[发明专利]一种基于多层映射解析的乒乓球定位方法

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多层映射解析的乒乓球定位方法。

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，提出一种基于多层映射解析的乒乓球定位方法。

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。映射解析定位中相机的焦距越小则拍摄范围越大，而拍摄范围越大，乒乓球定位的误差越大。本发明基于如图1所示的乒乓球运动系统，乒乓球桌上方和侧方的灰度相机使用具有多种焦距的镜头以及镜头切换控制装置，拍摄的图像发送至服务器，服务器存储数据，计算乒乓球位置。

本发明的基于多层映射解析的乒乓球定位方法按以下步骤：

步骤1、建立三维空间坐标系及设置参数。

建立三维空间坐标系，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)，相机1和相机2分别具有U和V个不同焦距的镜头，U和V都是正整数，设置相机1的镜头参数u，u从1到U表示镜头焦距逐渐减小，初始镜头(u＝1)为最长焦距镜头，u＝U为最短焦距镜头；设置相机2的镜头参数v，v从1到V表示镜头焦距逐渐减小，初始镜头(v＝1)为最长焦距镜头，v＝V为最短焦距镜头。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)。设置映射图像中乒乓球图形的面积最小阈值P和最大阈值Q。

步骤2、获取映射图像数据及计算图像中高对比度图形的面积。

相机1和相机2分别使用参数为u和v的镜头按照采样时间间隔T拍摄灰度图像，然后将图像发送至服务器；服务器接收图像，分别将相机1和相机2拍摄的图像记为图像1和图像2，服务器根据已有的基于灰度匹配的图像匹配算法计算图像1和图像2中高对比度图形的面积，分别记为S₁和S₂。

步骤3、判断相机1是否需要切换镜头。

若P≤S₁≤Q，则判定图像1中存在乒乓球图形，进入步骤4；否则判定图像1中不存在乒乓球图形。此时判断相机1的镜头参数u是否等于U，若u＝U则结束，否则令u＝u+1，即切换相机1的镜头至较短焦距的镜头，进入步骤5。

步骤4、判断相机2是否需要切换镜头。

若P≤S₂≤Q，则判定图像2中存在乒乓球图形，进入步骤6；否则判定图像2中不存在乒乓球图形。此时判断相机2的镜头参数v是否等于V，若v＝V则结束，否则令v＝v+1，即切换相机2的镜头至较短焦距的镜头，返回步骤2。

步骤5、判断相机2是否也需要切换镜头。

若P≤S₂≤Q，则判定图像2中存在乒乓球图形，相机2不需要切换镜头，返回步骤2；否则判定图像2中不存在乒乓球图形。此时判断相机2的镜头参数v是否等于V，若v＝V则结束，否则令v＝v+1，即切换相机2的镜头至较短焦距的镜头，返回步骤2。

步骤6、计算乒乓球在映射图像中的位置及转换坐标系。