一种球类落点判定装置的制作方法

本实用新型涉及一种位置判定设备，具体涉及一种球类落点判定及计分装置。

背景技术：

在诸多的球类运动中，基本都需要判定球的落点来确定是否得分，对于落点位于界线附近而难以辨别的情况经常发生。传统的落点判定方法依靠人工，需要的裁判人员较多，而且也不够准确。例如，在传统羽毛球比赛中，存在以下问题：1、二人比赛也需要裁判员等配套人员13人之多，是比赛运动员的六倍之多，其成本之高可想而知。这种状态下，不难想象是严重地制约和影响了该项运动的发展。2、比赛时对球的落点判断主要是靠裁判员、司线员的人眼来判断其落点在界内或界外。因此，经常出现误判和运动员与裁判员的判断不一致的现象，进而再通过鹰眼重视频的形式来核实判断的正确性，按规定只有3次机会，是一个非常麻烦的和耗时的方式，严重影响运动员的情绪，影响比赛顺利进行。3、只有人工计分方法，没有自动计分和显示实时自动显示计分的技术，在没有裁判员的情况下比赛的经常会出现“记错分数”的现象，既影响了比赛公平性，也影响了运动员的情绪。

随着技术的发展，在众多球类运动中，均采用了“鹰眼技术”作为界限判定的重要手段，以提高比赛的公平性，减少对裁判判罚的争议，比如羽毛球、排球以及网球等。“鹰眼技术”，也称为即时回放系统，通过多个高速摄像头从不同角度同时捕捉球的飞行轨迹和落点，从而确定判断出球是界内或界外。但是，在最后确定球的落点时，往往是以整个球的投影面积作为落点，这无疑增大了在实际过程中球与地面的接触面积，导致无法客观地反应出球的实际落点与边界的关系，对比赛产生一定的不良影响。例如，在网球比赛中经常出现这样的情况，运动员提出鹰眼挑战后，能够清晰地判断出网球阴影的边缘恰好压在边界线上，但裁判员认为网球阴影的压线范围太少，判定此回合不算分数，并重打一次；这无疑会导致运动员与裁判员之间出现一定的争议，同时也给观看比赛的球迷带来不必要的影响。

授权公告号为cn201337800y的实用新型文件公开的“羽毛球、排球出界自动报警器”，是通过在球表面涂上一层导电感应材料，并在运动场地的边界处设置报警板，当球接触到报警板后引起交叉二电极短路，通过放大器促使灯亮与发出声响，以示球出界。其存在的不足在于：1、由于判定是否出界是以球首次落地的位置来判定的，如果球第一次落点位于界内，而随后滚动至报警板后，同样会引起交叉二电极短路，从而误判为界外，存在判定误差；并且，当球降落在场地边界与报警板之间交接位置时，球可能同时触及界线和报警板，也会引起交叉二电极短路，视为球出界，但在实际判罚中，球压到边界线，应该视为界内，这也会导致判罚误差；2、为了能够与球上的导电感应材料接触导通，报警板的印刷电路裸露在外，在使用过程中容易因磨损、冲击等因素而损坏，可靠性不高。

此外，申请公开号为cn101306246a的发明专利申请文件公开了“一种判断羽毛球比赛中球是否出界的装置”，该装置通过在羽毛球的头部安装硬磁铁，在羽毛球场的塑胶板下阵列设置多个线圈，当羽毛球落地时与对应的线圈产生感应电流，促使对应的二极管发光，从而确定羽毛球的落点，进而判断羽毛球是否出界。其存在的不足在于，1、由于采用电磁感应的方式判断羽毛球的落点，只要安装有硬磁铁的羽毛球头部接近线圈，即可产生感应电流，而羽毛球落点的判定要求的是羽毛球的头部最先接触地面的位置，这样就会存在误判的情况，例如羽毛球的头部在接近地面的过程中，可能在即将接触地面时已经触发对应位置的感应线圈，由于此时产生的感应电流被检测到之后，单片机不再接收后面的感应电流，认为该部位是落地点，实际上羽毛球的头部还会继续移动再触地，如果触地点和首先产生电流的感应线圈刚好位于界线的内外，就会被误认为是界内，造成误判；2、当羽毛球降落在相邻两个感应线圈之间时，可能两个感应线圈都产生感应电流，从而导致多个二极管同时发光，无法准确判断羽毛球的落点位置。

技术实现要素：

本实用新型目的在于克服现有技术的不足，提供一种球类落点判定装置，该装置能够准确判断球的落点，自动精确判断界内或界外，提高比赛时的公平性和客观性，避免纠纷，减少比赛成本。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种球类落点判定装置，其特征在于，包括用于检测球的落点的压力感应层、用于感应球体接近的电磁感应层、设置在球体上用于与电磁感应层匹配产生电磁感应的磁性物质、信号处理系统以及判定结果输出模块，所述压力感应层和电磁感应层均与信号处理系统进行电连接，所述压力感应层和电磁感应层设置在运动场地上形成界内界外不同的感应区；当球体落入所述不同的感应区时，所述电磁感应层将感应到的不同感应区的对应电流信号传送给信号处理系统；当球体落入相应的感应区时，所述压力感应层将球体的首次落点位置信号传送给信号处理系统；所述信号处理系统用于接收压力感应层和电磁感应层的信号并进行落点判断，将判定结果输送至判定结果输出模块。

上述球类落点判定装置的工作原理是：

当球体降落接近球场地胶的感应区，但仍未接触场地地面时，球体上的磁性物质与电磁感应层发生电磁感应效应，产生感应电流，该感应电流传送到信号处理系统进行记录，从而获知有球体接近；随后，球体降落场地边界所在的感应区内，球体落地的瞬间对压力感应层产生压力，压力感应层检测到球体的首次触地点并将该触地点位置信号传送给信号处理系统；信号处理系统通过判断电磁感应线信号和压力感应层的触点位置信号判断落点位置，具体地，当接收到电磁感应信号后，在设定的时间间隔内检测是否有收到压力感应层的触点位置信号(对于在收到电磁感应线信号前或者在收到电磁感应线信号后时间间隔过大的压力感应层的压力信号不以考虑，从而避免受到其他非球体落点触发的压力信号的干扰)，如果有收到，选取首次接收到的压力感应层的触点位置信号视为球体的落点，并根据压力感应层的触点位置与系统中设定的界线的位置关系，判断球体的落点位于界内还是界外；并将判定结果输送至判定结果输出模块向外界传达。

优选地，所述压力感应层与信号处理系统之间连接有压力信号转换电路，该信号转换电路上连接有控制该信号转换电路是否工作的唤醒电路；当所述电磁感应层向信号处理系统传送电磁感应信号后，所述唤醒电路唤醒所述压力信号转换电路进入工作状态；所述电磁感应层在没有向信号处理系统传送电磁感应信号时，所述压力信号转换电路处于休眠状态。其好处在于：由于只有电磁感应层产生感应信号后，才有可能有球体落入到感应区，因此没有收到电磁感应层的电磁感应信号时，压力感应层处于休眠状态不会影响到正常的工作，而处于休眠状态的压力信号转换电路一方面有利于降低能耗，延长工作寿命，并且，也不会因为有非球体的其他因素接触感应区后产生压力信号(例如运动员踩踏感应区)而造成错误识别。

优选地，所述压力感应层和电磁感应层上下设置，压力感应层位于球场地胶板内层靠上侧，电磁感应层位于球场地胶板内层靠下侧。由于压力感应层需要与球体接触产生压力才能获取感应信号，而电磁感应层与球体在非接触状态下即可产生感应信号，通过让压力感应层设置于上侧，让电磁感应层设置于下侧，更好地发挥各自的性能。

优选地，所述压力感应层由电阻式触摸感应板构成，具体可参照电阻式触摸屏的原理和结构制作所述压力感应层。

优选地，所述电磁感应层包括多个感应线圈，感应线圈之间并联设置。可参照公开号为cn101306246a的发明专利申请来实施。

优选地，所述球体为羽毛球，所述磁性物质设置在羽毛球头部；所述压力感应层和电磁感应层设置在羽毛球场地的塑胶地板上。作为一种应用，将本实用新型的球类落点判定装置应用到羽毛球上，可以很好解决羽毛球比赛中裁判人员多、容易出现误判等问题。

优选地，所述压力感应层和电磁感应层设置覆盖整个羽毛球场。这样，羽毛球落在场内的任何一个点，都能够精准检测到其落点，从而有利于实现不同比赛模式下的自动裁判和自动计分，例如，在单打模式下，信号处理系统将选取与单打模式对应的界线以及界限内的区域作为有效比赛区域，不但对于落入界线附近的羽毛球能够精确判定是界内还是界外，而且对于落入场地内其他位置的羽毛球，也能检测到落点，从而实现自动计分，例如发球落地时，信号处理系统会自动判断羽毛球有没有落入设定的发球区内，如果落入，发球方得分，相反则接球方得分，又如，如果不是发球，则落入界内对方得分，落在界外本方得分。同理，对于双打模式，信号处理系统能够自动切换场地的界线，并根据比赛的几分规则，对羽毛球落点进行自动判断进而进行自动计分。这样在没有裁判时也可以自动完成比赛的计分。

优选地，所述判定结果输出模块包括显示屏或/和扬声器；当采用显示屏时，所述显示屏上显示球体落点附近的界线以及球体的落点。通过显示屏和扬声器分别可以通过显示和声音的方式来展现判定结果，便于现场人员快速获知，同时显示屏还可以把比赛的比分等情况进行显示。

本实用新型的一个优选方案，所述压力感应层包括外感应层和内感应层，所述外感应层和内感应层均与信号处理系统连接；当外感应层检测到球的落点时，信号处理系统判断为球出界，当内感应层检测到球的落点时，信号处理系统判断为球在界内。通过外感应层和内感应层的设置，更加方便判断球的落点在边界内还是边界外，减少数据处理量，有利于加快信号处理系统的判断速度。

本实用新型的一个优选方案，所述压力感应层由多个压力感应单元构成，且所有压力感应单元均与信号处理系统连接；所述电磁感应层由多个电磁感应单元构成。这样，只有与球体上的磁性物质发生感应电流的电磁感应单元和对应的压力感应单元才会运行工作，节省了其他部件的运行消耗，有利于降低成本，同时，每个压力感应单元和电磁感应单元均负责一个指定的范围检测，有利于提高球的落点判断的精度。

本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本实用新型通过压力感应层来判定球体的落点，是对落球点的直接检测，不会出现误差。

2、本实用新型通过电磁感应层和设置在球体上的磁性物质的相互感应产生电磁感应信号来判定是否有球接近，从而为压力感应层的检测结果的唯一性提供了保障，使得其他因素对压力感应层的接触不会误认为是球体，通过双重确认，确保球体落点的唯一性和准确性，从根本上上保证了落点判断的客观性，避免裁判计分出错。

3、应用本实用新型的判定装置，可以减少运动比赛的成本，节省人力。

4、可实现自动计分比赛，实现无裁判计分比赛。

5、当球体落在界线附近时，通过判定结果输出模块可以将球体的落点位置向现场展现，让运动员以及场外其他人员都能快速、直观的获知球体的落点情况。

附图说明

图1为本实用新型所述的球类落点判定装置的电原理框图。

图2为本实用新型所述的球类落点判定装置中压力感应层和电磁感应层其中一种布置结构的断面图。

图3为本实用新型所述的球类落点判定装置中压力感应层和电磁感应层另一种布置结构的断面图。

图4为本实用新型所述的球类落点判定装置中压力感应层应用在羽毛球场中的一种具体设置结构俯视图。

图5为本实用新型所述的球类落点判定装置中磁性物质设置在羽毛球上的结构示意图。

图6为实用新型所述的球类落点判定装置的流程框图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步描述，但本实用新型的实施方式不仅限于此。

参见图1-图5，本实用新型的一种球类落点判定装置包括用于检测球的落点的压力感应层2、用于感应球体接近的电磁感应层3、设置在球体上用于与电磁感应层3匹配产生电磁感应的磁性物质4、信号处理系统以及判定结果输出模块，所述压力感应层2和电磁感应层3均与信号处理系统进行电连接，所述压力感应层2和电磁感应层3设置在运动场地的边界外边缘的内外两侧形成感应区；当球体落入所述感应区时，所述压力感应层2将球体的首次落点位置信号传送给信号处理系统；当球体落入所述感应区时，所述电磁感应层3将感应到的电流信号传送给信号处理系统；所述信号处理系统用于接收压力感应层2和电磁感应层3的信号并进行落点判断，将判定结果输送至判定结果输出模块。

参见图5，以羽毛球7为例，所述磁性物质4设置在羽毛球头部7-1，该磁性物质4可以是硬磁材料，通过设置涂层的方式设置；磁性物质4的设置应该不影响球体原来的重量、重心、外形、颜色等。

所述压力感应层2与信号处理系统之间连接有压力信号转换电路，该信号转换电路上连接有控制该信号转换电路是否工作的唤醒电路；当所述电磁感应层3向信号处理系统传送电磁感应信号后，所述唤醒电路唤醒所述压力信号转换电路进入工作状态；所述电磁感应层3在没有向信号处理系统传送电磁感应信号时，所述压力信号转换电路处于休眠状态。所述电磁感应层3与信号处理系统之间也设有电磁信号转换电路，将电磁感应产生的电流放大后，转换成信号处理系统能够识别的信号(例如进行模数转换)。上述方案中，由于只有电磁感应层3产生感应信号后，才有可能有球体落入到感应区，因此没有收到电磁感应层3的电磁感应信号时，压力感应层2处于休眠状态不会影响到正常的工作，而处于休眠状态的压力信号转换电路一方面有利于降低能耗，减少发热量，延长工作寿命，并且，也不会因为有非球体的其他因素接触感应区后产生压力信号(例如运动员踩踏感应区)而造成错误识别。

参见图2，所述压力感应层2和电磁感应层3上下设置，压力感应层2位于上侧，电磁感应层3位于下侧。由于压力感应层2需要与球体接触产生压力才能获取感应信号，而电磁感应层3与球体在非接触状态下即可产生感应信号，通过让压力感应层2设置于上侧，让电磁感应层3设置于下侧，更好地发挥各自的性能，也避免电磁感应层3置于上侧时容易因直接踩踏而损坏。以羽毛球场地为例，所述压力感应层2和电磁感应层3设置在羽毛球场地的塑胶地板1上，其中，压力感应层2可以嵌设在塑胶地板1的上表面，而电磁感应层3也嵌设在塑胶地板1上，且位于压力感应层2的下方。制作时，压力感应层2设置成带状的独立部件，并留有与外部电路连接的接口，在生产塑胶地板1时，预留设置压力感应层2的位置(例如凹槽)，然后将压力感应层2嵌入到塑胶地板1的预留位置上，通过胶水或超声复合等方式让两者结合在一起；为了保护压力感应层2，可以在压力感应层2的上表面设置一层保护层，或者当压力感应层2嵌设到塑胶地板1上后，再在设有压力感应层2的位置铺设一层保护层。随后再在塑胶地板1上印刷对应的界线。所述电磁感应层3也可以采用相似的方式设置，将电磁感应层3预先制作成条带状或片状的独立构件，再嵌入到塑胶地板1上。

此外，参见图3，所述压力感应层2和电磁感应层3也可以按以下结构设置在羽毛球场地的塑胶地板1上：从上到下第一层为功能使用层1-1，第二层为压力感应层2，第三层为绝缘分隔层1-2，第四层为电磁感应层3，第五层为防振层1-3。其中，功能使用层1-1是场地的表面，与动员直接接触，具有防滑功能，印刷有场地界线；压力感应层2位于功能使用层1-1与绝缘分隔层1-2之间，绝缘分隔层1-2起到了吸振缓冲的作用，避免运动员的脚步承受过大的冲击，提高舒适性，同时对压力感应层2起到了保护作用，而且压力感应层2与场地表面隔有功能使用层1-1，一方面不露于表面从而避免损坏，并且由于只隔了一层较薄的功能使用层1-1，从而确保压力感应层2具有较高的灵敏性，可以准确检测到羽毛球的落点信号。电磁感应层3位于绝缘分隔层1-2和防振层1-3之间，两个隔振层组合起来起到了很好的吸振缓冲效果，并且夹于两个防振层之间的电磁感应层3也受到了保护。

所述压力感应层2由电阻式触摸感应板构成，具体可参照电阻式触摸屏的原理和结构制作所述压力感应层2。所述电磁感应层3包括多个感应线圈，感应线圈之间并联设置。可参照公开号为cn101306246a的发明专利申请来实施。

为了更方便判断是否出界，将所述压力感应层2分为外感应层和内感应层，所述外感应层设置在运动场地的边界外边缘的外侧，所述内感应层设置在运动场地的边界外边缘的内侧；所述外感应层和内感应层均与信号处理系统连接；当外感应层检测到球的落点时，信号处理系统判断为球出界，当内感应层检测到球的落点时，信号处理系统判断为球在界内。通过外感应层和内感应层的设置，更加方便判断球的落点在边界内还是边界外，减少数据处理量，有利于加快信号处理系统的判断速度。

具体地，参见图4，以羽毛球场地为例，对于内界线6和外界线5，都分别设置外感应层和内感应层，分别为外界线外感应层2-1和外界线内感应层2-2，以及内界线外感应层2-3和内界线内感应层2-4，对于不同的比赛模式(单打、双打)，羽毛球的落点代表不同的含义，通过将内界线6和外界线5的压力感应层2进行划分，可以在不同的比赛模式下快速判定羽毛球是否出界。

由于比赛场地通常面积较大，可以将所述压力感应层2设置成由多个压力感应单元构成，且所有压力感应单元均与信号处理系统连接；所述电磁感应层3也由多个电磁感应单元构成。这样，只有与球体上的磁性物质4发生感应电流的电磁感应单元和对应的压力感应单元才会运行工作，节省了其他部件的运行消耗，有利于降低成本，同时，每个压力感应单元和电磁感应单元均负责一个指定的范围检测，有利于提高球的落点判断的精度。

进一步地，由于压力感应层2和电磁感应层3均由若干个小单元组合而成，为了进一步提高精确性，并降低能耗，一方面，可以进一步限定当接收到电磁感应层3的感应信号后压力感应层2的唤醒面积，理论上，该唤醒面积要大于等于球头与地面有压力状态下的最大面积，而小于一定的数值，例如可以将唤醒面积设置为3×3＝9cm²的区域，每次接收到电磁感应信号后，只在产生电磁感应信号周围9cm²的面积区域内等待球体的触地信号，可以大大降低功耗，也进一步减小其他意外因素的干扰，例如是球拍或运动员的鞋底踩踏、运动员摔跤后手及其他部位击发所致；另一方面，也可以进一步设定电磁感应层3的开始感应距离，例如只有当球体到达距离地面2cm的高度位置时，电磁感应层3才能感应到球体，这可以通过调整电磁感应层的感应距离来实现，使得电磁感应层3只有在设定范围内才能感应到球体的到达信号，这样可以进一步排除一些误判的情况，例如，当球体即将接触地面后时，还有可能被救起继续对打下去的情况，此时可能是球拍触地，造成误判，通过将感应距离设置得足够小，就可以排除这种情况，最大程度确保唯一性。这样，当球体距离地面设定距离时产生电磁感应信号，进而在产生电磁感应信号周围设定面积内的压力感应层2进入工作状态，从而进一步提高球体判断的唯一性，并大大降低能耗。当然，最大感应距离可以根据需要灵活调整，可以设置成无级调节的模式，使得使用更加灵活。

作为一种优选方式，所述压力感应层和电磁感应层设置覆盖整个羽毛球场。这样，羽毛球落在场内的任何一个点，都能够精准检测到其落点，从而有利于实现不同比赛模式下的自动裁判和自动计分，例如，在单打模式下，信号处理系统将选取与单打模式对应的界线以及界限内的区域作为有效比赛区域，不但对于落入界线附近的羽毛球能够精确判定是界内还是界外，而且对于落入场地内其他位置的羽毛球，也能检测到落点，从而实现自动计分，例如发球落地时，信号处理系统会自动判断羽毛球有没有落入设定的发球区内，如果落入，发球方得分，相反则接球方得分，又如，如果不是发球，则落入界内对方得分，落在界外本方得分。同理，对于双打模式，信号处理系统能够自动切换场地的界线，并根据比赛的几分规则，对羽毛球落点进行自动判断进而进行自动计分。这样在没有裁判时也可以自动完成比赛的计分。

所述信号处理系统为具有数据处理功能的计算机系统，通常包括处理器、存储器、电源模块、通讯模块等，可由计算机构成。在计算机内设置专用的软件程序，用于对压力感应层2和电磁感应层3传送过来的信号进行计算处理，并且可以设置比赛规则，从而实现自动计分。

所述判定结果输出模块包括显示屏和扬声器，显示屏可以设置在比赛场地的旁边，可以设置多个，以便双方运动员以及裁员都能实时看到。通过显示屏和扬声器分别可以通过显示和声音的方式来展现判定结果，所述显示屏上显示球体落点附近的界线以及球体的落点，这样便于现场人员快速获知，同时显示屏还可以把比赛的比分等情况进行显示。

参见图6，本实施例的一种球类落点判定方法，具体地，在运动场地上设置用于感应球体接近的电磁感应层3和用于检测球的落点的压力感应层2，并在球体上设置用于与电磁感应层3匹配产生电磁感应的磁性物质4；所述压力感应层2和电磁感应层3设置在运动场地的边界外边缘的内外两侧形成感应区。

当球体降落接近场地边界的感应区，但仍未接触场地地面时，球体上的磁性物质4与电磁感应层3发生电磁感应效应，产生感应电流，该感应电流传送到信号处理系统进行记录，从而获知有球体接近；随后，球体降落场地边界所在的感应区内，球体落地的瞬间对压力感应层2产生压力，压力感应层2检测到球体的首次触地点并将该触地点位置信号传送给信号处理系统；信号处理系统通过判断电磁感应线信号和压力感应层2的触点位置信号判断落点位置，并根据压力感应层2的触点位置与系统中设定的界线的位置关系，判断球体的落点位于界内还是界外；并将判定结果输送至判定结果输出模块向外界传达。

当所述电磁感应层3向信号处理系统传送电磁感应信号后，压力感应层2进入工作状态；所述电磁感应层3在没有向信号处理系统传送电磁感应信号时，所述压力感应层2处于休眠状态。从而节省能耗，也能排出其他干扰因素对压力感应层2的影响。

信号处理系统根据落点的判断结果进行自动计分，并通过判定结果输出模块将计分结果向外界呈现。

此外，在本实用新型中，虽然采用了电磁感应层3和球体上的磁性物质匹配来确保唯一性，这需要对球体进行特定的设置，对于普通的球体，例如普通的羽毛球，应用本实用新型的装置及方法也同样可以进行识别，例如，根据羽毛球与地面接触时的通常作用力大小和面积大小，设定与地面接触的压力范围和面积范围，只有落入这个范围内的有效接触才视为羽毛球触地；又如，还可以增加热源(人体)判断、金属物质判断等方式来排出非球体的触地，使得本实用新型的应用更加广泛和灵活。

上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。