乒乓球运动参数检测方法、装置及乒乓球训练辅助系统制造方法及图纸

本申请涉及一种乒乓球运动参数检测方法、装置及乒乓球训练辅助系统，所述方法包括：通过高速摄像机拍摄乒乓球在运动过程中的乒乓球桌面图像并识别出乒乓球图像；从乒乓球图像上识别出设置在乒乓球表面的单色色斑图像，并确定单色色斑的颜色及其相对于乒乓球图像的分布位置；分别根据各个颜色的单色色斑图像的分布位置计算单色色斑在乒乓球三维坐标系上的第一三维坐标值，并在该帧乒乓球桌面图像上关联；获取若干帧相邻的乒乓球桌面图像，根据各帧乒乓球桌面图像上关联的颜色及其第一三维坐标值计算乒乓球的旋转方向及其旋转角速度。该技术方案，可以降低图像处理数据量，减少高速摄像机的使用数量，降低高速摄像机的帧率要求，提升检测效率。提升检测效率。提升检测效率。

【技术实现步骤摘要】
乒乓球运动参数检测方法、装置及乒乓球训练辅助系统


[0001]本申请涉及体育科技
，尤其是一种乒乓球运动参数检测方法、装置及乒乓球训练辅助系统。

技术介绍

[0002]在乒乓球辅助训练过程中，通过乒乓球训练辅助系统准确地检测乒乓球运动参数，在极短的时间内完成计算，准确的识别、定位和跟踪高速运动的乒乓球飞行轨迹等等，对于指导运动员进行训练具有重要意义；乒乓球运动参数包括运动轨迹、运动速度以及旋转角速度，特别是乒乓球在运动过程中产生的快速旋转运动，据统计，专业的乒乓球运动员打出的旋转球转速可达50 转/ 秒以上，在如此高转速下，一般是通过高速摄像机实时捕捉到相邻图像帧之间乒乓球的细小运动变化，计算乒乓球的旋转角速度。
[0003]当前，有技术是通过拍摄并识别乒乓球的标记（如球标），结合平面坐标系的夹角识别旋转方向，再根据角度差与时间间隔计算乒乓球的旋转角速度。另外，由于乒乓球的标记在高速摄像机的阴影区旋转时无法被拍摄到，由此可能导致无法检测情况，为了解决这个问题，常用方法是同时使用至少两台高速摄像机进行图像采集，从而保证乒乓球上的标识始终存在于高速摄像机的视野中。
[0004]由于乒乓球是表面是圆形的，在高速摄像机拍摄图片中，前后两帧图像的检测点之间距离较近时才能准确检测旋转路径，这就要求高速摄像机必须要使用帧率较高的高速摄像机，需要处理大量的图像数据，计算相当复杂，对摄像设备和图像数据处理设备的要求较高，影响了检测效率；而且，为了避免上述阴影区的影响需要配备两个以上的摄像头，导致高速摄像机的设备成本上升，使得这些辅助系统设备难以在体育训练中推广应用，影响了乒乓球训练辅助系统的训练辅助效果。

技术实现思路

[0005]针对于上述技术缺陷之一，本申请提供一种乒乓球运动参数检测方法、装置及乒乓球训练辅助系统，降低图像数据处理量、减少高速摄像机的使用数量以及提升检测效率。
[0006]第一方面：本申请提供一种乒乓球运动参数检测方法，包括：通过设于乒乓球桌上方一设定高度的高速摄像机拍摄乒乓球在运动过程中的乒乓球桌面图像，对所述乒乓球桌面图像的各个图像帧进行分析识别出乒乓球图像；从所述乒乓球图像上识别出设置在乒乓球表面的单色色斑图像，并确定所述单色色斑的颜色及其相对于所述乒乓球图像的分布位置；其中，所述单色色斑设置在乒乓球表面上，且位于乒乓球内置正四面体顶点位置处；分别根据各个颜色的单色色斑图像的分布位置计算所述单色色斑在乒乓球三维坐标系上的第一三维坐标值，并在该帧乒乓球桌面图像上关联相应的颜色及其第一三维坐标值；其中，所述乒乓球三维坐标系是以乒乓球球心为原点的三维坐标系；
获取若干帧相邻的乒乓球桌面图像，根据各帧乒乓球桌面图像上关联的颜色及其第一三维坐标值计算乒乓球的旋转方向及其旋转角速度。
[0007]第二方面：本申请提供一种乒乓球运动参数检测装置，包括：图像获取模块，用于通过设于乒乓球桌上方一设定高度的高速摄像机拍摄乒乓球在运动过程中的乒乓球桌面图像，对所述乒乓球桌面图像的各个图像帧进行分析识别出乒乓球图像；位置确定模块，用于从所述乒乓球图像上识别出设置在乒乓球表面的单色色斑图像，并确定所述单色色斑的颜色及其相对于所述乒乓球图像的分布位置；其中，所述单色色斑设置在乒乓球表面上，且位于乒乓球内置正四面体顶点位置处；坐标关联模块，用于分别根据各个颜色的单色色斑图像的分布位置计算所述单色色斑在乒乓球三维坐标系上的第一三维坐标值，并在该帧乒乓球桌面图像上关联相应的颜色及其第一三维坐标值；其中，所述乒乓球三维坐标系是以乒乓球球心为原点的三维坐标系；参数计算模块，用于获取若干帧相邻的乒乓球桌面图像，根据各帧乒乓球桌面图像上关联的颜色及其第一三维坐标值计算乒乓球的旋转方向及其旋转角速度。
[0008]第三方面：本申请提供一种乒乓球训练辅助系统，包括：分布设置于各个乒乓球桌面上方的高速摄像机，姿态摄像头，内置于各个乒乓球拍的传感装置，以及后台服务器；所述高速摄像机、传感装置、姿态摄像头和接触感应面板通过无线网络设备连接至所述后台服务器；所述传感装置包括：加速度传感器、粘贴在乒乓球拍的胶皮上的触摸感应层以及MCU和无线通讯模块；其中，所述加速度传感器和连接至MCU，所述MCU通过所述无线通讯模块连接至后台服务器；所述姿态摄像头用于拍摄球员的实时图像，并根据所述实时图像获取所述球员的运动姿态数据发送至所述后台服务器；所述后台服务器被配置为执行所述的乒乓球运动参数检测方法的步骤，以及执行如下步骤：接收所述加速度传感器检测的乒乓球拍的加速度数据，接收所述触摸感应层检测的乒乓球接触拍面的击发位置数据，接收球员的运动姿态数据；根据所述乒乓球的旋转方向及其旋转角速度、乒乓球拍的加速度数据、击发位置数据、球员的运动姿态数据进行数据分析，并根据分析结果生成辅助训练参考信息。
[0009]上述乒乓球运动参数检测方法、装置及乒乓球训练辅助系统，首先在位于乒乓球内置正四面体顶点位置处的乒乓球的表面上设置单色色斑，在检测过程中，通过乒乓球桌上方的高速摄像机，拍摄乒乓球桌面图像并识别乒乓球图像，然后从乒乓球图像上识别出单色色斑图像，检测出单色色斑的颜色及其相对于乒乓球图像的分布位置；再分别根据各个颜色的单色色斑图像的分布位置计算出单色色斑在乒乓球三维坐标系上的三维坐标值并与乒乓球桌面图像进行关联，最后通过若干帧相邻的乒乓球桌面图像，利用其根据各帧乒乓球桌面图像上关联的颜色及其三维坐标值来计算出乒乓球的旋转方向及其旋转角速度。该技术方案，通过在位于乒乓球内置正四面体顶点位置处的乒乓球的表面上设置单色
色斑，一方面通过单色色斑有利于图像识别处理，从而可以降低图像处理数据量，另一方面，由于是乒乓球内置正四面体顶点位置处设置单色色斑，通过至少一个单色色斑即可以确定其他单色色斑的三维坐标位置；由此可以确保不管乒乓球如何旋转，至少会有一个单色色斑会被高速摄像机拍摄到，即使部分单色色斑处于高速摄像机的阴影区，每一帧乒乓球图像都能够确保有单色色斑被检测到，从而减少高速摄像机的使用数量；通过将一维标记信息识别过程分解到多维标记信息识别过程，将短时间的识别过程变换为长时间的识别过程，由此也可以极大地降低对于高速摄像机的帧率要求，提升检测效率。
[0010]进一步的，在实现了基于单个高速摄像机来进行检测乒乓球的旋转方向及其旋转角速度基础上，还可以检测出乒乓球的运动轨迹，并利用加速度数据、击发位置数据、运动姿态数据等进行数据分析，根据分析结果生成辅助训练参考信息。
[0011]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0012]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是一个实施例的乒乓球运动参数检测方法流程图；图2是一个示例的高速摄像机安装位置示意图；图3是一个示例乒乓球表面设置单色色斑示意图；图4是一个示例的识别单色色斑的分布位置示意图；图5是一个示例的乒乓球三维坐标系示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乒乓球运动参数检测方法，其特征在于，包括：通过设于乒乓球桌上方一设定高度的高速摄像机拍摄乒乓球在运动过程中的乒乓球桌面图像，对所述乒乓球桌面图像的各个图像帧进行分析识别出乒乓球图像；从所述乒乓球图像上识别出设置在乒乓球表面的单色色斑图像，并确定所述单色色斑的颜色及其相对于所述乒乓球图像的分布位置；其中，所述单色色斑设置在乒乓球表面上，且位于乒乓球内置正四面体顶点位置处；分别根据各个颜色的单色色斑图像的分布位置计算所述单色色斑在乒乓球三维坐标系上的第一三维坐标值，并在该帧乒乓球桌面图像上关联相应的颜色及其第一三维坐标值；其中，所述乒乓球三维坐标系是以乒乓球球心为原点的三维坐标系；获取若干帧相邻的乒乓球桌面图像，根据各帧乒乓球桌面图像上关联的颜色及其第一三维坐标值计算乒乓球的旋转方向及其旋转角速度。2.根据权利要求1所述的乒乓球运动参数检测方法，其特征在于，所述从所述乒乓球图像上识别出设置在乒乓球表面的单色色斑图像，并确定所述单色色斑的颜色及其相对于所述乒乓球图像的分布位置的步骤，包括：根据预设的各种颜色的颜色范围阈值对所述乒乓球图像范围内的像素颜色值进行判断，确定所述乒乓球图像上的各个单色色斑图像及其对应的颜色；获取各个颜色的单色色斑图像所在的像素区域，确定所述像素区域的中心位置，作为单色色斑的中心位置；计算所述中心位置与所述乒乓球图像中心的相对位置参数；其中，所述相对位置参数为所述中心位置在乒乓球图像中心为原点的乒乓球切面坐标系上的二维坐标值；根据所述相对位置参数得到所述单色色斑图像相对于所述乒乓球图像的分布位置。3.根据权利要求2所述的乒乓球运动参数检测方法，其特征在于，所述分别根据各个颜色的单色色斑图像的分布位置计算所述单色色斑在乒乓球三维坐标系上的第一三维坐标值，并在该帧乒乓球桌面图像上关联相应的颜色及其第一三维坐标值的步骤，包括：以所述乒乓球球心为原点构建乒乓球三维坐标系；其中，所述乒乓球三维坐标系的xy轴平面平行于乒乓球桌面平面，z轴垂直于乒乓球球心；根据所述乒乓球图像在所述乒乓球桌面图像中的分布位置以及所述设定高度确定高速摄像机与乒乓球球心的摄像夹角；根据所述摄像夹角以及所述二维坐标值计算所述单色色斑在所述乒乓球三维坐标系上的第一三维坐标值；在所述乒乓球桌面图像上关联记录所识别的颜色和所述单色色斑的第一三维坐标值。4.根据权利要求3所述的乒乓球运动参数检测方法，其特征在于，所述高速摄像机设于乒乓球桌中网中心的正上方一设定高度位置处；所述根据所述乒乓球图像在所述乒乓球桌面图像中的分布位置以及所述设定高度确定高速摄像机与乒乓球球心的摄像夹角的步骤，包括：获取乒乓球图像的中心位置以及所述乒乓球桌面图像的中网中点位置；根据所述乒乓球图像的中心位置和所述乒乓球桌面图像的中网中点位置确定乒乓球球心相对于所述乒乓球桌面的中网中点之间的第一距离；根据所述第一距离及所述设定高度计算所述高速摄像机与乒乓球球心之间的摄像夹
角。5.根据权利要求4所述的乒乓球运动参数检测方法，其特征在于，所述获取若干帧相邻的乒乓球桌面图像，根据各帧乒乓球桌面图像上关联的颜色及其第一三维坐标值计算乒乓球的旋转方向及其旋转角速度的步骤，包括：选取连续的若干帧所述乒乓球桌面图像作为待分析图像帧；其中，所述待分析图像帧至少包括同一种颜色重复出现的多个图像帧；分别从所述待分析图像帧中识别出各种颜色所包含的图像帧，形成以颜色为类型的待分析图像帧分组；针对于不同颜色类型，利用所述待分析图像帧...

【专利技术属性】
技术研发人员：江炬，
申请(专利权)人：广州精天信息科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：