[发明专利]一种乒乓球飞过球网时高度和角度的计算系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于智能乒乓球运动技术领域，特别是涉及一种乒乓球飞过球网时高度和角度的计算系统及方法。

背景技术

目前乒乓球网的物联网改造方案主要有两种，一种是安装红外设备检测乒乓球从上空飞过的时间和位置；一种是安装摄像机等设备拍摄乒乓球运动视频或图像，分析视频或图像得到数据。第一种方案没有提供计算乒乓球飞过球网时的角度的功能；第二种方案没有提供计算乒乓球飞过球网时的位置和角度的功能。为此提出一种乒乓球飞过球网时高度和角度的计算系统及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是乒乓球网的物联网方案不能简单有效地计算乒乓球飞过球网时高度和角度的问题，提出一种乒乓球飞过球网时高度和角度的计算系统及方法。

本发明基于遮光式光电传感器以及乒乓球运动定位技术，遮光式光电传感器包括发光器、收光器以及电压发生电路，发光器和收光器之间光路被物体遮挡后电压发生电路产生光电传感数据；乒乓球运动定位技术是指采用已有物联网装置和定位方法计算乒乓球在运动过程中实时位置的技术。如图1所示，乒乓球网上方部署的多个遮光式光电传感器获取乒乓球飞过球网时的光电传感数据，然后发送至服务器，乒乓球系统中部署的用于乒乓球运动定位的物联网组件(如信号强度定位技术等)获取乒乓球位置数据，然后发送至服务器，服务器接收光电传感数据和乒乓球位置数据，计算乒乓球飞过球网时的高度和角度。

事先建立乒乓球运动系统的三维空间坐标系，原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，z轴垂直于桌面向上；在乒乓球网上方部署N个遮光式光电传感器，N是正整数，使遮光式光电传感器的检测范围覆盖球网上方的区域；设置采样时间间隔T，其值小于乒乓球撞击球桌的平均时间间隔(根据历史数据统计获得)；设置判断遮光式光电传感器被乒乓球遮挡的阈值Y。

在乒乓球运动系统中部署乒乓球运动定位装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值。

一种乒乓球飞过球网时高度和角度的计算系统，包括获取光电传感数据及判断乒乓球是否飞过球网模块、计算乒乓球飞过球网时的高度模块、计算乒乓球飞过球网时的角度模块。

获取光电传感数据及判断乒乓球是否飞过球网模块：部署在乒乓球网上方的N个遮光式光电传感器按照采样时间间隔T获取光电传感数据，然后发送至服务器，N是正整数；服务器获取同一采样时刻的光电传感数据排列成矩阵x，当矩阵x中有且只有一个光电传感数据u满足u>Y时，则判定此采样时刻乒乓球飞过球网，进入计算乒乓球飞过球网时的高度模块；否则返回获取光电传感数据及判断乒乓球是否飞过球网模块。

计算乒乓球飞过球网时的高度模块：调取乒乓球在此采样时刻的位置坐标值，记为(x_u,y_u,z_u)，(x_u,y_u,z_u)即为乒乓球飞过球网时的位置坐标值；计算乒乓球飞过球网时的高度s＝z_u-H₀，其中H₀是乒乓球网的高度；进入计算乒乓球飞过球网时的角度模块。

计算乒乓球飞过球网时的角度模块：调取前一采样时刻的乒乓球位置坐标值(x_v,y_v,z_v)；计算乒乓球运动轨迹与球网所在平面所形成的夹角α＝arcsin(h/f)，α即为乒乓球飞过球网时的角度，其中h＝|y_v|；返回获取光电传感数据及判断乒乓球是否飞过球网模块。

本发明的乒乓球飞过球网时高度和角度的计算系统框图如图2所示。

一种乒乓球飞过球网时高度和角度的计算方法按以下步骤：

步骤1、建立三维空间坐标系及设置参数。

建立乒乓球运动系统的三维空间坐标系，原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，z轴垂直于桌面向上；在乒乓球网上方部署N个遮光式光电传感器，N是正整数，遮光式光电传感检测范围覆盖球网上方的区域；设置采样时间间隔T，其值小于乒乓球撞击球桌的平均时间间隔(根据历史数据统计获得)；设置判断遮光式光电传感器被乒乓球遮挡的阈值Y。

步骤2、计算乒乓球的位置坐标值。

利用已有的乒乓球运动定位技术和装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值。

步骤3、获取光电传感数据及判断乒乓球是否飞过球网。