[发明专利]一种基于红外感应的乒乓球定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于智能乒乓球运动技术领域，特别是涉及一种基于红外感应的乒乓球定位方法及系统。

背景技术

目前对乒乓球运动定位的方案主要有两类，一种是计算机视觉分析方法，一种是信号触发判断方法。

计算机视觉分析方法主要通过多台高速高清摄像机实时采集乒乓球运动时的录像，对录像中的每个图像进行目标识别和空间定位后形成数据，再通过滤波和跟踪计算乒乓球的位置，该方法的缺点是计算复杂度高。

信号触发判断方法是通过安装在乒乓球台和球网的压电传感器获取因受到乒乓球撞击而产生的震动信号，比较多个震动信号的强度和产生时间，从而计算出乒乓球的撞击位置和大致的运动轨迹，该方案的缺点是不能定位乒乓球在空中的位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是基于物联网的乒乓球运动系统不能简单有效地计算处于运动状态的乒乓球的实时位置的问题，提出一种基于红外感应的乒乓球定位方法及系统。

红外感应定位是指部署的红外感应装置定时发射红外线，当有物体进入红外线覆盖范围后，红外感应器可以接收到该物体反射的红外线，最终实现对物体的定位。本发明基于红外感应定位的乒乓球运动系统，如图1所示，乒乓球桌上方部署红外感应器阵列。

本发明的基于红外感应的乒乓球定位系统，包括建立空间位置区域坐标系模块、获取红外感应数据模块、计算乒乓球的水平区域坐标值模块、计算乒乓球的垂直坐标值模块。

建立空间位置区域坐标系模块：乒乓球桌上方的红外传感器数量记为M，M是正整数，把M个红外传感器按某种顺序(例如从左到右)编号为x_i，1≤i≤M；建立由水平区域坐标v和垂直坐标h组成的用于表示乒乓球实时空间位置的区域坐标系，记为(v,h)；水平区域坐标v的值为某个红外传感器的编号，当M足够大时，每个水平空间区域可以近似为一个位置点；垂直坐标h的值为乒乓球与红外感应阵列的垂直距离。

获取红外感应数据模块：红外传感阵列按照事先设置的采样时间间隔T发送和接收红外线，获得电压数据以及红外线发送与接收时刻的差值，把所获得的数据发送至服务器；服务器获取同一采样时刻的M个电压数据构成一个1×M的矩阵U，与矩阵U中元素对应的红外线发送与接收时刻的差值记为t_i，1≤i≤M。

计算乒乓球的水平区域坐标值模块：红外传感阵列发射的红外线被大小不同的物体遮挡后会产生不同的电压。事先设置乒乓球遮挡红外线产生的电压阈值X和Y。当矩阵U中有且只有1个电压数据在X与Y之间时，则判定乒乓球在红外感应区域内，记录该电压数据在矩阵U中的列号为m，以该电压数据对应的红外传感器编号为水平区域坐标v的值，进入计算乒乓球的垂直坐标值模块；否则判定乒乓球不在红外感应区域内，返回获取红外感应数据模块。

计算乒乓球的垂直坐标值模块：调取矩阵U中列号为m的元素对应的红外线发送与接收时刻的差值，记为t，计算乒乓球与红外感应器阵列的距离h＝(S·t)/2，其中S是红外线的传播速度；返回获取红外感应数据模块。

基于红外感应的乒乓球定位系统的系统框图如图2所示。

本发明的基于红外感应的乒乓球定位方法按以下步骤：

步骤1、建立空间位置区域坐标系及设置参数。

乒乓球桌上方的红外传感器数量记为M，M是正整数，把M个红外传感器按某种顺序(例如从左到右)编号为x_i，1≤i≤M；建立由水平区域坐标v和垂直坐标h组成的用于表示乒乓球实时空间位置的区域坐标系，记为(v,h)；水平区域坐标v的值为某个红外传感器的编号，当M足够大时，每个水平空间区域可以近似为一个位置点；垂直坐标h的值为乒乓球与红外感应阵列的垂直距离。设置采样时间间隔T，采样时间间隔T小于乒乓球两次撞击球桌的平均时间间隔(根据历史数据统计获得)。设置乒乓球遮挡红外线产生的电压阈值X和Y。

步骤2、获取红外感应数据。

红外传感阵列按照采样时间间隔T发送和接收红外线，获得电压数据以及红外线发送与接收时刻的差值，把所获得的数据发送至服务器；服务器获取同一采样时刻的M个电压数据构成一个1×M的矩阵U，与矩阵U中元素对应的红外线发送与接收时刻的差值记为t_i，1≤i≤M。

步骤3、计算乒乓球的水平区域坐标值。