[发明专利]一种基于图像处理的乒乓球抛球高度检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于体育用品技术领域，涉及一种乒乓球抛球高度检测系统，尤其涉及一种基于图像处理的乒乓球抛球高度检测系统；同时，本发明还涉及一种基于图像处理的乒乓球抛球高度检测方法。

背景技术

乒乓球是一种世界流行的球类运动项目，其中发球是乒乓比赛中的核心技术。国际乒联针对发球明确规定“发球员须用手将球几乎垂直地向上抛起，不得使球旋转，并使球在离开不执拍手的手掌之后上升不少于16厘米，球下降到被击出前不能碰到任何物体”。

现如今的比赛中，最能引起裁判与球员之间争议的就是这条抛球高度不得少于16厘米的规则，因其过于具体化，而且目前并无相关装置能够准确的测量出发球高度，所以，是否违规只能凭裁判主观目测后判定。在国内外比赛中，关于是否误判已多次引发争议，运动员状态因此受到很大的影响，甚至会影响比赛的正常进行。

目前关于乒乓球抛球高度的测量方法，并无相关发明专利涉及，相关的处理思路也极为少见。由于图像处理具有很多优点，如原理简单，实现成本较低，与被测物体不接触，采集信息的方式是非侵犯性的，不会像外界环境传播信号等，因此，用图像处理的方法来检测乒乓球的抛球高度，具有一定的优越性。中国专利公开号为CN1141427A的发明专利提供了一种基于图像识别的运动物体测量方法，由打标记装置按一定时间间隔在被测物体上打标记，继而分析物体运动轨迹。而在乒乓球比赛中，不可能实现对球进行标记，此方法具有局限性。中国专利授权公告号为CN101782370B的发明专利提供了一种基于USB摄像头的测量定位方法，但这种方法在每次测量前，需要首先将被测物体用矩形纸板进行标定，在乒乓球比赛现场设置大幅纸板并不实际。

综上所述，目前检测乒乓球抛球高度的方法几乎空白，相关测量思路也有种种局限，急需一种检测乒乓球抛球高度方法的提出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于图像处理的乒乓球抛球高度检测系统，可快速精确地检测乒乓球抛球高度，为判球过程提供了客观依据。

此外，本发明还提供一种基于图像处理的乒乓球抛球高度检测方法，可快速精确地检测乒乓球抛球高度，为判球过程提供了客观依据。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于图像处理的乒乓球抛球高度检测系统，所述系统包括：视频数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块；

所述数据采集模块采集到乒乓球比赛的视频后，将其传送给数据处理模块，数据处理模块中载有乒乓球抛球高度检测程序，程序运行后计算得出抛球高度，并将结果传输给数据显示模块，最后由数据显示模块显示出抛球高度。

作为本发明的一种优选方案，所述视频数据采集模块中包括高速摄像头和图像采集卡，高速摄像头与图像采集卡连接，图像采集卡与数据处理模块连接；所述高速摄像头能满足拍摄高清录像，每帧画面中图像无拖影现象；布设时需有稳定支撑物，以防抖动；且架设在运动员侧面，可拍摄到发球全过程。

一种上述的基于图像处理的乒乓球抛球高度检测系统的高度检测方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：视频数据采集模块采集到视频信息，并将其传送给数据处理模块；

步骤S2：数据处理模块中载有乒乓球抛球高度检测程序，运行程序对数据进行计算处理；

步骤S3：数据显示模块显示出抛球高度；

所述步骤S2包括如下步骤：

步骤S21：启动，系统初始化，判断是否有视频导入；

步骤S22：有图像导入则分离前景与背景，否则返回至步骤S21；

步骤S23：处理分离出的前景图像，用霍夫变换识别出乒乓球，当呈现为标准圆时，即为起抛点，与此同时记录乒乓球直径；

步骤S24：采用计算搜索窗中图像质心的方法，自动跟踪乒乓球运动轨迹，比较乒乓球运动过程中的像素坐标的Y值，取其最大值，即为最高点坐标；

步骤S25：计算得抛球高度，进行误差补偿，并将结果传送给数据显示模块。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2中，分离前景与背景部分中，先建立背景模型，将当前帧与背景模型进行比较，变化较大的区域即为前景；所述霍夫变换部分，在前景图像中自动检测出标准圆，即为起抛点，并计算得出标准圆的直径；所述最高点是通过将运动过程中的所有像素点进行比较，得到的Y坐标的最大值。