CN112337074A - 基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统 - Google Patents
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- A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities
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Abstract
基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，发球机(1)位于羽毛球标准场地(5)上球网(51)的一侧半场上，一组雷达(2)分布设置在羽毛球标准场地(5)周界上，在羽毛球标准场地(5)上方设置摄像头(3)，发球机(1)、雷达(2)、摄像头(3)与系统主机(4)连接，摄像头(3)通过图像识别羽毛球，雷达(2)每秒反馈坐标发送到系统主机(4)计分终端，终端根据摄像头(3)的图像识别给出确认字符，在坐标面上画出羽毛球的轨迹点，把坐标信号发送到系统主机(4)，能精确捕捉到落球点，从而经济快捷实现羽毛球不同等级计分，用于辅助解决羽毛球教学中简便快捷记录羽毛球飞行轨迹和结合落点准确计分的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及IPC分类中A63B71/06比赛或运动员用的指示装置或记分装置技术或G06T7/20运动分析技术，尤其是基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统。
背景技术
羽毛球是一项室内、室外都可以进行的体育运动。依据参与的人数，可以分为单打与双打，及新兴的3打3。从技术层面保证准确、公平、客观、稳定的进行羽毛球测试计分对于羽毛球教学十分重要。
已公开的相关技术文献较少。
电子科技大学提出的专利申请201510901374.5公开了一种羽毛球机器人跟踪人移动控制方法及系统，系统包括：两个激光雷达，设置在羽毛球机器人本体上，用于分别实时扫描位于比赛场地外的人的位置；其中所述人相对所述两个激光雷达在预定范围内活动；激光雷达采集装置，设置在羽毛球机器人本体上，用于接收所述两个激光雷达各自扫描到的所述人的位置点并输出到主控装置；主控装置，用于根据所述两个激光雷达各自扫描到的所述人的位置点合成所述比赛场地上二维空间的至少一个位置数据，根据所述至少一个位置数据控制所述羽毛球机器人移动。用于提高羽毛球机器人在比赛场地上移动控制的可靠性。所述雷达设备用于追踪控制机器人移动，未涉及羽毛球飞行轨迹以及落点检测技术，也因此无法进行计分，不适合用于辅助教学。
中国联合网络通信集团有限公司提出的专利申请201911348683.9提供一种羽毛球的判罚方法及装置，涉及物联网控制技术领域，用于解决判断羽毛球是否出界的技术问题。该方法还包括：服务器通过三维激光雷达获取羽毛球的位置数据；服务器根据羽毛球的位置数据，确定羽毛球的高度以及二维平面坐标，二维平面坐标用于指示羽毛球在二维平面坐标系中的位置，二维平面坐标系中第一坐标轴平行于羽毛球球场的底线，第二坐标轴平行于羽毛球球场的边线；当羽毛球的高度小于阈值时，服务器根据羽毛球的二维平面坐标，判断羽毛球是否出界。适用于羽毛球比赛的场景下。但是经试验发现无法排除干扰事件。
湖北工业大学提出的专利申请201810549488.1涉及基于计算机视觉的羽毛球落点位置预测方法，根据羽毛球比赛视频得到的视频帧图片，以场地中心为原点，计算出视频帧图片中羽毛球场地与模型场地之间的透视变换关系，确定羽毛球场地模型；然后由运动区域检测模块采用时间差分法区分出运动区域和背景部分；对差分图像进行二值化处理，图像分割，轮廓跟踪进而提取出羽毛球的特征信息；采用轨迹跟踪算法确定羽毛球的飞行轨迹；采用卡尔曼滤波算法对羽毛球的轨迹落点位置进行预测；根据轨迹落点位置，采用透视变换法转变到实际羽毛球场地的坐标，从而实现对羽毛球落点位置的预测。该技术尚在研发中，尚不能解决应用与教学之目的，尤其是适用于无法解决光照渐变、风速影响、气流影响或者羽毛球速度很快时的复杂场景下的羽毛球落点位置的预测。
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。从1935年英国罗伯特·沃特森·瓦特发明第一台实用雷达至今，民用或者军用雷达使用的波段从波长长达几百公里的，主要用于潜艇通讯和超远距离导航的VLF甚低频超长波，到波长仅为1毫米，主要用于航天器再入大气层时的导航和通讯的EHF极高频。以及近年来新出现的，使用微米波长不可见光脉冲精确测量物体距离、角度和速度的激光雷达。但是截止目前为止，全世界尚无一种雷达使用纳米波长的电磁波作为工作介质。
目前，羽毛球教学中仅采用羽毛球发球机作为辅助设备，只有单独发球的功能，无法根据中考规则计分，老师难以进行引导教学；而改进技术采用单片机作为处理装置对羽毛球落地计球的记分板设备太重，只能记落地球，无法精确根据羽毛球法则计分，而且，不便于随时铺设，在现有的场馆里铺设，容易绊脚，存在诸多不便。
发明内容
本发明的目的是提供基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，用于辅助解决羽毛球教学中简便快捷记录羽毛球飞行轨迹和结合落点准确计分的技术问题。
本发明的目的将通过以下技术措施来实现：发球机位于羽毛球标准场地上球网的一侧半场上，一组雷达分布设置在羽毛球标准场地周界上，在羽毛球标准场地上方设置摄像头，发球机、雷达、摄像头与系统主机连接，系统主机上有数据库。
尤其是，发球机沿米字路径移动，该米字路径的中心位于羽毛球标准场地一侧半场中心，八个路径外端分别为该侧半场的单打发球区域四角和四边中点。
尤其是，发球机沿与球网平行的路径移动，该路径位于该侧半场的单打发球区域底边上。
尤其是，发球机沿田字格路径移动，该田字格路径与该侧半场的单打发球区域边线重合。
尤其是，摄像头为高清数字摄像头，摄像头悬挂安装在发球机上方，或者球网竖立中轴上方。
尤其是，七个一组摄像头组成摄像阵列，分别安装在羽毛球标准场地的球网两端边柱上端、两侧半场底线两端、以及羽毛球标准场地上方。
尤其是，每二个雷达为一组对角设置形成一个网格检测面，共包括六组雷达分置于羽毛球标准场地一侧半场上，这六个面分别与该侧半场球网立面、前发球线立面、后发球线立面、底线立面以及两侧边线立面重合。
尤其是，雷达、摄像头与系统主机无线连接，具体连接方式包括但不限于WLAN、WiFi、4G、5G。
尤其是，当发球机发出球，系统开始触发，摄像头通过图像识别羽毛球，确定羽毛球进入雷达计分范围，当羽毛球进入计分区域后，雷达每秒反馈坐标发送到系统主机计分终端，终端根据摄像头的图像识别给出确认字符，系统主机计分终端记录到数据库，并在坐标面上画出羽毛球的轨迹点，记录直到在地面坐标面，把坐标信号发送到系统主机，系统主机开始比对规则计分，计入系统主机的数据库，直到发球机给出指令发球完毕。
尤其是，基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分步骤为：
1)发球机发球，同时发送计分开始指令；
2)羽毛球发出后，雷达开始对飞行中的羽毛球检测循迹，生成飞行坐标点序列，并生成航迹；
3)与2)同时，照摄像头开始追踪拍摄，记录图像，并识别羽毛球，排除意外进入视界的干扰物，滤除噪声；如判断为发球机所发出羽毛球则通知系统主机；
4)如3)中判断为发球机所发出羽毛球则将2)中获得羽毛球飞行坐标点序列以及航迹计入系统主机的数据库；
5)对计入系统主机的数据库的羽毛球飞行坐标点序列对照结合羽毛球标准场地周界，并参照评分标准，得到评分，并存入系统主机的数据库，进行计分叠加；
6)在5)完成后，系统主机发出本次停止计分指令，并通知发球机、雷达和像头，发球结束。
本发明的优点和效果：通过参照羽毛球标准的雷达三维雷达坐标系统，结合摄像头记录羽毛球飞行轨迹进行记录球的运动轨迹，能精确捕捉到落球点，从而经济快捷实现羽毛球不同等级计分，适用范围大，而且方便添加数据模型，升级拓展系统功能。
附图说明
图1为本发明实施例结构示意图。
图2为本发明实施例中工作过程逻辑结构示意图。
附图标记包括：
1-发球机、2-雷达、3-摄像头、4-系统主机、41-数据库、5-羽毛球标准场地、51-球网。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，本申请的描述中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请实施例描述的系统架构是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定。
实施例：如附图1所示，发球机1位于羽毛球标准场地5上球网51的一侧半场上，一组雷达2分布设置在羽毛球标准场地5周界上，在羽毛球标准场地5上方设置摄像头3，发球机1、雷达2、摄像头3与系统主机4连接，系统主机4上有数据库41。
前述中，发球机1沿米字路径移动，该米字路径的中心位于羽毛球标准场地5一侧半场中心，八个路径外端分别为该侧半场的单打发球区域四角和四边中点。
前述中，发球机1沿与球网51平行的路径移动，该路径位于该侧半场的单打发球区域底边上。
前述中，发球机1沿田字格路径移动，该田字格路径重合。与该侧半场的单打发球区域边线重合。
前述中，摄像头2为高清数字摄像头，摄像头2悬挂安装在发球机1上方，或者球网51竖立中轴上方。
前述中，七个一组摄像头2组成摄像阵列，分别安装在羽毛球标准场地5的球网51两端边柱上端、两侧半场底线两端、以及羽毛球标准场地5上方。
前述中，每二个雷达2为一组对角设置形成一个网格检测面，共包括六组雷达2分置于羽毛球标准场地5一侧半场上，这六个面分别与该侧半场球网51立面、前发球线立面、后发球线立面、底线立面以及两侧边线立面重合。
前述中，雷达2、摄像头3与系统主机4无线连接，具体连接方式包括但不限于WLAN、WiFi、4G、5G。
如附图2所示，在工作时，基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分步骤为：
1)发球机1发球，同时发送计分开始指令；
2)羽毛球发出后，雷达2开始对飞行中的羽毛球检测循迹，生成飞行坐标点序列，并生成航迹；
3)与2)同时，照摄像头3开始追踪拍摄，记录图像，并识别羽毛球，排除意外进入视界的干扰物，滤除噪声；如判断为发球机1所发出羽毛球则通知系统主机4；
4)如3)中判断为发球机1所发出羽毛球则将2)中获得羽毛球飞行坐标点序列以及航迹计入系统主机4的数据库41；
5)对计入系统主机4的数据库41的羽毛球飞行坐标点序列对照结合羽毛球标准场地5周界，并参照评分标准，得到评分，并存入系统主机4的数据库41，进行计分叠加；
6)在5)完成后，系统主机4发出本次停止计分指令，并通知发球机1、雷达2和像头3，发球结束。
本发明实施例中，发球机1包括支架、可转动地连接在支架上的球拍及用于驱动球拍转动的电机，球拍上方设置有用于存放羽毛球的储球筒，储球筒的下端设置有漏斗部，漏斗部的下端设置有可供羽毛球的头部穿出的通孔，储球筒的下方设置有定位环，储球筒的外侧壁上固定有一对第一气缸，第一气缸的活塞杆与定位环的上端面固定，定位环的两侧外壁上固定有第二气缸，第二气缸的活塞杆贯穿定位环后固定有用于夹紧羽毛球的头部的夹持块，定位环的内径大于羽毛球的外径。发球机1能够逐个将羽毛球从储球筒中拉出，从而能够确保储球筒中的羽毛球逐个掉出，进而能够确保羽毛球发球机发球时的稳定性。
本发明实施例中，雷达2为毫米波激光雷达，用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。雷达2是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。雷达2发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。
本发明实施例中，一对雷达2形成一个网格面，构成成二维坐标，6对形成6个立体面，即构成三维坐标系统；当发球机1发出羽毛球，雷达2开始记录羽毛球经过的轨迹过程，摄像头3辅助分析形态判断是羽毛球，对非羽毛球物品误入监测区域进行纠错，避免影响轨迹正常记录。根据羽毛球行业等级计分要求，在系统主机4中纳入规则数据模型，当切入不同模型，计入不同等级对应的分数，根据发球机1发完球指令，即结束计分。
本发明实施例中，摄像头3为高清数字摄像头。摄像头3可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里。摄像头3可以直接捕捉影像，然后通过串、并口或者USB接口传到计算机里。摄像头3具有视频摄像/传播和静态图像捕捉等基本功能，是借由镜头采集图像后，由摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转换成电脑所能识别的数字信号，然后借由并行端口或USB连接输入到电脑后由软件再进行图像还原。
本发明实施例中，当发球机1发出球，系统开始触发，摄像头3通过图像识别羽毛球，确定羽毛球进入雷达2计分范围，当羽毛球进入计分区域后，雷达2每秒反馈坐标发送到系统主机4计分终端，终端根据摄像头3的图像识别给出确认字符，系统主机4计分终端记录到数据库，并在坐标面上画出羽毛球的轨迹点，记录直到在地面这个坐标面，把坐标信号发送到系统主机4，系统主机4开始比对规则计分，计入系统主机4的数据库41，直到发球机1给出指令发球完毕。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，其特征在于，发球机(1)位于羽毛球标准场地(5)上球网(51)的一侧半场上，一组雷达(2)分布设置在羽毛球标准场地(5)周界上，在羽毛球标准场地(5)上方设置摄像头(3)，发球机(1)、雷达(2)、摄像头(3)与系统主机(4)连接，系统主机(4)上有数据库(41)。
2.如权利要求1所述的基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，其特征在于，发球机(1)沿米字路径移动，该米字路径的中心位于羽毛球标准场地(5)一侧半场中心，八个路径外端分别为该侧半场的单打发球区域四角和四边中点。
3.如权利要求1所述的基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，其特征在于，发球机(1)沿与球网(51)平行的路径移动，该路径位于该侧半场的单打发球区域底边上。
4.如权利要求1所述的基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，其特征在于，发球机(1)沿田字格路径移动，该田字格路径与该侧半场的单打发球区域边线重合。
5.如权利要求1所述的基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，其特征在于，摄像头(2)为高清数字摄像头，摄像头(2)悬挂安装在发球机(1)上方，或者球网(51)竖立中轴上方。
6.如权利要求1所述的基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，其特征在于，七个一组摄像头(2)组成摄像阵列，分别安装在羽毛球标准场地(5)的球网(51)两端边柱上端、两侧半场底线两端、以及羽毛球标准场地(5)上方。
7.如权利要求1所述的基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，其特征在于，每二个雷达(2)为一组对角设置形成一个网格检测面，共包括六组雷达(2)分置于羽毛球标准场地(5)一侧半场上，这六个面分别与该侧半场球网(51)立面、前发球线立面、后发球线立面、底线立面以及两侧边线立面重合。
8.如权利要求1所述的基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，其特征在于，雷达(2)、摄像头(3)与系统主机(4)无线连接，具体连接方式包括但不限于WLAN、WiFi、4G、5G。
9.如权利要求1所述的基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分系统，其特征在于，当发球机(1)发出球，系统开始触发，摄像头(3)通过图像识别羽毛球，确定羽毛球进入雷达(2)计分范围，当羽毛球进入计分区域后，雷达(2)每秒反馈坐标发送到系统主机(4)计分终端，终端根据摄像头(3)的图像识别给出确认字符，系统主机(4)计分终端记录到数据库，并在坐标面上画出羽毛球的轨迹点，记录直到在地面坐标面，把坐标信号发送到系统主机(4)，系统主机(4)开始比对规则计分，计入系统主机(4)的数据库(41)，直到发球机(1)给出指令发球完毕。
10.一种基于雷达循迹捕捉落球点的羽毛球运动水平测试评分方法，其特征在于，步骤为：
1)发球机(1)发球，同时发送计分开始指令；
2)羽毛球发出后，雷达(2)开始对飞行中的羽毛球检测循迹，生成飞行坐标点序列，并生成航迹；
3)与2)同时，照摄像头(3)开始追踪拍摄，记录图像，并识别羽毛球，排除意外进入视界的干扰物，滤除噪声；如判断为发球机(1)所发出羽毛球则通知系统主机(4)；
4)如3)中判断为发球机(1)所发出羽毛球则将2)中获得羽毛球飞行坐标点序列以及航迹计入系统主机(4)的数据库(41)；
5)对计入系统主机(4)的数据库(41)的羽毛球飞行坐标点序列对照结合羽毛球标准场地(5)周界，并参照评分标准，得到评分，并存入系统主机(4)的数据库(41)，进行计分叠加；
6)在5)完成后，系统主机(4)发出本次停止计分指令，并通知发球机(1)、雷达(2)和像头(3)，发球结束。
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