一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统的制作方法

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1.本发明涉及识别设备技术领域，具体涉及一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统。


背景技术：

2.在足球比赛中，了解球的运动轨迹对于分析比赛进程以及制定战术非常重要。目前，虽然市场上已经有一些足球跟踪系统，但是大部分都是基于单摄像头或者多个单摄像头组合使用的方案。这些系统存在着一些问题，例如在一些场地上安装摄像头不方便，单摄像头视野范围有限等等，还存在采用对录制的足球训练视频进行分析的方法。针对足球训练不能做到实时分析训练者踢球的角度及速度。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统，它能够有效解决现有足球跟踪系统存在的问题。
4.为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用如下技术方案：包括白色草皮、绿色草皮、木质斜面回球坡、圆管管件、投影机、投影幕布、足球轨迹识别装置和识别装置，圆管管件个数为若干个且搭建成房体结构，相邻的圆管管件之间设有黑色绳网，圆管管件搭建的房体棚顶依次安装霓虹灯、投影机、足球轨迹识别装置和识别装置，圆管管件搭建的房体地面依次铺设白色草皮、绿色草皮和木质斜面回球坡，木质斜面回球坡一侧垂直设立投影幕布，圆管管件搭建的房体一侧安装厚铁板，厚铁板上设有触摸屏和超薄灯箱说明牌，圆管管件搭建的房体另一侧安装音箱。
5.所述的霓虹灯、投影机、足球轨迹识别装置、识别装置以及音箱分别通过导线与触摸屏连接，霓虹灯、投影机、足球轨迹识别装置、识别装置、音箱以及触摸屏分别通过导线与电脑主机连接。
6.所述的白色草皮上设有点球标识。
7.所述的木质斜面回球坡上铺设草皮。
8.所述的圆管管件为50圆管且喷黑漆。
9.所述的圆管管件搭建的房体的空间尺寸为，长7.5m、宽4.3m以及高3.2m。
10.所述的投影机距离投影幕布4.2m，投影机距离地面白色草皮2.6m。
11.所述的使用步骤如下：
12.1)通过触摸屏点击开始；
13.2)体验者将足球放置发球区域；
14.3)地面红外摄像头采集互动区域图像；
15.4)检测发球位置是否有足球，且高宽比是都满足设定值；
16.5)在检测到发球位置有球且高宽比满足设定值后，效果模拟器是否接收到检测足球已在发球位置；
17.6)在效果模拟器检测到足球已在发球位置后，体验者踢球；
18.7)足球检测区域的足球轨迹识别装置识别足球并跟踪轨迹；
19.8)足球轨迹识别装置识别足球并记录足球轮廓及中心点轨迹；
20.9)互动的投影幕布捕捉足球落点位置；
21.10)记录足球发球点、运行轨迹及落点位置，计算足球轨迹角度及速度等信息；
22.11)识别装置识别数据发送到电脑主机的足球模拟软件中。
23.所述的步骤5)，在效果模拟器没有检测到足球在发球位置后，回到步骤2)体验者是否将足球放置发球区域，或者，回到步骤4)检测发球位置是否有足球且高宽比是否满足设定值。
24.所述的步骤9)，投影幕布(12)未捕捉到足球落点位置，则重新回到步骤6)体验者踢球。
25.本发明的有益效果是：由两个摄像头、配套识别装置和一台计算机组成。其中，一个摄像头照射地面的发球区域记录发球点及足球运动过程轨迹，另一个摄像头照射投影幕布跟踪识别足球射出的落点位置。两个摄像头可以同时对足球进行拍摄，并且可以通过计算机进行联动，从而实现足球的双重轨迹识别。系统采用计算机视觉算法，可以对足球进行精确识别，并且可以实时跟踪足球的位置和运动轨迹。同时，该系统还可以根据足球的运动轨迹进行数据分析和统计，为足球训练和比赛提供更加准确的数据支持。从而通过模拟足球运动系统的效果软件显示接近真实的足球运动互动效果。
附图说明：
26.图1是本发明结构示意图；
27.图2是本发明足球样式图
28.图3是本发明工作流程图。
具体实施方式：
29.参照各图，本发明具体采用如下实施方式：包括白色草皮7、绿色草皮6、木质斜面回球坡5、圆管管件2、投影机9、投影幕布12、足球轨迹识别装置10和识别装置11，圆管管件2个数为若干个且搭建成房体结构，相邻的圆管管件2之间设有黑色绳网3，圆管管件2搭建的房体棚顶依次安装霓虹灯1、投影机9、足球轨迹识别装置10和识别装置11，圆管管件2搭建的房体地面依次铺设白色草皮7、绿色草皮6和木质斜面回球坡5，木质斜面回球坡5一侧垂直设立投影幕布12，圆管管件2搭建的房体一侧安装厚铁板4，厚铁板4上设有触摸屏14和超薄灯箱说明牌13，圆管管件2搭建的房体另一侧安装音箱8。所述的霓虹灯1、投影机9、足球轨迹识别装置10、识别装置11以及音箱8分别通过导线与触摸屏14连接，霓虹灯1、投影机9、足球轨迹识别装置10、识别装置11、音箱8以及触摸屏14分别通过导线与电脑主机连接。所述的白色草皮7上设有点球标识。所述的木质斜面回球坡5上铺设草皮。所述的圆管管件2为50圆管且喷黑漆。所述的圆管管件2搭建的房体的空间尺寸为，长7.5m、宽4.3m以及高3.2m。所述的投影机9距离投影幕布12为4.2m，投影机9距离地面白色草皮7为2.6m。
30.所述的使用步骤如下：
31.1)通过触摸屏14点击开始；
32.2)体验者将足球放置发球区域；
33.3)地面红外摄像头采集互动区域图像；
34.4)检测发球位置是否有足球，且高宽比是都满足设定值；
35.5)在检测到发球位置有球且高宽比满足设定值后，效果模拟器是否接收到检测足球已在发球位置；
36.6)在效果模拟器检测到足球已在发球位置后，体验者踢球；
37.7)足球检测区域的足球轨迹识别装置10识别足球并跟踪轨迹；
38.8)足球轨迹识别装置10识别足球并记录足球轮廓及中心点轨迹；
39.9)互动的投影幕布12捕捉足球落点位置；
40.10)记录足球发球点、运行轨迹及落点位置，计算足球轨迹角度及速度等信息；
41.11)识别装置11识别数据发送到电脑主机的足球模拟软件中。
42.所述的步骤5)，在效果模拟器没有检测到足球在发球位置后，回到步骤2)体验者是否将足球放置发球区域，或者，回到步骤4)检测发球位置是否有足球且高宽比是否满足设定值。所述的步骤9)，投影幕布(12)未捕捉到足球落点位置，则重新回到步骤6)体验者踢球。
43.本发明室内足球模拟识别系统如图1室内足球模拟识别系统整体结构图所示，具体由系统结构框架(圆管管件搭建而成的房体)、投影幕布12、投影机9、触摸屏14、电脑主机、足球互动识别装置10、环境照明装置、音箱8、人工草皮、互动区域标识、足球、足球回球地形等几部分构成。
44.本发明的一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的软件系统。通过双摄像头识别装置及足球互动识别软件实现了对体验者进行点球射门足球运动轨迹的分析，可根据发球和落点的位置及时间计算出足球射门的角度、速度等数据信息，从而通过模拟足球运动系统的效果软件显示接近真实的足球运动互动效果。
45.室内足球模拟识别系统首先根据预定的空间尺寸搭建框架，安装投影幕布、投影机、电脑主机、足球互动识别装置、环境照明装置、人工草皮及互动区域标识等设备，相关空间及设备参数等内容不在此发明的描述范围内，因此不作过多描述。
46.一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的软件系统的互动体验流程为：体验者将足球放置指定发球位置，发球位置为人工草皮的白色边框的区域内，当识别到足球在点球区域时，足球模拟器投影系统吹哨显示发球状态及开始射门倒计时，体验者进行踢球，若在规定时间内移开足球，显示系统恢复默认等待状态；正常踢出足球后，当足球未到达投影幕布时，地面红外摄像头会将足球过程中方向数据发送给效果模拟器，模拟器内智能ai根据方向数据进行守门扑球方向预判，可模拟真实守门员的预判处理。当足球到达投影幕布上时，识别系统会根据足球从发出位置到与幕布撞击位置计算足球发射角度、速度及足球运行轨迹，根据足球与幕布撞击的位置进行投影球门位置的判断，显示守门员是否可以守住体验者的点球。识别组件将相关识别分析数据发送到互动投影系统进行足球数据的真实模拟，如图3一种基于双摄像头的室内足球模拟识别系统工作流程图所示。
47.一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的软件系统中应用的足球、互动区域的人工草皮及足球回球地形的要求包括，足球是圆形的，以皮革或其它合适的材料制成，一般是为12块黑色正五边形面料与20块正六边形面料拼合而成，如图2。互动区域安装的人工草
皮可以与足球形成较强的颜色对比并模拟室外草坪的环境，实现对足球运动稳定识别的目的，如图1室内足球模拟识别系统整体结构图中绿色及白色草皮所示。
48.一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的软件系统的双摄像头识别别装置由2个红外自动校点摄像头、红外补光灯组、设备保护壳体构成，其中红外自动校点摄像头设备的最高帧率为60fps，可通过软件自动切换红外滤光片ir-cut，一个安装照射墙面，彩色图像进行空间位置校准，红外图像进行实时图像采集跟踪墙面足球撞击位置，一个安装照射地面，对足球发射位置进行跟踪判断，实时检测发球位置是否存在足球及踢出的状态；两个自动校点摄像头都安装配置130
°
镜头，ir-cut为700-1100nm的带通红外滤光片，以滤除镜头视角内环境可见光，实现对足球运动轨迹的图像采集。红外补光灯组采用850nm红外线发光灯珠，灯珠发光角度为120度，灯组以8行4列、灯珠间距为3cm方式组合安装，同时通过移除第2行至第5行与第1列与第4列之间的4个灯珠以留出自动校点红外摄像机在红外补光灯组内的安装位置，墙面安装激光器模组包含3个200mw的808波长的激光器发射头。设备保护壳体由铝合金外壳及透明亚力克面板构成，在透明亚克力面板上有一直径5厘米的开孔以使安装于壳体内的自动校点红外摄像机通过此孔采集地面发射区域的图像数据。自动校点红外摄像机识别装置安装于足球发射区域的上方位置，同时前侧同样有一直经5厘米的开孔以使安装与壳体内的照射墙面的自动校点摄像机通过此孔对墙面足球撞击幕布点位的跟踪识别，如图1室内棒球模拟识别系统整体结构图中识别装置所示。
49.体验者根据地面草坪上绘制的白色指示线框放置足球，通过地面红外摄像机采集当前放置位置是否存在足球，通过设定足球在摄像机画面内轮廓直径roation判断是否该位置存在足球，足球射出时记录当前离开位置坐标为startposition，当足球离开发射区域经过中间设定区域时记录离开该区域的当前时间starttime。由于足球是浅色，背景人工草皮为深色，可以通过图像的阈值化处理以准确识别足球，通过对足球识别的轮廓进行旋转矩形长宽分析，可以判断足球的轮廓面积，通过该面积区分干扰项，当足球放置发球区域才可以识别发球位置已放置足球，若是其他面积小于设定的轮廓面积，则表示未识别到足球不能进行互动。
50.当足球经过地面红外摄像头采集的图像区域内的范围记录starttime，足球落地幕布上时，通过墙面摄像头实时采集墙面图像捕捉到出现落点轮廓，通过算法进行轮廓位置映射，将摄像头图像位置准确的映射给投影画面坐标，记录落点位置endposition及落点时间endtime，通过空间测量的准确距离distance，计算出速度s＝distance/(endtime-startposition),通过初始位置坐标startposition与终点坐标endposition计算得到angle＝atan2((endposition.y-startposition.y)/(endposition.x-startposi tion.x))*180/pi。
51.足球运动识别软件在连续的图像帧内跟踪及存储每一帧足球轮廓的像素坐标位置，并在相同帧的图像画面内记录轮廓及灰度图像亮度值变化，可根据亮度值进行足球在空间纵向坐标位置记录，轮廓坐标信息为横向坐标位置，将两项坐标映射输出可绘制其在该互动空间内的运动轨迹，抛物线的轨迹绘制在数据分析界面。
52.最后足球互动识别软件可将足球的初始位置、落点位置、空间轨迹位置，计算得到的速度信息及角度信息等数值信息发送到足球模拟效果软件内，以实现对真实足球运动的模拟体验。
53.在本发明的实际应用中，可以对摄像头的位置、摄像头的参数、计算机视觉算法的调整等方面进行调整和优化，以适应不同场地和比赛的要求。
54.综上所述，本基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统由两个摄像头、配套识别装置和一台计算机组成。其中，一个摄像头照射地面的发球区域记录发球点及足球运动过程轨迹，另一个摄像头照射投影幕布跟踪识别足球射出的落点位置。两个摄像头可以同时对足球进行拍摄，并且可以通过计算机进行联动，从而实现足球的双重轨迹识别。系统采用计算机视觉算法，可以对足球进行精确识别，并且可以实时跟踪足球的位置和运动轨迹。同时，该系统还可以根据足球的运动轨迹进行数据分析和统计，为足球训练和比赛提供更加准确的数据支持。从而通过模拟足球运动系统的效果软件显示接近真实的足球运动互动效果。

技术特征：
1.一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统，其特征在于：包括白色草皮(7)、绿色草皮(6)、木质斜面回球坡(5)、圆管管件(2)、投影机(9)、投影幕布(12)、足球轨迹识别装置(10)和识别装置(11)，圆管管件(2)个数为若干个且搭建成房体结构，相邻的圆管管件(2)之间设有黑色绳网(3)，圆管管件(2)搭建的房体棚顶依次安装霓虹灯(1)、投影机(9)、足球轨迹识别装置(10)和识别装置(11)，圆管管件(2)搭建的房体地面依次铺设白色草皮(7)、绿色草皮(6)和木质斜面回球坡(5)，木质斜面回球坡(5)一侧垂直设立投影幕布(12)，圆管管件(2)搭建的房体一侧安装厚铁板(4)，厚铁板(4)上设有触摸屏(14)和超薄灯箱说明牌(13)，圆管管件(2)搭建的房体另一侧安装音箱(8)。2.根据权利要求1所述的一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统，其特征在于：所述的霓虹灯(1)、投影机(9)、足球轨迹识别装置(10)、识别装置(11)以及音箱(8)分别通过导线与触摸屏(14)连接，霓虹灯(1)、投影机(9)、足球轨迹识别装置(10)、识别装置(11)、音箱(8)以及触摸屏(14)分别通过导线与电脑主机连接。3.根据权利要求1所述的一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统，其特征在于：所述的白色草皮(7)上设有点球标识。4.根据权利要求1所述的一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统，其特征在于：所述的木质斜面回球坡(5)上铺设草皮。5.根据权利要求1所述的一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统，其特征在于：所述的圆管管件(2)为50圆管且喷黑漆。6.根据权利要求1所述的一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统，其特征在于：所述的圆管管件(2)搭建的房体的空间尺寸为，长7.5m、宽4.3m以及高3.2m。7.根据权利要求1所述的一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统，其特征在于：所述的投影机(9)距离投影幕布(12)4.2m，投影机(9)距离地面白色草皮(7)2.6m。8.一种根据权利要求1所述的基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统的使用方法，其特征在于：使用步骤如下：1)通过触摸屏(14)点击开始；2)体验者将足球放置发球区域；3)地面红外摄像头采集互动区域图像；4)检测发球位置是否有足球，且高宽比是都满足设定值；5)在检测到发球位置有球且高宽比满足设定值后，效果模拟器是否接收到检测足球已在发球位置；6)在效果模拟器检测到足球已在发球位置后，体验者踢球；7)足球检测区域的足球轨迹识别装置(10)识别足球并跟踪轨迹；8)足球轨迹识别装置(10)识别足球并记录足球轮廓及中心点轨迹；9)互动的投影幕布(12)捕捉足球落点位置；10)记录足球发球点、运行轨迹及落点位置，计算足球轨迹角度及速度等信息；11)识别装置(11)识别数据发送到电脑主机的足球模拟软件中。9.根据权利要求8所述的基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统的使用方法，其特征在于：所述的步骤5)，在效果模拟器没有检测到足球在发球位置后，回到步骤2)体验者是否将足球放置发球区域，或者，回到步骤4)检测发球位置是否有足球且高宽比是否满足
设定值。10.根据权利要求8所述的基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统的使用方法，其特征在于：所述的步骤9)，投影幕布(12)未捕捉到足球落点位置，则重新回到步骤6)体验者踢球。

技术总结
一种基于双摄像头识别足球及其运行轨迹的系统，涉及识别设备技术领域，它由投影幕布、投影机、主机、足球轨迹识别装置、红外激光器、人工草皮及互动区域标识等构成，体验者站立在互动区域的标识区域内，将足球放置在点球标识处，识别到点球区域的足球时，效果模拟器提示射门并倒计时后可将足球踢出，由足球轨迹识别装置检测足球的运动轨迹、射门角度及速度，当足球经过设定中间区域，会将当前经过区域足球的位置数据传输给模拟器，效果模拟器根据经过区域位置数据提前预判足球到达球门的方向，当足球撞击到投影幕布时，通过识别装置及红外激光器捕获到撞击点的位置信息，再将相关分析数据传输到投影效果软件以模拟显示真实的足球运动互动效果。运动互动效果。运动互动效果。


技术研发人员：李文超 宁广良 孙广 王文锋
受保护的技术使用者：大庆思特传媒科技有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/9/14