專利名稱：競賽實(shí)時(shí)圖像計(jì)時(shí)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種竟技比賽計(jì)時(shí)裝置，特別是一種竟賽實(shí)時(shí)圖像
計(jì)時(shí)裝置。
背景技術(shù)：
隨著竟技體育運(yùn)動的發(fā)展，以往的簡單安排和手動計(jì)時(shí)已經(jīng)無法滿 足一個(gè)趨向電子與信息化發(fā)展的現(xiàn)代運(yùn)動會的要求。在竟速項(xiàng)目中高水 平選手之間的差距可能是幾毫秒，因此手動計(jì)時(shí)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代高水 平竟技的要求。在我國體育部發(fā)表的徑賽比賽規(guī)則明確表示在國內(nèi)一、 二、三類比賽，均應(yīng)使用全自動電子計(jì)時(shí)裝置。
絕大部分現(xiàn)有的電子計(jì)時(shí)裝置都需要對場地進(jìn)行一定改造，或者對 場地有一定要求，例如，數(shù)據(jù)線與電源線的鋪設(shè)。在不滿足條件的情況 下，如在非專業(yè)場地內(nèi)鋪設(shè)明線，不僅造成場地破壞，還帶來一些安全 隱患。因此，用于現(xiàn)代運(yùn)動會的電子計(jì)時(shí)裝置應(yīng)該具有高度集成化且易 于鋪設(shè)的特點(diǎn)。
基于圖像的電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)集成化程度很高，專利CN200320111813. 5 體育比賽彩色電動計(jì)時(shí)系統(tǒng)中的彩色圖像采集裝置，利用彩色圖像實(shí)現(xiàn) 電動計(jì)時(shí)，降低終點(diǎn)處的鋪設(shè)難度，其發(fā)令計(jì)時(shí)裝置采用有線傳輸技術(shù)，
無法避免場內(nèi)明線鋪設(shè)。在非專業(yè)場地上鋪設(shè)信號線可能對比賽有干擾， 而且場地內(nèi)的明線也是不安全因素。此外，對采集到的沖刺圖像，該系 統(tǒng)需要由裁判員通過鼠標(biāo)移動判讀游標(biāo)線來讀出每個(gè)運(yùn)動員的成績，花 費(fèi)時(shí)間，同時(shí)存在人為因素的干擾。
隨著現(xiàn)代運(yùn)動會賽事的管理日益復(fù)雜，先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)和信息管理技術(shù)被引入到運(yùn)動會信息管理中。但是，目前開發(fā)的這類管理系統(tǒng)主 要針對大型、綜合型運(yùn)動會，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜龐大，硬件架構(gòu)昂貴，不適 用于中小型運(yùn)動會的管理。中小型運(yùn)動會可能有部分特色的項(xiàng)目，需要 針對這種項(xiàng)目進(jìn)行特殊的設(shè)置， 一般這類系統(tǒng)均未提供這樣的功能設(shè)置。 此外， 一般的運(yùn)動會管理系統(tǒng)與電子計(jì)時(shí)系統(tǒng)兼容性較差，導(dǎo)致運(yùn)動會 信息流通的脫節(jié)，增加運(yùn)動會工作人員的負(fù)擔(dān)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種通過圖像處理和識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動 判讀比賽成績的竟賽實(shí)時(shí)圖像計(jì)時(shí)裝置，以克服上述的不足。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型由發(fā)令槍、無線發(fā)令信號檢測發(fā)射
裝置與無線發(fā)令信號接收裝置、計(jì)算機(jī)、圖像采集卡和高速線陣CCD攝 像機(jī)組成，其特點(diǎn)是無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置放置在發(fā)令槍附近， 無線發(fā)令信號接收裝置與計(jì)算機(jī)相連，無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置與無 線發(fā)令信號接收裝置同步獲取發(fā)令信號，高速線陣CCD攝像機(jī)通過圖像 采集卡與計(jì)算機(jī)相連接。
上述無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置由聲音檢測模塊、上位單片機(jī)、下 位單片機(jī)、無線數(shù)字信號傳輸模塊以及上位單片機(jī)與計(jì)算機(jī)USB接口模 塊構(gòu)成，其中聲音檢測模塊由駐極體傳聲器MK1、濾波電路、信號放大電 路和比較電路組成，當(dāng)感應(yīng)到發(fā)令槍聲信號，駐極體傳聲器MK1產(chǎn)生一 個(gè)微弱的電信號，該信號通過濾波電容Cl,濾波后的信號經(jīng)由集成運(yùn)算 放大器LM1和電阻R2、 R3、 R4、 R5構(gòu)成的信號放大電路進(jìn)行放大，聲音 放大信號再與分壓電阻R6、 R7產(chǎn)生的閥值信號經(jīng)電壓比較器LM2比較， 產(chǎn)生脈沖信號，即為檢測到的聲音信號。
本實(shí)用新型只需在發(fā)令槍附近放置無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置，在計(jì)算機(jī)附近安裝接收裝置，就可通過無線傳輸技術(shù)傳送計(jì)時(shí)開始信號。 這兩個(gè)子裝置通過干電池供電，安裝簡便，無需布線。在終點(diǎn)處，則通
過高速線陣CCD攝像機(jī)拍攝沖刺畫面，將拍攝圖片上傳至計(jì)算機(jī)，經(jīng)過
圖像處理與識別后自動判別運(yùn)動員的過線位置，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的終
點(diǎn)時(shí)刻，計(jì)時(shí)精度可以高達(dá)到1/1000秒，滿足國際比賽的精度要求。由 于采用自動判讀方法，排除了人為主觀因素的影響，保證比賽的公正性。
綜上所述，本實(shí)用新型具有以下功能無線發(fā)令信號檢測與收發(fā)， 拍攝控制、計(jì)時(shí)與自動成績判讀以及信息管理。無線發(fā)令信號檢測發(fā)射 與接收裝置的使用簡化了系統(tǒng)安裝，降低系統(tǒng)成本，同時(shí)還提高了發(fā)令 信號的抗干擾性，減少了現(xiàn)場布線的難度；圖像計(jì)時(shí)子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)人 體沖線定位，使得成績判讀不受操作人員主觀因素和拍攝圖像質(zhì)量的影 響，幫助裁判得出準(zhǔn)確的成績信息；信息管理系統(tǒng)不僅與運(yùn)動會全自動 圖像計(jì)時(shí)子系統(tǒng)相兼容，為其提供賽事信息、自動處理其計(jì)時(shí)成績，還 能對整個(gè)運(yùn)動會提供管理支持，把運(yùn)動會組織者從繁雜的工作中解脫出 來，操作簡單，提高管理效率。
此外，本實(shí)用新型的無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置與無線發(fā)令信號檢 測接收裝置、圖像計(jì)時(shí)子系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)功能模塊化。其中，檢測發(fā)射與 接收子裝置，亦可用于其他計(jì)時(shí)系統(tǒng)，通過USB接口即可連接使用，得 到可靠的發(fā)令信號；自動判讀單元亦可應(yīng)用于其他采用高速CCD攝像機(jī) 的計(jì)時(shí)系統(tǒng)；信息管理系統(tǒng)也可單獨(dú)使用對運(yùn)動會提供有效的管理。


圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。
圖2為本實(shí)用新型無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置中聲音檢測電路圖。 圖3為本實(shí)用新型無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置中下位單片機(jī)與無線數(shù)字信號傳輸;溪塊接口電路圖。
圖4為本實(shí)用新型無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置中上位單片機(jī)與計(jì)算 機(jī)USB接口電^各圖。
圖5為本實(shí)用新型終點(diǎn)沖刺圖像拍攝流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述，但該實(shí)施例不 應(yīng)理解為對本實(shí)用新型的限制。
本實(shí)用新型包括發(fā)令槍1、無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置2與接收裝置 3、計(jì)算機(jī)4、圖像釆集卡6和高速線陣CCD攝像機(jī)7和計(jì)算機(jī)4內(nèi)的計(jì) 算機(jī)軟件5，計(jì)算機(jī)軟件5主要包含拍攝控制單元、自動判讀單元和信息 管理單元(圖1 )，拍攝控制單元對圖像釆集卡6和高速線陣CCD攝像機(jī) 7進(jìn)行控制，通過設(shè)置拍攝狀態(tài)采集終點(diǎn)沖刺圖像，自動判讀單元對采集 到的終點(diǎn)沖刺圖像進(jìn)行邊緣檢測、投影、目標(biāo)提取和形態(tài)學(xué)處理，得到 運(yùn)動員胸部的過線位置，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為比賽成績。最后，信息管理單元將 成績自動錄入數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)排序、發(fā)布出來。
本實(shí)用新型無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置2與接收裝置3的工作原理 是發(fā)令槍1響，聲音檢測模塊接收到聲音信號后，由無線發(fā)射模塊發(fā) 出起始計(jì)時(shí)信號，當(dāng)無線發(fā)令信號檢測接收裝置3收到該信號時(shí)，計(jì)算 機(jī)4啟動計(jì)時(shí)。因?yàn)椴捎昧藷o線收發(fā)技術(shù)，故無須鋪設(shè)繁雜的同步線， 使用方便。無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置與接收裝置由聲音檢測模塊、上 位單片機(jī)、下位單片機(jī)、無線數(shù)字信號傳輸模塊以及上位單片機(jī)與計(jì)算 機(jī)USB接口模塊組成。其中
A、聲音檢測才莫塊由駐極體傳聲器MK1、濾波電路、信號放大電路和 比較電路組成。信號放大電路由集成運(yùn)算放大器LM1和電阻R2、 R3、 R4、R5組成(圖2)。駐極體傳聲器MK1感應(yīng)到發(fā)令槍聲音后，產(chǎn)生弱小電信 號，該信號通過濾波電容C1，濾除非聲音頻段的干擾，濾波后的信號經(jīng) 由集成運(yùn)算》文大器LM1和電阻R2、 R3、 R4、 R5構(gòu)成的信號放大電路進(jìn)行 放大。其中，滑動電阻R5可以調(diào)節(jié)信號放大倍數(shù)，改變感應(yīng)聲音信號的 靈敏度。電阻R6、 R7分壓后產(chǎn)生一個(gè)閥值信號，輸入到比較器負(fù)端，該 信號與聲音放大信號經(jīng)電壓比較器LM2比較，產(chǎn)生脈沖信號。電壓比較 器LM2的輸出接單片機(jī)的I/O 口。
B、 下位單片機(jī)與無線數(shù)字信號傳輸模塊接口電路 在接口電路中，采用體積小、功耗低的單片機(jī)作為前端信號采集核心
部件，設(shè)置I/O端口為SPI工作方式(圖3)。無線數(shù)字信號傳輸模塊采 用無線信號傳輸技術(shù)，避免運(yùn)動場地內(nèi)鋪設(shè)信號傳輸線，可省去復(fù)雜的 布線和接線工作，大大降低準(zhǔn)備工作的時(shí)間和強(qiáng)度，而且方便了設(shè)備的 運(yùn)輸及保管。下位單片機(jī)通過P1、 P3 口與無線數(shù)字信號傳輸模塊相連， 接收方與發(fā)送方的單片機(jī)接口電路類似。
C、 上位單片才幾與計(jì)算機(jī)USB接口電路
為了筒化外圍電路的供電方式，上位單片機(jī)采用USB總線與計(jì)算機(jī)進(jìn) 行通信。單片機(jī)通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給USB 口，該口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB 協(xié)議，并發(fā)送給計(jì)算機(jī)；USB接口接收到計(jì)算機(jī)發(fā)來的^:據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為 串口格式發(fā)送給單片機(jī)(圖4 )。本實(shí)施例中采用了 3線制串口通信方式。 安裝USB模塊的驅(qū)動程序?qū)⑹褂?jì)算機(jī)新增一個(gè)虛擬串行口 (例如，COM3 )， 對該虛擬口的操作即完成了對USB 口的操作，編程操:作類似計(jì)算機(jī)上的 串口編程。
本實(shí)用新型的圖像計(jì)時(shí)子系統(tǒng)由圖像采集卡和高速線陣CCD攝像機(jī)、 拍攝控制單元與自動判讀單元組成，應(yīng)用圖像處理與模式識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了拍攝控制、計(jì)時(shí)與自動判讀功能。拍攝控制單元配置圖像采集卡6
的工作模式，從而實(shí)現(xiàn)對高速線陣CCD攝像機(jī)7的設(shè)置與控制，具體拍 攝流程如圖5所示。獲取運(yùn)動會終點(diǎn)沖刺圖像后，由自動判讀單元讀入
該圖像，進(jìn)行人體定位，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為比賽成績，并保存帶判讀成績的沖
刺圖像。
本實(shí)用新型自動判讀單元的判讀方法主要包括人體粗定位和軀干
精定位兩個(gè)步驟。人體粗定位流程具體步驟如下
(1) 運(yùn)用邊緣;險(xiǎn)測算子，對運(yùn)動會終點(diǎn)沖刺圖像進(jìn)行處理，將人體圖 像的邊緣信息檢測出來，得出邊緣檢測圖。
(2) 采用合適的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行膨脹處理，使邊緣;險(xiǎn)測圖中的人體圖像
形成一個(gè)連通的區(qū)域。
(3) 設(shè)置循環(huán)標(biāo)志位，對邊緣檢測圖的膨脹結(jié)果圖進(jìn)行垂直投影和水 平投影以確定人體圖像在垂直方向和水平方向上的位置并記錄，實(shí)現(xiàn)人
體粗定位。
根據(jù)粗定位信息，將大致的人體目標(biāo)從原圖中提取出來。接著對提 取出的人體粗定位圖進(jìn)一步進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)人體軀干精定位。人體軀干 精定位具體步驟如下
(1) 對人體粗定位圖進(jìn)行二值化處理，將人體圖像部分與非人體圖像 部分有效地分開。
(2) 進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開運(yùn)算，去除噪聲點(diǎn)。
(3) 進(jìn)行垂直投影，計(jì)算投影均值，獲取閾值。高于此閾值的部分認(rèn) 為是人體軀干，判定人體軀干的起始位置并記錄。
(4) 根據(jù)(3)所記錄的軀干位置信息，將大致的人體軀干從開運(yùn)算圖中 提取出來，得到軀干粗定位圖。(5) 構(gòu)造模板，計(jì)算軀千粗定位圖中代表人體圖像的白色像素點(diǎn)數(shù)， 以軀干粗定位圖的寬度為模板寬，以白色像素點(diǎn)數(shù)除以模板寬所獲得的
值作為模板高。
(6) 以(5)中所構(gòu)造的模板在人體軀干粗定位圖中自上而下進(jìn)行滑 動，尋找人體軀干粗定位圖中模板區(qū)域大小內(nèi)白色像素點(diǎn)數(shù)目最多的區(qū) 域，并記錄此時(shí)模板在人體軀干粗定位圖中的位置信息；
(7) 根據(jù)(6)中記錄的位置信息提取出人體軀干粗定位圖中的相應(yīng)區(qū) 域，初步得出人體軀干精定位(8) 對(7)中所得到的區(qū)域再次進(jìn)行垂直投影，最終實(shí)現(xiàn)人體軀干精 定位，記錄此位置，并在拍攝圖像中畫出相應(yīng)的成績判別線。
此外，當(dāng)拍攝圖像中出現(xiàn)人體粘連嚴(yán)重的情況時(shí)，自動判別會出現(xiàn)較 大的誤差。因此系統(tǒng)具有手動調(diào)整程序，允許裁判對成績判讀線進(jìn)行手 動調(diào)整，從而保^E成績的準(zhǔn)確性。
時(shí)還為運(yùn)動會提供信息管理服務(wù)。自行開發(fā)軟件編寫前臺程序，DA0為數(shù) 據(jù)庫接口，對ACCESSES數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。在拍攝子程序中，通過自動判 讀或者手動判定得到運(yùn)動員成績后，選擇當(dāng)前運(yùn)動員的跑道號，就可實(shí) 現(xiàn)將成績保存至相應(yīng)的運(yùn)動員記錄中，在比賽完成后可以實(shí)現(xiàn)自動排名。 與圖像計(jì)時(shí)子系統(tǒng)相兼容的信息管理單元可以設(shè)置參賽單位、組別、參 賽項(xiàng)目、組織安排、積分、獎(jiǎng)勵(lì)，給予賽事安排者很大的自由度。而且， 系統(tǒng)可以適用于多種不同類型的運(yùn)動會。對于特殊的比賽項(xiàng)目，如非正 式比賽項(xiàng)目，如踢毽子，自行車慢騎等可以設(shè)定其相應(yīng)的規(guī)則，系統(tǒng)支 持自定義比賽項(xiàng)目，與成績記錄。
本實(shí)用新型相應(yīng)的信息管理是通過DA0接口與SQL語言操作數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)的，不僅可以自由設(shè)定運(yùn)動項(xiàng)目、運(yùn)動規(guī)則和比賽中的多種信息，
還可通過Excel接口制作空白報(bào)名表，分發(fā)給各個(gè)團(tuán)體，由各個(gè)團(tuán)體組
織自行錄入運(yùn)動員信息。將各個(gè)團(tuán)體的報(bào)名表收齊后通過Excel接口自
動讀入數(shù)據(jù)信息。如果其中信息填寫錯(cuò)誤或者與規(guī)則相違背，例如報(bào)名
項(xiàng)超出設(shè)定值，系統(tǒng)將給出提示并要求改正。在比賽安排與運(yùn)動員編排
上都有相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，并將結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫中。比賽安排可以設(shè)置比
賽場次、時(shí)間和組別。運(yùn)動員編排具有手動和自動兩種選擇。自動編排
采用對運(yùn)動員隨機(jī)分配的方式，即通過產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)進(jìn)行分配，多次隨機(jī)
數(shù)保證在同 一小組中盡量避免同 一單位相遇。在編排中還有賽中編排，
如預(yù)賽進(jìn)半決賽和決賽編排等。這類編排釆用成績優(yōu)先編排，即成績靠
前的進(jìn)入下一輪。每場比賽后都將自動產(chǎn)生名次表，通過名次決定下一
輪名單。同時(shí)，信息管理單元也設(shè)定了手動修改的功能。
本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)
有技術(shù)。
權(quán)利要求1、一種競賽實(shí)時(shí)圖像計(jì)時(shí)裝置，由發(fā)令槍、無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置與無線發(fā)令信號接收裝置、計(jì)算機(jī)、圖像采集卡和高速線陣CCD攝像機(jī)組成，其特征在于無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置放置在發(fā)令槍附近，無線發(fā)令信號接收裝置與計(jì)算機(jī)相連，無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置與無線發(fā)令信號接收裝置同步獲取發(fā)令信號，高速線陣CCD攝像機(jī)通過圖像采集卡與計(jì)算機(jī)相連接。
2、 如權(quán)利要求l所述的竟賽實(shí)時(shí)圖像計(jì)時(shí)裝置，其特征在于無線 發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置由聲音檢測模塊、上位單片機(jī)、下位單片機(jī)、無 線數(shù)字信號傳輸模塊以及上位單片機(jī)與計(jì)算機(jī)USB接口模塊構(gòu)成，其中 聲音檢測模塊由駐極體傳聲器MK1、濾波電路、信號放大電路和比較電路 組成，當(dāng)感應(yīng)到發(fā)令槍聲信號，駐極體傳聲器MK1產(chǎn)生一個(gè)微弱的電信 號，該信號通過濾波電容C1，濾波后的信號經(jīng)由集成運(yùn)算放大器LM1和 電阻R2、 R3、 R4、 R5構(gòu)成的信號放大電路進(jìn)行放大，聲音放大信號再與 分壓電阻R6、 R7產(chǎn)生的閥值信號經(jīng)電壓比較器LM2比較，產(chǎn)生脈沖信號， 即為檢測到的聲音信號。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種競賽實(shí)時(shí)圖像計(jì)時(shí)裝置，由發(fā)令槍、無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置與無線發(fā)令信號接收裝置、計(jì)算機(jī)、圖像采集卡和高速線陣CCD攝像機(jī)組成，其特點(diǎn)是無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置放置在發(fā)令槍附近，無線發(fā)令信號接收裝置與計(jì)算機(jī)相連，無線發(fā)令信號檢測發(fā)射裝置與無線發(fā)令信號接收裝置同步獲取發(fā)令信號，高速線陣CCD攝像機(jī)通過圖像采集卡與計(jì)算機(jī)相連接。本實(shí)用新型通過無線傳輸技術(shù)傳送計(jì)時(shí)開始信號，在終點(diǎn)處，則通過高速線陣CCD攝像機(jī)拍攝沖刺畫面，經(jīng)過圖像處理與識別后自動判別運(yùn)動員的過線位置。本實(shí)用新型安裝簡便，無需布線，計(jì)時(shí)精度可以高達(dá)到1/1000秒，滿足國際比賽的精度要求。
文檔編號G07C1/00GK201307301SQ20082019344
公開日2009年9月9日 申請日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者何東杰, 全書海, 劉同員, 強(qiáng) 周, 巍 尹, 超 方, 王晶晶, 英 石, 玲 趙, 陳智勇 申請人:武漢理工大學(xué)