一种球类图像识别方法及其系统与流程

本发明属于体育运动监控应用领域，具体是涉及一种对篮球、排球或足球运动轨迹进行图像监测、识别的方法及其系统。

背景技术：

在体育运动项目中，球类集体运动长期以来一直受到大众喜爱及广泛参与。作为一项能够展现集体团队的团结、拼搏、向上的运动，近年来也逐渐受到多方重视。在竞技体育上，球类集体运动具有高强度、高技能、对抗激烈、团队协作等显著特点，如何在比赛或训练过程中通过科学检测技术发现不同运动员带球、传球、头球、扣球、射门时球的运动规律，然后通过针对性科学训练提高团队技战术能力，是提高球类运动技战术能力关键技术之一。

目前，在球类运动过程中，对球的跟踪识别主要通过摄像机拍摄视频图像，然后通过人工进行识别分析，该种方法工作量较大且不能准确计算球的运动速度、旋转速度。随着体育产业的发展得到国家各个层面的高度重视，以及信息技术、图像识别技术、通信技术的发展，对球类运动的运动轨迹、运动速度、旋转方向的识别分析成为可能。

技术实现要素：

本发明的目的是通过研制一种球类图像识别方法及其系统，实现在足球、篮球或排球的运动比赛或训练过程中，通过图像监测、识别技术准确捕捉球类运动轨迹、运动速度、球类运动过程旋转变化轨迹、运动员运动过程中连续动作姿态等信息，为运动员的科学训练提供参考依据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种球类图像识别系统，它包括特种球、特种摄像机、分析终端、无线移动基站、移动电源；所述移动电源为可选项，适用于室外环境；

当系统在室内环境使用时，所述特种摄像机与无线移动基站通过有线网络相连接；所述无线移动基站与分析终端通过有线或无线网络相连接；

当系统在室外环境使用时，所述特种摄像机与无线移动基站通过无线相连接；所述无线移动基站与分析终端通过有线或无线网络相连接；所述移动电源为特种摄像机、无线移动基站提供电能；

所述特种球，用于篮球、排球或足球运动经特殊材料处理的一种球；

所述特种摄像机，用于采集特种球图像信息并将采集信息传输至无线移动基站；

所述无线移动基站，用于接收特种摄像机图像信息并转发至分析终端；

所述分析终端，用于接收特种摄像机图像信息并进行图像解析、分析、记录及显示。

所述特种球，在篮球、排球或足球表面外层涂上一种人眼非可见、不同形状规则的特种材料，该球表层经特殊处理后用于篮球、排球或足球运动；所述特种材料发出一种非可见光谱，对特种滤光镜头具有信号增强作用。

所述特种摄像机，应用时在运动球场四角各配置一个特种摄像机；所述特种摄像机采用双摄像头技术，其中一个摄像头镜头采用滤光广角自动变焦镜头，该镜头只对其中一种非可见光光谱有输出，其它光谱进行过滤；所述特种摄像机另外一个摄像头镜头采用高清自动变焦镜头，用于采集运动球场各种图像信息；所述特种摄像机，配置有网络接口、无线wifi、外接电源接口。

所述分析终端，采用平板电脑或笔记本电脑，外置有网络接口及无线wifi；

所述无线移动基站，内置有无线路由、网络接口、外接电源接口，用于接收运动球场四个特种摄像机采集信息，并通过网络或无线wifi将接收信息转发至分析终端；

所述移动电源，采用便携式可充电移动电源，用于特种摄像机、无线移动基站电源提供。

一种球类图像识别方法，它包含如下步骤：

①、在特种球表面外层涂上一种人眼非可见的特种材料，用于特种摄像机图像信息采集；

②、由多个特种摄像机实时采集运动场地球类运动信息、运动员运动姿态信息及其它信息并传输至分析终端；

③、分析终端对特种摄像机采集图像信息进行分析、处理，并实时显示、记录及保存；同时可以对特种摄像机进行控制。

步骤1中，所述特种球表面外层，将特种材料在球表面外涂多个带方向相同图案，然后经特殊处理后用于篮球、足球或排球运动；经特种处理后球类，不影响运动员球类运动实际使用；

所述特种材料发出光谱为一种非可见光谱，使用特种滤镜照射时具有信号增强作用。

步骤2中，所述多个特种摄像机，在运动球场四角各配置一个特种摄像机；特种摄像机采用双摄像头技术，其中一个摄像头镜头采用滤光广角自动变焦镜头，用于采集特种球运动轨迹及旋转变化；另一个摄像头用于采集球场运动员信息及其它信息；特种摄像机采集信息经图像增强、过滤、去噪及合成处理后，通过网路或无线wifi接口将采集信息经无线移动基站实时转发给分析终端；

在室内环境，所述多个特种摄像机通过网络接口经无线移动基站将采集信息实时转发至分析终端；

在室外环境，所述多个特种摄像机通过无线wifi接口将采集信息发送至无线移动基站，由无线移动基站将接收信息实时转发至分析终端。

步骤3中，所述分析终端，内置有图像处理显示软件，该软件包括图像采集模块、图像处理模块、图像显示及控制模块、回放模块、数据存储模块；

所述图像采集模块，用于接收特种摄像机发送的视频图像信息并进行解码、变换处理，同时转发至图像处理模块；

所述图像处理模块，用于对解码后图像信息进行过滤、锐化处理，并实时计算特种球、运动员的位置，分析计算特种球的运动轨迹、运动速度、运动过程旋转变化方向及旋转速度；

所述图像显示及控制模块，以图形形式显示特种球运动轨迹、运动速度、旋转方向及旋转速度，实时显示运动场地图像信息；同时能够对图像进行放大、缩小，能够图像的清晰度、对比度进行控制，能够对特种球、运动员进行定位标识，能够对多台特种摄像机进行手动变焦控制；

所述回放模块，用于历史回放显示特种球运动变化情况及运动场地图像信息；

所述数据存储模块，用于对记录的图像信息进行数据存储管理。

步骤3中，所述分析终端软件图像处理模块，特种球及图案识别，通过4个特种摄像机输出视频特种球信息进行识别、跟踪和分析判断；所述特种球旋转方向、旋转速度，通过采集特种球图案信息及连续时间信息，分析计算判断特种球旋转方向，通过特种球直径及采集信息连续时间，分析计算特种球运动速度、旋转速度；

所述运动员运动位置判断，通过图像分析识别运动员球衣上号码与配置数据库中号码一致性，分析判断运动员的运动位置。

采用上述技术方案的本发明，它具有以下优点：

(1)本发明采用图像检测技术、图像识别技术、无线传输技术、数据分析技术，能够实现在足球、篮球或排球运动比赛或训练过程中，对特种球的运动轨迹、运动速度、球类运动过程旋转变化轨迹和运动员运动过程中连续动作姿态等信息进行实时监测。

(2)本发明能够对球类运动轨迹进行实时视频监测，方便教练员进行球类运动科学分析，制定针对性训练计划，提高运动训练效果。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明的设备布置图。

图3为本发明的分析终端软件结构图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。但是本发明并不仅仅限于这些实施例。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”“包含”等类似词语应当解释为包含的含义，而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，一种球类图像识别系统，它包括特种球、特种摄像机、分析终端、无线移动基站、移动电源；所述移动电源为可选项，适用于室外环境；

当系统在室内环境使用时，所述特种摄像机与无线移动基站通过有线网络相连接；所述无线移动基站与分析终端通过有线或无线网络相连接；

当系统在室外环境使用时，所述特种摄像机与无线移动基站通过无线相连接；所述无线移动基站与分析终端通过有线或无线网络相连接；所述移动电源为特种摄像机、无线移动基站提供电能；

在体育比赛或训练过程中，特种球随着运动员传球过程在空间不同位置进行运动，特种摄像机通过镜头实时采集运动场地特种球运动变化图像信息、运动员图像信息并将采集信息传输至无线移动基站；无线移动基站接收特种摄像机图像信息并转发至分析终端；分析终端对接收特种摄像机图像信息进行解析、识别和分析处理，并对采集信息进行实时显示及保存。

所述特种球，在篮球、排球或足球表面外层涂上一种人眼非可见、不同形状规则的特种材料，该球表层经特殊处理后用于篮球、排球或足球运动；所述特种材料发出一种非可见光谱，对特种滤光镜头具有信号增强作用。

如图2所示，系统在运动球场四角各配置一个特种摄像机，同时在球场某一侧放置无线移动基站及分析终端，方便无线移动基站与分析终端数据通信；所述特种摄像机采用双摄像头技术，其中一个摄像头镜头采用滤光广角自动变焦镜头，该镜头只对其中一种非可见光光谱有输出，其它光谱进行过滤；所述特种摄像机另外一个摄像头镜头采用高清自动变焦镜头，用于采集运动球场各种图像信息；所述特种摄像机，配置有网络接口、无线wifi、外接电源接口。

所述分析终端，采用平板电脑或笔记本电脑，外置有网络接口及无线wifi；

所述无线移动基站，内置有无线路由、网络接口、外接电源接口，用于接收运动球场四个特种摄像机采集信息，并通过网络或无线wifi将接收信息转发至分析终端；

所述移动电源，采用便携式可充电移动电源，用于特种摄像机、无线移动基站电源提供。

一种球类图像识别方法，它包含如下步骤：

①、在特种球表面外层涂上一种人眼非可见的特种材料，用于特种摄像机图像信息采集；

②、由多个特种摄像机实时采集运动场地球类运动信息、运动员运动姿态信息及其它信息并传输至分析终端；

③、分析终端对特种摄像机采集图像信息进行分析、处理，并实时显示、记录及保存；同时可以对特种摄像机进行控制。

步骤1中，所述特种球表面外层，将特种材料在球表面外涂多个带方向相同图案，然后经特殊处理后用于篮球、足球或排球运动；经特种处理后球类，不影响运动员球类运动实际使用；

所述特种材料发出光谱为一种人眼非可见光谱，使用特种滤镜照射时具有信号增强作用。

步骤2中，所述多个特种摄像机，在运动球场四角各配置一个特种摄像机；特种摄像机采用双摄像头技术，其中一个摄像头镜头采用滤光广角自动变焦镜头，用于采集特种球运动轨迹及旋转变化；另一个摄像头用于采集球场运动员信息及其它信息；特种摄像机采集信息经图像增强、过滤、去噪及合成处理后，通过网路或无线wifi接口将采集信息经无线移动基站实时转发给分析终端；

在室内环境，所述多个特种摄像机通过网络接口经无线移动基站将采集信息实时转发至分析终端；

在室外环境，所述多个特种摄像机通过无线wifi接口将采集信息发送至无线移动基站，由无线移动基站将接收信息实时转发至分析终端。

步骤3中，所述分析终端，内置有图像处理显示软件；如图3所示，分析终端软件包括图像采集模块、图像处理模块、图像显示及控制模块、回放模块、数据存储模块；

所述图像采集模块，接收特种摄像机发送的视频图像信息并进行解码、变换处理，同时转发至图像处理模块；图像处理模块对解码后图像信息进行过滤、锐化处理，并实时计算特种球、运动员的位置，分析计算特种球的运动轨迹、运动速度、运动过程旋转变化方向及旋转速度；图像显示及控制模块，以图形形式显示特种球运动轨迹、运动速度、旋转方向及旋转速度，实时显示运动场地图像信息；同时能够对图像进行放大、缩小，能够图像的清晰度、对比度进行控制，能够对特种球、运动员进行定位标识，能够对多台特种摄像机进行手动变焦控制；

所述回放模块，用于历史回放显示特种球运动变化情况及运动场地图像信息；

所述数据存储模块，用于对记录的图像信息进行数据存储管理。

步骤3中，所述分析终端软件图像处理模块，特种球及图案识别，通过4个特种摄像机输出视频特种球信息进行识别、跟踪和分析判断；所述特种球旋转方向、旋转速度，通过采集特种球图案信息及连续时间信息，分析计算判断特种球旋转方向，通过特种球直径及采集信息连续时间，分析计算特种球运动速度、旋转速度；

所述运动员运动位置判断，通过图像分析识别运动员球衣上号码与配置数据库中号码一致性，分析判断运动员的运动位置。

本发明采用图像检测技术、图像识别技术、无线传输技术、数据分析技术，能够实现在足球、篮球或排球运动比赛或训练过程中，对特种球的运动轨迹、运动速度、球类运动过程旋转变化轨迹和运动员运动过程中连续动作姿态等信息进行实时监测。

本发明能够对球类运动轨迹进行实时视频监测，方便教练员进行球类运动科学分析，制定针对性训练计划，提高运动训练效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。