一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置及方法，其特征在于，包括图像捕捉模块、图像信息处理模块、判定模块、无线通讯模块和计时计数显示模块。图像捕捉模块捕捉静止篮板及其周围的图像帧，当采集的图像中出现篮球，通过图像信息处理模块分析处理当前图像，获得篮球及篮筐的几何特征参数以及空间相对位置，判定模块通过计算处理参数，判断篮球是否满足进球条件，若满足进球条件，即判定篮球进球，无线通讯模块发送篮球进球信号给计时计数模块，计时计数模块记录进球时刻并计数，通过基于视觉的篮球进球判定方法和对篮球计时计数装置，能够高精度判定篮球进球，判定过程受外界环境因素的干扰小，大大减少了误判的发生。

A counting and timing device and method of basketball goal based on machine vision

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置及方法
本专利技术属于篮球分级测试领域，具体涉及一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置。
技术介绍
体质健康对于每个人都至关重要，而青少年阶段是每个人成长的关键阶段，这个时期的体质健康状况甚至会对一个人的终生产生直接影响。为进一步贯彻党和国家提出的增强身体素质和体质健康方针，促进青少年身心健康、体魄强健的精神，强化我国青少年体质健康，提升青少年体质健康水平，本文提出了一种用于篮球分级测试的进球计数和计时装置，旨在帮助青少年增强身体素质和体质健康，促进青少年健康成长，同时也为了服务于篮球运动的良好发展。篮球作为一项竞技体育项目，普及程度高、健身价值大、参与人群广，是深受人们喜爱的同场对抗性项目。目前自动判断篮球进球的方法主要有二种：一种是机械触碰式的篮球进球判断方法，通过篮球进球后触碰到机械触杆产生信号来判断篮球是否进球；另一种是基于光电式传感器的篮球进球判断方法，该传感器安装在篮板上，通过篮球进球时遮挡传感器发出的光线，来输出信号。这两种方式都存在很多误判情况，未考虑篮网对传感器的影响，且现有的机械式判定装置拆装复杂，实用性低。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置与方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术解决方案是这样实现的：一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置，其特征在于，包括图像捕捉模块、图像信息处理模块、判定模块、无线通讯模块、计时计数显示模块、数据存储模块，其中：所述图像捕捉模块用于进行篮板附近区域图像采集；所述图像信息处理模块用于通过无线通信模块获得图像捕捉模块采集的图像，并分析处理获得篮球及篮筐的几何特征参数以及空间相对位置，再通过无线通信模块将处理信息发送至判定模块；所述判定模块用于基于图像信息处理模块输出信息判定是否为有效进球，并通过无线通信模块将进球判定信号发送给计时计数显示模块；所述计时计数显示模块用于记录进球时刻并计数，并根据指令将进球时刻及计数数据发送至存储测试数据。进一步的，且所述计时计数显示模块连接有压力感知地垫或高速摄影机或红外传感器。进一步的，所述图像信息处理模块及判定模块通过STM32或ARM嵌入式电脑处理器实现，所述无线通讯模块采用基于WIFI或4G或蓝牙或射频的无线传输信号，所述数据存储模块为机械硬盘、固态硬盘或SD存储卡或连接有存储介质的电脑、移动电话。进一步的，所述图像捕捉模块为摄像头且具备固定架直接安装于篮球架上。进一步的，所述摄像头具备电子防抖，所述摄像头具备强光抑制且宽动态范围达120dB以上适合逆光环境监控。进一步的，所述摄像头数量为一个及以上，且所述摄像头外装有保护罩框且安装固定架设置有减震弹簧。一种基于机器视觉篮球进球计数计时方法，其特征在于，包括以下步骤：S1步骤一，建立基准坐标系，具体为将所述图像捕捉模块固定于篮板篮筐同一水平线位置，以篮筐固定于篮板的中心位置为原点O，建立全局坐标系XYZ，X轴沿篮板面外法线方向，Y轴平行于篮板短边竖直向上，Z轴根据右手定则唯一确定；S2步骤二，处理采集图像数据，具体为使用图像信息处理模块处理图像捕捉模块采集的图像帧数据获得篮筐轮廓和篮球中心的空间相对位置参数，参数信息包括未投球时摄像头采集到的篮板和其周围区域图像帧、静态篮筐轮廓、篮框尺寸、篮球尺寸、摄像头到篮球球心的距离、通过标定和计算获得篮球中心与篮筐所在平面的实时垂直距离以及篮球球心在全局坐标系Z轴的实时坐标。S3步骤三，判定进球情况，具体为使用所述判定模块基于图像信息模块分析处理S2中得到的篮筐轮廓和篮球中心的空间相对位置参数，判定篮球是否进球；S4步骤四，记录进球情况及计时数据，具体为使用计时计数显示模块，篮球进球后，接收判定模块数据，显示篮球计数和进球时刻并将当前测试者的篮球计数和进球时刻测试数据存档。进一步的，S2步骤二中进一步包括如下子步骤：S201基于摄像头采集到的篮板和其周围区域的图像帧，建立第i幅图像帧的局部二维坐标系xiyi，坐标系原点oi为图像帧左上角顶点，xi轴为过原点oi沿图像轮廓水平向左，yi轴为过原点oi沿图像轮廓垂直向下；S202测试开始，首先基于未投球时摄像头采集到的篮板和其周围区域图像帧，识别静态篮筐轮廓，获得其轮廓和局部坐标系位置分布；S203由于摄像头与篮筐同一水平布置，则捕获的静态篮筐轮廓为直线段，可以获得图像帧局部坐标系xiyi下，篮筐线段起始点Ai和Bi的位置坐标为(xAi,yAi)和(xBi,yBi)；S204当摄像头捕捉到运动的篮球，利用图像识别算法，可以获得当前图像帧局部坐标系xiyi下，篮球轮廓半径ri及中心obi的位置(xobi,yobi)；S205根据以上两步可以获得图像帧局部坐标系xiyi下，篮筐线段AiBi与篮球中心obi的距离d1i；S206在全局坐标系XYZ下，根据篮框和篮球识别轮廓以及实际篮框尺寸Rh和篮球尺寸Rb，可计算得到摄像头到篮球球心ob的距离L1，并通过标定获得摄像头与篮球球心连线与篮板所在平面的夹角α，从而可以得到篮球球心ob在Z轴上的位置坐标zob。进一步的，S3步骤三中判定模块判定进球的条件为：同时判定满足条件1及条件2，所述条件1为图像帧局部坐标系xiyi下，篮筐线段AiBi与篮球中心obi的距离d1i∈[0,r/2]；所述条件2为全局坐标系XYZ下，|zob|<Rh—Rb。进一步的，S4步骤四中进球情况及计时数据统计方法为：S401，通过压力感知地垫或置于地面的底部摄影机或置于地面的底部红外传感器检测当测试者离开站垫时，触发计时开始；S402，通过判定模块接收信号反馈篮球进球后，显示篮球计数和进球时刻；S403，测试结束后，接收输入指令将当前测试者的测试数据存档。本专利技术可带来以下有益效果：通过计算机视觉技术对捕捉的图像进行分析处理，判定篮球进球，并记录进球时间和进球数，包括图像捕捉模块、图像信息处理模块、判定模块、无线通信模块、计时计数显示模块，提供了一种基于视觉的篮球进球判定方法和对篮球计时计数装置，该方法的判定精度高，受外界环境因素的干扰小，大大减少了误判的发生。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术系统结构示意图；图2是本专利技术系统运算原理示意图；图3是本专利技术实施方法的基本流程图。...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置，其特征在于，包括图像捕捉模块、图像信息处理模块、判定模块、无线通讯模块、计时计数显示模块、数据存储模块，其中：/n所述图像捕捉模块用于进行篮板附近区域图像采集；/n所述图像信息处理模块用于通过无线通信模块获得图像捕捉模块采集的图像，并分析处理获得篮球及篮筐的几何特征参数以及空间相对位置，再通过无线通信模块将处理信息发送至判定模块；/n所述判定模块用于基于图像信息处理模块输出信息判定是否为有效进球，并通过无线通信模块将进球判定信号发送给计时计数显示模块；/n所述计时计数显示模块用于记录进球时刻并计数并根据指令将进球时刻及计数数据发送至数据存储模块存储测试数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置，其特征在于，包括图像捕捉模块、图像信息处理模块、判定模块、无线通讯模块、计时计数显示模块、数据存储模块，其中：
所述图像捕捉模块用于进行篮板附近区域图像采集；
所述图像信息处理模块用于通过无线通信模块获得图像捕捉模块采集的图像，并分析处理获得篮球及篮筐的几何特征参数以及空间相对位置，再通过无线通信模块将处理信息发送至判定模块；
所述判定模块用于基于图像信息处理模块输出信息判定是否为有效进球，并通过无线通信模块将进球判定信号发送给计时计数显示模块；
所述计时计数显示模块用于记录进球时刻并计数并根据指令将进球时刻及计数数据发送至数据存储模块存储测试数据。


2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置，其特征在于，所述计时计数显示模块连接有压力感知地垫或高速摄影机或红外传感器。


3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置，其特征在于，所述图像信息处理模块及判定模块通过STM32或ARM嵌入式电脑处理器实现，所述无线通讯模块采用基于WIFI或4G或蓝牙或射频的无线传输信号，所述数据存储模块为机械硬盘、固态硬盘或SD存储卡或连接有存储介质的电脑、移动电话。


4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置，其特征在于，所述图像捕捉模块为摄像头且具备固定架直接安装于篮球架上。


5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置，其特征在于，所述摄像头具备电子防抖，所述摄像头具备强光抑制且宽动态范围达120dB以上适合逆光环境监控。


6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉篮球进球计数计时装置，其特征在于，所述摄像头数量为一个及以上，且所述摄像头外装有保护罩框且安装固定架设置有减震弹簧。


7.一种基于机器视觉篮球进球计数计时方法，其特征在于，采用权利要求1至6中任一所述基于机器视觉篮球进球计数计时装置，包括以下步骤：
S1步骤一，建立基准坐标系，具体为将所述图像捕捉模块固定于篮板篮筐同一水平线位置，以篮筐固定于篮板的中心位置为原点O，建立全局坐标系XYZ，X轴沿篮板面外法线方向，Y轴平行于篮板短边竖直向上，Z轴根据右手定则唯一确定；
S2步骤二，处理采集图像数据，具体为使用图像信息处理模块处理图像捕捉模块采集的图像帧数据获得篮筐轮廓和篮球中心的空间相对位置参数，参数信息包括未投球时摄像头采集到的篮板和其周围区域图像帧、静态篮筐轮廓、篮框尺寸、篮球尺寸、摄像头到篮球球心的距离、通过标定和计算获得篮球中心与篮筐所在平...

【专利技术属性】
技术研发人员：李菁，申慧敏，林秦辉，王双元，杨丽红，甘屹，李炳初，何伟铭，孙福佳，苏梅，谭晓缨，龚韵，
申请(专利权)人：上海体育学院，上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31