[发明专利]一种基于映射解析预处理的乒乓球定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于智能乒乓球运动技术领域，特别是涉及一种基于映射解析预处理的乒乓球定位方法及系统。

背景技术

目前对乒乓球运动定位的方案主要有两类，一种是计算机视觉分析方法，一种是信号触发判断方法。

计算机视觉分析方法主要通过多台高速高清摄像机实时采集乒乓球运动时的录像，对录像中的每个图像进行目标识别和空间定位后形成数据，再通过滤波和跟踪计算乒乓球的位置，该方法的缺点是计算复杂度高。

信号触发判断方法是通过安装在乒乓球台和球网的压电传感器获取因受到乒乓球撞击而产生的震动信号，比较多个震动信号的强度和产生时间，从而计算出乒乓球的撞击位置和大致的运动轨迹，该方案的缺点是不能定位乒乓球在空中的位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是基于物联网的乒乓球运动系统不能简单有效地计算处于运动状态的乒乓球的实时位置的问题，提出一种基于映射解析预处理的乒乓球定位方法及系统。

映射解析定位是指用灰度相机以纯色幕布为背景拍照获取某物体在幕布上的图像，确定该物体在幕布上的映射位置，根据多组相机的位置及其对应的映射位置实现物体定位。若映射解析定位中没有幕布作为背景承载，则很难在所拍摄的映射图像中定位出乒乓球位置，若使用幕布，则增加了部署乒乓球运动系统的成本和复杂性。本发明基于如图1所示的乒乓球运动系统，不安装幕布，乒乓球桌上方和侧方的灰度相机上附加背景预处理装置，将背景预处理后的乒乓球图像，然后发送至服务器，服务器完成数据的存储和计算。

本发明的前置基础是已建立三维空间坐标系，三维空间坐标系原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，z轴垂直于桌面向上。正上方灰度相机和侧方灰度相机分别记为相机1和相机2，记录相机1和相机2的x-y-z三维空间坐标值为(X₁,Y₁,Z₁)和(X₂,Y₂,Z₂)。设置采样时间间隔T，采样时间间隔T小于乒乓球撞击球桌的平均时间间隔(根据历史数据统计获得)。

本发明的基于映射解析预处理的乒乓球定位系统，包括建立映射平面坐标系模块、获取映射解析预处理图像及判断乒乓球是否在映射区域内模块、计算乒乓球在映射图像的位置及转换坐标系模块、计算乒乓球的空间位置模块。

建立映射平面坐标系模块：球桌正上方和侧方的灰度相机记为相机1和相机2，根据相机1和相机2的拍摄范围设定映射平面，记为平面1和平面2，根据平面1的尺寸设置平面坐标系，记为m-n坐标系，长边为m，短边为n，原点位于平面的左上角；根据平面2的尺寸设置平面坐标系，记为j-k坐标系，长边为j，短边为k，原点位于平面的左上角。

获取映射解析预处理图像及判断乒乓球是否在映射区域内模块：灰度相机1和灰度相机2按照事先设置的采样时间间隔T拍摄灰度图像，采用映射图像预处理方法(例如高对比度形状判断算法)将拍摄范围内的非乒乓球图形的复杂背景干扰去除(图像预处理)，然后将预处理过的图像发送至服务器，服务器获取图像，根据基于灰度匹配的图像匹配算法判断灰度图像中是否存在乒乓球的灰度图形，如果存在则判定乒乓球在映射区域内，进入计算乒乓球在各映射图像中的位置模块；否则判定乒乓球不在映射区域内，返回获取映射解析预处理图像及判断乒乓球是否在映射区域内模块。

计算乒乓球在映射图像的位置及转换坐标系模块：相机1和相机2获得的灰度图像分别记为图像1和图像2；根据灰度图像匹配算法中的互相关度量标准计算图像1中乒乓球中心点的坐标值为(m,n)；根据灰度图像匹配算法中的互相关度量标准计算图像2中乒乓球中心点的坐标值为(j,k)；根据图像1和图像2所在平面在x-y-z三维空间系中的位置，将图像1和图像2中乒乓球中心点的坐标值(m,n)和(j,k)转化为x-y-z三维空间坐标值(x₁,y₁,z₁)和(x₂,y₂,z₂)。