一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法及系统与流程
1.本发明涉及实心球测距技术领域，特别指一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法及系统。
背景技术：
2.实心球是一项力量性和动作速度项目，是以力量为基础，以动作速度为核心的投掷项目，是一项快速发力并且对身体协调性要求全面的体育项目。在投掷实心球之后，需要对投掷距离进行测量，进而进行评分。
3.针对实心球的测距，传统上通过红外传感器、光电传感器等传感设备进行测距，但存在如下缺点：使用的传感设备较为复杂、易受干扰且安装部署难度大，无法进行测试过程回放与动作分析。
4.因此，如何提供一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法及系统，实现提升实心球测距的便捷性以及溯源性，成为一个亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
5.本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法及系统，实现提升实心球测距的便捷性以及溯源性。
6.第一方面，本发明提供了一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法，包括如下步骤：
7.步骤s10、基于投掷点绘制测距标线；
8.步骤s20、从所述投掷点往测距标线延伸方向投掷实心球，通过摄像头实时俯拍投掷视频；
9.步骤s30、从所述投掷视频中截取实心球投掷完成的落地图像，将所述落地图像转换为透视图；
10.步骤s40、基于所述透视图以及测距标线的实际坐标计算透视矩阵；
11.步骤s50、基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵得到透视落地坐标以及透视投掷点；
12.步骤s60、基于所述透视落地坐标、透视投掷点以及测距标线计算投掷成绩。
13.进一步地，所述步骤s10中，所述测距标线具体为：
14.以投掷点为圆心绘制半径为r的圆，以投掷点为圆心往投掷方向绘制半径为r的扇形，在所述扇形的两条直线边上分别等间距设置若干个标识点，基于对称的各所述标识点绘制圆弧。
15.进一步地，所述步骤s40具体为：
16.使用opencv的findhomography方法，基于所述透视图中各标识点的透视标识坐标，以及各所述标识点在测距标线的实际坐标计算透视矩阵。
17.进一步地，所述步骤s50具体为：
18.使用opencv的warpperspective方法，基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵计算得到透视落地坐标以及透视投掷点。
19.进一步地，所述步骤s60具体包括：
20.步骤s61、计算所述透视落地坐标与透视投掷点之间的第一像素距离；
21.步骤s62、从各所述标识点中，在实心球外侧选取距离实心球最近的标识点，计算选取的标识点与透视投掷点之间的第二像素距离；
22.步骤s63、基于所述测距标线获得选取的标识点到投掷点的实际标识距离；
23.步骤s64、基于所述第一像素距离、第二像素距离以及实际标识距离计算实际投掷距离：
24.实际投掷距离＝实际标识距离*第一像素距离/第二像素距离；
25.步骤s65、基于所述实际投掷距离以及半径r计算投掷成绩：
26.投掷成绩＝实际投掷距离-r；
27.步骤s66、保存所述投掷视频以及投掷成绩。
28.第二方面，本发明提供了一种基于视觉技术的扇形实心球测距系统，包括如下模块：
29.测距标线绘制模块，用于基于投掷点绘制测距标线；
30.投掷视频拍摄模块，用于从所述投掷点往测距标线延伸方向投掷实心球，通过摄像头实时俯拍投掷视频；
31.落地图像转换模块，用于从所述投掷视频中截取实心球投掷完成的落地图像，将所述落地图像转换为透视图；
32.透视矩阵计算模块，用于基于所述透视图以及测距标线的实际坐标计算透视矩阵；
33.透视换算模块，用于基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵得到透视落地坐标以及透视投掷点；
34.投掷成绩计算模块，用于基于所述透视落地坐标、透视投掷点以及测距标线计算投掷成绩。
35.进一步地，所述测距标线绘制模块中，所述测距标线具体为：
36.以投掷点为圆心绘制半径为r的圆，以投掷点为圆心往投掷方向绘制半径为r的扇形，在所述扇形的两条直线边上分别等间距设置若干个标识点，基于对称的各所述标识点绘制圆弧。
37.进一步地，所述透视矩阵计算模块具体为：
38.使用opencv的findhomography方法，基于所述透视图中各标识点的透视标识坐标，以及各所述标识点在测距标线的实际坐标计算透视矩阵。
39.进一步地，所述透视换算模块具体为：
40.使用opencv的warpperspective方法，基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵计算得到透视落地坐标以及透视投掷点。
41.进一步地，所述投掷成绩计算模块具体包括：
42.第一像素距离计算单元，用于计算所述透视落地坐标与透视投掷点之间的第一像素距离；
43.第二像素距离计算单元，用于从各所述标识点中，在实心球外侧选取距离实心球最近的标识点，计算选取的标识点与透视投掷点之间的第二像素距离；
44.实际标识距离计算单元，用于基于所述测距标线获得选取的标识点到投掷点的实际标识距离；
45.实际投掷距离计算单元，用于基于所述第一像素距离、第二像素距离以及实际标识距离计算实际投掷距离：
46.实际投掷距离＝实际标识距离*第一像素距离/第二像素距离；
47.成绩计算单元，用于基于所述实际投掷距离以及半径r计算投掷成绩：
48.投掷成绩＝实际投掷距离-r；
49.数据存储单元，用于保存所述投掷视频以及投掷成绩。
50.本发明的优点在于：
51.通过预先绘制测距标线，通过摄像头实时俯拍实心球的投掷视频，再从投掷视频中截取实心球投掷完成的落地图像并转换为透视图，基于透视图以及测距标线的实际坐标计算透视矩阵，基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及透视矩阵得到透视落地坐标以及透视投掷点，最后基于透视落地坐标、透视投掷点以及测距标线即可计算得到投掷成绩，即投掷成绩的计算仅需利用摄像头即可，无需布设红外传感器、光电传感器等传感设备，还可通过摄像头拍摄的投掷视频进行测试过程的回放与动作分析，最终极大的提升了实心球测距的便捷性以及溯源性。
附图说明
52.下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
53.图1是本发明一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法的流程图。
54.图2是本发明一种基于视觉技术的扇形实心球测距系统得结构示意图。
55.图3是本发明测距标线得示意图。
56.图4是本发明测距示意图。
具体实施方式
57.本技术实施例中的技术方案，总体思路如下：通过摄像头俯拍实心球在测距标线内的投掷视频并截取实心球投掷完成的落地图像，基于落地图像和测距标线，结合透视变换和勾股定理计算投掷成绩，无需布设传感设备，还可通过投掷视频进行溯源，进而提升实心球测距的便捷性以及溯源性。
58.请参照图1至图4所示，本发明一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法的较佳实施例，包括如下步骤：
59.步骤s10、基于投掷点绘制测距标线，即投掷者在所述测距标线内投掷实心球，并利用所述测距标线进行测距；
60.步骤s20、从所述投掷点往测距标线延伸方向投掷实心球，通过摄像头实时俯拍投掷视频，便于后期溯源；
61.步骤s30、从所述投掷视频中截取实心球投掷完成的落地图像，将所述落地图像转换为透视图；
62.步骤s40、基于所述透视图以及测距标线的实际坐标计算透视矩阵；
63.步骤s50、通过目标检测算法从所述落地图像中检测实心球的实际落地坐标，基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵得到透视落地坐标以及透视投掷点；
64.步骤s60、基于所述透视落地坐标、透视投掷点以及测距标线计算投掷成绩，即先计算像素距离，再将像素距离转换为实际距离。
65.所述步骤s10中，所述测距标线具体为：
66.以投掷点为圆心绘制半径为r的圆，以投掷点为圆心往投掷方向绘制半径为r的扇形，在所述扇形的两条直线边上分别等间距设置若干个标识点，基于对称的各所述标识点绘制圆弧。
67.所述步骤s40具体为：
68.使用opencv的findhomography方法，基于所述透视图中各标识点的透视标识坐标，以及各所述标识点在测距标线的实际坐标计算透视矩阵。
69.所述步骤s50具体为：
70.使用opencv的warpperspective方法，基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵计算得到透视落地坐标以及透视投掷点。
71.所述步骤s60具体包括：
72.步骤s61、计算所述透视落地坐标与透视投掷点之间的第一像素距离；
73.步骤s62、从各所述标识点中，在实心球外侧选取距离实心球最近的标识点，计算选取的标识点与透视投掷点之间的第二像素距离；
74.步骤s63、基于所述测距标线获得选取的标识点到投掷点的实际标识距离；
75.步骤s64、基于所述第一像素距离、第二像素距离以及实际标识距离计算实际投掷距离：
76.实际投掷距离＝实际标识距离*第一像素距离/第二像素距离；
77.步骤s65、基于所述实际投掷距离以及半径r计算投掷成绩：
78.投掷成绩＝实际投掷距离-r；
79.步骤s66、保存所述投掷视频以及投掷成绩。
80.本发明一种基于视觉技术的扇形实心球测距系统的较佳实施例，包括如下模块：
81.测距标线绘制模块，用于基于投掷点绘制测距标线，即投掷者在所述测距标线内投掷实心球，并利用所述测距标线进行测距；
82.投掷视频拍摄模块，用于从所述投掷点往测距标线延伸方向投掷实心球，通过摄像头实时俯拍投掷视频，便于后期溯源；
83.落地图像转换模块，用于从所述投掷视频中截取实心球投掷完成的落地图像，将所述落地图像转换为透视图；
84.透视矩阵计算模块，用于基于所述透视图以及测距标线的实际坐标计算透视矩阵；
85.透视换算模块，用于通过目标检测算法从所述落地图像中检测实心球的实际落地坐标，基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵得到透视落地坐标以及透视投掷点；
86.投掷成绩计算模块，用于基于所述透视落地坐标、透视投掷点以及测距标线计算
投掷成绩，即先计算像素距离，再将像素距离转换为实际距离。
87.所述测距标线绘制模块中，所述测距标线具体为：
88.以投掷点为圆心绘制半径为r的圆，以投掷点为圆心往投掷方向绘制半径为r的扇形，在所述扇形的两条直线边上分别等间距设置若干个标识点，基于对称的各所述标识点绘制圆弧。
89.所述透视矩阵计算模块具体为：
90.使用opencv的findhomography方法，基于所述透视图中各标识点的透视标识坐标，以及各所述标识点在测距标线的实际坐标计算透视矩阵。
91.所述透视换算模块具体为：
92.使用opencv的warpperspective方法，基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵计算得到透视落地坐标以及透视投掷点。
93.所述投掷成绩计算模块具体包括：
94.第一像素距离计算单元，用于计算所述透视落地坐标与透视投掷点之间的第一像素距离；
95.第二像素距离计算单元，用于从各所述标识点中，在实心球外侧选取距离实心球最近的标识点，计算选取的标识点与透视投掷点之间的第二像素距离；
96.实际标识距离计算单元，用于基于所述测距标线获得选取的标识点到投掷点的实际标识距离；
97.实际投掷距离计算单元，用于基于所述第一像素距离、第二像素距离以及实际标识距离计算实际投掷距离：
98.实际投掷距离＝实际标识距离*第一像素距离/第二像素距离；
99.成绩计算单元，用于基于所述实际投掷距离以及半径r计算投掷成绩：
100.投掷成绩＝实际投掷距离-r；
101.数据存储单元，用于保存所述投掷视频以及投掷成绩。
102.以下举个实例对本发明进行进一步说明：
103.参考图4，先以投掷点a’为圆心绘制直径为2.135米的圆，以投掷点为圆心往投掷方向绘制半径为12米的扇形，扇形的角度为34.92
°
；在扇形的两条直线边上分别以3米为间距设置若干个标识点，基于对称的各标识点绘制圆弧，实心球投掷后的落地点为s’(实际落地坐标)，通过摄像头实时俯拍投掷视频。
104.从投掷视频中截取实心球投掷完成的落地图像并转换为透视图；
105.基于透视图以及测距标线的实际坐标计算透视矩阵h；
106.基于实心球的实际落地坐标s’、投掷点a’以及所述透视矩阵h得到透视落地坐标s以及透视投掷点a；
107.计算透视落地坐标与透视投掷点之间的第一像素距离:
[0108][0109]
从各标识点中选取距离实心球最近的标识点b，计算标识点b与透视投掷点a之间的第二像素距离：
[0110]
[0111]
基于测距标线获得标识点b到投掷点的实际标识距离为6米；
[0112]
基于第一像素距离、第二像素距离以及实际标识距离计算实际投掷距离：
[0113]
a’s’＝6*as_pix/ab_pix；
[0114]
基于实际投掷距离以及直径2.135米计算投掷成绩：
[0115]
投掷成绩＝a’s
’‑
2.135。
[0116]
综上所述，本发明的优点在于：
[0117]
通过预先绘制测距标线，通过摄像头实时俯拍实心球的投掷视频，再从投掷视频中截取实心球投掷完成的落地图像并转换为透视图，基于透视图以及测距标线的实际坐标计算透视矩阵，基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及透视矩阵得到透视落地坐标以及透视投掷点，最后基于透视落地坐标、透视投掷点以及测距标线即可计算得到投掷成绩，即投掷成绩的计算仅需利用摄像头即可，无需布设红外传感器、光电传感器等传感设备，还可通过摄像头拍摄的投掷视频进行测试过程的回放与动作分析，最终极大的提升了实心球测距的便捷性以及溯源性。
[0118]
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
技术特征：
1.一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤s10、基于投掷点绘制测距标线；步骤s20、从所述投掷点往测距标线延伸方向投掷实心球，通过摄像头实时俯拍投掷视频；步骤s30、从所述投掷视频中截取实心球投掷完成的落地图像，将所述落地图像转换为透视图；步骤s40、基于所述透视图以及测距标线的实际坐标计算透视矩阵；步骤s50、基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵得到透视落地坐标以及透视投掷点；步骤s60、基于所述透视落地坐标、透视投掷点以及测距标线计算投掷成绩。2.如权利要求1所述的一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法，其特征在于：所述步骤s10中，所述测距标线具体为：以投掷点为圆心绘制半径为r的圆，以投掷点为圆心往投掷方向绘制半径为r的扇形，在所述扇形的两条直线边上分别等间距设置若干个标识点，基于对称的各所述标识点绘制圆弧。3.如权利要求2所述的一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法，其特征在于：所述步骤s40具体为：使用opencv的findhomography方法，基于所述透视图中各标识点的透视标识坐标，以及各所述标识点在测距标线的实际坐标计算透视矩阵。4.如权利要求1所述的一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法，其特征在于：所述步骤s50具体为：使用opencv的warpperspective方法，基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵计算得到透视落地坐标以及透视投掷点。5.如权利要求2所述的一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法，其特征在于：所述步骤s60具体包括：步骤s61、计算所述透视落地坐标与透视投掷点之间的第一像素距离；步骤s62、从各所述标识点中，在实心球外侧选取距离实心球最近的标识点，计算选取的标识点与透视投掷点之间的第二像素距离；步骤s63、基于所述测距标线获得选取的标识点到投掷点的实际标识距离；步骤s64、基于所述第一像素距离、第二像素距离以及实际标识距离计算实际投掷距离：实际投掷距离＝实际标识距离*第一像素距离/第二像素距离；步骤s65、基于所述实际投掷距离以及半径r计算投掷成绩：投掷成绩＝实际投掷距离-r；步骤s66、保存所述投掷视频以及投掷成绩。6.一种基于视觉技术的扇形实心球测距系统，其特征在于：包括如下模块：测距标线绘制模块，用于基于投掷点绘制测距标线；投掷视频拍摄模块，用于从所述投掷点往测距标线延伸方向投掷实心球，通过摄像头实时俯拍投掷视频；
落地图像转换模块，用于从所述投掷视频中截取实心球投掷完成的落地图像，将所述落地图像转换为透视图；透视矩阵计算模块，用于基于所述透视图以及测距标线的实际坐标计算透视矩阵；透视换算模块，用于基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵得到透视落地坐标以及透视投掷点；投掷成绩计算模块，用于基于所述透视落地坐标、透视投掷点以及测距标线计算投掷成绩。7.如权利要求6所述的一种基于视觉技术的扇形实心球测距系统，其特征在于：所述测距标线绘制模块中，所述测距标线具体为：以投掷点为圆心绘制半径为r的圆，以投掷点为圆心往投掷方向绘制半径为r的扇形，在所述扇形的两条直线边上分别等间距设置若干个标识点，基于对称的各所述标识点绘制圆弧。8.如权利要求7所述的一种基于视觉技术的扇形实心球测距系统，其特征在于：所述透视矩阵计算模块具体为：使用opencv的findhomography方法，基于所述透视图中各标识点的透视标识坐标，以及各所述标识点在测距标线的实际坐标计算透视矩阵。9.如权利要求6所述的一种基于视觉技术的扇形实心球测距系统，其特征在于：所述透视换算模块具体为：使用opencv的warpperspective方法，基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵计算得到透视落地坐标以及透视投掷点。10.如权利要求7所述的一种基于视觉技术的扇形实心球测距系统，其特征在于：所述投掷成绩计算模块具体包括：第一像素距离计算单元，用于计算所述透视落地坐标与透视投掷点之间的第一像素距离；第二像素距离计算单元，用于从各所述标识点中，在实心球外侧选取距离实心球最近的标识点，计算选取的标识点与透视投掷点之间的第二像素距离；实际标识距离计算单元，用于基于所述测距标线获得选取的标识点到投掷点的实际标识距离；实际投掷距离计算单元，用于基于所述第一像素距离、第二像素距离以及实际标识距离计算实际投掷距离：实际投掷距离＝实际标识距离*第一像素距离/第二像素距离；成绩计算单元，用于基于所述实际投掷距离以及半径r计算投掷成绩：投掷成绩＝实际投掷距离-r；数据存储单元，用于保存所述投掷视频以及投掷成绩。
技术总结
本发明提供了实心球测距技术领域的一种基于视觉技术的扇形实心球测距方法及系统，方法包括如下步骤：步骤S10、基于投掷点绘制测距标线；步骤S20、从所述投掷点往测距标线延伸方向投掷实心球，通过摄像头实时俯拍投掷视频；步骤S30、从所述投掷视频中截取实心球投掷完成的落地图像，将所述落地图像转换为透视图；步骤S40、基于所述透视图以及测距标线的实际坐标计算透视矩阵；步骤S50、基于实心球的实际落地坐标、投掷点以及所述透视矩阵得到透视落地坐标以及透视投掷点；步骤S60、基于所述透视落地坐标、透视投掷点以及测距标线计算投掷成绩。本发明的优点在于：极大的提升了实心球测距的便捷性以及溯源性。距的便捷性以及溯源性。距的便捷性以及溯源性。
