一种高尔夫推杆设备的视觉感测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种高尔夫推杆器的视觉感测方法及装置，所述方法包括：通过摄像头拍摄到的视频图像中的高尔夫球的位置来判断高尔夫球的击打状态，并在连续的视频图像中进行有效帧的截取；利用高尔夫球的特征对摄像头拍摄到的视频序列内的高尔夫球进行连续的定位与追踪；利用摄像头标定步骤得到的映射关系，将视频序列内高尔夫球的二维位置坐标还原成真实场景的三维坐标；利用3D信息还原步骤得到的高尔夫球在真实场景下的三维坐标，进行高尔夫球运动轨迹的拟合，并根据拟合结果，计算击打瞬间的偏角。采用所述方法，只需使用单个普通民用摄像头，就可以实现高尔夫球推杆练习器的视觉感测功能，降低了成本。

A Visual Sensing Method and Device for Golf Push-rod Equipment

【技术实现步骤摘要】
一种高尔夫推杆设备的视觉感测方法及装置
本专利技术属于高尔夫推杆设备领域，尤其涉及一种高尔夫推杆设备的视觉感测方法及装置。
技术介绍
视觉感测装置可以连续感测场景以及环境图像，每一幅图像都蕴含着大量的信息，其中既包含有效信息，也包含大量的无用信息。而那些感兴趣的有效信息，可以通过单幅或者多幅图像的分析、提取、比对等方式获得。目前已知的运动物体感测装置，特别是高尔夫的视觉感测装置，需要借助多个摄像头或者结合其他传感器进行感测。如在高尔夫击打触发的判断上，常采用红外传感器或声呐传感器实现(当球越过红外线，或击打后的声音被声呐传感器接受到，再经过一定的处理判断，实现触发)，而后高尔夫球的定位于运动轨迹估计，再使用摄像头感测处理得到。并且普遍的这类感测设备对环境有较高要求(如特定的光照条件、简单的地板样式、视野内只有目标物体、且不可有多个目标等)。此外，由于不具备运动拍摄能力的普通民用摄像头在拍摄运动物体时会产生运动模糊(称之为拖影现象)，目前的常用的这类视觉感测设备需要配备高速摄像头且具备运动物体拍摄能力(如配备全局快门)，导致成本高。
技术实现思路
为满足以上业务场景需求及解决现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高尔夫推杆设备的视觉感测装置，其可以采用普通的民用摄像头来拍摄运动物体，从而降低成本。在本专利技术实施例中，提供了一种高尔夫推杆器的视觉感测方法，其包括摄像头标定步骤：通过采集多个场景内真实点的三维坐标、以及这些点所对应的摄像头图像内的二维坐标，建立三维坐标点与二维坐标点的映射关系；高尔夫球击打状态判断步骤：通过摄像头拍摄到的视频图像中的高尔夫球的位置来判断高尔夫球的击打状态，并在连续的视频图像中进行有效帧的截取；高尔夫球定位与追踪步骤：利用高尔夫球的特征对摄像头拍摄到的视频序列内的高尔夫球进行连续的定位与追踪；3D信息还原步骤：利用摄像头标定步骤得到的映射关系，将视频序列内高尔夫球的二维位置坐标还原成真实场景的三维坐标；高尔夫球轨迹拟合步骤：利用3D信息还原步骤得到的高尔夫球在真实场景下的三维坐标，进行高尔夫球运动轨迹的拟合，并根据拟合结果，计算击打瞬间的偏角。本专利技术实施例中，所述高尔夫球击打状态判断步骤包括：摄像头设置：通过加快镜头的快门速度、与减小光圈大小，缩短拍摄所得图像的曝光时间；图像预处理：提高图像的对比度，去除噪声与无用信息，使摄像头捕获的图像变成可以被进一步处理、提取有用信息的图像；高尔夫球击打状态判断：根据高尔夫球在连续的图像帧中的位置来对高尔夫球的击打状态进行判断，所述高尔夫球的击打状态包括初始状态、准备状态和击打状态；触发后处理：判断截取到的图像帧是否有效，并按时间顺序排列有效帧和为每一有效帧添加一个时间戳。本专利技术实施例中，所述高尔夫球击打状态判断步骤中，在初始状态切换到准备状态之前,学习当前的环境内高尔夫球的特征，记为静止高尔夫球特征；在准备状态切换到击打状态前，学习并构建当前场景的背景模型；在切换到击打状态后，在当前环境内学习另一组高尔夫球的特征，记为运动高尔夫球特征。本专利技术实施例中，所述方法还包括测速步骤：根据所述高尔夫球击打状态判断步骤截取到的有效帧的时间戳和所述3D信息还原步骤得到的高尔夫球真实坐标以及所述高尔夫球轨迹拟合步骤得到的轨迹，计算击打瞬间高尔夫球的初始速度。本专利技术实施例中，所述高尔夫球轨迹拟合步骤包括：读入检测得到的高尔夫球在真实场景中的相对坐标；根据所有相对坐标的位置，拟合出一条轨迹，并以此轨迹作为检测到的高尔夫球的最终运动轨迹；将各个相对坐标的位置，根据拟合的轨迹结果，重新映射到轨迹上，去消除检测坐标结果存在的误差；根据映射在轨迹上的各个点的距离，结合截取到的有效帧的时间戳，计算各点上的相对速度估计值；根据各点上的相对速度估计值估算摩擦力造成的加速度，进而拟合出初速度曲线，并求得击打瞬间的初始速度。本专利技术实施例中，还提供了一种高尔夫推杆器的视觉感测系统，其包括：摄像头标定模块，用于通过采集多个场景内真实点的三维坐标以及这些点所对应的摄像头图像内的二维坐标，建立三维坐标点与二维坐标点的映射关系；高尔夫球击打状态判断模块，用于通过摄像头拍摄到的视频图像中的高尔夫球的位置来判断高尔夫球的击打状态，并在连续的视频图像中进行有效帧的截取；高尔夫球定位与追踪模块，用于利用高尔夫球的特征对摄像头拍摄到的视频序列内的高尔夫球进行连续的定位与追踪；3D信息还原模块，用于根据所述摄像头标定模块得到的三维坐标点与二维坐标点的映射关系，将视频序列内高尔夫球的二维位置坐标还原成真实场景的三维坐标；高尔夫球轨迹拟合模块，用于利用所述3D信息还原模块得到的高尔夫球在真实场景下的三维坐标，进行高尔夫球运动轨迹的拟合，并根据拟合结果，计算击打瞬间的偏角。本专利技术实施例中，所述高尔夫球击打状态判断模块包括：摄像头设置单元，用于通过加快镜头的快门速度、与减小光圈大小，缩短拍摄所得图像的曝光时间；图像预处理单元，用于提高图像的对比度，去除噪声与无用信息，使摄像头捕获的图像变成可以被进一步处理、提取有用信息的图像；高尔夫球击打状态判断单元，用于根据高尔夫球在连续的图像帧中的位置来对高尔夫球的击打状态进行判断，所述高尔夫球的击打状态包括初始状态、准备状态和击打状态；触发后处理单元，用于判断截取到的图像帧是否有效，并按时间顺序排列有效帧和为每一有效帧添加一个时间戳。本专利技术实施例中，所述高尔夫球击打状态判断模块在初始状态切换到准备状态之前,学习当前的环境内高尔夫球的特征，记为静止高尔夫球特征；在准备状态切换到击打状态前，学习并构建当前场景的背景模型；在切换到击打状态后，在当前环境内学习另一组高尔夫球的特征，记为运动高尔夫球特征。本专利技术实施例中，所述装置还包括：测速模块，用于根据所述高尔夫球击打状态判断模块截取到的有效帧的时间戳和所述3D信息还原模块得到的高尔夫球真实坐标以及所述高尔夫球轨迹拟合模块得到的轨迹，计算击打瞬间高尔夫球的初始速度。本专利技术实施例中，所述高尔夫球轨迹拟合模块包括：读入单元，用于读入检测得到的高尔夫球在真实场景中的相对坐标；拟合单元，用于根据所有相对坐标的位置，拟合出一条轨迹，并以此轨迹作为检测到的高尔夫球的最终运动轨迹；校正单元，用于将各个相对坐标的位置根据拟合的轨迹结果重新映射到轨迹上，以消除检测坐标结果存在的误差。与现有技术相比较，本专利技术的高尔夫推杆器的视觉感测方法及装置，利用图像处理算法，提高此高尔夫球推杆练习设备对多种环境因素的抗性，最终用户可以利用设备提供的数据传输形式，将高尔夫球推杆的场景显示在电视或者其他显示设备上，只需使用单个普通民用摄像头，就可以实现高尔夫球推杆练习器的视觉感测功能，降低了成本。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的高尔夫推杆器的视觉感测方法的流程图；图2是本专利技术实施例一提供的判断高尔夫球击打状态的流程图；图3是本专利技术实施例一提供的高尔夫球定位与追踪的的流程图；图4是本专利技术实施例一提供的高尔夫球轨迹拟合的的流程图；图5是本专利技术实施例二提供的高尔夫推杆器的视觉感测装置的结构示意图；图6是本专利技术实施例二提供的高尔夫球击打状态判断模块的结构示意图；图7是本专利技术实施例二提供的高尔夫球轨迹拟合模块的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高尔夫推杆器的视觉感测方法，其特征在于，包括摄像头标定步骤：通过采集多个场景内真实点的三维坐标、以及这些点所对应的摄像头图像内的二维坐标，建立三维坐标点与二维坐标点的映射关系；高尔夫球击打状态判断步骤：通过摄像头拍摄到的视频图像中的高尔夫球的位置来判断高尔夫球的击打状态，并在连续的视频图像中进行有效帧的截取；高尔夫球定位与追踪步骤：利用高尔夫球的特征对摄像头拍摄到的视频序列内的高尔夫球进行连续的定位与追踪；3D信息还原步骤：利用摄像头标定步骤得到的映射关系，将视频序列内高尔夫球的二维位置坐标还原成真实场景的三维坐标；高尔夫球轨迹拟合步骤：利用3D信息还原步骤得到的高尔夫球在真实场景下的三维坐标，进行高尔夫球运动轨迹的拟合，并根据拟合结果，计算击打瞬间的偏角。

【技术特征摘要】
1.一种高尔夫推杆器的视觉感测方法，其特征在于，包括摄像头标定步骤：通过采集多个场景内真实点的三维坐标、以及这些点所对应的摄像头图像内的二维坐标，建立三维坐标点与二维坐标点的映射关系；高尔夫球击打状态判断步骤：通过摄像头拍摄到的视频图像中的高尔夫球的位置来判断高尔夫球的击打状态，并在连续的视频图像中进行有效帧的截取；高尔夫球定位与追踪步骤：利用高尔夫球的特征对摄像头拍摄到的视频序列内的高尔夫球进行连续的定位与追踪；3D信息还原步骤：利用摄像头标定步骤得到的映射关系，将视频序列内高尔夫球的二维位置坐标还原成真实场景的三维坐标；高尔夫球轨迹拟合步骤：利用3D信息还原步骤得到的高尔夫球在真实场景下的三维坐标，进行高尔夫球运动轨迹的拟合，并根据拟合结果，计算击打瞬间的偏角。2.如权利要求1所述的高尔夫推杆器的视觉感测方法，其特征在于，所述高尔夫球击打状态判断步骤包括：摄像头设置：通过加快镜头的快门速度、与减小光圈大小，缩短拍摄所得图像的曝光时间；图像预处理：提高图像的对比度，去除噪声与无用信息，使摄像头捕获的图像变成可以被进一步处理、提取有用信息的图像；高尔夫球击打状态判断：根据高尔夫球在连续的图像帧中的位置来对高尔夫球的击打状态进行判断，所述高尔夫球的击打状态包括初始状态、准备状态和击打状态；触发后处理：判断截取到的图像帧是否有效，并按时间顺序排列有效帧和为每一有效帧添加一个时间戳。3.如权利要求2所述的高尔夫推杆器的视觉感测方法，其特征在于所述高尔夫球击打状态判断步骤中，在初始状态切换到准备状态之前,学习当前的环境内高尔夫球的特征，记为静止高尔夫球特征；在准备状态切换到击打状态前，学习并构建当前场景的背景模型；在切换到击打状态后，在当前环境内学习另一组高尔夫球的特征，记为运动高尔夫球特征。4.如权利要求2所述的高尔夫推杆器的视觉感测方法，其特征在于，所述方法还包括测速步骤：根据所述高尔夫球击打状态判断步骤截取到的有效帧的时间戳和所述3D信息还原步骤得到的高尔夫球真实坐标以及所述高尔夫球轨迹拟合步骤得到的轨迹，计算击打瞬间高尔夫球的初始速度。5.如权利要求2所述的高尔夫推杆器的视觉感测方法，其特征在于，所述高尔夫球轨迹拟合步骤包括：读入检测得到的高尔夫球在真实场景中的相对坐标；根据所有相对坐标的位置，拟合出一条轨迹，并以此轨迹作为检测到的高尔夫球的最终运动轨迹；将各个相对坐标的位置，根据拟合的轨迹结果，重新映射到轨迹上，去消除检测坐标结果存在的误差；根据映射在轨迹上的各个点的距离，结合截取到的有效帧的时间戳，计算各点上的相对速度估计值；根据各点上的相对速度估计值估算摩擦力造成的加速度，进而拟合出初速度曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄兴赞，
申请(专利权)人：深圳市衡泰信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44