本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)及體育技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種球拍類體育中撞擊點(diǎn)時空信息的識別機(jī)制及其裝置。

背景技術(shù)：

球拍類體育活動中普遍存在著球拍與球的撞擊，例如乒乓球拍和乒乓球之間的撞擊、羽毛球拍和羽毛球之間的撞擊、網(wǎng)球拍與網(wǎng)球之間的撞擊等等。這些體育活動隨著其周邊設(shè)備的不斷擴(kuò)充，分析球拍與球的撞擊點(diǎn)在球拍軌跡中的空間位置及發(fā)生時刻越來越重要，例如專業(yè)選手和廣大業(yè)余愛好者希望得到這些信息來分析擊球動作，從而有針對性的改善和提高擊球技巧。

值得注意的是，目前已有一種基于高速攝像機(jī)拍攝球拍軌跡及其擊球動作的基于圖像視頻識別技術(shù)，用以判斷撞擊點(diǎn)的空中位置及發(fā)生時刻，這個過程包含但不限于圖像和視頻處理技術(shù)。然而，基于圖像識別的識別技術(shù)需要使用高速攝像機(jī)，而高速攝像機(jī)價格昂貴，攜帶不便，只適用于專業(yè)訓(xùn)練場景下，而且對硬件平臺的專業(yè)性要求和處理能力也很高，應(yīng)用范圍受限。

還有一種基于傳感器的識別技術(shù)，其利用傳感器來收集球拍的加速度和角加速度等原始數(shù)據(jù)，并基于原始數(shù)據(jù)測量揮拍過程中的運(yùn)動軌跡。然而，相比于基于圖像識別的識別技術(shù)，傳感器的成本及應(yīng)用范圍雖然沒有局限，但是僅能得知球拍的空間軌跡，缺乏手段精確確定擊球點(diǎn)的時刻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述情況，本發(fā)明對基于傳感器的識別技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法及其裝置，以識別撞擊點(diǎn)的空間位置和發(fā)生時刻，解決現(xiàn)有基于傳感器的識別技術(shù)僅能得知球拍的空間軌跡，缺乏手段精確確定擊球點(diǎn)的時刻的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是提供一種獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法，其用于測定球拍與球之間的撞擊點(diǎn)，所述球拍上設(shè)有傳感器；其中，所述方法步驟包括：

步驟a、通過球拍上的傳感器在揮拍過程中持續(xù)采集獲取球拍動作的原始數(shù)據(jù)、采樣點(diǎn)及其持續(xù)時段；

步驟b、基于原始數(shù)據(jù)，獲得球拍動作的空間軌跡；

步驟c、從球拍動作的持續(xù)時段的開始時刻開始，滑動生成多個時間窗口I；

步驟d、對各時間窗口I進(jìn)行計算，以分別獲得所述時間窗口I的X軸、Y軸及Z軸的加速度變化程度ΔX、ΔY、ΔZ，以及X軸、Y軸及Z軸的角加速度變化程度ΔωX、ΔωY、ΔωZ，并基于所述三軸加速度的變化程度ΔX、ΔY、ΔZ以及三軸角加速度的變化程度ΔωX、ΔωY、ΔωZ，通過融合算法計算出整體變化程度A_I；

步驟e、對所有的整體變化程度A_I取最大值A(chǔ)_I,MAX，從所述最大值A(chǔ)_I,MAX對應(yīng)的時間窗口I內(nèi)的采樣點(diǎn)獲得撞擊點(diǎn)時刻；

步驟f、基于撞擊點(diǎn)時刻，在球拍動作的空間軌跡中獲得撞擊點(diǎn)的空間位置。

本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在步驟c中，所述時間窗口I是基于每個采樣點(diǎn)生成一個時間窗口I；其中，相鄰時間窗口的起始時間間隔等同于傳感器采樣間隔。

本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在步驟c中，所述時間窗口I是基于可配置的時間值來決定相鄰時間窗口I的起始時間間隔。

本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在所述步驟c中，所述時間窗口I的寬度可選擇配置，但每一時間窗口I內(nèi)包括至少兩個采樣點(diǎn)。

本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在步驟d中，

所述X軸的加速度變化程度是依公式ΔX＝(X_MAX-X_MIN)計算獲得；其中，X_MAX是所述時間窗口中X軸加速度的最大值，X_MIN是所述時間窗口中X軸加速度的最小值；

所述Y軸的加速度變化程度是依公式ΔY＝(Y_MAX-Y_MIN)計算獲得；其中，Y_MAX是所述時間窗口中Y軸加速度的最大值，Y_MIN是所述時間窗口中Y軸加速度的最小值；

所述Z軸的加速度變化程度是依公式ΔZ＝(Z_MAX-Z_MIN)計算獲得；其中，Z_MAX是所述時間窗口中Z軸加速度的最大值，Z_MIN是所述時間窗口中Z軸加速度的最小值。

所述X軸的角加速度變化程度是依公式ΔωX＝(ωX_MAX-ωX_MIN)計算獲得；其中，ωX_MAX是所述時間窗口中X軸角加速度的最大值，ωX_MIN是所述時間窗口中X軸角加速度的最小值；

所述Y軸的角加速度變化程度是依公式ΔωY＝(ωY_MAX-ωY_MIN)計算獲得；其中，ωY_MAX是所述時間窗口中Y軸角加速度的最大值，ωY_MIN是所述時間窗口中Y軸角加速度的最小值

所述Z軸的角加速度變化程度是依公式ΔωZ＝(ωZ_MAX-ωZ_MIN)計算獲得；其中，ωZ_MAX是所述時間窗口中Z軸角加速度的最大值，ωZ_MIN是所述時間窗口中Z軸角加速度的最小值。

本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在步驟e中，將所述最大值A(chǔ)_I,MAX對應(yīng)的時間窗口I內(nèi)的全部采樣點(diǎn)視為撞擊點(diǎn)時刻。

本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在步驟e中，所述最佳撞擊點(diǎn)時刻是基于最佳體育實(shí)踐來決定所述采樣窗口I內(nèi)的那個采樣點(diǎn)對應(yīng)的時刻。

本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在步驟e中，配置一個閾值，當(dāng)最大值A(chǔ)_I,MAX小于所述閾值，則判斷所述球拍動作不存在撞擊點(diǎn)。

本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述方法用于獲得乒乓球、網(wǎng)球或羽毛球的球拍與球的撞擊點(diǎn)時間信息。

此外，本發(fā)明也提供一種用以實(shí)施前述獲得撞擊點(diǎn)時空信息方法的裝置，所述裝置包括：球拍，具有拍柄；數(shù)據(jù)采集模塊，設(shè)于所述拍柄，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集傳感器及信息傳輸模塊；所述數(shù)據(jù)采集傳感器用以采集三維加速度數(shù)據(jù)以及三維角加速度數(shù)據(jù)；服務(wù)器，與所述數(shù)據(jù)采集模塊通過所述信息傳輸模塊連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；令所述數(shù)據(jù)采集模塊通過所述數(shù)據(jù)采集傳感器持續(xù)采集原始數(shù)據(jù)，并將所述原始數(shù)據(jù)發(fā)送到所述服務(wù)器進(jìn)行計算以獲得所述撞擊點(diǎn)時空信息。

本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果：由于本發(fā)明仍然基于低成本低功耗的傳感器技術(shù)，采用現(xiàn)有算法來獲得球拍動作的空間軌跡，并進(jìn)一步通過前述方法計算時間窗口內(nèi)加速度和角加速度變化程度來判斷撞擊點(diǎn)時刻及其對應(yīng)的空間位置，不僅應(yīng)用范圍沒有局限且能夠獲得精確的擊球點(diǎn)的時刻，以利于使用者有針對性的改善和提高擊球技巧，更具有能夠在不增加硬件成本的前提下實(shí)現(xiàn)前述方法等有益技術(shù)效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明以用于實(shí)施獲得撞擊點(diǎn)時空信息方法的裝置架構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記與部件的對應(yīng)關(guān)系如下：

球拍10；拍柄11；數(shù)據(jù)采集模塊20；數(shù)據(jù)采集傳感器21；信息傳輸模塊22；服務(wù)器30。

具體實(shí)施方式

為利于對本發(fā)明的了解，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)行說明。

本發(fā)明提供一種獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法，其是基于傳感器技術(shù)獲得；當(dāng)球拍撞擊球的時刻，瞬間撞擊力會對球拍的加速度和角加速度有短暫的突發(fā)影響。不同球拍類體育活動雖然略有不同，但相同的一點(diǎn)是撞擊力的方向與人體在球拍上施加的力的方向不一致，甚至基本完全相反(例如正手迎面擊球)，相比于人自由揮拍(不擊打球)的時候，在短暫時段內(nèi)傳感器加速度和角加速度在一個維度或多個維度上存在快速變化。本發(fā)明通過分析短時間窗口內(nèi)傳感器三個維度的加速度和角加速度的變化程度，來判別球拍是否撞擊到了球，以及何時撞擊到了球。

其中，需先說明的是，由于基于傳感器的原始數(shù)據(jù)獲得球拍動作的起始位置以及空間軌跡為現(xiàn)有技術(shù)，故本發(fā)明不再贅述。

請配合參閱圖1，顯示本發(fā)明用于實(shí)施獲得撞擊點(diǎn)時空信息方法的裝置架構(gòu)示意圖。所述裝置包括用以設(shè)置在球拍10的拍柄11內(nèi)部或者外部的數(shù)據(jù)采集模塊20以及與所述數(shù)據(jù)采集模塊20進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)器30；其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊20包括數(shù)據(jù)采集傳感器21及信息傳輸模塊22；所述數(shù)據(jù)采集傳感器21用以在球拍10動作過程中采集球拍10在三維空間中的三維加速度數(shù)據(jù)以及三維角加速度數(shù)據(jù)；所述服務(wù)器30與所述數(shù)據(jù)采集模塊20通過所述信息傳輸模塊22連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

具體地，當(dāng)所述數(shù)據(jù)采集模塊20設(shè)于所述拍柄11內(nèi)部時，可以將數(shù)據(jù)采集傳感器21、信息傳輸模塊22等構(gòu)件集成設(shè)置于拍柄11內(nèi)部。當(dāng)所述數(shù)據(jù)采集模塊20設(shè)于所述拍柄11外部，可以通過將數(shù)據(jù)采集傳感器21、信息傳輸模塊22等構(gòu)件集成后通過與具有緊固作用的套帶結(jié)合，以可拆卸地被固定設(shè)置在拍柄11外部。

于本發(fā)明中，所述數(shù)據(jù)采集傳感器21具體為六軸傳感器；所述信息傳輸模塊22則可采用低功耗藍(lán)芽傳輸技術(shù)完成信息的傳輸。應(yīng)當(dāng)被理解的是，本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集傳感器21及信息傳輸模塊22不限于前述實(shí)施例，而是以能夠獲得用于計算撞擊點(diǎn)時空信息的傳感器皆可作為所述數(shù)據(jù)采集傳感器21應(yīng)用于本發(fā)明的技術(shù)方案中；此外，其他能夠用于進(jìn)行無線信息傳輸?shù)男畔鬏敿夹g(shù)亦皆可作為所述信息傳輸模塊22應(yīng)用于本發(fā)明的技術(shù)方案中。

藉此，令所述數(shù)據(jù)采集模塊20通過所述數(shù)據(jù)采集傳感器21持續(xù)采集原始數(shù)據(jù)，并將所述原始數(shù)據(jù)發(fā)送到所述服務(wù)器30進(jìn)行計算以獲得所述球拍10的撞擊點(diǎn)時空信息。于本發(fā)明中，所述球拍10可以是選自乒乓球、網(wǎng)球或羽毛球或其他球拍類運(yùn)動的撞擊點(diǎn)時間信息。

本發(fā)明用以識別球拍10與球撞擊點(diǎn)的空間位置和發(fā)生時刻的方法步驟包括：

步驟a、通過球拍上的傳感器在揮拍過程中持續(xù)采集獲取球拍動作的原始數(shù)據(jù)、采樣點(diǎn)及其持續(xù)時段；

步驟b、基于原始數(shù)據(jù)，獲得球拍動作的空間軌跡；

步驟c、從球拍動作的持續(xù)時段的開始時刻開始，滑動生成多個時間窗口I；

步驟d、對各時間窗口I進(jìn)行計算，以分別獲得所述時間窗口I的X軸、Y軸及Z軸的加速度變化程度ΔX、ΔY、ΔZ，以及X軸、Y軸及Z軸的角加速度變化程度ΔωX、ΔωY、ΔωZ，并基于所述三軸加速度的變化程度ΔX、ΔY、ΔZ以及三軸角加速度的變化程度ΔωX、ΔωY、ΔωZ，通過融合算法計算出整體變化程度A_I；

步驟e、對所有的整體變化程度A_I取最大值A(chǔ)_I,MAX，從所述最大值A(chǔ)_I,MAX對應(yīng)的時間窗口I內(nèi)的采樣點(diǎn)獲得撞擊點(diǎn)時刻；

步驟f、基于撞擊點(diǎn)時刻，在球拍動作的空間軌跡中獲得撞擊點(diǎn)的空間位置。

其中，在步驟c中，所述時間窗口I的數(shù)量、窗口起始時間和窗口持續(xù)時間均可視實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整配置。具體的，所述時間窗口I可以是基于每個采樣點(diǎn)生成一個時間窗口，其中，相鄰時間窗口的起始時間間隔等同于傳感器采樣間隔；或者，所述時間窗口I可以是基于可配置的時間值來決定相鄰窗口的起始時間間隔。此外，所述時間窗口I的寬度亦可選擇配置，但每一時間窗口I內(nèi)應(yīng)包括至少兩個采樣點(diǎn)，以計算所述時間窗口I內(nèi)的加速度及角加速度變化程度。

在步驟d中，所述三軸加速度的變化程度ΔX、ΔY、ΔZ以及三軸角加速度的變化程度ΔωX、ΔωY、ΔωZ是依以下公式計算獲得：

X軸加速度的變化程度：ΔX＝(X_MAX-X_MIN)；其中，X_MAX是所述時間窗口中X軸加速度的最大值，X_MIN是所述時間窗口中X軸加速度的最小值。

Y軸加速度的變化程度：ΔY＝(Y_MAX-Y_MIN)；其中，Y_MAX是所述時間窗口中Y軸加速度的最大值，Y_MIN是所述時間窗口中Y軸加速度的最小值。

Z軸加速度的變化程度：ΔZ＝(Z_MAX-Z_MIN)；其中，Z_MAX是所述時間窗口中Z軸加速度的最大值，Z_MIN是所述時間窗口中Z軸加速度的最小值。

X軸角加速度的變化程度：ΔωX＝(ωX_MAX-ωX_MIN)；其中，ωX_MAX是所述時間窗口中X軸角加速度的最大值，ωX_MIN是所述時間窗口中X軸角加速度的最小值。

Y軸角加速度的變化程度：ΔωY＝(ωY_MAX-ωY_MIN)；其中，ωY_MAX是所述時間窗口中Y軸角加速度的最大值，ωY_MIN是所述時間窗口中Y軸角加速度的最小值。

Z軸角加速度的變化程度：ΔωZ＝(ωZ_MAX-ωZ_MIN)；其中，ωZ_MAX是所述時間窗口中Z軸角加速度的最大值，ωZ_MIN是所述時間窗口中Z軸角加速度的最小值。

此外，本發(fā)明在步驟d中，能夠在不同的實(shí)施方式上采用適合的融合算法來計算A_I，其皆不脫離本發(fā)明的范圍。具體地，所述融合算法可以是例如：最大值法(將前述六個值取絕對值，取其中的最大值)或者平均值法(將前述六個值取絕對值，相加后除以6)。

在步驟e中，由于球拍和球的撞擊接觸實(shí)際上會持續(xù)一段時間，不是數(shù)學(xué)上的一個瞬間時刻。是以，于本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法中，將所述最大值A(chǔ)_I,MAX對應(yīng)的時間窗口I內(nèi)的任何一個采樣點(diǎn)均視為撞擊點(diǎn)時刻。進(jìn)一步地，在決定最佳撞擊點(diǎn)時刻時，可以基于最佳體育實(shí)踐來決定是所述最大值A(chǔ)_I,MAX對應(yīng)的時間窗口I內(nèi)的那個采樣點(diǎn)對應(yīng)的時刻；例如：采樣時間窗口I中的第一個采樣點(diǎn)、最后一個采樣點(diǎn)或者位于中間的采樣點(diǎn)。

于此，需說明的是，如何在時間窗口中選擇哪個或哪些采樣點(diǎn)作為最佳撞擊點(diǎn)時刻，可以在實(shí)際實(shí)施時根據(jù)運(yùn)動類型及其他因素進(jìn)行調(diào)整和預(yù)設(shè)，故不在本發(fā)明范圍內(nèi)。

此外，在步驟e中，為避免在球拍揮空的情況下錯誤判斷撞擊點(diǎn)，本發(fā)明方法可選擇性地預(yù)先在服務(wù)器內(nèi)配置一個閾值；藉此，服務(wù)器可以在當(dāng)整體變化程度的最大值A(chǔ)_I,MAX小于所述閾值時，判斷該揮拍動作不存在撞擊點(diǎn)，屬于無效數(shù)據(jù)；反之，在當(dāng)整體變化程度的最大值A(chǔ)_I,MAX大于所述閾值時，判斷該揮拍動作存在撞擊點(diǎn)，屬于有效數(shù)據(jù)并繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)步驟。

以上說明了本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法及其裝置的實(shí)施方案，以下請復(fù)參閱圖1，將結(jié)合具體數(shù)據(jù)并以乒乓球拍正手擊球?yàn)槔龘?jù)說明本發(fā)明的一種具體實(shí)現(xiàn)方式。

步驟a、在乒乓球拍10的拍柄11處放置數(shù)據(jù)采集模塊20，所述數(shù)據(jù)采集模塊20包含數(shù)據(jù)采集傳感器21以及信息傳輸模塊22；其中，所述數(shù)據(jù)采集傳感器21用以采集球拍10的三維加速度和三維角加速度數(shù)據(jù)，所述信息傳輸模塊22用以將數(shù)據(jù)采集傳感器21采集到的數(shù)據(jù)通過低功耗藍(lán)牙技術(shù)發(fā)送到服務(wù)器30。

步驟b、在乒乓球拍10正手擊球過程中，由數(shù)據(jù)采集模塊20持續(xù)采集原始數(shù)據(jù)(例如球拍動作的起始位置、終點(diǎn)位置等)并將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器30。其中，以球拍動作的持續(xù)時段為0.2秒、傳感器采樣頻率為1000Hz(1/秒)為例，則服務(wù)器30在接收前述信息后，將計算出有效時段內(nèi)球拍動作的空間軌跡，并計算獲得一共200個采樣點(diǎn)(0.2秒×1000Hz)。

步驟c、基于步驟b，將所述200個采樣點(diǎn)，從第一個采樣點(diǎn)開始，逐個采樣點(diǎn)生成一個時間窗口I，且每個時間窗口I中包括10個采樣點(diǎn)。據(jù)此總共生成190個采樣窗口。

步驟d、對每一個采樣窗口進(jìn)行計算以獲得各采樣窗口內(nèi)的三軸加速度的變化程度ΔX、ΔY、ΔZ以及三軸角加速度的變化程度ΔωX、ΔωY、ΔωZ。具體計算如下：

分別計算三個維度的加速度變化程度，得到X軸加速度變化程度ΔθX、Y軸加速度變化程度ΔθY和Z軸加速度變化程度ΔθZ；

分別計算三個維度的角加速度變化程度，得到X軸角加速度變化程度ΔωX、Y軸角加速度變化程度ΔωY和Z軸角加速度變化程度ΔωZ；

通過加權(quán)整體變化融合算法計算出整體變化程度A_I：

計算其中，Δθ是加速度整體變化程度，ΔθX是X軸加速度變化程度，ΔθY是Y軸加速度變化程度，ΔθZ是Z軸加速度變化程度；

計算其中，Δω是角加速度整體變化程度，ΔωX是X軸角加速度變化程度，ΔωY是Y軸角加速度變化程度，ΔωZ是Z軸角加速度變化程度；

計算A_I＝0.8xΔθ+0.2xΔω，獲得整體變化程度A_I。

步驟e、取190個整體變化程度A_I中的最大值A(chǔ)_I,MAX，假設(shè)其相應(yīng)采樣窗口中的第五個采樣點(diǎn)為撞擊點(diǎn)時刻。

步驟f、根據(jù)步驟e獲得的撞擊點(diǎn)時刻，在球拍動作空間軌跡中獲得撞擊點(diǎn)的空間位置。

上述具體實(shí)現(xiàn)方式可同理推論到其它球拍類體育的場景，例如網(wǎng)球和羽毛球等。

綜上，本發(fā)明獲得撞擊點(diǎn)時空信息的方法及其裝置，以基于低成本低功耗的傳感器技術(shù)，采用現(xiàn)有算法來獲得球拍動作的空間軌跡后，再通過計算短時間窗口內(nèi)加速度和角加速度變化程度來判斷撞擊點(diǎn)時刻及其對應(yīng)的空間位置，具有不增加硬件成本，且實(shí)現(xiàn)簡單的有益技術(shù)效果。

以上結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。