器向光电接收器发射的激光束将会被触碰界线的物体遮挡，此时光电接收器将不能接收到光电发射器所发射的激光束。那么当光电接收器接收到光电发射器所发射的激光束时，光电接收器持续向信号处理系统发送信号，当有物体触碰界线使得激光束被遮挡时，由于遮挡只是一瞬间，光电接收器向信号处理系统发送的信号被间断。因此，信号处理系统接收到光电接收器发送的信号被间断时，说明有物体触碰到界线。

所述图像检测系统用于持续采集界线处的监控图像，比如使用高清摄像仪持续采集界线处的监控图像，形成视频的形式。当信号处理系统根据光电检测系统发送的信号判断有物体触碰到界线的同时，截取该界线处附近小范围的监控图像，比如界线附近长宽40cm的图像。

由于参赛者在比赛过程中，排球飞往场外接近界线时，参赛者与排球的相对距离会很小，并且排球的运动速度非常快，因此当有物体触碰界线时裁判员并不能直观的用肉眼判断排球是否压线。从截取的监控图像中可能是排球压线导致的光电检测系统信号间断，也可能是参赛者人体压线导致的光电检测系统信号间断，或者还存在排球和人体同时压线的情况。

因此首先判断截取的监控图像中是否为一个物体，若监控图像中只存在一个物体，则通过深度学习可以直接判断出该物体是排球还是人体。

若监控图像中不止存在一个物体，则需要通过接触式温度传感器的配合来判断触碰界线的是排球还是人体。通常情况下，在赛场上，只有排球和人体会触碰到界线，因此实施例的方案仅存在监控图像中有一个物体（排球或人体）、两个物体或三个物体的两种情况。需要解释的是，由于人体也能是一只脚踩线或两只脚同时踩线，因此所说的监控图像中有两个物体的情况是排球和一只脚或者两只脚；监控图像中有三个物体的情况是排球和两只脚。

当监控图像中同时存在排球和人体时（即监控图像中不止存在一个物体），仅通过深度学习训练很难从监控图像中判断出触碰界线的是排球还是人体，因为在同一张图像上排球和人体的姿势的训练集是非常庞大的。因此为了简化判断过程和成本，在界线处嵌入接触式温度传感器，可通过检测触线物体的温度是否达到设定的人体温度阈值来判断出触碰界线的排球还是人体。

详细来说，当监控图像中同时存在排球和人体时，要么只有排球或人体触线，要么排球和人体都触线。本方案通过等距嵌设多个所述接触式传感器在界线处的方式，可以判断出触线物体的个数，比如可以检测出触线物体的个数为一个物体、两个物体或三个物体。由于所述接触式温度传感器为接触式的传感器，只有当有物体接触时才会工作，并且可以判断出接触的物体的个数。

比如只有一个物体触线时，检测到该物体的温度为t1，设定的人体温度阈值为T，若t1<T，则说明触线的物体不是人体，即判断为排球触碰界线，若t1>T，则说明触线的物体是人体，即判断为排球未触碰界线。

比如排球和人体的一只脚同时触线时，检测到两个物体的温度分别为t1和t2，此时计算t1和t2的均值是一定小于人体温度阈值的，则说明触线的物体有排球，即判断为排球触碰界线；或者人体的两只脚同时触线时，检测到两个物体的温度都为t1，此时计算出来的温度均值一定大于人体温度阈值，则说明触线的物体没有排球，即判断为排球未触碰界线。

再比如排球和人体的两只脚都同时触线时，检测到三个物体的温度分别为t1、t1、t2，此时计算t1、t1和t2的均值一定小于人体温度阈值，因此判断排球触碰界线。

基于上述系统的原理，为更好的完善本系统，所述光电检测系统包括四组，每一组分别向一条界线平行的方向发射和接收激光束，实现对排球场地四条边界线的全面检测。

每一组光电检测系统对应设置一组指示灯，每组指示灯包括黄色指示灯和红色指示灯，当该组的光电接收器能够接收到光电发射器发射的激光束时，即没有物体触碰界线时，黄色指示灯和红色指示灯都不亮起；当该组的光电接收器不能接收到光电发射器发射的激光束时，即有物体触碰界线时，此时黄色指示灯亮起，红色指示灯关闭，接着进行排球是否压线的判断，若排球触碰到界限，则红色指示灯亮起，从而裁判员可根据红色指示灯是否亮起来判断排球是否压线。

作为另一种可实施方式，由于可以直观的用肉眼判断出物体触碰的是那一条界线，因此可是仅设置一组指示灯，四组光电检测系统的检测结果都通过这一组指示灯来展示。

为了使光电检测系统检测是否有物体触碰界线时能更加准确，如图2所示，在光电发射器的激光发射端设置一个光束扩散器13，将光电发射器发射的激光束进行扩散，使得激光束的宽度与界线的宽度相同（通常排球场界线的宽度为5cm左右）。

基于上述系统，本发明还提出一种基于深度学习和光电检测的排球界线处理方法，包括以下步骤：

步骤S1：获取光电检测系统发送的信号，根据光电检测系统发送的信号判断是否有物体触碰到界线。

获取光电检测系统中光电接收器发送的信号，当有物体遮挡光电发射器向光电接收器发射的激光束时，光电接收器向信号处理系统发送的信号间断，则判断为有物体触碰到界线，并继续进行步骤S2的判断。

步骤S2：若有物体触碰到界线，则获取图像检测系统截取的有物体触碰到界线时的监控图像，判断监控图像中是否为一个物体。

当光电接收器向信号处理系统发送的信号间断的同时，截取此时图像检测系统采集的界线处的监控图像，并判断出监控图像中存在的物体是一个还是两个。

步骤S3：若所述监控图像中只有一个物体，则通过深度学习训练判断监控图像中存在的物体是排球还是人体；若所述监控图像中不止存在一个物体，则需要通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体是排球还是人体。

若监控图像中仅有一个物体触碰到界线，则通过接触式温度传感器检测触碰到界线的物体温度是否达到设定的人体温度阈值，若达到，则判断排球未触碰界线，若未达到，则判断排球触碰界线；

若监控图像中不止有一个物体触碰到界线，则通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体个数，再计算接触式温度传感器所检测到的温度均值是否达到设定的人体温度阈值，若达到，则判断排球未触碰界线，若未达到，则判断排球触碰界线。

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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.基于深度学习和光电检测的排球界线处理装置，其特征在于：包括：

光电检测系统，用于持续向信号处理系统发送信号，有物体触碰到界线时，向信号处理系统发送的信号间断；

图像检测系统，用于持续采集界线处的监控图像，当光电检测系统发送的信号间断时，截取有物体触碰到界线时的监控图像；

信号处理系统，用于判断图像检测系统截取到的监控图像中是否为一个物体，若所述监控图像中只有一个物体，则通过深度学习判断该物体是排球还是人体，若所述监控图像中不止存在一个物体，则通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体是排球还是人体；

接触式温度传感器，用于判断触碰到界线的物体是排球还是人体；若监控图像中仅有一个物体触碰到界线，则通过接触式温度传感器检测触碰到界线的物体温度是否达到设定的人体温度阈值，若达到，则判断排球未触碰界线，若未达到，则判断排球触碰界线；若监控图像中不止有一个物体触碰到界线，则通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体个数，再计算接触式温度传感器所检测到的温度均值是否达到设定的人体温度阈值，若达到，则判断排球未触碰界线，若未达到，则判断排球触碰界线。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光电检测系统包括：

光电发射器，设置在界线的相交处，向与界线平行的方向发射激光束；

光电接收器，设置在界线的相交处，并与光电发射器相对，用于接收光电发射器发射的激光束，并持续向信号处理系统发送信号，当有物体触碰界线时，则不能接收到光电发射器发送的激光束，此时向信号处理系统发送的信号间断。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述光电检测系统有四组，每一组分别向一条界线平行的方向发射和接收激光束。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：还包括四组指示灯，每组指示灯对应一组光电检测系统；每组所述指示灯包括黄色指示灯、红色指示灯，所述黄色指示灯用于当该组指示灯对应的光电接收器不能接收到光电发射器发射的激光束时亮起，所述红色指示灯用于判断出排球触碰界线时亮起。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：每组所述光电检测系统还包括光束扩散器，设置在光电发射器的激光发射端，用于将光电发射器发射的激光束进行扩散，使得激光束的宽度与界线的宽度相同。

6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于：所述接触式温度传感器的数量为若干个，分别嵌设在界线处。

7.基于深度学习和光电检测的排球界线处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

获取光电检测系统发送的信号，根据光电检测系统发送的信号判断是否有物体触碰到界线；

若有物体触碰到界线，则获取图像检测系统截取的有物体触碰到界线时的监控图像，判断监控图像中是否为一个物体；

若所述监控图像中只有一个物体，则通过深度学习判断监控图像中存在的物体是排球还是人体；若所述监控图像中不止存在一个物体，则通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体是排球还是人体；

所述若所述监控图像中不止存在一个物体，则通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体是排球还是人体的步骤，包括：

若监控图像中仅有一个物体触碰到界线，则通过接触式温度传感器检测触碰到界线的物体温度是否达到设定的人体温度阈值，若达到，则判断排球未触碰界线，若未达到，则判断排球触碰界线；

若监控图像中不止有一个物体触碰到界线，则通过接触式温度传感器判断触碰到界线的物体个数，再计算接触式温度传感器所检测到的温度均值是否达到设定的人体温度阈值，若达到，则判断排球未触碰界线，若未达到，则判断排球触碰界线。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述获取光电检测系统发送的信号，根据光电检测系统发送的信号判断是否有物体触碰到界线的步骤，包括：

获取光电检测系统中光电接收器发送的信号，当光电接收器发送的信号出现间断时，则判断为有物体触碰到界线。

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