一种基于行为识别及双目摄像测距的发球方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于行为识别及双目摄像测距的发球方法与装置，所述装置包括双目摄像头、本体、发球组件；所述双目摄像头用于拍摄训练场的图像，所述本体用于执行基于行为识别及双目摄像测距的发球方法与装置，以及根据所述方法确定的发球角度和出球初始速度控制所述发球组件发球；所述基于行为识别及双目摄像测距的发球方法与装置能够根据机器视觉行为识别及双目摄像视觉差测距使发球装置以不同的发球角度和出球初始速度进行发球。本发明专利技术能够更智能化的根据球员位置和球员的行为自动发球，为球员的训练提供技术支持。为球员的训练提供技术支持。为球员的训练提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于行为识别及双目摄像测距的发球方法与装置


[0001]本专利技术涉及球类运动辅助训练
，特别涉及一种基于行为识别及双目摄像测距的发球方法与装置。

技术介绍

[0002]球类运动是全世界范围内最受欢迎的体育运动项目之一。接球停球是球类运动中高频且重要的技术动作，接球停球的水平是反应球员综合素质的重要因素，接球停球专项训练也是球类训练中一项重要的基础训练内容。
[0003]目前存在各类球类发球器，用以在训练中代替人工陪练员发球。然而，现有的发球器发球时不够智能化，对应的发球方法不能根据球员位置和球员的行为自动调整发球的距离、水平方向、垂直方向、轨迹、频率、目标球员信息。因此，亟需一种新的球类发球方法与装置。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术旨在提供一种基于行为识别及双目摄像测距的发球方法与装置。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一方面，提供一种基于行为识别及双目摄像测距的发球方法，包括以下步骤：
[0007]S1：预定义多种不同的要球行为，基于人体骨骼关键点识别，对各种不同要球行为进行特征提取和标记；
[0008]S2：利用双目摄像头获取训练场上图像，并对所述图像进行逐帧处理，识别所述图像中所有球员及其骨骼关键点；
[0009]S3：根据步骤S2获得的各球员骨骼关键点，结合步骤S1提取的各种不同要球行为的特征，计算各球员与预定义要球行为的相似度，通过所述相似度判断各球员是否存在要球行为；
[0010]若所有球员均不存在要球行为，则返回步骤S2；
[0011]若有球员存在要球行为，则判断该要球行为的具体类型，并进入步骤S4；
[0012]S4：通过双目摄像头获取存在要球行为的球员的图像一和图像二，记该球员在两个图像中的位置分别为p1(x1,y1)、p2(x2,y2)，预设球员居中所允许的最大像素误差为常量a；
[0013]S5：根据|x1+x2|与a的大小关系判断要球球员在图像中是否居中；
[0014]若球员不居中，则调整发球装置的方向，返回步骤S4；
[0015]若球员居中，则进入步骤S6；
[0016]S6：利用双目测距算法计算图像一和图像二中要球球员与发球装置的距离S1，将所述距离S1与预设阈值L1进行比较，判断本次发球是否需要记录误差数据；
[0017]S7：根据要球球员的具体要球类型确定发球角度，并结合所述距离S1计算出球初
始速度；
[0018]S8：控制发球装置以所述发球角度和所述出球初始速度进行发球，并记该球为目标球，记发球时刻为t1；
[0019]当步骤S6判断本次发球不需要记录误差数据时，结束本次发球；
[0020]当步骤S6判断本次发球需要记录误差数据时，利用双目摄像头获取目标球飞行过程中的图像，逐帧识别目标球和各球员的骨骼关键点，将所述目标球在双目摄像中的定位三维坐标记为p3(x3,y3,z3)，将各球员的各个骨骼关键点在双目摄像中的定位三维坐标记为集合p4(x4,y4,z4)，记时刻为t2；
[0021]计算目标球与各骨骼关键点的距离，并将其与预设阈值L2进行比较，判断目标球是否被球员触碰；
[0022]若目标球飞行过程中没有被球员触碰，则获取t2时刻目标球双目摄像的定位距离S2，并将S1与S2的差值作为双目测距S1距离下的误差ΔS；当下次发球时，若步骤S6中的距离S1值与本次S1值相同，则利用所述误差ΔS对该次发球的距离S1进行修正；
[0023]若目标球飞行过程中被球员触碰，则清除本次发球需要记录误差数据的判断，并结束本次发球。
[0024]作为优选，将所述发球方法用于足球发球，步骤S1中，所述要球行为包括高远球、中位球和低平球三种类型；其中，
[0025]将单手手臂伸直举过头顶作为高远球要球信号；
[0026]将单手手臂伸直斜上方举过头顶作为中位球要球信号；
[0027]将单手手臂伸直平举作为低平球要球信号。
[0028]作为优选，所述双目摄像头拍摄的图像以和图像二的像素均为A*B，其中A为横坐标的像素，B为纵坐标的像素；步骤S4中，所述常量a＝0.01*A。
[0029]作为优选，步骤S5中，调整发球装置的方向时，
[0030]若x1+x2＜0，则控制所述发球装置向X轴负方向移动；
[0031]若x1+x2＞0，则控制所述发球装置向X轴正方向移动。
[0032]作为优选，步骤S7中，当要球类型为高远球时，所述发球角度与水平方向夹角θ呈40
°
；当要球类型为中位球时，所述发球角度与水平方向夹角θ呈20
°
；当要球类型为低平球时，所述发球角度与水平方向夹角θ呈0
°
。
[0033]作为优选，步骤S7中，所述出球初始速度通过下式进行计算：
[0034][0035][0036]式中：S1为要球球员与发球装置的距离；v
o
为出球初始速度；θ为发球角度；k为空气阻力系数；m为目标球质量；t为目标球从发球时刻到目标球水平位置恢复至发球时刻水平位置时所用的时长；g为重力加速度。
[0037]作为优选，步骤S8中，时刻t2满足下式条件：
[0038][0039]式中：t1为发球时刻。
[0040]另一方面，还提供一种基于机器视觉行为识别及双目摄像视觉差测距的发球装置，包括双目摄像头、本体、发球组件；所述双目摄像头用于拍摄训练场的图像，所述本体用于执行上述任意一项所述的基于行为识别及双目摄像测距的发球方法与装置，以及根据所述方法确定的发球角度和出球初始速度控制所述发球组件发球。
[0041]作为优选，所述本体包括底座、旋转台、球框、控制组件；
[0042]所述旋转台设置在所述底座上，所述双目摄像头、发球组件、球框和控制组件均设置在所述旋转台上；
[0043]所述控制组件能够控制所述旋转台进行水平360
°
旋转以及控制所述发球组件以不同的角度进行发球，且所述旋转台旋转时，所述旋转台上的各子部件能够跟随所述旋转台一起旋转。
[0044]作为优选，所述发球组件包括发球轮和挡板，所述发球轮和所述挡板之间形成待发球区，所述发球轮包括分别设置在所述球框的左右两侧的发球轮一和发球轮二；所述控制组件包括电机一、电机二、电机三、电机四、电机五；
[0045]所述电机一用于控制所述旋转台进行水平360
°
旋转；所述电机二用于控制所述发球轮的发球角度；所述电机三和所述电机四分别用于控制所述发球轮一和所述发球轮二旋转，从而控制足球发球；所述电机五用于控制所述挡板，从而控制足球进入待发球区。
[0046]本专利技术的有益效果是：
[0047](1)本专利技术使得球类发球不再需要遥控装置控制，简化了人与发球装置的交互。
[0048](2)本专利技术能够支持多球员同场训练，能够自动识别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于行为识别及双目摄像测距的发球方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：预定义多种不同的要球行为，基于人体骨骼关键点识别，对各种不同要球行为进行特征提取和标记；S2：利用双目摄像头获取训练场上图像，并对所述图像进行逐帧处理，识别所述图像中所有球员及其骨骼关键点；S3：根据步骤S2获得的各球员骨骼关键点，结合步骤S1提取的各种不同要球行为的特征，计算各球员与预定义要球行为的相似度，通过所述相似度判断各球员是否存在要球行为；若所有球员均不存在要球行为，则返回步骤S2；若有球员存在要球行为，则判断该要球行为的具体类型，并进入步骤S4；S4：通过双目摄像头获取存在要球行为的球员的图像一和图像二，记该球员在两个图像中的位置分别为p1(x1,y1)、p2(x2,y2)，预设球员居中所允许的最大像素误差为常量a；S5：根据|x1+x2|与a的大小关系判断要球球员在图像中是否居中；若球员不居中，则调整发球装置的方向，返回步骤S4；若球员居中，则进入步骤S6；S6：利用双目测距算法计算图像一和图像二中要球球员与发球装置的距离S1，将所述距离S1与预设阈值L1进行比较，判断本次发球是否需要记录误差数据；S7：根据要球球员的具体要球类型确定发球角度，并结合所述距离S1计算出球初始速度；S8：控制发球装置以所述发球角度和所述出球初始速度进行发球，并记该球为目标球，记发球时刻为t1；当步骤S6判断本次发球不需要记录误差数据时，结束本次发球；当步骤S6判断本次发球需要记录误差数据时，利用双目摄像头获取目标球飞行过程中的图像，逐帧识别目标球和各球员的骨骼关键点，将所述目标球在双目摄像中的定位三维坐标记为p3(x3,y3,z3)，将各球员的各个骨骼关键点在双目摄像中的定位三维坐标记为集合p4(x4,y4,z4)，记时刻为t2；计算目标球与各骨骼关键点的距离，并将其与预设阈值L2进行比较，判断目标球是否被球员触碰；若目标球飞行过程中没有被球员触碰，则获取t2时刻目标球双目摄像的定位距离S2，并将S1与S2的差值作为双目测距S1距离下的误差ΔS；当下次发球时，若步骤S6中的距离S1值与本次S1值相同，则利用所述误差ΔS对该次发球的距离S1进行修正；若目标球飞行过程中被球员触碰，则清除本次发球需要记录误差数据的判断，并结束本次发球。2.根据权利要求1所述的基于行为识别及双目摄像测距的发球方法，其特征在于，将所述发球方法用于足球发球，在步骤S1中，所述要球行为包括高远球、中位球和低平球三种类型；其中，将单手手臂伸直举过头顶作为高远球要球信号；将单手手臂伸直斜上方举过头顶作为中位球要球信号；将单手手臂伸直平举作为低平球要球信号。
3.根据权利要求1所述的基于行为识别及双目摄像测距的发球方法，其特征在于，所述双目摄像头拍摄的图像以和图像二的像素均为A*B，其中A为横坐标的像素，B为纵坐标的像素；步骤S4中，所述常量a＝0.01*A。...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦洪雷，蒲茂武，邹琳，梁锐，张健，曹礼聪，何舟，李浩然，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院四川乐健梦想家科技有限公司，
类型：发明
国别省市：