CN117679724A - 一种排球对墙垫球自动计数教学装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及体育用品技术领域，具体涉及一种排球对墙垫球自动计数教学装置，包括相机、控制器、显示器、存储器和输入器；使用方法包括：选取墙面和地面，墙面有触球区，地面有站立区；相机位于触球区的侧边并贴墙设置；对相机进行调试：用排球进行对墙垫球测试，控制器判断是否产生有效击球；条件包括：排球与触球区接触的过程中，排球边沿与触球区接触过程由点变为线条再变为点，计算线条长度在最长时的长度值，并且保证线条小于最长长度；本发明通过相机贴墙设置，使相机获取排球与触球区的接触不会被排球本身所遮挡进行记录；存储器记录未能同时满足条件配合显示器方便学生进行自学自纠进行改正姿势或者进行提取视频作为教学使用。
Description
技术领域
本发明涉及体育用品技术领域，具体涉及一种排球对墙垫球自动计数教学装置。
背景技术
自垫球是排球运动的基本技术之一，它是在全身协调用力的基础上通过手臂的迎击动作，使来球从垫击面上反弹出去的一项击球技术，是排球运动的基础，包括对空垫球和对墙垫球。目前排球自垫球被多数省市纳入教学考核中，在自垫球考核中要求受试者将排球击到特定高度才算合格而记数，因此依靠目测的方式不能保证自垫球测试的公平公正，需要采用专门设备来统计受试者垫球次数。市面上已出现不少统计对空垫球的计数设备，但却缺少专门的对墙垫球测试计数设备。并且传统的排球自垫球设备存在架设繁琐、体积庞大不便收纳与运输、容易晃动影响计数的情况；同时也存在只能计数，无法进行教学的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以计数也可以教学的排球对墙垫球自动计数教学装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种排球对墙垫球自动计数教学装置，包括相机、控制器、显示器、存储器和输入器，所述相机、显示器、存储器和输入器分别与控制器电性连接；
所述装置使用方法包括：
选取墙面和地面，所述墙面和地面的夹角为90°，所述墙面上设置有触球区，所述地面上设置有站立区；
设置相机，所述相机位于触球区的侧边并贴墙设置，所述触球区和站立区位于相机的取景范围内；
计数准备，通过相机控制器对垫球人员的排球、头部、两只手臂进行识别，所述手臂的小臂为击球部；同时对相机进行调试，所述调试内容为：使用排球进行对墙垫球测试，控制器判断是否产生有效击球；判断是否产生有效击球的条件包括：
条件一、排球的击发点位于击球部上，触球点位于触球区内；
条件二、排球与触球区接触的过程中，排球边沿与触球区接触过程由点变为线条再变为点，计算线条长度在最长时的长度值，并且保证线条小于最长长度；
条件三、两只手臂的击球部呈V字型；
条件四、两只手臂的击球部呈V字型的开口方向朝向头部；
通过人工判断垫球与墙面的接触边缘线条最长长度，将人工校准后的最长长度通过输入器写入条件二并更新判断是否产生有效击球的条件；
正式计数，控制器判断垫球人员是否在站立区内，是则通过判断排球向上抛起时开始计时并开始使用更新后的判断是否产生有效击球的条件计算有效击球；当识别出对墙垫球过程中条件一至四同时满足时，则认定为有效击球并将记录到存储器；同时记录未能同时满足条件一至四击球过程以及数量；
判断考试时间是否结束，否则继续正式计数，若是则终止正式计数；当考试时间结束时，计算成绩并结束。
优选地，所述计算线条长度在最长时的长度值进一步包括：
采用边缘检测算法对相机的图像进行边缘检测，提取排球与触球区的接触边缘线条；并选取排球从接触到反弹过程中接触边缘线条的最大值。
优选地，所述判断垫球人员是否在站立区内进一步包括：
通过判断头部是否位于站立区的上方空间内确认判断垫球人员是否在站立区内。
优选地，所述相机的侧边还设置有补光灯。
优选地，所述相机工作时将取景范围内的彩色图像转换为黑白图像，并将图像中的像素点分为黑色和白色，使背景与目标对象分离。
优选地，通过相机对垫球人员的头部进行识别进一步包括：
对人脸进行识别和对头部扫描进行选定锚点。
优选地，所述选定锚点包括：
选择头部鼻尖位置为锚点。
优选地，所述判断是否产生有效击球的条件进一步包括条件五：
条件五、所述手臂的大臂为识别部，单只手臂的所述识别部与击球部的夹角为180°±10°；
优选地，所述显示器和输入器朝向站立区设置。
优选地，所述装置还包括通讯器，所述装置通过通讯器与互联网连接。
本发明的有益效果在于：通过相机贴墙设置，配合触球区和站立区位于相机的取景范围内，再结合条件二，能够使得相机可以获取排球与触球区的接触过程，即实现条件二的判断过程，不会被排球本身所遮挡，保证相机获得的视野能够将排球与触球区接触过程由点变成线过程进行记录，作为一个主要的判断标准；并且由于不同地方的气压、充气压力、排球的材质、墙体的材质、排球的大小、生产厂家不同都会导致弹力等诸多不同，因此需要人工校准保证判断结果更加准确；同时再结合条件一和条件三，将小臂的击球部配合形成V字型的双臂，能够判断击球点的位置是否正确、触球点、手臂的姿势是否正确，满足考试对于学生的要求，避免肘关节弯曲对人体的腕部和肘部造成冲击，进而造成运动伤害；两只手臂的击球部呈V字型的开口方向朝向头部，能够保证躯干姿势的正确，使用腰部进行扭转，避免躯干扭转而造成姿势不正确；同时记录未能同时满足条件一至四击球过程以及数量，配合显示器方便学生进行自学自纠进行改正姿势或者进行提取视频作为教学使用。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的一种排球对墙垫球自动计数教学装置的布置示意图；
图2为本发明具体实施方式的一种排球对墙垫球自动计数教学装置的相机图像处理的示意图；
标号说明：1、相机；2、显示器；3、墙面；4、地面；5、触球区；6、站立区；7、排球；8、头部；9、击球部；10、补光灯；11、锚点；12、识别部。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1以及图2，一种排球7对墙垫球自动计数教学装置，包括相机1、控制器、显示器2、存储器和输入器，所述相机1、显示器2、存储器和输入器分别与控制器电性连接；
所述装置使用方法包括：
选取墙面3和地面4，所述墙面3和地面4的夹角为90°，所述墙面3上设置有触球区5，所述地面4上设置有站立区6；
设置相机1，所述相机1位于触球区5的侧边并贴墙设置，所述触球区5和站立区6位于相机1的取景范围内；
计数准备，通过相机1控制器对垫球人员的排球7、头部8、两只手臂进行识别，所述手臂的小臂为击球部9；同时对相机1进行调试，所述调试内容为：使用排球7进行对墙垫球测试，控制器判断是否产生有效击球；判断是否产生有效击球的条件包括：
条件一、排球7的击发点位于击球部9上，触球点位于触球区5内；
条件二、排球7与触球区5接触的过程中，排球7边沿与触球区5接触过程由点变为线条再变为点，计算线条长度在最长时的长度值，并且保证线条小于最长长度；
条件三、两只手臂的击球部9呈V字型；
条件四、两只手臂的击球部9呈V字型的开口方向朝向头部8；
通过人工判断垫球与墙面3的接触边缘线条最长长度，将人工校准后的最长长度通过输入器写入条件二并更新判断是否产生有效击球的条件；
正式计数，控制器判断垫球人员是否在站立区6内，是则通过判断排球7向上抛起时开始计时并开始使用更新后的判断是否产生有效击球的条件计算有效击球；当识别出对墙垫球过程中条件一至四同时满足时，则认定为有效击球并将记录到存储器；同时记录未能同时满足条件一至四击球过程以及数量；
判断考试时间是否结束，否则继续正式计数，若是则终止正式计数；当考试时间结束时，计算成绩并结束。
从上述描述可知，通过相机1贴墙设置，配合触球区5和站立区6位于相机1的取景范围内，再结合条件二，能够使得相机1可以获取排球7与触球区5的接触过程，即实现条件二的判断过程，不会被排球7本身所遮挡，保证相机1获得的视野能够将排球7与触球区5接触过程由点变成线过程进行记录，作为一个主要的判断标准；并且由于不同地方的气压、充气压力、排球7的材质、墙体的材质、排球7的大小、生产厂家不同都会导致弹力等诸多不同，因此需要人工校准保证判断结果更加准确；同时再结合条件一和条件三，将小臂的击球部9配合形成V字型的双臂，能够判断击球点的位置是否正确、触球点、手臂的姿势是否正确，满足考试对于学生的要求，避免肘关节弯曲对人体的腕部和肘部造成冲击，进而造成运动伤害；两只手臂的击球部9呈V字型的开口方向朝向头部8，能够保证躯干姿势的正确，使用腰部进行扭转，避免躯干扭转而造成姿势不正确；同时记录未能同时满足条件一至四击球过程以及数量，配合显示器2方便学生进行自学自纠进行改正姿势或者进行提取视频作为教学使用。
进一步的，所述计算线条长度在最长时的长度值进一步包括：
采用边缘检测算法对相机1的图像进行边缘检测，提取排球7与触球区5的接触边缘线条；并选取排球7从接触到反弹过程中接触边缘线条的最大值。
边缘检测算法包括Canny、Sobel、Prewitt等边缘检测算法来识别垫球与墙面3的接触边缘。
进一步的，所述判断垫球人员是否在站立区6内进一步包括：
通过判断头部8是否位于站立区6的上方空间内确认判断垫球人员是否在站立区6内。
进一步的，所述相机1的侧边还设置有补光灯10。
从上述描述可知，通过补光灯10的设置，能够更加清晰的看到排球7形变的边沿。
进一步的，所述相机1工作时将取景范围内的彩色图像转换为黑白图像，并将图像中的像素点分为黑色和白色，使背景与目标对象分离。
从上述描述可知，通过彩色图像转换为黑白图像，减少处理复杂度，能够提升识别效率，同时将图像中的像素点分为黑色和白色，使背景与目标对象分离，能够进行进一步的提升效率。
进一步的，通过相机1对垫球人员的头部8进行识别进一步包括：
对人脸进行识别和对头部8扫描进行选定锚点11。
从上述描述可知，通过人脸识别，可以进行学生识别，或者机主识别，避免出现替考的情况；通过锚点11的选定，能够方便后续条件四的识别。
进一步的，所述选定锚点11包括：
选择头部8鼻尖位置为锚点11。
从上述描述可知，通过选择鼻尖位置为锚点11，由于鼻尖突出且位于面部中间的位置，能够方便快速的识别。
进一步的，所述判断是否产生有效击球的条件进一步包括条件五：
条件五、所述手臂的大臂为识别部12，单只手臂的所述识别部12与击球部9的夹角为180°±10°；
从上述描述可知，通过增加识别条件，能够进一步保证人员姿势的正确性，保证教学效果，同时也可以缓慢增加难度，保证学习的渐进有序。
进一步的，所述显示器2和输入器朝向站立区6设置。
从上述描述可知，通过显示器2和输入器朝向站立区6设置，能够方便人员操作和提取视频自学。
进一步的，所述装置还包括通讯器，所述装置通过通讯器与互联网连接。
从上述描述可知，通过通讯器，能够实现联网，可以将视频上传给其他教师，进行远程指导或者上传至教育网络，进行训练打卡、考试。
实施例一
一种排球7对墙垫球自动计数教学装置，包括相机1、控制器、显示器2、存储器和输入器，所述相机1、显示器2、存储器和输入器分别与控制器电性连接；所述控制器、显示器2、存储器和输入器（触控输入）为一体式设计，即大平板。
所述装置使用方法包括：
选取墙面3和地面4，所述墙面3和地面4的夹角为90°，所述墙面3上设置有触球区5，所述地面4上设置有站立区6；
设置相机1，所述相机1位于触球区5的侧边并贴墙设置，所述触球区5和站立区6位于相机1的取景范围内；
计数准备，通过相机1控制器对垫球人员的排球7、头部8、两只手臂进行识别，所述手臂的小臂为击球部9；同时对相机1进行调试，所述调试内容为：使用排球7进行对墙垫球测试，控制器判断是否产生有效击球；判断是否产生有效击球的条件包括：
条件一、排球7的击发点位于击球部9上，触球点位于触球区5内；
条件二、排球7与触球区5接触的过程中，排球7边沿与触球区5接触过程由点变为线条再变为点，计算线条长度在最长时的长度值，并且保证线条小于最长长度；
条件三、两只手臂的击球部9呈V字型；
条件四、两只手臂的击球部9呈V字型的开口方向朝向头部8；
通过人工判断垫球与墙面3的接触边缘线条最长长度，将人工校准后的最长长度通过输入器写入条件二并更新判断是否产生有效击球的条件；
正式计数，控制器判断垫球人员是否在站立区6内，是则通过判断排球7向上抛起时开始计时并开始使用更新后的判断是否产生有效击球的条件计算有效击球；当识别出对墙垫球过程中条件一至四同时满足时，则认定为有效击球并将记录到存储器；同时记录未能同时满足条件一至四击球过程以及数量；
判断考试时间是否结束，否则继续正式计数，若是则终止正式计数；当考试时间结束时，计算成绩并结束。
所述计算线条长度在最长时的长度值进一步包括：
采用边缘检测算法对相机1的图像进行边缘检测，提取排球7与触球区5的接触边缘线条；并选取排球7从接触到反弹过程中接触边缘线条的最大值。
所述判断垫球人员是否在站立区6内进一步包括：
通过判断头部8是否位于站立区6的上方空间内确认判断垫球人员是否在站立区6内。
所述相机1的侧边还设置有补光灯10。
所述相机1工作时将取景范围内的彩色图像转换为黑白图像，并将图像中的像素点分为黑色和白色，使背景与目标对象分离。
通过相机1对垫球人员的头部8进行识别进一步包括：
对人脸进行识别和对头部8扫描进行选定锚点11。
所述选定锚点11包括：
选择头部8鼻尖位置为锚点11。
实施例二
一种排球7对墙垫球自动计数教学装置，包括相机1、控制器、显示器2、存储器和输入器，所述相机1、显示器2、存储器和输入器分别与控制器电性连接；所述控制器、显示器2、存储器、通讯器和输入器（触控输入）为一体式设计，即大平板。
所述装置使用方法包括：
选取墙面3和地面4，所述墙面3和地面4的夹角为90°，所述墙面3上设置有触球区5，所述地面4上设置有站立区6；
设置相机1，所述相机1位于触球区5的侧边并贴墙设置，所述触球区5和站立区6位于相机1的取景范围内；
计数准备，通过相机1控制器对垫球人员的排球7、头部8、两只手臂进行识别，所述手臂的小臂为击球部9；同时对相机1进行调试，所述调试内容为：使用排球7进行对墙垫球测试，控制器判断是否产生有效击球；判断是否产生有效击球的条件包括：
条件一、排球7的击发点位于击球部9上，触球点位于触球区5内；
条件二、排球7与触球区5接触的过程中，排球7边沿与触球区5接触过程由点变为线条再变为点，计算线条长度在最长时的长度值，并且保证线条小于最长长度；
条件三、两只手臂的击球部9呈V字型；
条件四、两只手臂的击球部9呈V字型的开口方向朝向头部8；
通过人工判断垫球与墙面3的接触边缘线条最长长度，将人工校准后的最长长度通过输入器写入条件二并更新判断是否产生有效击球的条件；
正式计数，控制器判断垫球人员是否在站立区6内，是则通过判断排球7向上抛起时开始计时并开始使用更新后的判断是否产生有效击球的条件计算有效击球；当识别出对墙垫球过程中条件一至四同时满足时，则认定为有效击球并将记录到存储器；同时记录未能同时满足条件一至四击球过程以及数量；
判断考试时间是否结束，否则继续正式计数，若是则终止正式计数；当考试时间结束时，计算成绩并结束。
所述计算线条长度在最长时的长度值进一步包括：
采用边缘检测算法对相机1的图像进行边缘检测，提取排球7与触球区5的接触边缘线条；并选取排球7从接触到反弹过程中接触边缘线条的最大值。
所述判断垫球人员是否在站立区6内进一步包括：
通过判断头部8是否位于站立区6的上方空间内确认判断垫球人员是否在站立区6内。
所述相机1的侧边还设置有补光灯10。
所述相机1工作时将取景范围内的彩色图像转换为黑白图像，并将图像中的像素点分为黑色和白色，使背景与目标对象分离。
通过相机1对垫球人员的头部8进行识别进一步包括：
对人脸进行识别和对头部8扫描进行选定锚点11。
所述选定锚点11包括：
选择头部8鼻尖位置为锚点11。
所述判断是否产生有效击球的条件进一步包括条件五：
条件五、所述手臂的大臂为识别部12，单只手臂的所述识别部12与击球部9的夹角为180°±10°；
所述显示器2和输入器朝向站立区6设置。
以上所述仅为本发明的实施例，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同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种排球（7）对墙垫球自动计数教学装置，其特征在于，包括相机（1）、控制器、显示器（2）、存储器和输入器，所述相机（1）、显示器（2）、存储器和输入器分别与控制器电性连接；
所述装置使用方法包括：
选取墙面（3）和地面（4），所述墙面（3）和地面（4）的夹角为90°，所述墙面（3）上设置有触球区（5），所述地面（4）上设置有站立区（6）；
设置相机（1），所述相机（1）位于触球区（5）的侧边并贴墙设置，所述触球区（5）和站立区（6）位于相机（1）的取景范围内；
计数准备，通过相机（1）控制器对垫球人员的排球（7）、头部（8）、两只手臂进行识别，所述手臂的小臂为击球部（9）；同时对相机（1）进行调试，所述调试内容为：使用排球（7）进行对墙垫球测试，控制器判断是否产生有效击球；判断是否产生有效击球的条件包括：
条件一、排球（7）的击发点位于击球部（9）上，触球点位于触球区（5）内；
条件二、排球（7）与触球区（5）接触的过程中，排球（7）边沿与触球区（5）接触过程由点变为线条再变为点，计算线条长度在最长时的长度值，并且保证线条小于最长长度；
条件三、两只手臂的击球部（9）呈V字型；
条件四、两只手臂的击球部（9）呈V字型的开口方向朝向头部（8）；
通过人工判断垫球与墙面（3）的接触边缘线条最长长度，将人工校准后的最长长度通过输入器写入条件二并更新判断是否产生有效击球的条件；
正式计数，控制器判断垫球人员是否在站立区（6）内，是则通过判断排球（7）向上抛起时开始计时并开始使用更新后的判断是否产生有效击球的条件计算有效击球；当识别出对墙垫球过程中条件一至四同时满足时，则认定为有效击球并将记录到存储器；同时记录未能同时满足条件一至四击球过程以及数量；
判断考试时间是否结束，否则继续正式计数，若是则终止正式计数；当考试时间结束时，计算成绩并结束。
2.根据权利要求1所述的排球（7）对墙垫球自动计数教学装置，其特征在于，所述计算线条长度在最长时的长度值进一步包括：
采用边缘检测算法对相机（1）的图像进行边缘检测，提取排球（7）与触球区（5）的接触边缘线条；并选取排球（7）从接触到反弹过程中接触边缘线条的最大值。
3.根据权利要求1所述的排球（7）对墙垫球自动计数教学装置，其特征在于，所述判断垫球人员是否在站立区（6）内进一步包括：
通过判断头部（8）是否位于站立区（6）的上方空间内确认判断垫球人员是否在站立区（6）内。
4.根据权利要求1所述的排球（7）对墙垫球自动计数教学装置，其特征在于，所述相机（1）的侧边还设置有补光灯（10）。
5.根据权利要求1所述的排球（7）对墙垫球自动计数教学装置，其特征在于，所述相机（1）工作时将取景范围内的彩色图像转换为黑白图像，并将图像中的像素点分为黑色和白色，使背景与目标对象分离。
6.根据权利要求1所述的排球（7）对墙垫球自动计数教学装置，其特征在于，通过相机（1）对垫球人员的头部（8）进行识别进一步包括：
对人脸进行识别和对头部（8）扫描进行选定锚点（11）。
7.根据权利要求6所述的排球（7）对墙垫球自动计数教学装置，其特征在于，所述选定锚点（11）包括：
选择头部（8）鼻尖位置为锚点（11）。
8.根据权利要求1所述的排球（7）对墙垫球自动计数教学装置，其特征在于，所述判断是否产生有效击球的条件进一步包括条件五：
条件五、所述手臂的大臂为识别部（12），单只手臂的所述识别部（12）与击球部（9）的夹角为180°±10°。
9.根据权利要求1所述的排球（7）对墙垫球自动计数教学装置，其特征在于，所述显示器（2）和输入器朝向站立区（6）设置。
10.根据权利要求1所述的排球（7）对墙垫球自动计数教学装置，其特征在于，所述装置还包括通讯器，所述装置通过通讯器与互联网连接。
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