[发明专利]便携式乒乓球旋转检测装置

说明书

技术领域  电子信息

背景技术  乒乓球比赛中乒乓球的体积小和速度快，使得一般观众难以看清楚。乒乓球比赛的回合太少，使观众觉得其不够精彩。回合太少的主要原因是发球方可以利用各种手段，发出令接球方难以判断的旋转球。结果是接球方直接”吃球”或回球质量低，而被发球方一板打死。还有“怪拍”造成的怪异旋转。国际乒联采取了一系列措施，改革乒乓球运动的相关设备(球台，球网，球拍，球，胶水等)，对运动员发球动作做出诸多苛刻的规定。但效果不尽人意----乒乓运动在不少国家推广缓慢，其比赛的电视转播收入较低，影响较小。

我们发明的便携式乒乓球旋转检测装置可帮助使用者正确判断来球的旋转特性。通过摄像机获取乒乓球的序列图像，处理图像，抽取乒乓球特征，计算乒乓球旋转方向和强度，并以某种方式告知使用者。整个装置可以很小很轻，可以镶嵌到眼镜上，便于携带和使用。一种产品设计是，在普通眼镜正中间镶嵌由微型摄像头和进行处理计算的微处理器芯片以及提供电源的纽扣电池和开关等构成的集成摸块。该摸块的输出控制位于眼镜内框里的线性发光点列。以八点LED为例，其0点钟，3点钟，6点钟，9点钟分别对应上旋，右侧旋，下旋，左侧旋。上述四个时间段的中点分别对应了右侧上旋，右侧下旋，左侧下旋，左侧上旋。其亮度表示旋转强度。正常眼睛可以感知普通眼镜内镜框周围的发光点。

本专利的意义在于，减少接球方直接”吃球”或回球质量低，而被发球方一板打死的现象。同时减轻”怪拍”(长胶，生胶，过度老化/氧化等)的作用。增加乒乓球比赛的回合，提高乒乓球比赛观赏性。使更多的观众和参与者体会到乒乓球运动的精彩和艺术。促进乒乓球运动在全世界的普及和发展。

发明内容  便携式乒乓球旋转检测装置立足于对现有成熟技术和产品的集成。微型摄像头，计算机微处理器芯片，纽扣电池，LED发光点的尺寸在毫米级，重量在克级，图像的获取，处理和信号的显示都在毫秒级。整个装置可以集成在普通眼镜上。当然便携式乒乓球旋转检测装置的产品形态，可能并不局限于眼镜。

装有一个或多个微型摄像头的眼镜，已经有产品。而目前手机上的微型摄像头的分辨率已经达到5~10百万像素。CCD等传感器的电子快门(即感光板像素阵列的读取速度)可达到1000帧每秒或更高。实际上，300帧到1000帧每秒的微型摄像头早已经有产品。由于只需要对相邻两帧(或几帧)图像进行处理计算，故不需要存储大量的视频数据。对乒乓球形状特征的提取，可利用其与背景不同的颜色；抽取圆形形状的HOUGH变换；可做为特征的乒乓球商标和斑点。根据相邻两帧图像上乒乓球特征的位移，可以计算出乒乓球旋转的方向和速度。根据乒乓球在图像上占有的面积，可以估计乒乓球与摄像头的距离，可计算乒乓球飞越台面的速度，还可判定乒乓球是来球还是去球。计算机视觉中的光流方法就是一种可行的方法。文献报道过各种检测乒乓球，网球，足球等旋转特性的方法，均在大型的无法携带的设备上实现。本装置，经改进，也可应用于乒乓球之外的其它领域。

由于乒乓球处于运动员视觉的中心，故适当焦距的摄像头，可使乒乓球处于每帧图像中，同时乒乓球又占据一定的像素数。对于1米见方的视场和5百万像素的摄像头，40毫米的乒乓球占有40*40*5＝8000像素。乒乓球旋转方向的定义基于乒乓球运动员的感觉，而不是以乒乓球自身为参照系的。实际上，由于球与球拍之间的作用力与反作用力，两种定义的方向恰相反。