一种基于视觉识别的弹乒乓球装置的控制方法及系统与流程

1.本发明涉及装置控制技术领域，尤其涉及一种基于视觉识别的弹乒乓球装置的控制方法及系统。


背景技术：

2.目前常见的自动控制板球演示装置是球在平面上做平衡运动，该机构通过检查球在平面上的坐标通过pid算法调整平面的倾斜角度，进而可以实现球在平面上任意运动，但是这种演示不够新颖。


技术实现要素：

3.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于视觉识别的弹乒乓球装置的控制方法和系统，能够计算乒乓球下落时间和定位落球点以控制弹乒乓球装置的振动。
4.本发明提出一种基于视觉识别的弹乒乓球装置的控制方法，包括：
5.获取乒乓球实时像素坐标；
6.基于乒乓球实时像素坐标调整乒乓球使其保持在预设位置；
7.当乒乓球保持在预设位置超过预设时间，启动弹乒乓球装置的击球板以预设振动频率和预设第一幅度开始振动使乒乓球弹起；
8.当乒乓球弹起高度超过预设高度时，确定其弹起的最高高度，根据最高高度计算乒乓球下落至预设击球面的下落时间；
9.根据乒乓球实时像素坐标预测乒乓球的落球点，根据落球点调整击球板的角度；
10.根据下落时间调整击球板的振动频率以预设第二振幅将乒乓球弹起。
11.优选地，所述获取乒乓球实时像素坐标具体包括：
12.获取乒乓球实时检测图像，进行预处理；
13.对预处理后的图像进行霍夫圆检测获得乒乓球的实时像素坐标。
14.优选地，所述确定乒乓球弹起的最高高度具体包括：
15.获取乒乓球实时检测图像，进行预处理；
16.对预处理后的图像进行霍夫圆检测获得乒乓球的实时像素半径；
17.根据图像检测装置的视场角确定其水平视角值；
18.基于水平视角值和乒乓球的实时像素半径确定乒乓球的实时高度值h，其中：
19.h＝r/tan(pixelr/w)*β；
20.其中,r表示乒乓球的实际半径，pixelr表示乒乓球实时像素半径，w表示检测图像的高度；β表示水平视角值；
21.根据实时高度值h确定乒乓球弹起的最高高度。
22.优选地，所述预处理具体包括：
23.对乒乓球检测图像进行rgb通道分离；
24.对分离图像进行处理获得灰度图像。
25.优选地，所述基于乒乓球实时像素坐标调整乒乓球保持在预设位置具体是基于pid算法根据乒乓球实时像素坐标调整击球板倾斜角度以保持乒乓球在预设位置。
26.基于同一发明构思，本发明提出一种基于视觉识别的弹乒乓球装置的控制系统，包括：
27.坐标检测模块，用于获取乒乓球实时像素坐标；
28.调整模块，用于基于乒乓球实时像素坐标调整乒乓球保持在预设位置；
29.启动模块，用于当乒乓球保持在预设位置超过预设时间，启动弹乒乓球装置的击球板以预设振动频率和预设第一幅度开始振动使乒乓球弹起；
30.高度确定模块，用于当乒乓球弹起高度超过预设高度时，确定其弹起的最高高度；
31.时间计算模块，用于根据最高高度计算乒乓球下落至预设击球面的下落时间；
32.角度调整模块，用于根据乒乓球实时像素坐标预测乒乓球的落球点，根据落球点调整击球板的角度；
33.控制模块，用于根据最高高度调整击球板频率以预设第二振幅将乒乓球弹起。
34.优选地，所述坐标检测模块具体包括：
35.预处理单元，用于获取乒乓球实时检测图像，进行预处理；
36.半径检测单元，用于对预处理后的图像进行霍夫圆检测获得乒乓球的实时像素半径；
37.视场角检测单元，用于根据图像检测装置的视场角确定其水平视角值；
38.高度计算单元，用于基于水平视角值和乒乓球的像素半径确定乒乓球的实时高度值h；
39.最高高度确定单元，用于根据实时高度值h确定乒乓球弹起的最高高度。
40.优选地，所述预处理单元进行预处理操作具体包括：
41.对乒乓球检测图像进行rgb通道分离；
42.对分离图像进行处理获得灰度图像。
43.优选地，所述调整模块基于pid算法根据乒乓球实时像素坐标调整击球板倾斜角度以保持乒乓球在预设位置。
44.本发明中，通过获取乒乓球实时像素坐标；基于乒乓球实时像素坐标调整乒乓球使其保持在预设位置；当乒乓球保持在预设位置超过预设时间，启动弹乒乓球装置的击球板以预设振动频率和预设第一幅度开始振动使乒乓球弹起；当乒乓球弹起高度超过预设高度时，确定其弹起的最高高度，根据最高高度计算乒乓球下落至预设击球面的下落时间；根据乒乓球实时像素坐标预测乒乓球的落球点，根据落球点调整击球板的角度；根据下落时间调整击球板的振动频率以预设第二振幅将乒乓球弹起。本发明能够基于视觉识别确定乒乓球的运动轨迹以实现控制弹乒乓球装置的击球板装置。
附图说明
45.图1为本发明提出的一种弹乒乓球装置的一个结构示意图。
46.图2为本发明提出的一种弹乒乓球装置的另一结构示意图。
47.图3为本发明提出的一种基于视觉识别的弹乒乓球装置的控制方法的流程图；
48.图4为本实施例中r通道图像示意图；
49.图5为本实施例中g通道图像示意图；
50.图6为本实施例中b通道图像示意图；
51.图7为本实施例中灰度图像示意图。
具体实施方式
52.如图1至3所示，图1为本发明提出的一种弹乒乓球装置的一个结构示意图，图2为本发明提出的一种弹乒乓球装置的另一结构示意图，图3为本发明实施例一种基于视觉识别的弹乒乓球装置的控制方法的流程图。
53.为了详细说明本实施例的控制方法，参照图1和2，本实施例提出了一种弹乒乓球装置，包括支撑架1、击打平台2、多个升降单元、乒乓球3和乒乓球检测装置9；
54.多个升降单元安装在支撑架1上且沿圆周分布，击打平台2边缘通过多个升降单元支撑在支撑架1上方；乒乓球3位于击打平台2上，多个升降单元用于分别驱动击打平台2边缘升降，以使得击打平台2以预设姿态击打乒乓球3，乒乓球检测装置9用于检测乒乓球3位置，根据乒乓球检测装置9的检测结果，控制至少一个升降单元升降，以使得击打平台2根据乒乓球3下落位置以预设角度击打乒乓球3。
55.在升降单元的具体设计方式中，击打平台2边缘设有沿圆周分布的多个安装座4，升降单元包括驱动机构、下横杆5、竖直连杆6和上转座7，上转座7可转动安装在安装座4上，竖直连杆6两端分别设有沿击打平台2切向延伸的上转轴和下转轴，竖直连杆6两端分别通过上转轴和下转轴与上转座7和下横杆5可转动连接，驱动机构与下横杆5远离竖直连杆6一端连接用于驱动下横杆5竖直摆动，以通过竖直连杆6带动安装座4升降。
56.在升降单元驱动过程中，上升时，升降单元的驱动机构带动下横杆向上摆动，带动竖直连杆上升，从而通过上转座带动与其连接的安装座上升。在此过程中，如多个升降单元升降高度不同，为了使得高度不同的转座与安装座随动，上转座可通过球轴与安装座配合，便于击打平台的倾斜角度变化。此外，为了便于升降单元的具体布置，击打平台2边缘设有四个安装座4，且相对布置的两个安装座4的上转座7的轴向位于同一直线上，且相邻两个安装座4的上转座7的轴向垂直设置；对称设计四个升降单元，调节击打平台的姿态时，相对设置的两个升降单元可分别实现击打平台沿xz和yz方向的倾斜调正，便于后续对驱动机构的控制。
57.参照图3，本发明实施例提出的一种基于视觉识别的弹乒乓球装置的控制方法，包括：
58.步骤s1：获取乒乓球实时像素坐标；
59.本实施例中，步骤s1具体包括：
60.获取乒乓球实时检测图像，进行预处理；
61.对预处理后的图像进行霍夫圆检测获得乒乓球的实时像素坐标。
62.其中预处理步骤具体包括：
63.对乒乓球检测图像进行rgb通道分离，对分离图像进行处理获得灰度图像。
64.具体的，对检测图像进行rgb通道分离获得分离图像，如图4、5、6所示，图4表示r通道图像、图5表示g通道图像、图6表示b通道图像；
65.如图所示，本实施例中，r通道图像中，乒乓球发亮，在b通道图像中，乒乓球发黑，因为乒乓球中红色成分大，而蓝色成分极少。因此本实施例中所示定义灰度图像为gray＝r-b，获得灰度图像如图7所示。
66.步骤s2：基于乒乓球实时像素坐标调整乒乓球使其保持在预设位置；
67.本实施例中，基于pid算法根据乒乓球实时像素坐标确定击球板水平方向和轴向的倾斜角度以保持乒乓球在预设位置。
68.需要说明的是，本实施例中，为了使乒乓球更加稳定，预设位置最好是击球板中心位置。
69.步骤s3：当乒乓球保持在预设位置超过预设时间，启动弹乒乓球装置的击球板以预设振动频率和预设第一振幅开始振动使乒乓球弹起；
70.本实施例中，当通过pid算法调整乒乓球在预设位置3步骤s未改变后，我们使运动平台以每秒5-10次的频率，上升10cm再下降10cm。在固有频率的连续敲击下，当乒乓球高度超过预设高度要求时，便控制调整振动频率及幅度。
71.步骤s4：当乒乓球弹起高度超过预设高度时，确定其弹起的最高高度，根据最高高度计算乒乓球下落至预设击球面的下落时间；
72.本实施例中，确定其弹起的最高高度具体包括：
73.获取乒乓球实时检测图像，进行预处理；
74.对预处理后的图像进行霍夫圆检测获得乒乓球的实时像素半径；
75.根据图像检测装置的视场角确定其水平视角值；
76.基于水平视角值和乒乓球的实时像素半径确定乒乓球的实时高度值h，其中：
77.h＝r/tan(pixelr/w)*β；
78.其中，r表示乒乓球的实际半径，pixelr表示乒乓球实时像素半径，w表示检测图像高度；β表示水平视角值。
79.根据实时高度值h确定乒乓球弹起的最高高度。
80.具体的，在图像检测装置拍摄乒乓球实时检测图像时，由于乒乓球距离图像检测装置的高度不断变化，导致实时像素半径不断变化，从而确定乒乓球的实时高度值h，进一步确定乒乓球弹起的最高高度。
81.需要说明的是，图像检测装置可以安装在弹乒乓球装置的下方以仰拍视角也可以安装在弹乒乓球装置的下方以俯拍视角；
82.在本实施例汇总，根据最高高度计算乒乓球下落至预设击球面的下落时间具体是通过公式：下落时间
83.其中h表示最高高度，g表示重力加速度，h表示预设击球面的高度；需要说明的是，最高高度与预设最低高度均是相对于图像检测装置的高度。
84.需要说明的是，本实施例中，击球面是指击球板与乒乓球接触的水平面。
85.步骤s5：根据乒乓球实时像素坐标预测乒乓球的落球点，根据落球点调整击球板的角度；
86.需要说明的是，预测乒乓球的落球点主要是通过快接近于击球面时乒乓球的实时像素坐标确定落球点，调整调整击球板的角度主要是为了使乒乓球的后续落球点保持在击
球板范围内以及更优的保持在预设位置，使得乒乓球运动过程更加稳定。
87.步骤s6：根据下落时间调整击球板的振动频率以预设第二振幅将乒乓球弹起。
88.具体地，在本实施例中，当预设第二振幅为10cm时，击球面距离击球板是5cm时，当乒乓球离开平台上升到最高点时，在相机实时追踪下计算出最高高度，以初速度为0的自由落体运动计算球落到击球面需要的时间t，控制器在等待时间t后向上运动10cm将球击起。
89.基于同一发明构思，本发明提出一种基于视觉识别的弹乒乓球装置的控制系统，包括：
90.坐标检测模块，用于获取乒乓球实时像素坐标；
91.调整模块，用于基于乒乓球实时像素坐标调整乒乓球保持在预设位置；
92.启动模块，用于当乒乓球保持在预设位置超过预设时间，启动弹乒乓球装置的击球板以预设振动频率和预设第一幅度开始振动使乒乓球弹起；
93.高度确定模块，用于当乒乓球弹起高度超过预设高度时，确定其弹起的最高高度；
94.时间计算模块，用于根据最高高度计算乒乓球下落至预设击球面的下落时间；
95.角度调整模块，用于根据乒乓球实时像素坐标预测乒乓球的落球点，根据落球点调整击球板的角度；
96.控制模块，用于根据最高高度调整击球板频率以预设第二振幅将乒乓球弹起。
97.在本实施例中，所述坐标检测模块具体包括：
98.预处理单元，用于获取乒乓球实时检测图像，进行预处理；
99.半径检测单元，用于对预处理后的图像进行霍夫圆检测获得乒乓球的实时像素半径；
100.视场角检测单元，用于根据图像检测装置的视场角确定其水平视角值；
101.高度计算单元，用于基于水平视角值和乒乓球的像素半径确定乒乓球的实时高度值h；
102.最高高度确定单元，用于根据实时高度值h确定乒乓球弹起的最高高度。
103.在本实施例中，所述预处理单元进行预处理操作具体包括：
104.对乒乓球检测图像进行rgb通道分离；
105.对分离图像进行处理获得灰度图像。
106.在本实施例中，所述调整模块基于pid算法根据乒乓球实时像素坐标调整击球板倾斜角度以保持乒乓球在预设位置。
107.本发明中，通过获取乒乓球实时像素坐标；基于乒乓球实时像素坐标调整乒乓球使其保持在预设位置；当乒乓球保持在预设位置超过预设时间，启动弹乒乓球装置的击球板以预设振动频率和预设第一幅度开始振动使乒乓球弹起；当乒乓球弹起高度超过预设高度时，确定其弹起的最高高度，根据最高高度计算乒乓球下落至预设击球面的下落时间；根据乒乓球实时像素坐标预测乒乓球的落球点，根据落球点调整击球板的角度；根据下落时间调整击球板的振动频率以预设第二振幅将乒乓球弹起。本发明能够基于视觉识别确定乒乓球的运动轨迹以实现控制弹乒乓球装置的击球板装置。
108.本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上
述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
109.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。