一种球体落点检测方法及检测系统与流程

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种球体落点检测方法及检测系统。

背景技术：

进入二十一世纪以来，各种体育赛事越来越被人们重视和熟知，各种先进的高科技也越来越多的被运用到各大体育赛事中，被作为评判的依据。在一些球类(比如羽毛球，网球等)运动里，对于有争议的落点判罚，现在采用的最先进的技术是鹰眼技术，其可以相当精确的显示出球落地点的位置是否出界。

鹰眼系统是由8个或者10个高速摄像头、四台电脑和大屏幕组成，利用高速摄像头从不同角度同时捕捉网球飞行轨迹的基本数据；再通过电脑计算，将这些数据生成三维图像；最后利用即时成像技术，模拟并由大屏幕清晰地呈现出网球的运动路线及落点。其中，摄像头速度高达每秒2000帧。所有的图像都由防抖软件进行校准。

鹰眼技术的应用无疑是在球类赛事的一大进步，但是同时，它的设备成本非常昂贵，设备安装极其讲究，计算过程复杂并且耗时长，基于此，该技术一般在一些大型国际球类的决赛中才会用到，并且每场比赛一般只允许运动员每局挑战2次。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种球体落点检测方法及检测系统，其成本低、检测及输出结果快而精准。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种球体落点检测方法，包括：检测球场边界处触摸屏的触点事件；在检测到触点事件时计算触点位置；将触点位置作为球体落点位置并判断球体落点位置是否位于球场界内。

本发明还提供了一种球体落点检测系统，包括：检测模块，用于检测球场边界处触摸屏的触点事件；计算模块，用于计算发生触点事件的触点位置；处理模块，用于将触点位置作为球体落点位置并判断球体落点位置是否位于球场界内。

本发明实施方式相对于现有技术而言，运用了触摸屏技术感测并计算球体落点，不需要设置鹰眼技术中的高速摄像头和多台电脑，成本低廉，也不需要生成三维图像、模拟球体的运动路线及落点，检测快速而精准。

另外，所述在检测到触点事件时计算触点位置包括：在检测到触点事件时判定触点压力是否位于预定范围内，当所述触点压力位于预定范围内时计算所述触点位置。由于运动员本身或者其他物体可能触及到球场界线及其周围的触摸屏(如电阻屏)，对此，该检测方法根据球体本身固定的重量，预先设有一定的压力范围值，在触摸屏检测产生的压力后，只有该压力值在预定设置的压力范围值内，才会继续进入计算球体落地位置的步骤中，从而避免了误判，提高了检测和判断的准确度。

另外，所述将触点位置作为球体落点位置并判断球体落点位置是否位于球场界内是指：将预定时间段内最早发生触点事件的触点位置作为球体落点位置并判断所述球体落点位置是否位于球场界内。球体掉落地面后发生往复回弹而可能造成多次触压触摸屏而产生压力并发生位置计算，对此，该检测方法中设置有预定时间段，当计算出的球体落地位置为一处时，将唯一也是预定时间段内最早的一次触点位置作为球体落地位置；当计算出的球体落地位置为不止一处时，将预定时间段内最早发生触点事件的触点位置作为球体的落地位置，由此避免由于球体落地回弹而多次触压触摸屏造成的对球体落地位置的误判。

优选的，在所述检测到触点事件时计算触点位置是指：计算预定时间段内最早发生的触点事件的触点位置。球体落地时可能造成回弹而多次触压到触摸屏，设置预定时间段，将开始计时后发生的第一个触点事件作为触点位置的计算对象，避免了对球体第一次落地后再次回弹的触点位置进行计算，并可以直接将计算出的结果作为球体的落点位置数据，直接进行球体的落点位置是否在界内的判断。

优选的，在所述检测到触点事件时计算触点位置是指：将触摸屏上电容变化的事件作为触点事件，并计算在预定时间段内最早发生的触点事件的触点位置。球体掉落到触摸屏区域后，吸取触摸屏上的电容电荷，使得触摸屏上的电荷发生变化，设置预定时间段，将开始计时后发生的第一个电容变化的位置作为触点位置进行计算，避免了球体落地后产生回弹而重复触压触摸屏造成的无效数据的计算，减少了误判。

另外，所述将触点位置作为球体落点位置并判断球体落点位置是否位于球场界内之后还包括：显示所述判断结果。在检测到触点位置，并完成相应的计算后，进行球体落点是否是在界内的判断，并将判断出的结果进行输出显示。

另外，所述球体落点检测系统还包括判定模块，用于在检测模块检测到触点事件时判定触点压力是否位于预定范围内，在判定模块判定触点压力位于预定范围内时，所述计算模块计算所述触点位置。该球体落点检测系统中，将比赛的球类触及触摸屏产生的压力范围值进行预先存储，当检测模块检测到触摸屏上有触点事件发生时，需要判定模块对发生的触点的压力值与预先存储的压力范围值进行比较，当判断为实际发生的触点压力值在预存的压力范围值之内，则继续进行计算模块的计算，防止了由运动员本身或者其他物体等非目标球类触及到触摸屏时，产生触点事件，并由后续的其他模块进行处理,最终发生误判的情况。

另外，所述检测模块在预定时间段内检测到多个触点事件且所述判定模块判定多个触点事件的触点压力位于预定范围内时，所述处理模块将最早发生的触点事件的触点位置作为球体落点位置并判断所述球体落点位置是否位于球场界内。由于球体落地时会发生回弹，进而造成多个落点，当不止一个落点触及到触摸屏时，相关的触点产生的压力会被检测模块和判定模块通过，并进行位置的计算，对此，系统的处理模块将最先发生触点事件的出点位置作为球体落点位置并进行相关的判断，能避免由球体回弹产生多个落点而造成该系统对落点结果的误判。

优选的，所述检测模块在预定时间段内检测到多个触点事件且所述判定模块判定多个触点事件的触点压力位于预定范围内时，所述计算模块对最早发生触点事件的触点进行位置计算。预先在该球体落点检测系统中预置时间段，并在检测模块进行触点事件检测时，对在开始计时后第一个发生的触点事件的位置进行判断和计算，可以避免由于球体回弹产生的多个触点产生的压力干扰系统的计算和判断，可直接将检测到的第一个压力在预定范围内的触点信息传达至计算模块进行计算，并直接做出球体落点是否位于界内的处理判断。

优选的，所述检测模块将在触摸屏上发生电容变化的事件作为触点事件，所述计算模块对最早发生触点事件的触点进行位置计算。球体落到触摸屏上时，吸取触摸屏上的电容电荷并使触摸屏上的电荷变化，设置预定时间段，检测模块检测到电容电荷变化的触点事件并且是在开始计时后发生的第一个触点事件时，由计算模块对发生所述触点事件的位置进行触点位置的计算，避免了计算模块对由球体弹跳造成的多次触及触摸屏产生的数据的计算，也减小了误判的概率。

另外，所述球体落点检测系统还包括显示模块，用于显示所述判断结果。在处理模块将计算模块传送的触点信息作为球体落点的信息并判断了该落点是否位于球场界内后，由显示模块接收处理模块做出的判断，并进行显示。

附图说明

图1为本发明第一实施方式中球体落点检测方法的流程示意图；

图2为第一实施方式中触摸屏的触点位置检测原理示意图；

图3为第一实施方式中触摸屏的另一触点位置检测原理示意图；

图4为本发明第二实施方式中球体落点检测系统的模块结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种球体落点检测方法，如图1-3所示，包括:

s01:检测球场边界处触摸屏的触点事件；

s02:在检测到触点事件时计算触点位置；

s03:将触点位置作为球体落点位置并判断球体落点位置是否位于球场界内。

在本实施方式中，通过步骤s01对球场边界处的触点事件进行检测，当球体掉落在触摸屏上时，产生触点并被检测到后，通过步骤s02对触点事件的位置进行计算，当触点的位置信息被计算出来后，通过步骤s03将由s02计算出来的位置信息作为球体的实际落点位置，并与球场边界位置信息进行比较，判断球体是否落在球场界内。触摸屏技术的使用相对于鹰眼技术来说，不需要设置高速摄像头和多台电脑，成本低廉，也不需要生成三维图像、模拟球体的运动路线及落点，检测快速而精准。

值得一提的是，触摸屏有很多种，以其中的一种电阻屏为例进行说明，只需要在球场界线的周围设置电阻屏，而不需要根据视角的需要在立体空间的各个方位(例如上侧等)进行摄像头的安装及相关的调试，安装过程更为方便简单；并且电阻屏技术中的压力感应效果精确度高，感应速度快，可以在较低或较高温度的环境下使用，其稳定性能好，且相比之高速摄像头，在安装和运输的过程中也不易损坏，因此具有良好的应用前景。

需要说明的是，电阻屏上的触点事件检测是靠检测球体落在电阻屏上产生的压力实现的，该电阻屏检测到相应的压力后，转换为对应的电信号并被检测，本实施方式中的电信号为电阻。本实施方式以四线的电阻屏为例进行说明，如图2-3所示，该电阻屏由多层复合薄膜组成，其中，包含上下重叠的两层透明导电层，从两层不同的对边处分别引出x-，x+，y-，y+一共四条线，作为四条导电极，并且x电极与y电极相互垂直，当球体掉落在电阻屏上产生触点压力，压迫位于上侧的透明名导电层触压到下侧的透明导电层时，该触点处会产生一个电阻，将x电极与y电极的方向分别看作坐标轴的x方向和y方向，根据该电路中的电阻电压关系以及对应的边长边宽的关系，可以得到触点的具体位置，具体算法如下：

计算x坐标，在x+电极施加驱动电压vdrive，x-电极接地，y+做为引出端测量得到接触点的电压，由于所述透明导电层均匀导电，触点电压与vdrive电压之比等于触点x坐标与屏宽度之比。

计算y坐标，在y+电极施加驱动电压vdrive，y-电极接地，x+做为引出端测量得到接触点的电压，由于所述透明导电层均匀导电，触点电压与vdrive电压之比等于触点y坐标与屏高度之比。

本实施方式中，所述“s02：在检测到触点事件时计算触点位置”包括：在检测到触点事件时判定触点压力是否位于预定范围内，当所述触点压力位于预定范围内时计算所述触点位置。在球类比赛过程中，除了球体落地外，运动员本身和一些其他非球类物体也可能触及到球场边界周围的触摸屏，造成错误的数据传输和系统判断，由此，根据球体的重量，预先设置球体可能造成的压力的范围值，在检测到触点事件后、进行触点位置计算前，应对触点产生的压力与预先设置的球体可能造成的压力范围值进行比较，当压力在预先设置的压力范围值内时，即确实是球体落地造成的压力后，再进行触点的位置计算，这避免了由非球类物体触及到触摸屏产生压力，而造成系统的误判。

需要说明的是，采用电阻屏时，电阻屏上的两层透明导电层中位于上方的一层，在触点压力的作用下，与下一层的透明导电层发生接触，在触点上实际是有电阻存在，并且压力作用越大，上下层的接触越充分，其产生的触点电阻就越小，反之，压力越小，上下层的接触不够充分，相应产生的触点电阻就越大，根据这个电阻对应压力的规律和球体本身的重量来设置球体可能会造成的压力范围值，以此来区分由人体、球拍等其他非该场比赛中球体造成的触点压力。

需要说明的是，在一可实施的具体实施方式中，所述“s03：将触点位置作为球体落点位置并判断球体落点位置是否位于球场界内”是指：将预定时间段内最早发生触点事件的触点位置作为球体落点位置并判断所述球体落点位置是否位于球场界内。因为球体落地后容易发生多次的往复回弹，从而可能造成多次触及球场边界周围的触摸屏，并且由球体本身产生的多次压力均会被系统进行计算并得出触点位置，由此，设置预定时间段，比如从球体首次触及边界处的触摸屏开始、直至球体反弹后在地面/触摸屏表面静止的时间段(也即球体的落地过程，如，大约0.5～1秒时间)，当根据多个球体落点而计算出多个触点位置时，将计时后触摸屏检测到的第一个触点事件的触点位置作为球体落点位置，避免了将“本不是作为判断球体是否出界的那一次落地”造成的触点作为球体落地的信息，避免此类的误判。

可以理解的，在一可实施的变更实施方式中，可以做进一步的优化，即所述“s02：检测到触点事件时计算触点位置”是指：计算预定时间段内最早发生的触点事件的触点位置。由于球体落地形成回弹而造成在触摸屏上发生多次触点事件，对此，本实施方式同样设置预置时间段，比如设置为从球体首次触及边界处的触摸屏开始、直至球体反弹后在地面/触摸屏表面静止的时间段(也即球体的落地过程，如，大约0.5～1秒时间)，在对确定为球体压力造成的触点事件进行检测时，筛选预置时间段内最早的那一次触点事件，并只对这一次触点事件进行触点位置计算，并将计算出的触点位置作为球体落点的位置，与球场边界的数据相对比，判断球体是否出界。本实施方式中设置了预定时间段，在检测后、计算前，就将第一次落地事件作为唯一计算对象，而不是在检测并计算出所有球体触点位置后，再筛选第一次触点信息进行处理和判断，避免了进入不必要的计算和处理过程，提高了处理单元的处理速度，有利于提升检测速度，是对前述实施方式的进一步优化。

可以理解的是，在一可实施的变更实施方式中，可以做另一种的优化，所述“s02：检测到触点事件时计算触点位置”是指：将触摸屏上电容变化的事件作为触点事件，并计算在预定时间段内最早发生的触点事件的触点位置。具体的，可以在触摸屏上加上电荷，优选的使用触摸屏中的电容屏，并相应的在球体(例如羽毛球的球托等)处涂上导电涂层，使得球体落地接触触摸屏时吸收电容电荷，产生电容变化的触点事件，并设置预定时间段，对开始计时后的发生的第一个电容电荷减少的触点事件的位置进行计算。由于在球场上只有球体带导电涂层，触摸屏上的电荷不会受运动员本身等其他非目标球类的触及而产生电荷减小的事件，不容易对球体落点检测系统产生干扰，减少了误判，另外，预定时间段的设置，同样的可以避免由球体落地回弹产生的无效位置数据的计算，优化了系统，提升了处理速度。

进一步的，所述将触点位置作为球体落点位置并判断球体落点位置是否位于球场界内之后，还可以包括：显示所述判断结果。检测到并对确定为判断球体是否出界的那一次落地造成的触点事件进行计算后，对计算的触点位置处理为球体落点位置，并与球场边界的信息相比较，做出球体是否出界的判断，将最终的判断结果进行直观的显示。

可以理解的是，本实施方式中的检测方法不仅可以适用于羽毛球比赛，也可以适用于乒乓球等其他球类比赛，值得一提的是，在乒乓球比赛中应用该技术时，触摸屏设置在乒乓球桌的边界线周围，同样的，其他球类比赛中也在边界线的相应处设置触摸屏，而不仅局限于底面上，并且，该检测方法也不仅仅适用于球类比赛，也适用于所有需要落点检测的情况。

本发明的第二实施方式涉及一种与球体落点检测方法相对应的球体落点检测系统，如图4所示，包括：

检测模块1，用于检测球场边界处触摸屏的触点事件；计算模块2，用于计算发生触点事件的触点位置；处理模块3，用于将触点位置作为球体落点位置并判断球体落点位置是否位于球场界内。本实施方式中，当球体落在球场边界处的触摸屏上时，该球体落点检测系统中的检测模块1会检测到相关的触点事件，并由计算模块2对触点事件的触点位置进行计算，处理模块3将由计算模块2计算出的触点位置作为球体落点位置，并与球场边界位置信息相对比，判断球体落点是在球场边界内还是球场边界外。由于本实施方式是与第一实施方式中的球体落点检测方法相适配的系统，详细的检测原理、计算细节、处理细节等都已在第一实施例中详细说明，为避免重复，这里不再赘述。

本实施方式中的球体落点检测系统还可以包括判定模块4，用于在检测模块1检测到触点事件时判定触点压力是否位于预定范围内，在判定模块4判定触点压力位于预定范围内时，所述计算模块2计算所述触点位置。本实施方式中，通过预先设置球体落地的压力范围，由判定模块4对发生的触点事件与预设的压力范围进行比较，由计算模块2中对只在压力范围内的触点事件进行触点位置的计算，避免了计算模块2对由运动员本身或者其他非球类物体触及触摸屏而产生相关的触点位置进行计算，从而产生不必要的计算过程，也避免了造成误判。

需要说明的是，在一可实施的具体实施方式中，所述检测模块1在预定时间段内检测到多个触点事件且所述判定模块4判定多个触点事件的触点压力位于预定范围内时，所述处理模块3将最早发生的触点事件的触点位置作为球体落点位置并判断所述球体落点位置是否位于球场界内。当球体本身发生往复弹跳而触及到触摸屏时，不仅会被检测模块1检测到，也会被判定模块4通过，而使计算模块2对几个触点位置进行计算，对此，由处理模块3对计算出的触点位置进行筛选，将最早发生触点事件的触点作为球体落点位置，并进行后续的球体是否出界的判断，保证了判断的准确性，防止了由球体多次掉落地面而产生的误判。

可以理解的，这一可实施的具体实施方式中，可以做进一步的优化：所述检测模块1在预定时间段内检测到多个触点事件且所述判定模块4判定多个触点事件的触点压力位于预定范围内时，所述计算模块2对最早发生触点事件的触点进行位置计算。该球体落点检测系统中，设置有预定时间段，比如设置为从球体首次触及边界处的触摸屏开始、直至球体反弹后在地面/触摸屏表面静止的时间段(也即球体的落地过程，如，大约0.5～1秒时间)，在该预定时间段内，若检测模块1检测到由多次球体弹跳而发生的多个触点事件时，筛选第一个发生的球体落地触点事件，并由计算模块2对此触点事件的触点位置进行计算，计算的结果直接由处理模块3接收，并直接处理成球体的落点位置信息，进行球体是否出界的判断。这一优化改进了“在检测模块1到多个球体触点事件后，计算模块2均对其进行计算，再由处理模块3对所有计算结果进行筛选”这一过程，减少了系统中的计算量，优化了程序，提高了效率，保证了判断的准确率。

可以理解的，这一可实施的具体实施方式中，还可以再做进一步的优化：所述检测模块1将在触摸屏上发生电容变化的事件作为触点事件，所述计算模块2对最早发生触点事件的触点进行位置计算。具体的，可以优选触摸屏技术中的电容屏技术，在球场边界的电容屏上加上电荷，并在球体上涂上导电层，例如在羽毛球的球托上涂上涂层，使得球体在落地触及电容屏时吸收电容屏上的电荷，利用检测模块1检测这种电容屏上发生的电容变化的事件，并设置预定时间段，在开始计时后，检测模块1检测到的第一个触点事件，计算模块2对该触点事件的位置进行计算；球场上只有球体本身导电的设置，防止了由于运动员本身等非目标球类多次触及电容屏造成的系统误判，并且避免了对由球体回弹产生的无效数据的计算。

进一步的，所述球体落点检测系统还可以包括显示模块5，用于显示所述判断结果。在检测模块1检测到压力，并且由判断模块4做出了是球体落地造成的压力的判断、计算模块2进行了触点位置的计算、处理模块3做出了球体是否出界的判断后，由显示模块5接收处理模块3的判断结果，并直观的显示处判断结果。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。