專利名稱：一種乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于視頻運(yùn)動目標(biāo)的檢測與跟蹤的乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
乒乓球運(yùn)動是一種深受國民喜愛的體育運(yùn)動項(xiàng)目，為了滿足人們的乒乓球訓(xùn)練要求，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的乒乓球訓(xùn)練機(jī)，然而訓(xùn)練者無法判斷如何接球、接球落點(diǎn)在哪里才是高質(zhì)量的接球，無法滿足人們高質(zhì)量的訓(xùn)練要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)，可以提高乒乓球愛好者在訓(xùn)練中的技巧技能，提高訓(xùn)練效率和訓(xùn)練效果。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:該評價系統(tǒng)包括鋪設(shè)于乒乓球臺面的網(wǎng)格桌布、用于拍攝乒乓球在網(wǎng)格桌布上的落點(diǎn)視頻的攝像機(jī)以及用于對乒乓球落點(diǎn)進(jìn)行識別和打分的計(jì)算機(jī)，所述網(wǎng)格桌布上的各個網(wǎng)格虛擬分配有對應(yīng)的分值，計(jì)算機(jī)通過視頻采集卡與攝像機(jī)相連。所述評價系統(tǒng)還包括與計(jì)算機(jī)相連的單片機(jī)最小系統(tǒng)以及與單片機(jī)最小系統(tǒng)相連的顯示屏。所述攝像機(jī)采用高速高分辨率攝像機(jī)。所述計(jì)算機(jī)基于落點(diǎn)視頻圖像中乒乓球的運(yùn)動軌跡，通過目標(biāo)特性提取與匹配，識別出乒乓球的落點(diǎn)位置，然后根據(jù)網(wǎng)格桌布的分值虛擬分配，計(jì)算出落點(diǎn)分值，根據(jù)落點(diǎn)分值給出擊球效果評估。所述計(jì)算機(jī)采用以下方法對乒乓球落點(diǎn)進(jìn)行識別和打分:第一步:根據(jù)攝像機(jī)攝像頭焦平面與乒乓球臺面的偏移映射建立點(diǎn)源目標(biāo)空間坐標(biāo)系;第二步:使用幀間差分法對視頻圖像進(jìn)行處理，得到乒乓球運(yùn)動軌跡離散化的向量坐標(biāo)，所述向量坐標(biāo)建立在兵兵球臺面所在的平面內(nèi)；第三步:將離散化的向量坐標(biāo)在點(diǎn)源目標(biāo)空間坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行變換，然后利用最小二乘曲線擬合獲得目標(biāo)相對于攝像頭方位的標(biāo)準(zhǔn)方位變換曲線；第四步:使用插值曲率逼近算法獲得標(biāo)準(zhǔn)方位變換曲線相對于乒乓球臺面的臨界點(diǎn)坐標(biāo)；第五步:利用點(diǎn)源目標(biāo)空間坐標(biāo)系對臨界點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行逆向變換得到乒乓球的落點(diǎn)向量坐標(biāo)；第六步:將乒乓球的落點(diǎn)向量坐標(biāo)在乒乓球臺面進(jìn)行匹配，識別乒乓球落點(diǎn)位置所處網(wǎng)格；第七步:利用網(wǎng)格虛擬分配的分值，計(jì)算落點(diǎn)分值。本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明所述乒乓球訓(xùn)練機(jī)自動評價系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)數(shù)字圖象處理技術(shù)和乒乓球訓(xùn)練機(jī)結(jié)合起來，通過識別判定乒乓球落點(diǎn)位置，給出接球質(zhì)量分值，可以較好的指導(dǎo)人們在乒乓球訓(xùn)練中注意接球質(zhì)量，提高乒乓球技能。本發(fā)明所述乒乓球訓(xùn)練機(jī)自動評價系統(tǒng)采用圖像處理技術(shù)，獲得了對乒乓球落點(diǎn)的準(zhǔn)確判斷方法，提高了評價系統(tǒng)的自動化程度和準(zhǔn)確性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容易使用，有利于進(jìn)一步提高乒乓球訓(xùn)練效果。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的工作原理框圖；圖3為網(wǎng)格區(qū)域分值分布示意圖；圖中:1為·網(wǎng)格桌布，2為攝像機(jī)，3為計(jì)算機(jī)，4為單片機(jī)最小系統(tǒng)，5為顯示屏，6為發(fā)球機(jī)，7為訓(xùn)練者。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參見圖1，本發(fā)明所述乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)，該評價系統(tǒng)包括鋪設(shè)于乒乓球臺面的網(wǎng)格桌布、用于拍攝乒乓球在網(wǎng)格桌布上的落點(diǎn)視頻的攝像機(jī)以及用于對乒乓球落點(diǎn)進(jìn)行識別和打分的計(jì)算機(jī)，所述網(wǎng)格桌布上的各個網(wǎng)格虛擬分配有對應(yīng)的分值，計(jì)算機(jī)通過視頻采集卡與攝像機(jī)相連。所述評價系統(tǒng)還包括與計(jì)算機(jī)相連的單片機(jī)最小系統(tǒng)以及與單片機(jī)最小系統(tǒng)相連的顯示屏。所述攝像機(jī)采用高速高分辨率攝像機(jī)。參見圖2以及圖3，所述計(jì)算機(jī)基于落點(diǎn)視頻圖像中乒乓球的運(yùn)動軌跡，通過目標(biāo)特性提取與匹配，識別出乒乓球的落點(diǎn)位置，然后根據(jù)網(wǎng)格桌布的分值虛擬分配，計(jì)算出落點(diǎn)分值，根據(jù)落點(diǎn)分值給出擊球效果評估。所述計(jì)算機(jī)采用以下方法對乒乓球落點(diǎn)進(jìn)行識別和打分:第一步:根據(jù)攝像機(jī)攝像頭焦平面與乒乓球臺面的偏移映射建立點(diǎn)源目標(biāo)空間坐標(biāo)系;第二步:使用攝像機(jī)拍攝得到連續(xù)的乒乓球運(yùn)動軌跡視頻；第三步:使用幀間差分法對視頻圖像進(jìn)行處理，得到乒乓球運(yùn)動軌跡離散化的向量坐標(biāo)，所述向量坐標(biāo)建立在兵兵球臺面所在的平面內(nèi)；第四步:將離散化的向量坐標(biāo)在點(diǎn)源目標(biāo)空間坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行變換，然后利用最小二乘曲線擬合獲得目標(biāo)相對于攝像頭方位的標(biāo)準(zhǔn)方位變換曲線；第五步:使用插值曲率逼近算法獲得標(biāo)準(zhǔn)方位變換曲線相對于乒乓球臺面的臨界點(diǎn)坐標(biāo)；第六步:利用點(diǎn)源目標(biāo)空間坐標(biāo)系對臨界點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行逆向變換得到乒乓球的落點(diǎn)向量坐標(biāo)；第七步:將乒乓球的落點(diǎn)向量坐標(biāo)在乒乓球臺面進(jìn)行匹配，識別乒乓球落點(diǎn)位置所處網(wǎng)格；第八步:利用網(wǎng)格虛擬分配的分值，計(jì)算落點(diǎn)分值。實(shí)施例
乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)，包括乒乓球落點(diǎn)圖像采集，圖像處理，智能評價三部分，它的結(jié)構(gòu)如下:乒乓球臺面鋪設(shè)網(wǎng)格桌布，攝像機(jī)對網(wǎng)格桌布進(jìn)行拍攝，上位機(jī)計(jì)算機(jī)通過視頻采集卡與攝像機(jī)相連，上位機(jī)計(jì)算機(jī)內(nèi)部視頻處理軟件對視頻圖像進(jìn)行處理，對乒乓球落點(diǎn)位置進(jìn)行識別，上位機(jī)計(jì)算機(jī)通過RS-232串口與下位機(jī)單片機(jī)最小系統(tǒng)相連，單片機(jī)最小系統(tǒng)與LED顯示屏相連。所述攝像機(jī)采用高速高分辨率攝像機(jī)。乒乓球臺面鋪設(shè)網(wǎng)格桌布，不同區(qū)域的網(wǎng)格虛擬分配不同的分值，訓(xùn)練過程中，攝像機(jī)對網(wǎng)格桌布進(jìn)行拍攝，拍攝的視頻圖像傳送至上位機(jī)計(jì)算機(jī)，上位機(jī)計(jì)算機(jī)內(nèi)部安裝的視頻處理軟件基于視頻圖像中乒乓球的運(yùn)動軌跡，通過目標(biāo)特性提取與匹配，識別出乒乓球落點(diǎn)位置，根據(jù)網(wǎng)格桌布的分值虛擬分配，計(jì)算出落點(diǎn)分值，最終給出擊球效果評估。上位機(jī)計(jì)算機(jī)發(fā)送分值數(shù)據(jù)給單片機(jī)最小系統(tǒng)，傳輸?shù)姆种禂?shù)據(jù)在與單片機(jī)最小系統(tǒng)相連的LED顯示屏上顯示。本發(fā)明將離散化的向量坐標(biāo)在點(diǎn)源目標(biāo)空間坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行變換，利用最小二乘曲線擬合獲得目標(biāo)相對于攝像頭方位的標(biāo)準(zhǔn)方位變換曲線。與其他方法相比，提高了落點(diǎn)識別的準(zhǔn)確率和 速度。
權(quán)利要求
1.一種乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)，其特征在于:該評價系統(tǒng)包括鋪設(shè)于乒乓球臺面的網(wǎng)格桌布、用于拍攝乒乓球在網(wǎng)格桌布上的落點(diǎn)視頻的攝像機(jī)以及用于對乒乓球落點(diǎn)進(jìn)行識別和打分的計(jì)算機(jī)，所述網(wǎng)格桌布上的各個網(wǎng)格虛擬分配有對應(yīng)的分值，計(jì)算機(jī)通過視頻采集卡與攝像機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)，其特征在于:所述評價系統(tǒng)還包括與計(jì)算機(jī)相連的單片機(jī)最小系統(tǒng)以及與單片機(jī)最小系統(tǒng)相連的顯示屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)，其特征在于:所述攝像機(jī)采用高速高分辨率攝像機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)基于落點(diǎn)視頻圖像中乒乓球的運(yùn)動軌跡，通過目標(biāo)特性提取與匹配，識別出乒乓球的落點(diǎn)位置，然后根據(jù)網(wǎng)格桌布的分值虛擬分配，計(jì)算出落點(diǎn)分值，根據(jù)落點(diǎn)分值給出擊球效果評估。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)采用以下方法對乒乓球落點(diǎn)進(jìn)行識別和打分: 第一步:根據(jù)攝像機(jī)攝像頭焦平面與乒乓球臺面的偏移映射建立點(diǎn)源目標(biāo)空間坐標(biāo)系; 第二步:使用幀間差分法對視頻圖像進(jìn)行處理，得到乒乓球運(yùn)動軌跡離散化的向量坐標(biāo)，所述向量坐標(biāo)建立在乒乓球臺面所在的平面內(nèi)； 第三步:將離散化的向量坐標(biāo)在點(diǎn)源目標(biāo)空間坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行變換，然后利用最小二乘曲線擬合獲得目標(biāo)相對于攝像頭方位的標(biāo)準(zhǔn)方位變換曲線； 第四步:使用插值曲率逼近算法獲得標(biāo)準(zhǔn)方位變換曲線相對于乒乓球臺面的臨界點(diǎn)坐標(biāo)； 第五步:利用點(diǎn)源目標(biāo)空間坐標(biāo)系對臨界點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行逆向變換得到乒乓球的落點(diǎn)向量坐標(biāo)； 第六步:將乒乓球的落點(diǎn)向量坐標(biāo)在乒乓球臺面進(jìn)行匹配，識別乒乓球落點(diǎn)位置所處網(wǎng)格； 第七步:利用網(wǎng)格虛擬分配的分值，計(jì)算落點(diǎn)分值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種乒乓球訓(xùn)練機(jī)智能評價系統(tǒng)，包括乒乓球落點(diǎn)圖像采集，圖像處理，智能評價三部分，評分網(wǎng)格桌布鋪設(shè)在臺面上，攝像機(jī)對其進(jìn)行拍攝，上位機(jī)計(jì)算機(jī)通過視頻采集卡與攝像機(jī)相連，上位機(jī)計(jì)算機(jī)內(nèi)部視頻處理軟件對視頻圖像進(jìn)行處理，上位機(jī)計(jì)算機(jī)通過RS-232串口與下位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)相連，單片機(jī)系統(tǒng)與LED顯示屏相連，本發(fā)明通過對乒乓球落點(diǎn)位置的識別及擊球效果的評估，實(shí)現(xiàn)乒乓球訓(xùn)練機(jī)的智能評價功能。
文檔編號A63B67/04GK103223236SQ20131014616
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者馬榮貴, 邢洪偉, 高朝春, 鄭曉波, 侯斌, 李海平, 劉方洲 申請人:長安大學(xué)