[发明专利]乒乓球比赛视觉支持和比赛分析系统与系统运行方法

权利要求书

1.一种乒乓球比赛视觉支持和比赛分析系统，所述系统主要由两个以上摄像机、控制多摄像机同步进行采图的同步装置，图像数据采集传输装置、包含有视觉软件运行的系统环境的主控计算机、外接显示屏组成；摄像机固定在乒乓球桌上空，视野交叉覆盖乒乓球运动的有效区域，进行图像采集，同步装置产生多路周期脉冲信号，通过控制线连接摄像机，控制多摄像机进行同步采图；摄像机通过数据线与图像数据采集卡相连；数据采集卡通过主控机的总线，将采集到的数据传送到图像数据采集传输装置的处理器进行处理；处理结果输出到主控机的外接显示屏上进行显示；其特征在于，系统包括如下组成模块：图像采集和乒乓球目标识别定位模块、KALMAN滤波器模块、轨迹数据拟合器模块、特征分析模块、运动参数学习机模块、单程判断模块、三维虚拟场景重现模块、比赛特征数据存储模块；用户交互模块；所述系统架构流程是：主控机上图像采集和乒乓球目标识别定位模块，经过目标识别，空间定位，把实时生成的数据送入KALMAN滤波器模块进行滤波；特征分析模块对乒乓球的运动轨迹和当前运动状态信息进行分析；单程判断模块进行判断，当单程继续的情况下，实时送入三维虚拟场景模拟重现模块模拟重现三维虚拟场景；当单程结束的情况下，轨迹数据拟合器模块用KALMAN拟合器进行拟合，并生成运动轨迹特征，生成的运动轨迹特征送人记录比赛特征数据存储模块记录；用户交互模块由用户传入的消息指令实时对数据的存储和三维模拟界面进行干涉。

2.根据权利要求1所述的乒乓球比赛视觉支持和比赛分析系统，其特征在于所述的数据结构存储模块为基于STL的数据结构存储模块，控制和存储运动轨迹特征的位置、速度信息；每条轨迹中提取出的运动员击球特征的碰撞点、旋转、速度方向、大小、发球方和赢球轨迹的相关信息。

3.根据权利要求2所述的乒乓球比赛视觉支持和比赛分析系统，其特征在于所述的数据结构存储模块主要是以当前单程的轨迹信息数据结构、当前赛点的得分球信息数据结构、当前局的本局信息数据结构和当前比赛的比赛信息数据结构四个容器构成，并且分别封装了四个容器中数据处理的相关函数；通过用户发送指令消息的时候激活相关代码，把底层容器的数据和该数据提取的有效信息转入高一层容器里，对乒乓球比赛中整个赛程的信息量管理，同时对乒乓球比赛中裁判所要回放的落点位置、旋转分析结果轨迹数据存储；在用户交互模块中的落点显示区域，通过控制指针指向当前的数据模块，逐点或一次性的在三维显示窗口中显示历史记录，实现落点和轨迹的重现。

4.一种根据权利要求1所述的乒乓球比赛视觉支持和比赛分析系统的运行方法，步骤如下：

(1)、搭建两个摄像机，图像数据采集传输装置，主控计算机的系统设备，标定各摄像机内外参数；

(2)、离线学习和确定乒乓球运动模型参数，并在线修正；

(3)、系统运行，采集乒乓球运动数据的KALMAN滤波器、轨迹数据拟合器进行滤波和拟合；

(4)、滤波后的数据在线将轨迹进行分离，统计单程轨迹关键性信息，更新参数；

(5)、根据用户交互指令统计相关信息，修改或存贮数据；

(6)将处理结果数据实时输入三维虚拟场景重现模块，在外接的显示屏中实时播放或按交互页面指定回放；并同时在交互页面中显示处理结果。

5.根据权利要4所述的乒乓球比赛视觉支持和比赛分析系统的运行方法，其特征在于所述的统计单程轨迹关键性信息，更新参数方法如下：

a)通过乒乓球的受力分析得到运动学模型，生成状态转移矩阵和观测矩阵，得到其运动方程，用于在线实时滤波和半实时拟合；

b)建立学习机，参数黑箱模型，状态转移矩阵和观测矩阵的各个参数模型获取；

c)拟合数据获取单程轨迹关键性信息；

d)对拟合后的数据进行搜索截取，通过连续模型反推参数，并和离散模型相关滤波参数统一；

e)对参数模型进行在线的学习更新。

6.根据权利要4所述的乒乓球比赛视觉支持和比赛分析系统的运行方法，其特征在于所述的获取单程轨迹关键性信息方法：

1)速度信息统一由实时输入轨迹经过击球方四分之一场时的滤波速度为基准存储；

2)落点信息统一由实时输入轨迹到达击球对方半场时的第一个有效落点为基准存储；

3)基于旋转模型计算旋转信息，记录旋转矢量；

4)判断发球方和失效球，简化裁判操作。