实时精确观测和分析乒乓球旋转系统与系统运行方法

摘要

一种实时精确观测和分析乒乓球旋转的视觉系统及系统运行方法，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、乒乓球空间运动KALMAN滤波器模块、云台运动规划和控制模块、乒乓球标志识别和三维重构模块、乒乓球旋转运动粒子滤波模块、三维虚拟场景重现模块；本发明的最大特点在于能实时对乒乓球的旋转信息进行观测和分析，在乒乓球空间运动的基础上得到其转动状态，从而可以得到更丰富和完整的乒乓球轨迹信息，并且仍具有极高的实时性，能为运动员训练教导、比赛实时裁判和直播、在线决策自动化系统的及时反映提供更丰富准确的信息。由于引入了对目标自身内部运动的观测分析，可以有效提高对目标运动状态估计和预测的精确性，从而可以更科学地推广到其它运行项目及民用、军工等类似场景。

主权项

一种实时精确观测和分析乒乓球旋转系统，包括至少两个以上的短焦摄像机、至少一个以上的长焦摄像机、两自由度以上的运动云台、控制所有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、和外接显示屏，所述的短焦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；所述的长焦摄像机固定在乒乓球桌上空的运动云台上，通过控制云台的运动使其视野跟踪运动中的乒乓球得到局部细节图像；所述的同步装置产生多路周期脉冲信号，通过控制线连接摄像机，控制所有摄像机进行同步采图；所述的短焦和长焦摄像机都通过数据线与图像数据采集卡相连；所述的图像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，由短焦摄像机组成的全局视觉系统得到乒乓球在以球桌为参考的世界坐标系下的全局坐标运动轨迹，驱动云台上的长焦摄像机跟踪乒乓球得到乒乓球的局部细节图像，根据局部细节图像获取乒乓球的三维空间姿态信息，从而分析得到乒乓球的旋转运动状态，结合全局坐标运动轨迹和乒乓球自身的旋转运动状态得到乒乓球完整的运动信息。