一种乒乓球运动智能记分系统和记分方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201510109543.1 (22)申请日 2015.03.13 (71)申请人 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿 生研究所 地址 215123 江苏省苏州市苏州工业园区 独墅湖高教区若水路398号 (72)发明人 张广文 王旭光 (74)专利代理机构 南京利丰知识产权代理事务 所(特殊普通合伙) 32256 代理人 王锋 (51)Int.Cl. A63B 71/06(2006.01) A63B 67/04(2006.01) (54)发明名称 一种乒乓球运动智能记分系统和记分方法。

2、 (57)摘要 本申请公开了一种乒乓球运动智能记分系 统和记分方法， 该系统包括高速相机、 采集卡、 采 集卡驱动和记分模块， 所述采集卡和采集卡驱动 用以将高速相机获取的固定帧率的实时图像信 息输出至记分模块， 所述记分模块识别乒乓球运 动方向以及运动状态以判断本局是否结束并进 行记分， 所述运动状态包括是否打在桌面上、 是 否打在网上、 是否出界、 运动员是否接球、 以及是 否顺利过网。 借助于本发明的上述技术方案， 可 以比较准确的实现乒乓球实时判断每局输赢并 记录当前比分结果。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 106031823 A 2016.10.19 CN 106031。

3、823 A 1/2 页 2 1.一种乒乓球运动智能记分系统， 其特征在于包括高速相机、 采集卡、 采集卡驱动和记 分模块， 所述采集卡和采集卡驱动用以将高速相机获取的固定帧率的实时图像信息输出至 记分模块， 所述记分模块识别乒乓球运动方向以及运动状态以判断本局是否结束并进行记 分， 所述运动状态包括是否打在桌面上、 是否打在网上、 是否出界、 运动员是否接球、 以及是 否顺利过网。 2.根据权利要求 1 所述的乒乓球运动智能记分系统， 其特征在于 ： 所述记分模块包括 分别判断球左右运动过程中是否打在桌面上、 是否打在网上、 是否出界、 是否顺利过网、 是 否在对方桌面顺利反弹、 对方是否接球。

4、、 对方是否接到球、 以及对方是否将球打回的子模 块。 3.权利要求 1 至 2 任一所述的乒乓球运动智能记分系统的记分方法， 其特征在于， 将 乒乓球桌所在竖直空间划分为 D1 区、 D2 区、 D3 区和 D4 区， 所述 D3 区和 D4 区分别位于所述 D2区的左右两侧， 所述D2区位于所述球桌的中间位置， 所述D1区位于所述D3区和D4区之 间且位于所述 D2 区的左右两侧， 所述 D1 区包括分别位于所述 D2 区左右两侧的 D1-L 区和 D1-R 区， 所述记分方法包括步骤 ： 步骤 401， 在 D1 区内对图像帧间差分， 然后阈值化， 进入步骤 402 ； 步骤 402， 。

5、检测并获取 D1_L 和 D1_R 内的前景区域， 有前景则进入步骤 403， 反之退到步 骤 401 ； 步骤 403， 根据上一步前景的位置， 建立球的运动窗口， 进入步骤 404 ； 步骤 404， 在运动窗口内对输入图像进行帧间差分， 然后进入步骤 405 ； 步骤 405， 如果运动窗口中只有球， 则直接遍历运动窗口计算球的上下左右坐标 ； 如果 运动窗口中出现球拍或人体的干扰， 则只遍历运动窗口中靠近球的那部分区域来计算球的 上下左右坐标， 然后进入步骤 406 ； 步骤406， 判断球第一次出现时是位于D1_L还是D1_R ； 第一次出现在D1_L则进入步骤 408， 反之进入步。

6、骤 407， 在过程步骤 407 或步骤 408 中完成本局输赢的判断， 然后进入步骤 409 ； 步骤 407， 球从右向左运动， 执行如下步骤判断 ： Stage4， 判断球是否打在右侧桌面上， 若打到了则结束本局 ； 判断球是否打在网上， 若 打到了则结束本局 ； 判断球是否右侧出界， 若出界了则结束本局 ； 判断球是否顺利过网， 若 顺利过网则进入 stage5， Stage5 中， 判断球是否在左侧出界， 若出界了则结束本局 ； 判断球是否在左侧顺利反 弹， 若顺利反弹则进入 stage6， Stage6 中， 判断对方是否接球， 若没接， 球会多次弹跳， 则结束本局 ； 判断对方是。

7、否 接到球， 若没接中球则结束本局 ； 判断对方是否把球打回， 成功打回则进入步骤 408 中的 stage1 ； 步骤 408， 球从左向右运动， 执行如下步骤判断 ： Stage1， 判断球是否打在左侧桌面上， 若打到了则结束本局 ； 判断球是否打在网上， 若 打到了则结束本局 ； 判断球是否左侧出界， 若出界了则结束本局 ； 判断球是否顺利过网， 若 顺利过网则进入 stage2， stage2 中， 判断球是否在右侧出界， 若出界了则结束本局 ； 判断球是否在右侧顺利反 权 利 要 求 书 CN 106031823 A 2 2/2 页 3 弹， 若顺利反弹则进入 stage3， sta。

8、ge3 中， 判断对方是否接球， 若没接， 球会多次弹跳， 则结束本局 ； 判断对方是否 接到球， 若没接中球则结束本局 ； 判断对方是否把球打回， 成功打回则进入步骤 407 中的 stage4 ； 步骤 409， 根据当前帧窗口中的某个前景点来更新下一帧运动窗口的中心， 具体地， stage1 中， 以当前帧窗口中最右侧前景点的坐标作为下一帧窗口的中心 ； stage2 和 stage3 中， 若球拍未进入窗口， 以当前帧窗口中最右侧前景点的坐标作为下一帧窗口的中心， 若 球拍进入窗口， 以当前帧窗口中最左侧前景点的坐标作为下一帧窗口的中心， Stage4 至 stage6 的窗口更新方式。

9、和 stage1 至 stage3 相反。 4.根据权利要求 3 所述的乒乓球运动智能记分系统的记分方法， 其特征在于 ： 所述步 骤 403 中， 球的运动窗口为随球的运动而移动的矩形图像区域。 5.根据权利要求 4 所述的乒乓球运动智能记分系统的记分方法， 其特征在于 ： 球的运 动窗口定义为 ： 以球为中心， 宽 * 高为 8d球10d球的矩形图像区域， 其中 d球为图像中 的乒乓球的直径像素数。 权 利 要 求 书 CN 106031823 A 3 1/5 页 4 一种乒乓球运动智能记分系统和记分方法 技术领域 0001 本申请涉及一种乒乓球运动智能记分系统和记分方法。 背景技术 00。

10、02 乒乓球运动是人民群众广泛喜爱的一类运动， 目前打球过程中或者需要第三方做 裁判并负责记分或者需要打球双方自行记住当前比分。 对于很多群众性质的业余乒乓球活 动， 打球者不会也没必要去找一个专门的裁判， 而是每局都由自身判断输赢， 并记住当前比 分结果。但这样的话， 会造成打球者不能专心投入比赛， 而且随着运动的延长， 打球双方有 可能因为混淆比分而产生争执。因此在群众性乒乓球活动中需要一种设备和方法， 能够不 需要任何人为干预并能自动判断每局的输赢， 并记录历史比分。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种乒乓球运动智能记分系统和记分方法， 以克服现有技 术中的不足。 0004 为。

11、实现上述目的， 本发明提供如下技术方案 ： 0005 本申请实施例公开了一种乒乓球运动智能记分系统， 包括高速相机、 采集卡、 采集 卡驱动和记分模块， 所述采集卡和采集卡驱动用以将高速相机获取的固定帧率的实时图像 信息输出至记分模块， 所述记分模块识别乒乓球运动方向以及运动状态以判断本局是否结 束并进行记分， 所述运动状态包括是否打在桌面上、 是否打在网上、 是否出界、 运动员是否 接球、 以及是否顺利过网。 0006 优选的， 在上述的乒乓球运动智能记分系统中， 所述记分模块包括分别判断球左 右运动过程中是否打在桌面上、 是否打在网上、 是否出界、 是否顺利过网、 是否在对方桌面 顺利反弹。

12、、 对方是否接球、 对方是否接到球、 以及对方是否将球打回的子模块。 0007 本申请还公开了一种乒乓球运动智能记分系统的记分方法， 将乒乓球桌所在竖直 空间划分为 D1 区、 D2 区、 D3 区和 D4 区， 所述 D3 区和 D4 区分别位于所述 D2 区的左右两侧， 所述 D2 区位于所述球桌的中间位置， 所述 D1 区位于所述 D3 区和 D4 区之间且位于所述 D2 区的左右两侧， 所述 D1 区包括分别位于所述 D2 区左右两侧的 D1_L 区和 D1_R 区， 所述记分 方法包括步骤 ： 0008 步骤 401， 在 D1 区内对图像帧间差分， 然后阈值化， 进入步骤 402 。

13、； 0009 步骤 402， 检测并获取 D1_L 和 D1_R 内的前景区域， 有前景则进入步骤 403， 反之退 到步骤 401 ； 0010 步骤 403， 根据上一步前景的位置， 建立球的运动窗口， 进入步骤 404 ； 0011 步骤 404， 在运动窗口内对输入图像进行帧间差分， 然后进入步骤 405 ； 0012 步骤 405， 如果运动窗口中只有球， 则直接遍历运动窗口计算球的上下左右坐标 ； 如果运动窗口中出现球拍或人体的干扰， 则只遍历运动窗口中靠近球的那部分区域来计算 球的上下左右坐标， 然后进入步骤 406 ； 说 明 书 CN 106031823 A 4 2/5 页 。

14、5 0013 步骤406， 判断球第一次出现时是位于D1_L还是D1_R ； 第一次出现在D1_L则进入 步骤 408， 反之进入步骤 407， 在过程步骤 407 或步骤 408 中完成本局输赢的判断， 然后进入 步骤 409 ； 0014 步骤 407， 球从右向左运动， 执行如下步骤判断 ： 0015 Stage4， 判断球是否打在右侧桌面上， 若打到了则结束本局 ； 判断球是否打在网 上， 若打到了则结束本局 ； 判断球是否右侧出界， 若出界了则结束本局 ； 判断球是否顺利过 网， 若顺利过网则进入 stage5， 0016 Stage5 中， 判断球是否在左侧出界， 若出界了则结束本。

15、局 ； 判断球是否在左侧顺 利反弹， 若顺利反弹则进入 stage6， 0017 Stage6 中， 判断对方是否接球， 若没接， 球会多次弹跳， 则结束本局 ； 判断对方是 否接到球， 若没接中球则结束本局 ； 判断对方是否把球打回， 成功打回则进入步骤 408 中的 stage1 ； 0018 步骤 408， 球从左向右运动， 执行如下步骤判断 ： 0019 Stage1， 判断球是否打在左侧桌面上， 若打到了则结束本局 ； 判断球是否打在网 上， 若打到了则结束本局 ； 判断球是否左侧出界， 若出界了则结束本局 ； 判断球是否顺利过 网， 若顺利过网则进入 stage2， 0020 st。

16、age2 中， 判断球是否在右侧出界， 若出界了则结束本局 ； 判断球是否在右侧顺 利反弹， 若顺利反弹则进入 stage3， 0021 stage3 中， 判断对方是否接球， 若没接， 球会多次弹跳， 则结束本局 ； 判断对方是 否接到球， 若没接中球则结束本局 ； 判断对方是否把球打回， 成功打回则进入步骤 407 中的 stage4 ； 0022 步骤 409， 根据当前帧窗口中的某个前景点来更新下一帧运动窗口的中心， 具体 地， stage1 中， 以当前帧窗口中最右侧前景点的坐标作为下一帧窗口的中心 ； stage2 和 stage3 中， 若球拍未进入窗口， 以当前帧窗口中最右侧前。

17、景点的坐标作为下一帧窗口的中 心， 若球拍进入窗口， 以当前帧窗口中最左侧前景点的坐标作为下一帧窗口的中心， Stage4 至 stage6 的窗口更新方式和 stage1 至 stage3 相反。 0023 优选的， 在上述的乒乓球运动智能记分系统的记分方法中， 所述步骤 403 中， 球的 运动窗口为随球的运动而移动的矩形图像区域。 0024 进一步地， 球的运动窗口定义为 ： 以球为中心， 宽 * 高为 8d球10d球的矩形图 像区域， 其中 d球为图像中的乒乓球的直径像素数。 0025 与现有技术相比， 本发明的优点在于 ： 借助于本发明的上述技术方案， 可以比较准 确的实现乒乓球实时。

18、判断每局输赢并记录当前比分结果。 附图说明 0026 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 0027 图 1 所示为本发明具体实施例中相机与球桌之间的相对位置图 ； 说 明 书 CN 106031823 A 5 3/5 页 6 0028 图 2 所示为本发明具体实施例中乒乓球运动智能记分系统的原理示意图 ； 0029 图 3 所示为本发明具体实施例中乒乓球。

19、运动智能记分方法的原理示意图 ； 0030 图 4 所示为本发明具体实施例中乒乓球运动智能记分方法的算法流程图 ； 0031 图 5 所示为本发明具体实施例中乒乓球运动智能记分系统中各子模块的工作流 程图 ； 0032 图 6 所示为实际工作时球桌特定区域位置的划分示意图 ； 0033 图 7 所示为本发明实施例中应用程序工作时的示意图。 具体实施方式 0034 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面结合附图对本发明的具体实 施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据 附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的， 并且本发明并不限于这些实施方式。 。

20、0035 在此， 还需要说明的是， 为了避免因不必要的细节而模糊了本发明， 在附图中仅仅 示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和 / 或处理步骤， 而省略了与本发明关系不大 的其他细节。 0036 本发明实施例提供一种基于高速相机的乒乓球运动智能记分系统的装置和方法。 如图 2， 本发明实施例完整的系统包括高速相机、 采集卡、 采集卡驱动和记分应用程序 ( 记 分模块 ) 四部分。具体工作时， 如图 1， 首先在乒乓球桌侧面中央位置附近放置一台高速摄 像机， 通过采集卡及其上位机驱动获取高帧率的运动视频， 最后由记分应用程序实时判断 每局的输赢并记录当前比分结果。 0037 高速相机、 采集。

21、卡和采集卡驱动负责向上层记分应用程序提供固定帧率的实时视 频。 0038 下面引入前景运动窗口 (move window) 的定义。如图 3 所示， 球的运动窗口定义 为 ： 以球为中心， 宽 x 高约为 8 d球10 d球的并且随球的运动而移动的矩形图像区域。其 中 d球为图像中的乒乓球的直径像素数。 0039 定义并在图像中建立了运动窗口后， 之后的图像差分及位置坐标提取等图像处理 方法只需在此窗口内进行计算， 从而大大降低计算量， 方便实现图像实时处理。另外， 乒乓 球拍一旦进入运动窗口， 说明球拍准备击球， 可借此记录球当前所在位置， 之后若干帧内等 待球是否再次越过此位置， 从而判断。

22、对方是否成功把球打回去。具体来说， 当对方接到球 时， 窗口内的前景必然会越过之前所记录位置 ； 若对方没接到球， 运动窗口的更新算法可保 证运动窗口停留在人体区域处， 从而窗口内的前景不会越过之前所记录位置， 从而判断出 输赢。 0040 记分应用程序通过实时分析球相对于球桌的位置变化来判断每局的输赢。具体 地， 以图 6 中的乒乓球桌所示， 首先在图像中划出 4 个区域， D1 区 ： 发球判断区、 D2 区 ： 过网 判断区、 D3区 ： 左侧反弹区、 D4区 ： 右侧反弹区。 其中， D1区分为D1_L和D1_R。 基于opencv， 程序先对输入图像进行帧间差分， 获取运动前景， 再。

23、按照图 3 的流程， 在运动窗口中实时判 断前景的大小及位置变化来判定每局的输赢。 0041 具体地， 当球首次进入发球判断区 (D1 区 ) 后， 根据进入的是 D1_L 还是 D1_R 判断 发球方 ； 此时当前局正式开始。然后球进入过网区 (D2 区 )。10 帧之内 ( 经验值， 实际视具 说 明 书 CN 106031823 A 6 4/5 页 7 体情况而定 ) 球要么跑出过网区， 要么撞网 ； 然后球进入反弹区 (D3 或 D4 区 )， 10 帧之内要 么球跑出反弹区， 要么球出界 ； 然后等待对方把球打回， 此时有 2 种情况 ： 球被打回、 对方没 打中。 当运动窗口内前景。

24、的大小超过某一阈值时， 认为此时球拍足够靠近球， 记录球所在位 置。20 帧 ( 经验值， 实际视具体情况而定 ) 以内， 如果球第二次越过记录的位置， 则球被打 回， 否则对方没打中。然后， 球再次进入过网区、 反弹区， 直至再次被打回。开局后， 除非判 断出当前局输赢否则按上述流程反复下去。 0042 图 3 是记分算法原理图。图中， 乒乓球记分算法分为 6 个阶段， 分别对应图 3 中的 stage1 stage6。 0043 stage1 表示从左侧把球击回， 直至球刚好穿过网所在的区域的过程。具体地， 在 此阶段， 有四种情况 ( 图 5)。情况一 ： 球打到了左侧桌面上 ； 情况二。

25、 ： 球打到网上 ； 情况三 ： 球在侧边出界 ； 情况四 ： 球顺利过网。 情况一的判断方式为当球过网之前， 纵坐标进入了D3 区 ； 情况二的判断方式为从球刚进入D2区开始， 之后10帧之内球没有穿过D2区 ； 情况三的 判断方式为当球过网之前， 纵坐标进入了 D3 区， 10 帧之内没有反弹或者球的纵坐标低于球 桌高度或者球被球桌遮挡而变得很小 ； 情况四的判断方式为从球刚进入 D2 区开始， 之后 10 帧之内球穿过了 D2 区。情况一到情况三发生则本局结束， 情况四发生则 stage1 阶段结束， 进入 stage2 阶段。 0044 stage2表示球从左侧过网后， 直至球刚好在D。

26、4区反弹的过程。 具体地， 在此阶段， 有二种情况 ( 图 5)。情况一 ： 球在右侧出界 ； 情况二 ： 球在右侧顺利反弹。情况一的判断方 式为当球完成反弹之前， 球的纵坐标低于球桌高度或者球被球桌遮挡而变得很小或者球横 坐标超过球桌最右侧 ； 情况二的判断方式为从球刚进入 D4 区开始， 之后 15 帧之内球位于 D4 区之上。情况一发生则本局结束， 情况二发生则 stage2 阶段结束， 进入 stage3 阶段。 0045 stage3 表示球在右侧刚完成反弹后， 直至球刚被对方打回的过程。具体地， 在此 阶段， 有三种情况 ( 图 5)。情况一 ： 对方没接 ； 情况二 ： 对方没接。

27、中 ； 情况三 ： 对方顺利把球 打回。情况一的判断方式为球进入 D4 区 ； 对于情况二和情况三， 记下球拍进入运动窗口时 ( 通过运动窗口前景的范围大小判断 ) 球所在位置， 之后 20 帧以内球没有再次越过此位置 则认为发生情况二否则认为发生情况三。 0046 Stage4 至 stage6 的过程和 stage1 至 stage3 的过程类似， 不再赘述。 0047 图 4 是乒乓球记分算法流程图。 0048 具体地， 步骤 401 中， 在 D1 区内对图像帧间差分， 然后阈值化， 进入步骤 402 ； 0049 步骤 402 中， 检测并获取 D1_L 和 D1_R 内的前景区域。。

28、有前景则进入步骤 403 ； 反 之退到步骤 401 ； 0050 步骤 403 中， 根据上一步前景的位置， 建立球的运动窗口。进入步骤 404 ； 0051 步骤 404 中， 在运动窗口内对输入图像进行帧间差分， 然后进入步骤 405 ； 0052 步骤 405 中， 如果运动窗口中只有球， 则直接遍历运动窗口计算球的上下左右坐 标 ； 如果运动窗口中出现球拍或人体的干扰， 则只遍历运动窗口中靠近球的那部分区域来 计算球的上下左右坐标。然后进入步骤 406 ； 0053 步骤 406 中， 判断球第一次出现时是位于 D1_L 还是 D1_R ； 第一次出现在 D1_L 则 进入步骤 40。

29、8( 调用过程 A)， 反之进入步骤 407( 调用过程 B)。过程 A 的流程如图 3 所示。 过程 B 和过程 A 类似。最终在过程 A 或 B 中完成本局输赢的判断， 然后进入步骤 409 ； 说 明 书 CN 106031823 A 7 5/5 页 8 0054 步骤 409 中， 根据当前帧窗口中的某个前景点来更新下一帧运动窗口的中心。具 体地， stage1 中， 以当前帧窗口中最右侧前景点的坐标作为下一帧窗口的中心 ； stage2 和 stage3 中， 若球拍未进入窗口， 以当前帧窗口中最右侧前景点的坐标作为下一帧窗口的中 心， 若球拍进入窗口， 以当前帧窗口中最左侧前景点的。

30、坐标作为下一帧窗口的中心。 Stage4 至 stage6 的窗口更新方式和 stage1 至 stage3 相反， 不再赘述。 0055 图 5 是子函数 A 中不同处理阶段及其内部子模块的示意图。如图所示， 每一个 stage 都对应若干子模块。 0056 具体地， stage1 中， 模块 501 完成球是否打在左侧桌面上的判断， 若打到了则结束 本局 ； 模块 502 完成球是否打在网上的判断， 若打到了则结束本局 ； 模块 503 完成球是否左 侧出界的判断， 若出界了则结束本局 ； 模块 503 完成球是否顺利过网的判断， 若顺利过网则 进入 stage2。 0057 stage2。

31、 中， 模块 505 完成球是否在右侧出界的判断， 若出界了则结束本局 ； 模块 506 完成球是否在右侧顺利反弹的判断， 若顺利反弹则进入 stage3。 0058 stage3 中， 模块 507 完成对方是否接球的判断， 若没接， 球会多次弹跳， 则结束本 局 ； 模块 508 完成对方是否接到球的判断， 若没接中球则结束本局 ； 模块 508 完成对方是否 把球打回的判断， 成功打回则进入 stage4 ； 0059 Stage4 至 stage6 内部的子模块和 stage1 至 stage3 内部的子模块类似， 不再赘 述。 0060 最后， 还需要说明的是， 术语 “包括” 、“。

32、包含” 或者其任何其他变体意在涵盖非排他 性的包含， 从而使得包括一系列要素的过程、 方法、 物品或者设备不仅包括那些要素， 而且 还包括没有明确列出的其他要素， 或者是还包括为这种过程、 方法、 物品或者设备所固有的 要素。 说 明 书 CN 106031823 A 8 1/5 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 106031823 A 9 2/5 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 106031823 A 10 3/5 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 106031823 A 11 4/5 页 12 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 106031823 A 12 5/5 页 13 图 7 说 明 书 附 图 CN 106031823 A 13 。