一种乒乓球抛球高度的检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术揭示了一种乒乓球抛球高度的检测装置，所述装置包括：高速摄像机、图像采集卡和上位机；所述高速摄像机通过视频信号线与图像采集卡连接，图像采集卡的输出端与上位机连接。所述装置还包括显示器，该显示器与上位机连接，用以显示检测结果。本实用新型专利技术提出的乒乓球抛球高度的检测装置，一方面为乒乓球训练提供了良好的平台，科学地反应了运动员发球水平，并将其作为改进发球技术的参考资料，大大提高运动员训练效率。另一方面，在比赛中可提供客观抛球数据，简化判球过程，减少判球争议，大大减少主观误判因素。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于体育用品
，涉及一种高度检测装置，尤其涉及一种乒乓球抛球高度的检测装置。
技术介绍
乒乓球是一种世界流行的球类运动项目，其中发球是乒乓比赛中的核心技术。国际乒联针对发球明确规定“发球员须用手将球几乎垂直地向上抛起，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，球下降到被击出前不能碰到任何物体”。现如今的比赛中，最能引起裁判与球员之间争议的就是这条规则，其中包含的16厘米太过于具体化，目前并无相关装置能够客观的测量出发球高度，是否违规只能凭裁判主观目测后判定。在国内外比赛中，是否误判已经多次引发争议，运动员状态因此受到很大的影响，更严重者，甚至影响比赛的正常进行。目前关于乒乓球抛球高度的测量方法，并无相关专利技术专利涉及，相关的处理思路也极为少见，中国专利公开号为CN1453740A的专利技术专利阐述了由单幅图像测量场景及场景内物体的方法，但其处理的为静态图像，对于动态视频并不适用。中国专利公开号为CN1788498的专利技术专利提供了一种画面的运动图像质量测量评价装置，可测量画面的运动图像质量，但并不能实现距离的检测，且光学部件结构复杂较难实现。综上所述，目前检测乒乓球抛球高度的方法几乎空白，相关测量思路也有种种局限，实际应用中急需相关的测量装置进行判球。有鉴于此，如今迫切需要设计一种乒乓球抛球高度的检测装置，以便检测到乒乓球的抛球高度。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是:提供一种乒乓球抛球高度的检测装置，能够在乒乓球比赛过程中显示出运动员的抛球高度，从而简化判球过程，也使判球结果更具说服力。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案:一种乒乓球抛球高度的检测装置，所述装置包括:高速摄像机、图像采集卡和上位机；所述高速摄像机通过视频信号线与图像采集卡连接，图像采集卡的输出端与上位机连接。作为本技术的一种优选方案，所述装置还包括显示器，该显示器与上位机连接，用以显示检测结果。作为本技术的一种优选方案，所述高速摄像机架设在能拍到发球的全过程的运动员一侧。进一步地，所述的上位机中载有主控程序，经过程序运行计算出乒乓球抛球高度后，在上位机的显示屏上将抛球高度予以显示。所述上位机带有OPENCV开发环境，带有显示屏；所述摄像头可拍高清画面，其中每帧图像无拖影。上位机的主控程序包括运动分离部分(包括背景建模部分，差分图像取前景部分)，括霍夫变换部分，录像中乒乓球半径测量部分，起抛点特征识别部分，最高点提取部分，录像中抛球高度计算部分，实际抛球高度计算部分，误差补偿部分，以及抛球高度结果显示部分。进一步地，运动分离部分的思想是:先建立背景模型，将当前帧与背景模型进行比较，变化较大的区域即为前景。后面的计算只针对前景部分，从而大大减小的计算量，提高了运算速度。进一步地，霍夫变换部分识别出录像中的标准圆，并在识别后，计算出录像中的乒乓球直径大小，并进行存储，以备后期计算。进一步地，起抛点的判断依据为视频中乒乓球呈现为标准圆，最高点的判断依据为像素的Y坐标中的最大值。进一步地，根据起抛点，最高点，以及录相中乒乓球直径大小与实际标准乒乓球直径40mm的比值，计算得出乒乓球抛球高度。进一步地，为提高测量精度，补偿球在抛离瞬间被手掌遮盖部分的误差，将误差补偿后的抛球高度予以显示。本技术的有益效果在于:本技术提出的乒乓球抛球高度的检测装置，一方面为乒乓球训练提供了良好的平台，科学地反应了运动员发球水平，并将其作为改进发球技术的参考资料，大大提高运动员训练效率。另一方面，在比赛中可提供客观抛球数据，简化判球过程，减少判球争议，大大减少主观误判因素。本技术检测装置的构造非常简单，其中高速摄像头既可自备，也可利用比赛现场已有的媒体镜头，从而达到节约成本的目的。在算法中通过对前景的提取，大大减少了计算量，简化了运算过程，从而提高运算速度，比赛现场可即时显示抛球高度。本技术在主控程`序中通过将运动分离、霍夫变换、计算质心以重设搜索窗值等方法相结合，克服了传统视频处理中复杂背景下目标物体易跟丢的情况，增强了系统的鲁棒性。相较于原先的裁判主观目测判断，其抛球高度值呈现为数据形式，为判球过程提供了客观依据，且精度大大提高。附图说明图1为本技术检测装置的结构示意图。图2是本技术检测装置的高速摄像头架设方位示意图。图3是本技术检测装置的抛球高度算法流程图。图4是本技术检测装置的乒乓球抛球高度检测方法的流程简图。附图标注如下:1:高速摄像机2:图像采集卡3:上位机4:比赛现场布设的高速摄像机位置5:兵兵球运动员位置 6:兵兵球台位置具体实施方式以下结合附图详细说明本技术的优选实施例。实施例一请参阅图1，本技术揭示一种乒乓球抛球高度的检测装置，包括高速摄像机1、图像采集卡2、上位机3。高速摄像机I通过视频信号线与图像采集卡2连接，图像采集卡2的输出端与上位机3连接。此外，所述装置还可以包括与上位机3连接的显示器，用以显示检测结果。高速摄像机I能满足拍摄高清画面，每帧无拖影即可。图像采集卡2采用与高速摄像机匹配的图像采集卡即可。上位机3采用目前市场主流任意PC架构的计算机均可满足设计要求，系统采用WINDOWS XP操作系统，软件编制平台采用OPEN CV。高速摄像机架设方位如图2所示，需架设在运动员一侧，能拍到发球的全过程。计算机在OPEN CV中运行程序后，将抛球高度显示在计算机显示屏上。拍摄到的视频数据，将被传送到计算机中的主控程序中，数据处理过程主要包括以下几个步骤:S1:启动，系统初始化，判断是否有视频导入。S2:有图像导入则分离前景与背景，否则回到第I步。S3:处理分离出的前景图像，用霍夫变换识别出乒乓球，记录并存储像素坐标值、乒乓球直径。S4:自动跟踪乒乓球运动轨迹，直至最高点，判断Y坐标值是否持续减小，是则进行下一步，否则重复步骤S4。S5:计算得抛球高度。S6:抛球高度结果显示后，程序结束。执行运动物体分离部分算法时，先将视频的背景建模，再将原视频图像减去背景图像，即得前景图像。下面的计算中只对前景部分进行处理，减小计算量，提高运算速度。为了实现动态视频中良好的跟踪效果，采用的算法如下:先在第一帧中初始化搜索窗的尺寸和定位，然后计算其颜色直方图，根据直方图可得概率分布图，由此，可计算搜索窗的质心。将当前帧的质心数据作为下一帧的初始数据，从而实现物体跟踪的效果。计算抛球高度的过程如图3所示，在视频中利用霍夫变换检测到标准圆后，一方面计算出圆的直径大小，并与40mm相除，得到与实际乒乓球大小的比值；另一方面，继续跟踪乒乓球的运动过程，直至得到最高点的Y坐标，并由公式计算出视频中的抛球高度。最后由两方面数据，按比例求得实际乒乓球的抛球高度，并将此高度进行误差补偿。整个检测方法的流程图如图4所示，采集到视频后，进行运动分离、乒乓球跟踪并记录起抛点与最高点、抛球高度计算并显示等步聚，完成乒乓球抛球高度的检测。综上所述，本技术提出的乒乓球抛球高度的检测装置，一方面为乒乓球训练提供了良好的平台，科学地反应了运动员发球水平，并将其作为改进发球技术的参考资料，大大提高运动员训练效率。另一方面，在比赛中可提供客观抛球数据，简化判球过程，减少判球争议本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乒乓球抛球高度的检测装置，其特征在于，所述装置包括高速摄像机、图像采集卡和上位机；所述高速摄像机通过视频信号线与图像采集卡连接，图像采集卡的输出端与上位机连接。

【技术特征摘要】
1.种乒乓球抛球高度的检测装置，其特征在于，所述装置包括高速摄像机、图像采集卡和上位机； 所述高速摄像机通过视频信号线与图像采集卡连接，图像采集卡的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝立，付振宇，由婷，王肖芬，尚丽辉，季云峰，郭金鑫，洪艺玲，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：实用新型
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