基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统检测方法，包括高速摄像机，及与高速摄像机电连接的图像采集卡，及与图像采集卡电连接的上位机；及与上位机电连接的显示屏。所述辅助系统还包括指示灯。本发明专利技术还提供了基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统的检测方法。本发明专利技术提出了一种基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统及其检测方法，用于计算运动员发球的抛球高度和抛球角度，从而判定其发球合法性，为裁判员的判罚提供一定的科学参考，也为运动员质疑裁判的判罚提供一种辅助性的依据。

【技术实现步骤摘要】
基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统及其检测方法
本专利技术涉及一种运动检测装置及方法，具体涉及一种基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统及其检测方法，属于运动检测

技术介绍
作为竞技运动的一种，乒乓球运动的技术发展与规则限制具有很大的相关性，比赛中使用的技术必须符合规则关于技术的合法性要求。而对是否符合规则的判定，乒乓球运动同网球，足球等大多数竞技运动一样，很大程度的依赖裁判员的主观判断。裁判员的主观判断大多依据经验，而由于经验判断的不确定和不精确性，将会或多或少的会导致一些误判，对运动员的比赛进程和心理都会产生很大的影响。典型的例子在2012年伦敦奥运会女子乒乓球单打决赛中，丁宁的发球被判罚违规失分对丁宁比赛时的心理状态造成很大起伏，成为了导致其输球的关键因素之一。而与乒乓球的裁判系统不完善相比，其他一些竞技运动都有一些辅助性的裁判工具，例如网球中的“鹰眼”，足球中的门线技术等。故设计一套视觉系统来帮助乒乓球裁判进行辅助判罚已成为迫在眉睫的一项任务。目前，引起目前乒乓球比赛中争议最大的判罚主要是针对以下一点的判罚，也即是丁宁被判罚发球违规的来源：“发球员须用手将球几乎垂直的向上抛起，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，球下降到击出前不能碰到任何物体。”针对这条发球规则，本专利技术设计了一种辅助性的基于视频识别的乒乓球发球裁判系统，主要目的是用于计算运动员发球的抛球高度和抛球角度，从而判定其发球合法性，力图为裁判员的判罚提供一定的科学参考，也为运动员质疑裁判的判罚提供一种辅助性的依据。之前王朝立等人设计的专利“一种基于图像处理的乒乓球抛球高度检测系统及方法”是利用camshift跟踪算法来对乒乓球进行跟踪，但是在跟踪过程中有以下几点问题：(1)没有任何去除噪声的工作，面对视频中含有其他近似对象情况将无法识别；(2)跟踪性能并不好，当光照发生变化或者出现遮挡时将会出现跟踪丢失等问题；(3)没有设计算法来确定乒乓球离手瞬间，计算精度不够；(4)计算量过大，计算时间过长，实时效果差；(5)需要人工手动去框选住乒乓球，智能性比较差；(6)只能计算出抛球高度，不能计算出抛球角度，不能完全满足规则制定的要求。因此，本领域迫切需要开发具有较高的智能性和计算精度的兵乓球发球裁判辅助系统及其检测方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统及其检测方法，用于计算运动员发球的抛球高度和抛球角度，从而判定其发球合法性，为裁判员的判罚提供一定的科学参考，也为运动员质疑裁判的判罚提供一种辅助性的依据。本专利技术提供一种基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统，所述辅助系统包括：高速摄像机，所述高速摄像机拍摄乒乓球比赛视频；图像采集卡，所述图像采集卡通过视频信号线与高速摄像机连接，接收乒乓球比赛视频；上位机，所述上位机与高速摄像机电连接，所述上位机中视频处理软件处理视频图像；显示屏，与上位机电连接，显示检测结果。上述高速摄像机为二个，安装于两个裁判员站位边侧，所述高速摄像机其镜头中心与地面垂直高度为1.5-1.8m，拍摄最大距离为3m。上述高速摄像机其摄像模式为200fps-480fps，分辨率为640*360-1980*1080。上述辅助系统还包括指示灯，所述指示灯与上位机电连接，检测结果显示发球违规时，指示灯亮。本专利技术的第二专利技术提供一种基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统检测方法，所述方法具体包括以下步骤：a)对数据进行初始化，等待视频导入；b)当有视频导入后，在线进行视频处理；c)对导入视频每帧图片依次进行处理和识别；利用样本数据训练结果对每帧图片进行检测来确定最终检测区域；d)对检测区域进行图像二值化处理，此时阈值设为100，即将RGB值大于100的像素点的RGB值都设为255，将RGB值小于100的像素点的RGB值都设为0；e)对图片进行膨胀和腐蚀处理，去除一些不相关的小的白色像素块；f)以圆度、周长、面积、X距、Y距和方度特征的初始阈值，对检测区域的对象进行判断，若对象的检测值均在设定的初始阈值之内，将认定该对象为需要识别的乒乓球，同时将乒乓球的坐标实时显示在显示屏上；g)根据前一帧识别结果来预测下一帧乒乓球的位置，提前设置一个感兴趣区域，下一帧将只检测感兴趣区域内部图像；h)当检测到的乒乓球的Y坐标开始连续两帧以上逐帧减小时，结束视频导入过程，否则对感兴趣区域内部图像重复步骤d)到g)；i)利用事先设置好的阈值来确定乒乓球离手瞬间坐标，根据乒乓球从离开手到最高点的运动轨迹来计算此次发球的抛球高度和抛球角度，并显示到显示屏上。较佳的，还包括步骤j)，如发球违规，则指示灯亮。上述样本数据训练方法为，通过局部梯度模式算法对正样本数据和负样本数据做图片预处理，再用adaboost算法进行层级分类器的训练，最后用面积重叠合并法得到最终检测区域。上述层级分类器为三层，每层特征点的个数依次为26，60，120。上述辅助系统检测方法，上诉步骤a)之前，先收集200-400张不同的乒乓球选手发球时不执拍的手准备动作图片，作为正样本；收集200-400张从不同打乒乓球场景中任意选取的非发球准备工作的图片，作为负样本；通过局部梯度模式算法进行图片预处理，然后用adaboost算法来进行样本训练，利用提取图片中哈里斯角点来对图片进行检测识别，再采用面积重叠法找到图片中乒乓球选手发球时准备动作检测方框，即最终检测区域。(李兰，王朝立，基于局部梯度和面积重叠合并法的人脸检测，计算机仿真，2014.5)上述检测方法还包括步骤：j)如检测结果为发球违规，则指示灯亮。在上述基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统其检测方法中，发球检测点确定具体如下：(1)发球准备动作，按照规则乒乓球自然的置于不执拍的手掌之上，手掌张开并保持静止；(2)乒乓球离开手的瞬间，按照规则将作为检测乒乓球发球高度的起点；(3)乒乓球完全离开手掌向上运动，当乒乓球运动到最高点时作为系统检测乒乓球发球高度的终点。通过检测区域和初始阈值(圆度、周长、面积、X距、Y距和方度特征)，找到比赛中的乒乓球，从而排除其他干扰，减小在线识别计算量，提高精度，在进一步在检测方框里面检测乒乓球的位置。本专利技术的有益效果为，与现有技术相比，本专利技术的基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统及其检测方法，能计算出运动员抛球高度和抛球角度；通过样本数据训练结果获得最终检测区域，之后通过预测感兴趣区域来降低识别错误率，提高识别效率；解决了确定发球过程中乒乓球离开不执拍手的瞬间的问题；全过程自动化，不需要人工进行操作，智能性强。附图说明图1为本专利技术实施例中检测装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例中摄像头安放的位置示意图。图3为本专利技术的检测方法流程框图；图4为本专利技术的识别乒乓球的6大特征示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的实施方式。图1为本专利技术基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统的一具体实施例的结构示意图；如图1所示，裁判辅助系统包括高速摄像机1、图像采集卡2、上位机3、显示屏4和指示灯5。高速摄像机1与图像采集卡2电连接，向图像采集卡2输入采集到的视频，图像采集卡2的输出端与上位机3连接，与上位机电连接的显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统，其特征在于：包括高速摄像机，所述高速摄像机拍摄乒乓球比赛视频；图像采集卡，所述图像采集卡通过视频信号线与高速摄像机连接，接收乒乓球比赛视频；上位机，所述上位机与高速摄像机电连接，所述上位机中视频处理软件处理视频图像；显示屏，与上位机电连接，显示检测结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统，其特征在于：包括高速摄像机，所述高速摄像机拍摄乒乓球比赛视频；图像采集卡，所述图像采集卡通过视频信号线与高速摄像机连接，接收乒乓球比赛视频；上位机，所述上位机与高速摄像机电连接，所述上位机中视频处理软件处理视频图像；显示屏，与上位机电连接，显示检测结果。2.根据权利要求1所述的基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统，其特征在于：所述高速摄像机为二个，安装于两个裁判员站位边侧，所述高速摄像机其镜头中心与地面垂直高度为1.5-1.8m，拍摄最大距离为3m。3.根据权利要求1所述的基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统，其特征在于：所述高速摄像机其摄像模式为200fps-480fps，分辨率为640*360-1980*1080。4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统，其特征在于：所述辅助系统还包括指示灯，所述指示灯与上位机电连接，检测结果显示发球违规时，指示灯亮。5.一种基于视频识别的乒乓球发球裁判辅助系统检测方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：a)对数据进行初始化，等待视频导入；b)当有视频导入后，进行视频处理；c)对导入视频每帧图片依次进行处理和识别；利用上位机中样本数据训练结果对每帧图片进行检测以确定最终检测区域；d)对检测区域进行图像二值化处理，此时阈值设为100，即将RGB值大于100的像素点的RGB值都设为255，将RGB值小于100的像素点的RGB值都设为0；e)对图片进行膨胀和腐蚀处理，去除一些不相关的小的白色像素块；f)以圆度、周长、面积、X距、Y距和方度特征的初始阈值，对检测区域的对象进行判断，若对...

【专利技术属性】
技术研发人员：季云峰，施之皓，任杰，沈晏妮，陈依梦，吴泽盛，
申请(专利权)人：上海体育学院，
类型：发明
国别省市：上海,31