專利名稱：乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)與系統(tǒng)運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)，用于乒乓球比賽或訓(xùn)練中 的乒乓球飛行軌跡的實(shí)時(shí)檢測(cè)、定位、跟蹤、運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)和處理，以及對(duì)乒乓球的運(yùn)動(dòng)軌 跡和乒乓球落點(diǎn)信息進(jìn)行的三維虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)顯示和歷史記錄回放。
背景技術(shù)：
“鷹眼”系統(tǒng)應(yīng)用于網(wǎng)球賽事的裁判和仿真演示已經(jīng)有六七年的歷史，在網(wǎng)球轉(zhuǎn)播 中得到了廣泛的推廣，對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的研究和網(wǎng)球比賽的公正性起到了非常積極的作用?！苞?眼”系統(tǒng)的正式名稱為“即時(shí)回放系統(tǒng)”，該系統(tǒng)由8個(gè)或者10個(gè)高速攝像頭、四臺(tái)電腦和 大屏幕組成?！苞椦邸毕到y(tǒng)所采集得到的圖像數(shù)據(jù)量非常龐大，計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，它從數(shù)據(jù)采集 到結(jié)果演示整個(gè)過(guò)程所耗用的時(shí)間在10秒左右，不具備強(qiáng)實(shí)時(shí)性。在正式比賽中，保證比 賽的流暢和連續(xù)對(duì)比賽的公正性和觀賞性有非常重要的意義，“鷹眼”只能作為比賽裁判的 輔助手段，球員每局比賽挑戰(zhàn)鷹眼的次數(shù)也是有限制的。因此目前“鷹眼”系統(tǒng)更多的只能 是用于電視轉(zhuǎn)播的事后處理，而不能做到在線判斷。而且該系統(tǒng)造價(jià)成本很高，在中小比賽 場(chǎng)合并不適合推廣，也不適用于一般的體育輔助訓(xùn)練。國(guó)內(nèi)也有研究機(jī)構(gòu)提出了基于較少 攝像頭(2臺(tái))的小型鷹眼系統(tǒng)，但是系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題仍沒(méi)有解決。在乒乓球運(yùn)動(dòng)中，引入“鷹眼”系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行輔助裁判和輔助訓(xùn)練，對(duì)此， 200910095291. 6專利申請(qǐng)公開(kāi)了精確測(cè)量和預(yù)測(cè)乒乓球軌跡系統(tǒng)與系統(tǒng)運(yùn)行方法，可以精 確測(cè)量、預(yù)測(cè)和三維虛擬重現(xiàn)高速飛行乒乓球軌跡的實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要針對(duì)乒乓球圖像采集的實(shí)時(shí)性，在極短的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算，準(zhǔn)確的識(shí) 另|J、定位和跟蹤高速運(yùn)動(dòng)的乒乓球飛行軌跡。乒乓球行程很短，在高速運(yùn)動(dòng)(3-5m/s)時(shí)整 個(gè)有效行程僅持續(xù)0. 5s左右，使得準(zhǔn)確檢測(cè)和識(shí)別乒乓球任務(wù)非常困難。而且由于乒乓球 相對(duì)輕薄，其飛行軌跡更多地受到了乒乓球自旋轉(zhuǎn)、空氣溫度、濕度條件以及現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)等諸 多因素的影響，很難建立一個(gè)通用的運(yùn)動(dòng)模型，因此給乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡生成和預(yù)測(cè)帶來(lái)了 很大的困難。因而，在乒乓球的從圖像中識(shí)別出來(lái)，建立的模型很難保證預(yù)測(cè)的精度。對(duì)于 初速度的偏差反應(yīng)及其敏感，從而致使整個(gè)系統(tǒng)預(yù)測(cè)定位和軌跡處理精度到達(dá)瓶頸。其次，該系統(tǒng)根據(jù)場(chǎng)地和環(huán)境的需要架設(shè)多個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，著眼于數(shù)據(jù)采集， 在實(shí)際比賽和訓(xùn)練中，可操作性不強(qiáng)；對(duì)于裁判員和教練員所關(guān)心的比分信息、軌跡重播、 落點(diǎn)顯示及其分布概率、各個(gè)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)特征值提取仍然沒(méi)有建立一個(gè)完整的支持體 系。因此，給乒乓球視覺(jué)系統(tǒng)的實(shí)際操作很大的困難。其中最為關(guān)鍵的問(wèn)題在于在保 證實(shí)時(shí)性的前提下，需要系統(tǒng)能夠?qū)ζ古仪虻淖R(shí)別誤差留下一定的裕度；和一個(gè)完善并且 友好的裁判(教練)員操作體系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)200910095291. 6專利存在問(wèn)題的改進(jìn)，提供一個(gè)完善并且友好的裁判(教練)員操作體系的乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)。用于乒乓球比賽 或訓(xùn)練中的乒乓球飛行軌跡的實(shí)時(shí)檢測(cè)、定位、跟蹤、運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)和處理，對(duì)乒乓球的運(yùn) 動(dòng)軌跡和乒乓球落點(diǎn)信息進(jìn)行的三維虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)顯示和歷史記錄回放，以及對(duì)乒乓球飛 行軌跡歷史數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)。本發(fā)明旨在建立一個(gè)訓(xùn)練輔助系統(tǒng)，目標(biāo)是在平時(shí)的常規(guī)訓(xùn)練中，能夠通過(guò)數(shù)據(jù) 采集和分析，幫助教練員歸納出運(yùn)動(dòng)員的打球風(fēng)格(包括習(xí)慣性發(fā)球方式，旋轉(zhuǎn)速度及方 向，出球方向概率，輸球特征歸納，落點(diǎn)統(tǒng)計(jì)等等)；在比賽的過(guò)程中，輔助裁判進(jìn)行判決， 能夠方便的轉(zhuǎn)播重放特定的軌跡，并記錄存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)用以賽后分析。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種利用多個(gè)攝像機(jī)的高速實(shí)時(shí)乒乓球定 位、軌跡生成和預(yù)測(cè)的方法與系統(tǒng)。應(yīng)用攝像機(jī)采圖，能夠?qū)ζ古仪蜻\(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和軌 跡記錄，實(shí)現(xiàn)上述的多重功能。本發(fā)明提供的乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)，兩個(gè)以上攝像機(jī)、控制多攝 像機(jī)同步進(jìn)行采圖的同步裝置，圖像數(shù)據(jù)采集傳輸裝置、包含有視覺(jué)軟件運(yùn)行的系統(tǒng)環(huán)境 的主控計(jì)算機(jī)、外接顯示屏組成；攝像機(jī)固定在乒乓球桌上空，視野交叉覆蓋乒乓球運(yùn)動(dòng)的 有效區(qū)域，進(jìn)行圖像采集；圖像數(shù)據(jù)采集傳輸裝置的同步裝置產(chǎn)生多路周期脈沖信號(hào)，通過(guò) 控制線連接攝像機(jī)，控制多攝像機(jī)進(jìn)行同步采圖；攝像機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與圖像數(shù)據(jù)采集卡相 連；數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)主控機(jī)的PCI總線，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到圖像數(shù)據(jù)采集傳輸裝置的 處理器進(jìn)行處理；處理結(jié)果輸出到主控機(jī)的外接顯示屏上進(jìn)行顯示；所述系統(tǒng)主要包括如 下組成功能模塊圖像采集和乒乓球目稱識(shí)別定位模塊、KALMAN濾波器模塊、軌跡數(shù)據(jù)擬 合器模塊、特征分析模塊、運(yùn)動(dòng)參數(shù)學(xué)習(xí)機(jī)模塊、單程判斷模塊、三維虛擬場(chǎng)景重現(xiàn)模塊、比 賽特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、用戶交互模塊；所述系統(tǒng)架構(gòu)流程是主控機(jī)上圖像采集和乒乓球 目標(biāo)識(shí)別定位模塊，經(jīng)過(guò)目標(biāo)識(shí)別，空間定位，把實(shí)時(shí)生成的數(shù)據(jù)送入KALMAN濾波器模塊 進(jìn)行濾波，特征分析模塊對(duì)乒乓球的運(yùn)動(dòng)軌跡和當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息進(jìn)行分析；單程判斷模 塊進(jìn)行判斷，當(dāng)單程繼續(xù)的情況下，實(shí)時(shí)送入三維虛擬場(chǎng)景模擬重現(xiàn)模塊模擬重現(xiàn)三維虛 擬場(chǎng)景；當(dāng)單程結(jié)束的情況下，用KALMAN擬合器進(jìn)行擬合，生成運(yùn)動(dòng)軌跡特征，生成的運(yùn)動(dòng) 軌跡特征送人記錄比賽特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊記錄；用戶交互模塊由用戶傳入的消息指令實(shí)時(shí) 對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和三維模擬界面進(jìn)行控制。本發(fā)明所述的KALMAN濾波器是一種高效率的遞歸濾波器(自回歸濾波器)，它能 夠從一系列的不完全及包含噪聲的測(cè)量中，估計(jì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，預(yù)測(cè)出物體的位置的坐 標(biāo)及速度。本發(fā)明所述的比賽特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為基于STL (Standard Template Library), 即c++標(biāo)準(zhǔn)程式庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)。主要運(yùn)用STL所包含的序列容器建立系統(tǒng)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)模塊?？刂坪痛鎯?chǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡特征的位置、速度信息；每條運(yùn)動(dòng)軌跡中提取出的運(yùn)動(dòng)員擊 球特征的碰撞點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)、速度方向、大小、發(fā)球方法和贏球軌跡相關(guān)信息。由于整個(gè)比賽的規(guī) 則復(fù)雜，裁判員界定具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和實(shí)時(shí)性，軌跡的記錄既要在裁判員無(wú)干涉的情況 下自動(dòng)分段截取、提出關(guān)鍵性信息；又要在裁判員干涉的情況下(裁定單方犯規(guī)；取消本次 得分等)，可以方便得訪問(wèn)并修改提取數(shù)據(jù)；因此，采用基于STL的容器在每場(chǎng)比賽中建立 一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，加以控制和存儲(chǔ)相關(guān)信息。本發(fā)明所述的三維虛擬場(chǎng)景重現(xiàn)模塊為基于OpenGL的三維虛擬場(chǎng)景重現(xiàn)模塊在三維虛擬場(chǎng)景中回放用戶指定的乒乓球飛行軌跡；球桌上乒乓球落點(diǎn)及落點(diǎn)統(tǒng)計(jì)?？筛?據(jù)用戶需求切換任意視角，并輸出到顯示屏幕上。將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳入三維虛擬場(chǎng)景顯示模塊， 直觀地三維顯示乒乓球位置和比賽狀態(tài)?？烧{(diào)出歷史記錄，模擬乒乓球歷史飛行軌跡，以達(dá) 到重播效果?？烧{(diào)出歷史落點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)等相關(guān)存儲(chǔ)信息，并根據(jù)用戶需要任意切換視角，輸出 到顯示屏幕中。本發(fā)明針對(duì)教練員(比賽中裁判員)，建立用戶交互模塊，針對(duì)所關(guān)心的信息量進(jìn) 行設(shè)定，統(tǒng)計(jì)和顯示。本發(fā)明提供的乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)與系統(tǒng)運(yùn)行方法，所述的運(yùn)行 步驟如下
(1)搭建硬件系統(tǒng)，半自動(dòng)標(biāo)定各攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)。(2)學(xué)習(xí)乒乓球運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)，并在線修正。(3)視覺(jué)采集乒乓球運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的濾波和擬合。(4)濾波后的數(shù)據(jù)在線將軌跡進(jìn)行分離，統(tǒng)計(jì)單程軌跡關(guān)鍵性信息，更新參數(shù)。(5)根據(jù)用戶交互指令統(tǒng)計(jì)相關(guān)信息，修改或存貯數(shù)據(jù)。(6)將處理結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸入三維虛擬場(chǎng)景重現(xiàn)模塊，在外接的顯示屏中實(shí)時(shí)播 放或按交互頁(yè)面指定回放；并同時(shí)在交互頁(yè)面中顯示處理結(jié)果。其中上述方法中統(tǒng)計(jì)單程軌跡關(guān)鍵性信息，更新參數(shù)采用如下方法(1)通過(guò)乒乓球的受力分析得到運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，生成狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和觀測(cè)矩陣，得到 其運(yùn)動(dòng)方程，用于在線實(shí)時(shí)濾波和半實(shí)時(shí)擬合。(2)建立學(xué)習(xí)機(jī)，參數(shù)黑箱模型，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和觀測(cè)矩陣的各個(gè)參數(shù)模型獲取。(3)擬合數(shù)據(jù)得到單程軌跡關(guān)鍵性信息。(4)對(duì)擬合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索截取，通過(guò)連續(xù)模型反推參數(shù)，并和離散模型相關(guān)濾 波參數(shù)統(tǒng)一。(5)對(duì)參數(shù)模型進(jìn)行在線的學(xué)習(xí)更新。其中上述方法中單程軌跡關(guān)鍵性信息獲取采用如下方法1.速度信息統(tǒng)一由本條軌跡經(jīng)過(guò)擊球方四分之一場(chǎng)時(shí)的濾波速度為基準(zhǔn)存儲(chǔ)；2.落點(diǎn)信息統(tǒng)一由本條軌跡到達(dá)擊球?qū)Ψ桨雸?chǎng)時(shí)的第一個(gè)有效落點(diǎn)為基準(zhǔn)存 儲(chǔ)；3.基于旋轉(zhuǎn)模型計(jì)算旋轉(zhuǎn)信息，記錄旋轉(zhuǎn)矢量；4.判斷發(fā)球方和失效球，簡(jiǎn)化裁判操作。本系統(tǒng)由于采用圖像采集和乒乓球目稱識(shí)別定位模塊實(shí)時(shí)產(chǎn)生原始圖像讀入有 噪聲的三維數(shù)據(jù)；再把新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)輸入KALMAN濾波器模塊，輸出被濾波之后的三維位置 結(jié)果和初始的速度和碰撞信息；濾波之后的數(shù)據(jù)進(jìn)入軌跡數(shù)據(jù)擬合器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)校正， 使得數(shù)據(jù)變得更為平滑、貼近于真實(shí)值；特征分析模塊得到擬合后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行長(zhǎng)短、旋轉(zhuǎn) 方向、高低速、落球位置、初末速度、飛行時(shí)間等信息；學(xué)習(xí)參數(shù)模塊通過(guò)以上得到的落球落 球位置、初末速度、飛行時(shí)間這三個(gè)量對(duì)KALMAN濾波器模塊的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；在實(shí)時(shí)接到 KALMAN濾波器模塊輸出的速度和位置方向之后通過(guò)單程判斷模塊判斷單程結(jié)束與否；濾 波數(shù)據(jù)直接輸入三維虛擬場(chǎng)景重現(xiàn)模塊可在現(xiàn)實(shí)屏上進(jìn)行重現(xiàn)；而其他的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)則由比 賽特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)和用戶交互模塊的消息傳遞，完成數(shù)據(jù)的修改。
本發(fā)明系統(tǒng)可以在乒乓球的訓(xùn)練和比賽中，實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)并加以濾波和記錄；具 有十分友好的人機(jī)交互界面，統(tǒng)計(jì)并且分析整個(gè)比賽過(guò)程雙方擊球的勝負(fù)情況，自動(dòng)完成 乒乓球球路特征的提取，并能夠方便裁判進(jìn)行回放，應(yīng)用于乒乓球比賽自動(dòng)裁判和電視轉(zhuǎn) 播；具有完善、有效、全面的賽后分析功能，能夠自動(dòng)提取并存儲(chǔ)比賽過(guò)程中的特征信息； 直觀得統(tǒng)計(jì)乒乓球員發(fā)球和贏球的球路特征，輔助教練員對(duì)一個(gè)球員的擊球習(xí)慣和弱點(diǎn)進(jìn) 行總結(jié)，對(duì)以后的訓(xùn)練具有參考價(jià)值，可應(yīng)用于乒乓球運(yùn)動(dòng)員日常訓(xùn)練和賽前集訓(xùn)中。
本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是通過(guò)實(shí)時(shí)的視覺(jué)采集，發(fā)展出一套具有友好和完善的信息提 取存儲(chǔ)和用戶交互支持。能夠很好的進(jìn)行軌跡記錄(包括濾波之后的位置、速度信息)，運(yùn) 動(dòng)員擊球特征信息(包括碰撞點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)信息、速度方向、速度大小信息、發(fā)球方法、贏球軌跡 等)提取。本發(fā)明具有十分現(xiàn)實(shí)的使用價(jià)值可以實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，應(yīng)用于乒乓球運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練，分析和存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)員打球特點(diǎn)和 劣勢(shì)，為教練員針對(duì)性得進(jìn)行集訓(xùn)提供了信息，有很好的參考作用。并可在乒乓球比賽中進(jìn) 行自動(dòng)裁判和重放，應(yīng)用于電視轉(zhuǎn)播。因此，本發(fā)明是一種非常實(shí)用、有效的高速乒乓球訓(xùn)練支持系統(tǒng)，具有很好的應(yīng)用 前景。


圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框2系統(tǒng)架構(gòu)流程3程序運(yùn)行界面4乒乓球運(yùn)動(dòng)受力分析圖，圖9A是乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡在X-Z平面的投影示意圖， 圖9B是乒乓球運(yùn)動(dòng)過(guò)程受力分析5乒乓球軌跡濾波效果圖，圖IOA是濾波前觀測(cè)值，圖IOB是濾波結(jié)果圖6三維虛擬場(chǎng)景仿真模塊工作示意7旋轉(zhuǎn)球判定及其信息提取圖8濾波參數(shù)獲取圖9濾波參數(shù)更新圖10容器存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明利用雙攝像機(jī)實(shí)時(shí)定位，實(shí)現(xiàn)乒乓球的軌跡生成 和球路分析；運(yùn)動(dòng)軌跡三維信息量的實(shí)時(shí)濾波和記錄；統(tǒng)計(jì)并且分析整個(gè)比賽過(guò)程雙方擊 球的勝負(fù)情況；自動(dòng)得完成乒乓球初步判斷，并在三維虛擬空間的場(chǎng)景重現(xiàn)；在自動(dòng)判斷 的基礎(chǔ)上進(jìn)行人機(jī)交互，是能夠輔助裁判員方便快捷得判定和記錄、教練員對(duì)各個(gè)球員訓(xùn) 練分析的方法與系統(tǒng)的實(shí)施方式。圖1給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，整個(gè)系統(tǒng)主要由兩個(gè)以上攝像機(jī)1、控制多攝像機(jī) 同步進(jìn)行采圖的同步裝置2，圖像數(shù)據(jù)采集傳輸裝置3、包含有視覺(jué)軟件運(yùn)行的系統(tǒng)環(huán)境5 的主控計(jì)算機(jī)4、以及外接顯示屏6構(gòu)成。所述視覺(jué)軟件運(yùn)行的系統(tǒng)環(huán)境5包含攝像機(jī)在不同操作系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)、攝相機(jī)視頻的采集軟件、視頻圖像處理軟件、多相機(jī)信息融合軟件、 濾波軟件等所有隱藏在視覺(jué)軟件用戶操作界面下的核心功能軟件合集，它是硬件系統(tǒng)與用 戶進(jìn)行交流的橋梁。視覺(jué)軟件運(yùn)行的系統(tǒng)環(huán)境與硬件系統(tǒng)組成了整個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)各個(gè)功能模 塊。攝像機(jī)1固定在乒乓球桌上空，使視野交叉覆蓋乒乓球運(yùn)動(dòng)的有效區(qū)域；同步裝置2產(chǎn) 生多路周期脈沖信號(hào)，通過(guò)控制線連接攝像機(jī)1，控制多攝像機(jī)進(jìn)行同步采圖；攝像機(jī)1通 過(guò)數(shù)據(jù)線與圖像數(shù)據(jù)采集卡相連；數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)主控機(jī)的PCI總線將采集到的數(shù)據(jù)傳送 到處理器進(jìn)行處理；處理結(jié)果輸出到主控機(jī)的外接顯示屏上進(jìn)行顯示。其中，圖像采集是由 攝像頭以60hz的速率拍照采下的圖像，經(jīng)過(guò)乒乓球目標(biāo)識(shí)別定位模塊，即由乒乓球在穩(wěn)定 光源下的HLS特征量識(shí)別在圖像的結(jié)果，通過(guò)攝像頭的內(nèi)參進(jìn)行三維還原進(jìn)行定位。圖2是系統(tǒng)的架構(gòu)流程圖。所述系統(tǒng)包括如下組成模塊圖像采 集和乒乓球目標(biāo) 識(shí)別定位模塊、KALMAN濾波器模塊、軌跡數(shù)據(jù)擬合器模塊、特征分析模塊、運(yùn)動(dòng)參數(shù)學(xué)習(xí)機(jī) 模塊、單程判斷模塊、三維虛擬場(chǎng)景重現(xiàn)模塊、比賽特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；用戶交互模塊；系統(tǒng)的架構(gòu)流程是數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)主控機(jī)的PCI總線將攝像機(jī)1采集到的數(shù)據(jù) 傳送到主控計(jì)算機(jī)4，經(jīng)過(guò)圖像采集和乒乓球目標(biāo)識(shí)別定位模塊目標(biāo)識(shí)別，空間定位。然后把實(shí)時(shí)生成的數(shù)據(jù)送入KALMAN濾波器模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波，經(jīng)過(guò)濾波之后的 數(shù)據(jù)可以有效得減小視覺(jué)采集中引入的噪聲，使數(shù)據(jù)更加可靠和平滑。特征分析模塊對(duì)乒 乓球的運(yùn)動(dòng)軌跡和當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(位置、速度和碰撞)進(jìn)行分析。單程判斷模塊進(jìn)行經(jīng)過(guò)單程判斷(即乒乓球是否被對(duì)方擊打)，當(dāng)單程繼續(xù)的情 況下，實(shí)時(shí)送入三維虛擬場(chǎng)景重現(xiàn)模塊進(jìn)行三維虛擬場(chǎng)景模擬重現(xiàn)；當(dāng)單程結(jié)束的情況下， 軌跡數(shù)據(jù)擬合器模塊用KALMAN擬合器進(jìn)行擬合，即為基于KALMAN濾波狀態(tài)方程的位置和 速度擬合，使得數(shù)據(jù)更加平滑，濾除識(shí)別和定位引入的噪聲，接近真實(shí)狀態(tài)。擬合軌跡的好處是能夠在原有的濾波基礎(chǔ)上進(jìn)一步得使數(shù)據(jù)變得可靠和平滑。濾 波精度依賴于模型參數(shù)的契合程度。而在實(shí)際中，這個(gè)參數(shù)往往是未知的，需要通過(guò)機(jī)器學(xué) 習(xí)得到。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)擬合，可以得到軌跡中需要處理的各個(gè)特征量。把軌跡提取參數(shù)送入運(yùn)動(dòng) 參數(shù)學(xué)習(xí)機(jī)模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)，即可在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)整個(gè)模型產(chǎn)生數(shù)據(jù)的偏差進(jìn)行有效的正。用戶交互模塊由用戶傳入的消息指令可實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和三維模擬界面進(jìn)行 干涉。比賽特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)模塊為基于STL的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)模塊，由用 戶傳入的消息指令控制和存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡特征的位置、速度信息；每條運(yùn)動(dòng)軌跡中提取出的 運(yùn)動(dòng)員擊球特征的碰撞點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)、速度方向、大小、發(fā)球方法和贏球軌跡相關(guān)信息。圖2是程序運(yùn)行界面圖。這里是系統(tǒng)和用戶交互的界面。界面大體可以分為7個(gè) 功能區(qū)域。區(qū)域“裁判員交互”是系統(tǒng)用戶通過(guò)軟件對(duì)比賽數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制的功能實(shí)現(xiàn)。 這里控制了視覺(jué)數(shù)據(jù)的傳入。區(qū)域“記分牌”是直觀顯示乒乓球比賽本局和歷史局比分的 界面；同時(shí)在這里通過(guò)得分判斷控件進(jìn)行得分球控制。區(qū)域“落點(diǎn)顯示”是出于對(duì)比賽的實(shí) 際需求的考慮，強(qiáng)化了對(duì)落點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)顯示功能。通過(guò)記分牌左邊的落點(diǎn)顯示控制框，即可逐 點(diǎn)或一次性的在三維顯示窗口中顯示統(tǒng)計(jì)的落點(diǎn)和分布。并在此為了更為直觀得觀測(cè)歷史 球路軌跡，軟件增添了乒乓球存儲(chǔ)軌跡和制勝球軌跡的回放功能，在三維顯示窗口中模擬 回放指定的球路軌跡。其中，“比賽初始設(shè)置”、“離線讀取控制”、“統(tǒng)計(jì)信息設(shè)定”、“歷史記 錄”作為輔助功能選項(xiàng)。區(qū)域“比賽初始設(shè)置”是對(duì)一個(gè)比賽進(jìn)行的初始化設(shè)置。這里可以設(shè)定比賽的模式、賽制和參賽者的情況。區(qū)域“離線讀取控制”是對(duì)原先存儲(chǔ)的比賽或者訓(xùn) 練數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的工具，實(shí)現(xiàn)了脫離視覺(jué)系統(tǒng)的離線分析和模擬回放?？梢酝ㄟ^(guò)文件讀入 進(jìn)行模擬回放和分析；并可通過(guò)寫如文件存儲(chǔ)把當(dāng)前的比賽或訓(xùn)練原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)。區(qū) 域“統(tǒng)計(jì)信息設(shè)定”對(duì)球員的球路進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量分析提供了交互接口。在這里用戶可分別對(duì) 比賽(訓(xùn)練)的球員雙方進(jìn)行落點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)、速度和方向的統(tǒng)計(jì)分析。并且在“統(tǒng)計(jì)信息顯示” 區(qū)域顯示指定統(tǒng)計(jì)量，具體分布情況對(duì)標(biāo)量統(tǒng)計(jì)用二維平面圖擬合出來(lái)；對(duì)失量采用三維 立體圖直觀顯示。區(qū)域“歷史記錄”是對(duì)當(dāng)前的操作和視覺(jué)輸入記錄的實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)交 互界面，系統(tǒng)可以有效、全面得進(jìn)行比賽的數(shù)據(jù)分析。對(duì)教練的分析和球員的改進(jìn)都有很強(qiáng) 的現(xiàn)實(shí)意義。落點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)，和制勝球的統(tǒng)計(jì)回放，可以有效，方便快捷得得到一個(gè)球員的擊 球習(xí)慣和弱點(diǎn)。
圖3是乒乓球運(yùn)動(dòng)受力分析圖。其中圖3A是乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡在運(yùn)動(dòng)方向鉛直平 面的投影示意圖，圖3B是乒乓球運(yùn)動(dòng)過(guò)程受力分析圖。在這里，先假定乒乓球運(yùn)動(dòng)無(wú)旋轉(zhuǎn)。 具體的旋轉(zhuǎn)分析在后面會(huì)具體說(shuō)明。在這里運(yùn)動(dòng)在3個(gè)方向上獨(dú)立用，而且空氣摩擦力與 乒乓球速度呈正比，下面為簡(jiǎn)化起見(jiàn)以X，ζ軸為例進(jìn)行說(shuō)明。y軸和χ軸相同。受力分析<formula>formula see original document page 9</formula>加速度
<formula>formula see original document page 9</formula>
記得到運(yùn)動(dòng)學(xué)方程<formula>formula see original document page 9</formula>令<formula>formula see original document page 9</formula>
最終得到
<formula>formula see original document page 9</formula><formula>formula see original document page 10</formula>下面是連續(xù)模型中的碰撞模型
ScolAtCOl^ )=桌面高 + 乒乓球半徑=Sz (0) + V2 (T)dT由上式經(jīng)過(guò)迭代得到碰撞時(shí)間tCQl z<formula>formula see original document page 10</formula>連續(xù)飛行模型經(jīng)過(guò)離散化可得Xi+1 = AXi+BUj+WiYi = HX^vi 其中，狀態(tài)量包括位置ρ和速度V，系統(tǒng)誤差W，觀測(cè)誤差為V。在這里，狀態(tài)方程參數(shù)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程參數(shù)可以進(jìn)行互相轉(zhuǎn)化，保持模型統(tǒng)一。圖4是乒乓球軌跡濾波效果圖，圖4A是濾波前觀測(cè)值，圖4B是濾波結(jié)果。動(dòng)力學(xué) 方程的離散化模型顯示了系統(tǒng)狀態(tài)量(位置、速度)隨采圖周期推移的過(guò)程。用KALMAN濾 波器對(duì)乒乓球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波。如圖可見(jiàn)，濾波前觀測(cè)值，存在一定的觀測(cè)誤差，濾 波后的乒乓球軌跡，經(jīng)過(guò)基于上面的模型方程所建立的KALMAN濾波器有效地對(duì)乒乓球運(yùn) 動(dòng)過(guò)程進(jìn)行的修正，能夠有效得使數(shù)據(jù)變得可靠和平滑。圖5是三維虛擬場(chǎng)景仿真模塊工作示意圖。這個(gè)模塊能夠?qū)崟r(shí)和離線顯示乒乓球 運(yùn)動(dòng)的位置和落點(diǎn)分析結(jié)果。在攝像頭采集圖像并進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和空間定位之后，便可通 過(guò)udp協(xié)議傳送到三維仿真虛擬場(chǎng)景模塊中。在模擬的乒乓球場(chǎng)空間中把乒乓球當(dāng)前的位 置顯示出來(lái)。可以重構(gòu)乒乓球比賽三維場(chǎng)景，包括房間、地板、球桌等，并且可以指定顯示乒 乓球位置，可根據(jù)用戶首條輸入命令實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)觀看視角和遠(yuǎn)近、自動(dòng)轉(zhuǎn)角及球路平面跟 蹤，全屏等功能。為用戶的數(shù)據(jù)分析提供了十分友好的顯示界面。圖5A是一段實(shí)時(shí)跟蹤乒 乓球軌跡的效果圖；圖5B是一局比賽的落點(diǎn)分布示意。均采自虛擬場(chǎng)景的效果圖。圖6是旋轉(zhuǎn)球判定及其信息提取。在圖6A到6D的分圖中，顯示了乒乓球旋轉(zhuǎn)的 受力分析。在流體(本例中為空氣)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體，將承受流體給予的與運(yùn)動(dòng)方向相 垂直的力。即為馬格努斯力，這個(gè)力使得球產(chǎn)生漂移。若擊球的合力不通過(guò)球心，則球在產(chǎn)生向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這在乒乓球運(yùn)動(dòng)中式非常常見(jiàn)的。對(duì)旋轉(zhuǎn)的分析在 訓(xùn)練中至關(guān)重要。因此，要對(duì)旋轉(zhuǎn)信息做到定性和定量的分析。圖6A為到6D分別為上旋 球、下旋球、左旋球和右旋球?？梢钥吹杰壽E的路徑和無(wú)旋轉(zhuǎn)時(shí)的差別。這樣就可以通過(guò)連 續(xù)模型的運(yùn)動(dòng)方程式，在軌跡初期的預(yù)測(cè)和實(shí)際采集軌跡之后的位置偏差失量大小來(lái)判定 旋轉(zhuǎn)球信息，進(jìn)而得到乒乓球每條軌跡運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)失量。圖7是濾波參數(shù)獲取的三維示意圖。首先，對(duì)軌跡進(jìn)行KALMAN擬合。這里能夠通 過(guò)軌跡擬合，減小參數(shù)原始數(shù)據(jù)的噪聲，尤其是速度信息量的誤差；參數(shù)獲取方法根據(jù)乒 乓球無(wú)碰撞飛行的離散模型，截取一條軌跡中的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間點(diǎn)的乒乓球飛行狀態(tài)， 和碰撞時(shí)刻的飛行狀態(tài)(碰撞前一周期)。得到這兩個(gè)狀態(tài)和周期數(shù)，轉(zhuǎn)化為連續(xù)模型，用 下式
Sxy^)= [Vxy^dz = ^f {\-ekl)[。+(▲_ 星)
Sz(t)=lvz(r)dr^ 20 m^ k (l-g_fa)-(念一務(wù)>反算的結(jié)果求得參數(shù)g和k，并通過(guò)離散模型和連續(xù)模型的統(tǒng)一換算關(guān)系，便可接 觸參數(shù)解析解。圖8為濾波參數(shù)更新的黑箱模型。在這里建立了一個(gè)基于rbf (徑向基函數(shù))網(wǎng) 絡(luò)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)學(xué)習(xí)機(jī)，數(shù)據(jù)分析是對(duì)初始狀態(tài)(預(yù)測(cè)點(diǎn))的切向速度和仰角作為輸入，每條 軌跡獲取的參數(shù)作為輸出作為訓(xùn)練樣本，建立了一個(gè)黑箱模型，通過(guò)學(xué)習(xí)得到盡可能精準(zhǔn) 的參數(shù)模型。在這里模型使用LR-OLS(Local regularisation)學(xué)習(xí)型徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)作 為參數(shù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)算法，并結(jié)合D-Optimality算法來(lái)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，建立能夠高效并 準(zhǔn)確學(xué)習(xí)參數(shù)模型的機(jī)器學(xué)習(xí)方式；對(duì)相關(guān)影響因素的耦合進(jìn)行關(guān)聯(lián)建模；通過(guò)適當(dāng)犧牲 樣本訓(xùn)練的模型誤差，使模型的泛化能力達(dá)到最高；并在乒乓球軌跡數(shù)據(jù)積累的過(guò)程中不 斷更新學(xué)習(xí)。圖9所示為容器存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。比賽數(shù)據(jù)處理的重點(diǎn)是在有效得處理各個(gè)層次的數(shù)據(jù) 時(shí)，能夠通過(guò)用戶交互模塊，方便快捷得進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)用和修正；難點(diǎn)是在攝像機(jī)實(shí)時(shí)采圖 并定位的過(guò)程中，能夠模塊化得正確處理視覺(jué)輸入數(shù)據(jù)和用戶發(fā)送消息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一 系列的判斷和分析。因此，在這里封裝的命名為GameAnalyze的類里面，這個(gè)類主要封裝了 比賽中對(duì)于實(shí)時(shí)輸入的數(shù)據(jù)、用戶發(fā)送的消息進(jìn)行處理的函數(shù)，并定義了比賽所有信息量 的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上考慮，是以四個(gè)容器實(shí)時(shí)輸入的當(dāng)前單程、當(dāng)前賽點(diǎn)、當(dāng)前局和 當(dāng)前比賽主要構(gòu)成，并且分別封裝了四個(gè)容器中數(shù)據(jù)處理的相關(guān)函數(shù)。能夠用戶發(fā)送“得 分”、“無(wú)效球”、“本局結(jié)束”和“比賽結(jié)束”消息的時(shí)候激活相關(guān)代碼，把底層容器的數(shù)據(jù)和 該數(shù)據(jù)提取的有效信息轉(zhuǎn)入高一層容器里。借此對(duì)乒乓球比賽中整個(gè)賽程的信息量有了 一 個(gè)全面有效的管理，對(duì)乒乓球比賽中裁判所要回放的落點(diǎn)位置、旋轉(zhuǎn)分析結(jié)果等軌跡數(shù)據(jù) 有一個(gè)合理的存儲(chǔ)。并在用戶交互模塊中的“落點(diǎn)顯示”區(qū)域，通過(guò)控制一個(gè)指針來(lái)指向當(dāng) 前的數(shù)據(jù)模塊，可逐點(diǎn)或一次性的在三維顯示窗口中顯示歷史記錄，實(shí)現(xiàn)落點(diǎn)和軌跡的重 現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)主要由兩個(gè)以上攝像機(jī)、控制多攝像機(jī)同步進(jìn)行采圖的同步裝置，圖像數(shù)據(jù)采集傳輸裝置、包含有視覺(jué)軟件運(yùn)行的系統(tǒng)環(huán)境的主控計(jì)算機(jī)、外接顯示屏組成；攝像機(jī)固定在乒乓球桌上空，視野交叉覆蓋乒乓球運(yùn)動(dòng)的有效區(qū)域，進(jìn)行圖像采集，同步裝置產(chǎn)生多路周期脈沖信號(hào)，通過(guò)控制線連接攝像機(jī)，控制多攝像機(jī)進(jìn)行同步采圖；攝像機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與圖像數(shù)據(jù)采集卡相連；數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)主控機(jī)的總線，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到圖像數(shù)據(jù)采集傳輸裝置的處理器進(jìn)行處理；處理結(jié)果輸出到主控機(jī)的外接顯示屏上進(jìn)行顯示；其特征在于，系統(tǒng)包括如下組成模塊圖像采集和乒乓球目標(biāo)識(shí)別定位模塊、KALMAN濾波器模塊、軌跡數(shù)據(jù)擬合器模塊、特征分析模塊、運(yùn)動(dòng)參數(shù)學(xué)習(xí)機(jī)模塊、單程判斷模塊、三維虛擬場(chǎng)景重現(xiàn)模塊、比賽特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；用戶交互模塊；所述系統(tǒng)架構(gòu)流程是主控機(jī)上圖像采集和乒乓球目標(biāo)識(shí)別定位模塊，經(jīng)過(guò)目標(biāo)識(shí)別，空間定位，把實(shí)時(shí)生成的數(shù)據(jù)送入KALMAN濾波器模塊進(jìn)行濾波；特征分析模塊對(duì)乒乓球的運(yùn)動(dòng)軌跡和當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息進(jìn)行分析；單程判斷模塊進(jìn)行判斷，當(dāng)單程繼續(xù)的情況下，實(shí)時(shí)送入三維虛擬場(chǎng)景模擬重現(xiàn)模塊模擬重現(xiàn)三維虛擬場(chǎng)景；當(dāng)單程結(jié)束的情況下，軌跡數(shù)據(jù)擬合器模塊用KALMAN擬合器進(jìn)行擬合，并生成運(yùn)動(dòng)軌跡特征，生成的運(yùn)動(dòng)軌跡特征送人記錄比賽特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊記錄；用戶交互模塊由用戶傳入的消息指令實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和三維模擬界面進(jìn)行干涉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)模塊為基于STL的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)模塊，控制和存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡特征的位置、速度 信息；每條軌跡中提取出的運(yùn)動(dòng)員擊球特征的碰撞點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)、速度方向、大小、發(fā)球方和贏球 軌跡的相關(guān)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)，其特征在于所述的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)模塊主要是以當(dāng)前單程的軌跡信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、當(dāng)前賽點(diǎn)的得分球信息數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)、當(dāng)前局的本局信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和當(dāng)前比賽的比賽信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)四個(gè)容器構(gòu)成，并且分別 封裝了四個(gè)容器中數(shù)據(jù)處理的相關(guān)函數(shù)；通過(guò)用戶發(fā)送指令消息的時(shí)候激活相關(guān)代碼，把 底層容器的數(shù)據(jù)和該數(shù)據(jù)提取的有效信息轉(zhuǎn)入高一層容器里，對(duì)乒乓球比賽中整個(gè)賽程的 信息量管理，同時(shí)對(duì)乒乓球比賽中裁判所要回放的落點(diǎn)位置、旋轉(zhuǎn)分析結(jié)果軌跡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)； 在用戶交互模塊中的落點(diǎn)顯示區(qū)域，通過(guò)控制指針指向當(dāng)前的數(shù)據(jù)模塊，逐點(diǎn)或一次性的 在三維顯示窗口中顯示歷史記錄，實(shí)現(xiàn)落點(diǎn)和軌跡的重現(xiàn)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)的運(yùn)行方法，步驟 如下(1)、搭建兩個(gè)攝像機(jī)，圖像數(shù)據(jù)采集傳輸裝置，主控計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)設(shè)備，標(biāo)定各攝像機(jī) 內(nèi)外參數(shù)；(2)、離線學(xué)習(xí)和確定乒乓球運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)，并在線修正；(3)、系統(tǒng)運(yùn)行，采集乒乓球運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的KALMAN濾波器、軌跡數(shù)據(jù)擬合器進(jìn)行濾波和擬合；(4)、濾波后的數(shù)據(jù)在線將軌跡進(jìn)行分離，統(tǒng)計(jì)單程軌跡關(guān)鍵性信息，更新參數(shù)；(5)、根據(jù)用戶交互指令統(tǒng)計(jì)相關(guān)信息，修改或存貯數(shù)據(jù)；(6)將處理結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸入三維虛擬場(chǎng)景重現(xiàn)模塊，在外接的顯示屏中實(shí)時(shí)播放或 按交互頁(yè)面指定回放；并同時(shí)在交互頁(yè)面中顯示處理結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要4所述的乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于 所述的統(tǒng)計(jì)單程軌跡關(guān)鍵性信息，更新參數(shù)方法如下a)通過(guò)乒乓球的受力分析得到運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，生成狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和觀測(cè)矩陣，得到其運(yùn) 動(dòng)方程，用于在線實(shí)時(shí)濾波和半實(shí)時(shí)擬合；b)建立學(xué)習(xí)機(jī)，參數(shù)黑箱模型，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和觀測(cè)矩陣的各個(gè)參數(shù)模型獲??；c)擬合數(shù)據(jù)獲取單程軌跡關(guān)鍵性信息；d)對(duì)擬合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索截取，通過(guò)連續(xù)模型反推參數(shù)，并和離散模型相關(guān)濾波參 數(shù)統(tǒng)一；e)對(duì)參數(shù)模型進(jìn)行在線的學(xué)習(xí)更新。
6.根據(jù)權(quán)利要4所述的乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于 所述的獲取單程軌跡關(guān)鍵性信息方法1)速度信息統(tǒng)一由實(shí)時(shí)輸入軌跡經(jīng)過(guò)擊球方四分之一場(chǎng)時(shí)的濾波速度為基準(zhǔn)存儲(chǔ)；2)落點(diǎn)信息統(tǒng)一由實(shí)時(shí)輸入軌跡到達(dá)擊球?qū)Ψ桨雸?chǎng)時(shí)的第一個(gè)有效落點(diǎn)為基準(zhǔn)存儲(chǔ)；3)基于旋轉(zhuǎn)模型計(jì)算旋轉(zhuǎn)信息，記錄旋轉(zhuǎn)矢量；4)判斷發(fā)球方和失效球，簡(jiǎn)化裁判操作。
全文摘要
一種乒乓球比賽視覺(jué)支持和比賽分析系統(tǒng)，系統(tǒng)包括如下組成模塊圖像采集和乒乓球目標(biāo)識(shí)別定位模塊、KALMAN濾波器模塊、軌跡數(shù)據(jù)擬合器模塊、特征分析模塊、運(yùn)動(dòng)參數(shù)學(xué)習(xí)機(jī)模塊、單程判斷模塊、三維虛擬場(chǎng)景重現(xiàn)模塊、比賽特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；用戶交互模塊；本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)的視覺(jué)采集，發(fā)展出一套具有友好和完善的信息提取存儲(chǔ)和用戶交互支持，能夠很好的進(jìn)行軌跡記錄，運(yùn)動(dòng)員擊球特征信息提取，該系統(tǒng)可以在乒乓球的訓(xùn)練和比賽中，實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)并加以濾波和記錄；自動(dòng)完成乒乓球球路特征的提取，并能夠方便裁判進(jìn)行回放，應(yīng)用于乒乓球比賽自動(dòng)裁判和電視轉(zhuǎn)播；具有完善、有效、全面的賽后分析功能，能夠自動(dòng)提取并存儲(chǔ)比賽過(guò)程中的特征信息；直觀得統(tǒng)計(jì)并顯示乒乓球員發(fā)球和贏球的球路特征。
文檔編號(hào)G03B39/00GK101833232SQ201010152129
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者熊蓉, 章逸豐, 褚健, 賈芳 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)