一种测量乒乓球旋转速度的装置的制作方法

1.本实用新型涉及乒乓球测速的技术领域，特别涉及一种测量乒乓球旋转速度的装置。


背景技术：

2.近年来，计算机视觉技术越来越多地用于辅助体育运动的教学训练，并且体育赛事中也有广泛的应用。计算机视觉在乒乓球运动的应用中，对于旋转球的观测是一大难点，一个能够实时计算乒乓球旋转方向和速度的系统能够方便运动员和教练员复盘训练或比赛过程，增强旋转球教学效果。
3.在现有技术中，对于乒乓球运动状态的观测一般通过高速摄像机观测乒乓球的旋转，但需要覆盖到整个乒乓球场地去得到完整的乒乓球运动轨迹，设备需大范围部署且方案十分复杂，并且，对于高速摄像机的要求很高，需要多组高速相机且需要其清晰地观测到乒乓球的局部细节。现有技术中的方案对场地范围及设备要求极高，大范围的设备部署对于设备间的信号传输速度也有很高的要求，总体来说方案过于复杂且信号传输效率不高，成本过高。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型的目的是提供一种测量乒乓球旋转速度的装置，通过设置图像采集范围以分析小范围图像中乒乓球的特征，保证可以在极短的时间内计算出乒乓球的旋转速度。为了实现根据本实用新型的上述目的和其他优点，提供了一种测量乒乓球旋转速度的装置，包括：
5.图像采集模块、传感器模块、光源模块、数据集传输模块以及处理模块，所述处理模块包括存储单元与处理单元，所述处理单元用于执行所述存储单元中的指令；
6.所述图像采集模块用于拍摄乒乓球飞行经过球桌中网附近图像；
7.所述传感器模块用于提供触发信号使得图像采集模块同时采集图像；
8.所述光源模块用于提供拍摄区域亮度需求；
9.所述数据集传输模块用于传输图像数据至处理模块；
10.所述处理模块用于运行乒乓球旋转方向和速度算法计算得出乒乓球旋转的方向和速度。
11.优选的，所述图像采集模块包括至少两台高速摄像机，所述高速摄像机吊装于训练员的正前方且用于获取所述图像采集范围，所述图像采集范围为乒乓球在过球桌中网后运动过程的图像，所述乒乓球过球桌中网后设置有第一距离，所述第一距离的设置范围为20cm至 40cm，所述图像的帧率的设置范围为2000fps至4000fps。
12.优选的，所述传感器模块为红外格栅触发器，所述红外格栅触发器设置于球桌中网上方的区域且用于提供触发信号以启动图像采集模块采集所述图像采集范围的图像。
13.优选的，所述红外格栅触发器用于实时监测中网上方110cm的拍摄区域，当乒乓球
经过红外格栅时触发红外格栅产生脉冲信号，脉冲信号传递给高速摄像机，红外信号传输时间小于50us，使两台高速摄像机同步采集图像。
14.优选的，所述处理模块为工控机，所述光源模块为包括6台100w 无频闪光源及用于固定光源的第一吊杆，所述光源通过第一吊杆位于乒乓球桌中网的正上方。
15.优选的，所述数据集传输模块包括usb光猫、光纤线材以及 usb3.0线材，所述光纤线材一端与高速摄像相连，另一端与所述usb 光猫相连，所述usb光猫连接有usb3.0线材，所述usb3.0线材连接有处理模块。
16.本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：
17.(1)所述图像采集模块，同时使用两台高速摄相机同时采集图像，可以保证乒乓球上的标识始终存在于相机视野中。
18.(2)所述图像采集模块，记录乒乓球过球桌中网到运动20cm 至40cm距离范围内的过程图像，传输少量数据以实现近乎实时的数据传输，避免了大流量数据的实时传输和当前数据传输带宽的限制。
19.(3)所述补光模块提供足够光照强度使相机曝光时间尽可能短以符合拍摄需求；
20.(4)所述传感器模块，解决了超高速相机同时采集乒乓球图像的问题。
21.(5)所述数据传输模块，通过使用usb光猫将光纤信号与 usb3.0信号相互转换，同时实现了图像的远距离传输和高速传输。
附图说明
22.图1为根据本实用新型的测量乒乓球旋转速度的装置示意图；
23.图2为根据本实用新型的光源模块的正面光场；
24.图3为根据本实用新型的光源模块的安装俯视图。
25.图中：1、传感器模块；2、传感器模块；3、处理模块；4、数据集传输模块。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.参照图1
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3，一种测量乒乓球旋转速度的装置，包括：图像采集模块2、传感器模块1、光源模块、数据集传输模块4以及处理模块 3，所述处理模块包括存储单元与处理单元，所述处理单元用于执行所述存储单元中的指令；
28.所述图像采集模块2用于拍摄乒乓球飞行经过球桌中网附近图像；
29.所述传感器模块1用于提供触发信号使得图像采集模块同时采集图像；
30.所述光源模块用于提供拍摄区域亮度需求；
31.所述数据集传输模块4用于传输图像数据至处理模块；
32.所述处理模块3用于运行乒乓球旋转方向和速度算法计算得出乒乓球旋转的方向和速度。
33.进一步的，所述图像采集模块2包括至少两台高速摄像机，所述高速摄像机吊装于
训练员的正前方且用于获取所述图像采集范围，所述图像采集范围为乒乓球在过球桌中网后运动过程的图像，所述乒乓球过球桌中网后设置有第一距离，所述第一距离的设置范围为20cm 至40cm，所述图像的帧率的设置范围为2000fps至4000fps，能够清晰地拍摄到乒乓球上的标识，同时使用两台高速摄像机同时采集图像，高速摄像机视野覆盖乒乓球80％表面，可以保证乒乓球上的标识始终存在于相机视野中，记录乒乓球过球桌中网到运动20cm至40cm距离范围内的过程图像，传输少量数据以实现近乎实时的数据传输。
34.进一步的，所述传感器模块1为红外格栅触发器，所述红外格栅触发器设置于球桌中网上方的区域且用于提供触发信号以启动图像采集模块采集所述图像采集范围的图像。
35.进一步的，所述红外格栅触发器用于实时监测中网上方110cm 的拍摄区域，当乒乓球经过红外格栅时触发红外格栅产生脉冲信号，脉冲信号传递给高速摄像机，红外信号传输时间小于50us，使两台高速摄像机同步采集图像，所述红外格栅触发器用于乒乓球过网触发使用具有高灵敏度、低延迟、光束多。
36.进一步的，所述处理模块3为工控机，所述工控机用于运行乒乓球旋转方向和速度算法计算得出乒乓球旋转的方向和速度，高速相机采集的图像存储至工控机中的pcie 3.0接口nvme协议的固态硬盘中，此固态硬盘的理论读写速度可达3000mb/s，对于90mb的数据，写入时间约为0.03s，因此乒乓球单次过网拍摄图像保存所需总时长为0.26s，满足此系统的实时性需求。计算核心工控机读取存储的图像使用乒乓球旋转方向和速度算法计算得出乒乓球的旋转方向和速度，所述光源模块为包括6台100w无频闪光源及用于固定光源的第一吊杆，所述光源通过第一吊杆位于乒乓球桌中网的正上方，取乒乓球运动速度为20m/s，相机的横向视场约为1.5m，横向分辨率为1920，则单个像素的精度为0.78mm，则相机拍摄曝光时间不能大于40us。经过照度计实测，当相机曝光为40us时光照强度需要在10000lux才能拍摄清晰画面，即拍摄区域的平均亮度要在 10000lux左右，所述补光光源系统能够达到这一要求。
37.进一步的，所述数据集传输模块4包括usb光猫、光纤线材以及usb3.0线材，所述光纤线材一端与高速摄像相连，另一端与所述 usb光猫相连，所述usb光猫连接有usb3.0线材，所述usb3.0线材连接有处理模块，使用光纤解决了usb3.0线材在远距离传输时的速度衰减问题，usb 3.0实际实时传输速度约为380mb/s，使用usb 3.0传输80mb数据需要0.23s。
38.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的，对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
39.尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。