[发明专利]乒乓球比赛视觉支持和比赛分析系统与系统运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乒乓球比赛视觉支持和比赛分析系统，用于乒乓球比赛或训练中的乒乓球飞行轨迹的实时检测、定位、跟踪、运动轨迹预测和处理，以及对乒乓球的运动轨迹和乒乓球落点信息进行的三维虚拟场景实时显示和历史记录回放。

背景技术

“鹰眼”系统应用于网球赛事的裁判和仿真演示已经有六七年的历史，在网球转播中得到了广泛的推广，对网球运动的研究和网球比赛的公正性起到了非常积极的作用。“鹰眼”系统的正式名称为“即时回放系统”，该系统由8个或者10个高速摄像头、四台电脑和大屏幕组成。“鹰眼”系统所采集得到的图像数据量非常庞大，计算相当复杂，它从数据采集到结果演示整个过程所耗用的时间在10秒左右，不具备强实时性。在正式比赛中，保证比赛的流畅和连续对比赛的公正性和观赏性有非常重要的意义，“鹰眼”只能作为比赛裁判的辅助手段，球员每局比赛挑战鹰眼的次数也是有限制的。因此目前“鹰眼”系统更多的只能是用于电视转播的事后处理，而不能做到在线判断。而且该系统造价成本很高，在中小比赛场合并不适合推广，也不适用于一般的体育辅助训练。国内也有研究机构提出了基于较少摄像头(2台)的小型鹰眼系统，但是系统的实时性问题仍没有解决。

在乒乓球运动中，引入“鹰眼”系统来进行辅助裁判和辅助训练，对此，200910095291.6专利申请公开了精确测量和预测乒乓球轨迹系统与系统运行方法，可以精确测量、预测和三维虚拟重现高速飞行乒乓球轨迹的实时处理系统。

该系统主要针对乒乓球图像采集的实时性，在极短的时间内完成计算，准确的识别、定位和跟踪高速运动的乒乓球飞行轨迹。乒乓球行程很短，在高速运动(3-5m/s)时整个有效行程仅持续0.5s左右，使得准确检测和识别乒乓球任务非常困难。而且由于乒乓球相对轻薄，其飞行轨迹更多地受到了乒乓球自旋转、空气温度、湿度条件以及现场通风等诸多因素的影响，很难建立一个通用的运动模型，因此给乒乓球运动轨迹生成和预测带来了很大的困难。因而，在乒乓球的从图像中识别出来，建立的模型很难保证预测的精度。对于初速度的偏差反应及其敏感，从而致使整个系统预测定位和轨迹处理精度到达瓶颈。

其次，该系统根据场地和环境的需要架设多个摄像机进行观测，着眼于数据采集，在实际比赛和训练中，可操作性不强；对于裁判员和教练员所关心的比分信息、轨迹重播、落点显示及其分布概率、各个运动员的运动特征值提取仍然没有建立一个完整的支持体系。

因此，给乒乓球视觉系统的实际操作很大的困难。其中最为关键的问题在于在保证实时性的前提下，需要系统能够对乒乓球的识别误差留下一定的裕度；和一个完善并且友好的裁判(教练)员操作体系。

发明内容

本发明的目的是针对200910095291.6专利存在问题的改进，提供一个完善并且友好的裁判(教练)员操作体系的乒乓球比赛视觉支持和比赛分析系统。用于乒乓球比赛或训练中的乒乓球飞行轨迹的实时检测、定位、跟踪、运动轨迹预测和处理，对乒乓球的运动轨迹和乒乓球落点信息进行的三维虚拟场景实时显示和历史记录回放，以及对乒乓球飞行轨迹历史数据的分析和统计。

本发明旨在建立一个训练辅助系统，目标是：在平时的常规训练中，能够通过数据采集和分析，帮助教练员归纳出运动员的打球风格(包括习惯性发球方式，旋转速度及方向，出球方向概率，输球特征归纳，落点统计等等)；在比赛的过程中，辅助裁判进行判决，能够方便的转播重放特定的轨迹，并记录存储相关数据用以赛后分析。

为达到上述发明目的，本发明提供了一种利用多个摄像机的高速实时乒乓球定位、轨迹生成和预测的方法与系统。应用摄像机采图，能够对乒乓球运动进行实时跟踪和轨迹记录，实现上述的多重功能。