便携式乒乓球旋转检测装置制造方法及图纸

便携式乒乓球旋转检测装置属于电子信息技术领域。本发明专利技术的便携式乒乓球旋转检测装置可帮助使用者正确判断来球的旋转特性。通过摄像机获取乒乓球的序列图像，处理图像，抽取乒乓球特征，计算乒乓球旋转方向和强度，并以某种方式告知使用者。整个装置可以很小很轻，可以镶嵌到眼镜上，便于携带和使用。一种产品设计是，在普通眼镜正中间镶嵌由微型摄像头和进行处理计算的微处理器芯片以及提供电源的纽扣电池和开关等构成的集成模块。该模块的输出控制位于眼镜内框里的线性发光点列。以八点ＬＥＤ为例，其０点钟，３点钟，６点钟，９点钟分别对应上旋，右侧旋，下旋，左侧旋。上述四个时间段的中点分别对应了右侧上旋，右侧下旋，左侧下旋，左侧上旋。其亮度表示旋转强度。正常眼睛可以感知普通眼镜内镜框周围的发光点。

【技术实现步骤摘要】
便携式乒乓球旋转检测装置
电子信息
技术介绍
乒乓球比赛中乒乓球的体积小和速度快，使得一般观众难以看清楚。 乒乓球比赛的回合太少，使观众觉得其不够精彩。回合太少的主要原因是发球方可以利用 各种手段，发出令接球方难以判断的旋转球。结果是接球方直接”吃球”或回球质量低，而被 发球方一板打死。还有“怪拍”造成的怪异旋转。国际乒联采取了一系列措施，改革乒乓球 运动的相关设备(球台，球网，球拍，球，胶水等)，对运动员发球动作做出诸多苛刻的规定。 但效果不尽人意一一乒乓运动在不少国家推广缓慢，其比赛的电视转播收入较低，影响较 小。我们专利技术的便携式乒乓球旋转检测装置可帮助使用者正确判断来球的旋转特性。 通过摄像机获取乒乓球的序列图像，处理图像，抽取乒乓球特征，计算乒乓球旋转方向和强 度，并以某种方式告知使用者。整个装置可以很小很轻，可以镶嵌到眼镜上，便于携带和使 用。一种产品设计是，在普通眼镜正中间镶嵌由微型摄像头和进行处理计算的微处理器芯 片以及提供电源的纽扣 电池和开关等构成的集成摸块。该摸块的输出控制位于眼镜内框 里的线性发光点列。以八点LED为例，其0点钟，3点钟，6点钟，9点钟分别对应上旋，右侧 旋，下旋，左侧旋。上述四个时间段的中点分别对应了右侧上旋，右侧下旋，左侧下旋，左侧 上旋。其亮度表示旋转强度。正常眼睛可以感知普通眼镜内镜框周围的发光点。本专利的意义在于，减少接球方直接”吃球”或回球质量低，而被发球方一板打死 的现象。同时减轻”怪拍”(长胶，生胶，过度老化/氧化等)的作用。增加乒乓球比赛的回 合，提高乒乓球比赛观赏性。使更多的观众和参与者体会到乒乓球运动的精彩和艺术。促 进乒乓球运动在全世界的普及和发展。
技术实现思路
便携式乒乓球旋转检测装置立足于对现有成熟技术和产品的集成。微 型摄像头，计算机微处理器芯片，纽扣电池，LED发光点的尺寸在毫米级，重量在克级，图像 的获取，处理和信号的显示都在毫秒级。整个装置可以集成在普通眼镜上。当然便携式乒 乓球旋转检测装置的产品形态，可能并不局限于眼镜。装有一个或多个微型摄像头的眼镜，已经有产品。而目前手机上的微型摄像头的 分辨率已经达到5 10百万像素。CXD等传感器的电子快门(即感光板像素阵列的读取速 度)可达到1000帧每秒或更高。实际上，300帧到1000帧每秒的微型摄像头早已经有产 品。由于只需要对相邻两帧(或几帧)图像进行处理计算，故不需要存储大量的视频数据。 对乒乓球形状特征的提取，可利用其与背景不同的颜色；抽取圆形形状的HOUGH变换；可做 为特征的乒乓球商标和斑点。根据相邻两帧图像上乒乓球特征的位移，可以计算出乒乓球 旋转的方向和速度。根据乒乓球在图像上占有的面积，可以估计乒乓球与摄像头的距离，可 计算乒乓球飞越台面的速度，还可判定乒乓球是来球还是去球。计算机视觉中的光流方法 就是一种可行的方法。文献报道过各种检测乒乓球，网球，足球等旋转特性的方法，均在大 型的无法携带的设备上实现。本装置，经改进，也可应用于乒乓球之外的其它领域。由于乒乓球处于运动员视觉的中心，故适当焦距的摄像头，可使乒乓球处于每帧 图像中，同时乒乓球又占据一定的像素数。对于1米见方的视场和5百万像素的摄像头，40毫米的乒乓球占有40*40*5 = 8000像素。乒乓球旋转方向的定义基于乒乓球运动员的感 觉，而不是以乒乓球自身为参照系的。实际上，由于球与球拍之间的作用力与反作用力，两 种定义的方向恰相反。据中国乒协科研委员会的研究结果，40毫米大球的正手扣杀(线速)最快为15.4 米/秒(2. 49克)到17米/秒(2. 79克)，弧圈球转速最高105转/秒(2. 49克)到116. 5 转/秒(2. 79克)，而发球的最高转速75转/秒(刘国梁)。根据信号取样定理(奈奎斯 特)，要检测150转/秒及以下，300帧每秒的摄像头即可。一般的家用摄像机是24或30 帧每秒，作为低端产品，可用于检测乒乓球爱好者的发球旋转特性。实际上，300帧到1000 帧每秒的摄像头不但没有技术问题，而早已经有产品。从摄像头(相邻两帧)图像取样，芯 片处理，到眼镜内镜圈LED显示，总时间小于10毫秒(人眼的视觉暂留为10(Γ500毫秒)。 乒乓球沿台面(从对方向己方)运行的距离小于20米/秒*0. 01秒=0.2米。不到球台 全长(2. 74米)的十分之一。而最需要判断旋转的并不是快球(这是因为，扣杀等导致的 快球，使接球方接球失败的原因，是速度而不是旋转。实际上，空气动力学决定了大多数快 球都是上旋，否则会出界。)，而是慢球一其速度只有快球的几分之一。所以在整个检测并 显示乒乓球旋转的过程中，乒乓球沿球台运行的距离只有球台全长的几十分之一。总之，便 携式乒乓球旋转检测装置可以在瞬间，实时地告知使用者来球的旋转特性。旋转强度与旋转方向对运动员的影响略有不同。造成接球方直接吃球或回球质量 低的主要原因，是对旋转方向的判断失误。导致使用了错误的动作，如搓上旋(出界)，推下 旋(栽网)。而旋转强度的判断，根据对方的动作，球速等，比判断旋转方向容易一些。另 夕卜，判断旋转方向时的心理犹豫，也是造成接球方直接吃球或回球质量低的重要原因。另一 方面，左右侧旋的判断比上下旋容易(包括顺转和逆转)。在侧旋与上下旋混合发球中(如 侧下，侧上)，主要起作用(接球方吃球或回球质量低)的仍是上下旋成分。实际比赛中的 发球，几乎都是侧旋与上下旋的混合。总的来说，只要接球方知道上下旋，就可大为减少直 接吃球或回球质量低的发生。或许未来乒乓球的可能包含表面纹理，以方便接球方判断来球的旋转。同时，带有 纹理的乒乓球比单一颜色的乒乓球更醒目，观众更容易看清楚本身体积较小的乒乓球。当 然带有纹理的乒乓球也有利于机器抽取乒乓球商标之外的特征。便携式乒乓球旋转检测装置眼镜上可以没有镜片，可以是平光镜片，也可以是使 用者为矫正视力已经配戴的镜片。整个装置(微型摄像头，计算机微处理器芯片，纽扣电 池，LED发光点)的小体积和轻重量，使其完全可与眼镜融为一体，而不影响眼镜的使用。除 微型摄像头和LED发光点之外的部件也可放在别处，如挂在腰间。其与摄像头和眼镜框LED 之间以某种方式(有线或无线)相联系。LED发光点的数量对应于乒乓球旋转方向的精确度。多于八个LED发光点(如16 点，32点，甚至线性LED序列等)的技术实现毫无问题，但八点LED所代表的旋转方向精确 度(上旋，右侧旋，下旋，左侧旋，右侧上旋，右侧下旋，左侧下旋，左侧上旋)，已经足够了。在比赛过程中，乒乓球是眼睛的注视中心。因而乒乓球也在摄像头的视场中。如 果摄像头的视场中没有乒乓球或有多个乒乓球，则不显示旋转特性。由于乒乓球旋转方向 的改变基本上发生在球与球拍接触时(偶尔的擦网也可能改变乒乓球旋转方向)，而与球 台面的接触则不改变乒乓球旋转方向，故一般来说，眼镜内框发光点位置在来球过程内部不会改变，在去球过程内部也不会改变。使用者可根据对方击球后瞬时的旋转指示，有较长 的准备时间(球离开对方球拍，飞越球网，落入己方台面并起跳)。实际上，即使在擦网后， 或落入己方台面弹起后，运动员搞明白旋转特性也不晚。如果不需要去球的旋转指示，可关 闭之，以便集中精力判断对方来球的旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测乒乓球旋转特性的便携式装置。通过获取乒乓球的序列图像，处理图像，抽取乒乓球特征，计算乒乓球旋转方向和强度。并以某种方式告知使用者。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄万端，黄玉建，黄玉明，王明熙，钟婷韡，
申请(专利权)人：黄万端，黄玉建，黄玉明，王明熙，钟婷韡，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]