[发明专利]多视角协同的实时网球智能裁判系统

说明书

本发明公开了一种多视角协同的实时网球智能裁判系统，包括根据N个摄像头的拍摄视角建立多视角协同二维坐标系方程组；计算得到N个摄像头在真实平面坐标系的坐标；得到N个摄像头投影拍摄网球的拍摄曲面；计算N个拍摄曲面中各曲面的交线，在计算各交线的相互交点，取相互交点范围的中心点坐标为网球在网球场真实空间坐标系T中的真实坐标；对得到的网球真实坐标与网球场边线和端线坐标作对比，判断网球是否出界。本发明采用多个摄像头实时采集画面，识别出网球位置，以此计算出网球的运动轨迹，根据网球的运动轨迹自动判断出界、触网等事件，从而达到无需裁判在场即可比赛的目的。

技术领域

本发明涉及网球智能裁判系统技术领域，具体为一种多视角协同的实时网球智能裁判系统。

背景技术

鹰眼系统是在板球，网球和其他运动中使用的一套电脑系统，以追踪记录球的路径并显示记录的实际路径的图形图像，也可以预测球未来的路径。在一些运动中，如网球，鹰眼系统已成为裁判过程的一部分。

“鹰眼”的正式名称是“即时回放系统”，它的技术原理并不复杂，只是十分精密。这个系统由8个或者10个高速摄像头、四台电脑和大屏幕组成。首先，借助电脑的计算把比赛场地内的立体空间分隔成以毫米计算的测量单位；然后，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，由大屏幕清晰地呈现出网球的运动路线及落点。从数据采集到结果演示，这个过程所耗用的时间，不超过10秒钟。通常用于电视转播。

正式比赛中多采用鹰眼系统，但是鹰眼系统复杂，造价昂贵，无法应用于个人训练、业余联赛等普通场景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多视角协同的实时网球智能裁判系统，采用多个摄像头实时采集画面，识别出网球位置，以此计算出网球的运动轨迹，根据网球的运动轨迹自动判断出界、触网等事件，从而达到无需裁判在场即可比赛的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种技术方案：一种多视角协同的实时网球智能裁判系统，包括以下步骤：

步骤S1，根据N个摄像头的拍摄视角建立多视角协同二维坐标系方程组，其中N≥2；

步骤S11，以网球场中心为原点建立网球场真实空间坐标系T，网球场真实空间坐标系T的x轴正轴方向为朝向网球场一侧端线方向，y轴正轴方向为朝向网球场一侧边线方向，z轴正轴方向为朝向天空方向，网球场真实空间坐标系T投影于地面的坐标系为真实平面坐标系O，测量网球场尺寸，得到网球场四个顶点在真实平面坐标系O的真实坐标；

步骤S12，服务器单次抓取N个摄像头拍摄的画面，得到N张图片，调用深度学习模型提取到画面中的网球场边线和端线，并计算得到每张图中网球场四个顶点的像素坐标，并将每张图中网球场四个顶点的像素坐标与网球场四个顶点在真实平面坐标系O的真实坐标进行透视变换计算，得到透视变换矩阵参数 (M1, M2，……，MN)，其中M1为第1个摄像头与真实平面坐标系O之间的透视变换矩阵参数，M2为第2个摄像头与真实平面坐标系O之间的透视变换矩阵参数，MN为第N个摄像头与真实平面坐标系O之间的透视变换矩阵参数；

步骤S13，计算得到多视角协同二维坐标系方程组TM：

；

其中，为第1个摄像头拍摄图片上的像素坐标，为第2个摄像头拍摄图片上的像素坐标，为第N个摄像头拍摄图片上的像素坐标，为真实平面坐标系O的坐标；

步骤S2，计算得到N个摄像头在真实平面坐标系O的坐标；