[发明专利]一种基于机器视觉的羽毛球发球违例判别方法

说明书

针对羽毛球赛场发球过程中发球过手、过腰违例判别主观性过大的问题，本发明提供了一种利用计算机开源视觉库(OpenCV)作为识别手段的用于判断羽毛球发球过程中发球违例的方法，涉及图像处理、人工智能等领域。其中方法包括：采集运动员发球时的视频图像帧序列，通过运动检测预处理，达到提高系统效率的目的；通过建立羽毛球图像数据集并提取LBP数字图像特征进行分类器训练，确定出发球时羽毛球的位置；利用OpenCV计算出发球时球拍的相对角度的正负来判断是否发球过手；建立羽毛球顶部图像点与垂足图像点之间的关系方程，计算出发球点的离地高度用以判断是否发球过腰。本发明主要将图像处理技术应用到了羽毛球赛场中，具有检测简单和实用的特点。

技术领域

本发明涉及图像处理、人工智能领域，特别是涉及一种基于机器视觉的羽毛球发球违例判别方法。

背景技术

在羽毛球竞技中，对运动员的所有动作都有明文规定，并要求裁判员按照比赛规则进行判罚。但是裁判员的判罚行为可能受到运动员自身对比赛的胜负欲和个人习惯等众多因素的影响，这就导致了部分裁判员可能不会遵守比赛的规则进行判罚，出现误判、错判甚至黑哨等情形。基于计算机视觉的违例判罚利用一种不受主观因素限制的第三方机制帮助裁判进行辅助判罚，将在今后视频图像相关领域起到越发明显的作用。

现有的一些羽毛球赛场辅助设备并不能达到上述的要求，鹰眼，又称即时回放系统，其原理是由多个高清摄像头捕捉图像，通过多个高性能的计算机计算后借助虚拟技术重建回放球体的运动轨迹，在羽毛球赛场中仅用作判断是否发球出界。另外两种技术，数字检测系统和线审辅助装置，数字检测系统主要是利用光学实时跟踪捕捉设备、数据信息处理系统、数字显示设备实现对羽毛球的捕捉，并计算出相应的坐标来判断是否出界，缺点是要求比赛用球经过红外喷涂且易受到场外红外干扰，对球体坐标的计算也存在较大的误差。线审辅助装置是通过在球场边界铺设两边带有正、负导线的条状带绝缘基板，并在羽毛球球体附着导电材质，利用球体触地时与边线产生电感应实现对球落点的判定，这类装置的缺点是精度容易受到潮湿天气和运动员汗水的影响，还需要改变羽毛球的标准构造。

综上所述，目前的几种辅助判罚手段均用于判定球体是否出界，而不能用作判断违例行为，无法完成在羽毛球比赛中对发球违例的判罚。

发明内容

本发明提供了一种基于机器视觉的羽毛球发球违例判别方法，其目的是为了解决目前羽毛球赛场上发球违例判罚过于主观且缺乏相应的辅助判罚手段的问题。

为了解决上述的问题，本发明提供了一种基于机器视觉的羽毛球发球违例判别方法，它包括：

采集运动员发球时的视频图像帧序列，通过运动检测预处理，达到提高系统效率的目的；

通过建立羽毛球图像数据集并提取LBP数字图像特征进行分类器训练，确定出发球时羽毛球的位置；

利用OpenCV计算出发球时球拍的相对角度的正负来判断是否发球过手；

建立羽毛球顶部图像点与垂足图像点之间的关系方程，计算出发球点的离地高度用以判断是否发球过腰。

进一步的，所述运动检测预处理的步骤包括：

提取录入视频序列的静止部分作为背景模型；

将所述背景模型与所述视频序列的当前帧图像进行图像差分；

通过设定阈值将所述差分图像进行二值化处理，判断是否存在运动物体。

进一步的，所述通过建立羽毛球图像数据集并提取LBP数字图像特征进行分类器训练的步骤包括：

自建处于不同状态下的仅包含羽毛球的图像数据集作为正样本，并对正样本进行灰度化和统一尺寸为40×40的处理；