一种基于图像处理技术的投篮命中率影响因素的分析方法与流程

本发明属于图像技术领域，具体涉及一种基于图像处理技术的投篮命中率影响因素的分析方法。

背景技术：

随着数码影像产品的普及，数码摄像机进入了工作和生活的各个领域，由此引发的科研手段的变化也迅速渗透到各行各业中，利用此项技术把研究对象转化为动态或静态的图片，再对图片中特定的像素进行运算处理，得到研究所需的图形或方程，以此对实验欲研究的参数进行分析和讨论对现在的科研成果起到很重要的作用。

影响投篮命中率的主要因素有投篮出手角度，出手速度和出手高度。通过图像处理技术，得到准确的篮球运动轨迹，用基础力学理论研究和分析运动轨迹，得到投篮时出手高度对出手角度和出手速度的影响，为投篮训练提供有效的研究基础。

因此需要提供一种投篮命中率影响因素的分析方法来详细的剖析整个投篮过程。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种投篮命中率影响因素的分析方法来详细的剖析整个投篮过程。

一种基于图像处理技术的投篮命中率影响因素的分析方法，所述方法包括以下步骤：

S1，架摄相机；

S2，视频拍摄；

S3，视频处理；

S4，利用帧间差法进行图像处理。

优选地，所述步骤S1具体为：摄像机架设在投篮点与篮圈投影连线的垂直平分线上，并且保证视频中完全捕捉到篮球从出手到进入篮圈的飞行轨迹，然后固定摄像机。

优选地，所述步骤S2为，选择一位运动员，采用原地单手肩上投篮技术罚篮，进行连续拍摄。

优选地，所述步骤S3为：将拍摄完成的视频传入计算机，用MATLAB将视频逐帧分割为静态图片。

优选地，所述步骤S4为：在分割完成的静态图片中，选取一组从篮球出手一刻到进入篮圈的完整过程，利用帧间差法合成篮球飞行轨迹实时图片。

优选地，所述帧间差法具体为：

首先，用事先存储或者实时得到背景图像序列为每个像素进行统计建模，得到背景模型B_k，将当前含有运动目标的图像帧f_k和背景模型B_k相减，即公式(1)，其中D_k为作差后的结果；

其次，将计算结果在一定阈值T限制下进行二值化，如公式(2)，判断出当前图像中出现的偏离背景模型值较大的那些象素，则为出现的运动目标像素，其中R_k为含有目标的二值化图像；

D_k(x,y)＝|f_k(x,y)-B_k(x,y)| (1)

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供一种基于图像处理技术的投篮命中率影响因素的分析方法，在得到运动员投篮运动轨迹后，利用时间间隔和距离有效的计算出投篮命中时运动员的出手角度和出手速度，对命中时的角度和速度统计和分析，通过这种科学的理论分析，能够在运动员今后的投篮练习提供有利的指导，使运动员在投篮训练中找到最佳出手角度，长期训练，形成固定习惯，从而提高投篮命中率。

附图说明

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1是本发明一种基于图像处理技术的投篮命中率影响因素的分析方法的篮球飞行轨迹示意图；

图2是本发明一种基于图像处理技术的投篮命中率影响因素的分析方法的篮球贴篮圈前沿进框图；

图3是本发明一种基于图像处理技术的投篮命中率影响因素的分析方法的篮球贴篮圈后沿进框图。

具体实施方式

为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

参照图1和图2，公开了一种基于图像处理技术的投篮命中率影响因素的分析方法，所述方法包括以下步骤：

架设相机。实验研究罚球线正对篮圈的投篮，摄像机架设在投篮点与篮圈投影连线的垂直平分线上，并且保证视频中完全捕捉到篮球从出手到进入篮圈的飞行轨迹。找到合适位置，固定摄像机。

视频拍摄。选择一位运动员，采用原地单手肩上投篮技术罚篮，进行连续拍摄。

视频处理。将拍摄完成的视频传入计算机，用MATLAB将视频逐帧分割为静态图片。

图像处理。在分割完成的静态图片中，选取一组从篮球出手一刻到进入篮圈的完整过程，利用帧间差法合成篮球飞行轨迹实时图片。

背景差法基本思想是：首先，用事先存储或者实时得到背景图像序列为每个像素进行统计建模，得到背景模型B_k，将当前含有运动目标的图像帧f_k和背景模型B_k相减，即公式(1)，其中D_k为作差后的结果；其次，将计算结果在一定阈值T限制下进行二值化，如公式(2)，判断出当前图像中出现的偏离背景模型值较大的那些象素，则为出现的运动目标像素，其中R_k为含有目标的二值化图像。由于运动物体和背景在灰度或色彩上存在差别，相减、阈值操作后得到的结果直接给出了目标的位置、大小、形状等，从而得到较完整的目标信息。

D_k(x,y)＝|f_k(x,y)-B_k(x,y)| (1)

本文选取出手时刻第2632帧图片作为背景，由于所拍摄视频为30帧/秒，为确保合成轨迹图篮球不重叠，选取第2634帧作为下一幅图片，将2632帧与2634帧图片合成。按同样方法合成整组图片，即得到篮球从出手到进入篮圈整个过程。

从物理学的角度来分析投篮技术时，通常要把篮球看成一个质点来看待，很容易就能找到篮球中心点，我们把每个篮球中心点连接，就得到了篮球飞行轨迹图，如图1所示。

文中实验固定投篮距离，并且同一运动员采用原地单手肩上投篮技术罚篮时出手高度基本不变。设投篮距离为x，篮圈距离地面高度为L，出手高度为l，则篮球从出手到进入篮筐竖直位移为y＝L-l，设出手速度为V，出手角度为θ，按照上图轨迹可以得到：

在水平方向上

V_x＝V·cosθ

x＝V·cosθ·t

(3)

在竖直方向上

V_y＝V·sinθ·t

联立

x＝V·cosθ·t

消去参数t，可得到

实际情况中，应考虑节省力量，即要取最小速度，使V最小时，取(5)式分母f(θ)＝x sin2θ-y cos2θ-y最大值。

令

将(7)式带入(6)式得：

观察(8)式，我们可以得到，要取的最大值，即时，V取最小值，此时投篮准确度高且省力。

文中实验采用30帧/秒摄像机拍摄，即每秒扫描30副图片，在合成篮球实时飞行轨迹时，前一幅图片和后一幅图片之间隔一帧，即在合成中相邻篮球之间时间间隔为0.067s。篮球飞行到最高点时间可通过图像中篮球的数量计算，设到达最高点时间为d，同样，得到篮球离手到进入篮圈总时间为D。

根据运动学方程得出：

投篮初速度

考虑到篮球和篮圈大小，篮球进入篮圈时篮球中心与篮圈中心在同一水平面内，最近可贴篮圈前沿，最远贴篮圈后内沿，如图3。

此时投篮的出手速度和出手角度范围是

上式中，R为篮圈半径，r为篮球半径；d₁,d₂为贴前沿和贴后沿情况下篮球飞行到最高点的时间，D₁,D₂为两种情况下篮球飞行的总时间。

本发明通过对篮球运动轨迹的提取，分析了在固定投篮距离时出手角度和出手速度对投篮命中率的影响：

(1)随着出手高度的增加，出手角度的最佳角度减小。

(2)最小出手角度和其所对应的最小出手速度随出手高度的增加而减小。

(3)出手高度一定时，出手速度越大，出手角度也越大。

在得到运动员投篮运动轨迹后，利用时间间隔和距离有效的计算出投篮命中时运动员的出手角度和出手速度，对命中时的角度和速度统计和分析，通过这种科学的理论分析，能够在运动员今后的投篮练习提供有利的指导，使运动员在投篮训练中找到最佳出手角度，长期训练，形成固定习惯，从而提高投篮命中率。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。