專利名稱：一種臺球自動記分和輔助判罰系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種臺球自動記分和輔助判罰系統(tǒng)，特別是一種基于圖形圖像識別分析技術(shù)及光電感應(yīng)識別技術(shù)來實現(xiàn)臺球運動中的自動記分和裁判系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
臺球運動在我國有著廣泛的群眾基礎(chǔ)，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，特別是以“丁俊暉”為代表的我國優(yōu)秀臺球運動選手在世界大賽中屢獲佳績，中國的臺球運動水平和綜合實力已獲得業(yè)界的廣泛認定，世界臺聯(lián)更是將多項世界級的斯諾克積分排名賽落戶在中國舉辦，可以這樣說，中國現(xiàn)在成為了世界臺球運動最為熱點的區(qū)域。目前，在國內(nèi)的臺球會所和俱樂部，最為常見的是英式斯諾克、中式黑8球和美式9球這幾項，從運動規(guī)則來看，又以斯諾克較為復(fù)雜，在比賽運動中，需要對紅球和彩球交替擊打記分、彩球重置、多種犯規(guī)罰分和球權(quán)交換等判斷，而臺球運動又是一個需要非常專注力集中的運動項目，往往在雙方的比賽運動中，因為多數(shù)是沒有權(quán)威和專職的裁判人員對入球的記分、規(guī)則判罰的裁定，需要依靠自己手動或電子遙控記分牌來實現(xiàn)記分，所以，經(jīng)常會因為記分和判罰的困擾，影響比賽的公正性和連續(xù)性，甚至?xí)驗榭赡艽嬖诘穆┯浐湾e記，雙方發(fā)生異議和不愉快時有發(fā)生。這種現(xiàn)象可以說是一個在會所和俱樂部球房中斯諾克運動中普遍存在的現(xiàn)象，目前，球房運營者提供的最好方式就是配置球房工作人員定崗定位提供記分服務(wù)和擺置球服務(wù)，這不但增加了很多的人力資源的投入，也經(jīng)常會因為工作人員需要服務(wù)走動和對規(guī)則判斷的理解能力，而影響記分的可靠性和連續(xù)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明其目的就在于提供一種臺球自動記分和輔助判罰系統(tǒng)，具有客觀、公正的特點，且實現(xiàn)了自動化智能記分和規(guī)則判罰，優(yōu)于現(xiàn)有的臺球運動的記分方式和設(shè)備方案，給臺球愛好者帶來更多的樂趣和運動體驗。實現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，包括光電感應(yīng)器、通訊模塊、攝像機、視頻分析器和控制主機，所述光電感應(yīng)器設(shè)置在桌臺入袋口處，光電感應(yīng)器輸出端連接通訊模塊，通訊模塊輸出連接控制主機，所述攝像機經(jīng)視頻分析器連接控制主機，所述攝像機設(shè)置在桌臺上方。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點。1、本系統(tǒng)安裝在臺球桌臺上方的攝像機連接到視頻分析器進行前端圖像數(shù)據(jù)采集分析，通過桌臺入袋口處的六個具有通訊接口的光電感應(yīng)器設(shè)備，進行入袋口進球數(shù)的記錄，而后將圖像事件分析結(jié)果及入球計數(shù)結(jié)果的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口傳輸至控制主機進行數(shù)據(jù)判斷，具有客觀、公正的特點，且實現(xiàn)了自動化智能記分和規(guī)則判罰；
2、本系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的圖像智能分析技術(shù)和光電感測技術(shù)，用于實現(xiàn)臺球運動(以斯諾克臺球為實施案例，其他類推)自動記分和輔助判罰功能，極大改善該項活動的娛樂性和運動體驗； 3、本系統(tǒng)還具備圖像節(jié)點和局盤的視頻回放存儲功能，一定程度可以幫助臺球愛好者作為技能訓(xùn)練的輔助工具，同時，各桌臺終端單元可無線或有線組網(wǎng)，把每個桌臺的觸摸顯示終端及后臺服務(wù)器系統(tǒng)連接，通過運營管理軟件，還可實現(xiàn)會營銷廣宣、會員管理，賽會組織等新型的擴展應(yīng)用方式。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。圖1為本系統(tǒng)原理連接方框圖。圖2為本系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)布置示意圖。圖3為本系統(tǒng)中光電感應(yīng)器位置示意俯視圖。圖4為本系統(tǒng)中光電感應(yīng)器位置示意側(cè)視圖。圖5為本系統(tǒng)應(yīng)用中臺面球體畫面比對計數(shù)判斷說明圖一。圖6為本系統(tǒng)應(yīng)用中臺面球體畫面比對計數(shù)判斷說明圖二。
具體實施例方式如圖1、2所示，包括光電感應(yīng)器6、通訊模塊5、攝像機、視頻分析器3和控制主機4，所述光電感應(yīng)器6設(shè)置在桌臺入袋口處，光電感應(yīng)器6輸出端連接通訊模塊5，通訊模塊5輸出連接控制主機4，所述攝像機經(jīng)視頻分析器3連接控制主機4，所述攝像機設(shè)置在桌臺上方。所述攝像機包括主攝像機I和輔助攝像機2，主攝像機I設(shè)置在桌臺正上方，輔助攝像機2設(shè)置在桌臺側(cè)上方。所述控制主機4為WINDOWS或安卓系統(tǒng)平臺的觸摸屏一體化主機，用于數(shù)據(jù)處理和顯示輸出，并可觸摸互動操控，顯示尺寸可10到19英寸間，并可接駁外置VGA共享投放到大屏顯示。所述通訊模塊5為485通訊組網(wǎng)，可管理地址端對應(yīng)到各袋口位置，并通過485有線或紅外、微波無線模組通訊方式上傳數(shù)據(jù)到控制主機，用于球體的入袋計數(shù)。所述控制主機4內(nèi)置WIFI無線通訊模塊，通過MAC地址管理，對應(yīng)到多張桌臺，并通過無線組網(wǎng)連接到服務(wù)器，通過后臺管理軟件，可進行會員設(shè)置、開臺計時、營銷廣宣發(fā)布、賽會桌臺配置、并可通過外網(wǎng)連接，實現(xiàn)遠程賽會管理。本系統(tǒng)為一種基于圖像識別分析技術(shù)及光電感應(yīng)技術(shù)的臺球自動記分和輔助判罰裝置，通過安裝在桌臺中間上方主攝像機I和側(cè)置安裝的輔助攝像機2，并連接到視頻分析器3，進行畫面采集分析，通過桌臺入袋口處的六個具有通訊接口的光電感應(yīng)器6設(shè)備，對入袋口進球進行計數(shù)記錄，而后將圖像事件分析結(jié)果及入球計數(shù)結(jié)果的數(shù)據(jù)傳輸至控制主機4進行數(shù)據(jù)判斷，控制主機4按臺球運動的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則安裝有管理應(yīng)用程序，通過帶有觸摸功能的顯示屏幕，能實現(xiàn)運動選手設(shè)置、局數(shù)設(shè)置、單杠記分，自動跳轉(zhuǎn)球權(quán)、手動置換球權(quán)和記分、當(dāng)局及整場總分、比賽時間統(tǒng)計、犯規(guī)判分、節(jié)點視頻回放、輔助復(fù)位、整局盤錄像回放等功能。安裝有桌臺中間的主攝像機I用于桌臺臺面全局畫面的采集，以獲得有效的一次擊球起止間的兩幀臺面球體全部靜止的畫面，用于比對計數(shù)和球體顏色識別。通過面向開球區(qū)側(cè)裝的輔助攝像機2用于擊球選手和臺面球體的運動事件圖像采集，用以按臺球運動規(guī)則對事件圖像進行分析和判斷，生成判罰事件數(shù)據(jù)。主、輔攝像機采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸至智能圖像分析器(VCA)。依據(jù)配置規(guī)則，生成有效的事件數(shù)據(jù)，如:區(qū)域精準(zhǔn)計數(shù)、球體顏色判斷、坐標(biāo)點判斷、球體位移判斷等，通過通訊接口傳輸?shù)娇刂浦鳈C。桌臺六個入袋口安裝有光電感應(yīng)器6，可通過485通訊組網(wǎng)，可管理地址端對應(yīng)到各袋口位置，并通過485有線或紅外、微波無線模組通訊方式上傳數(shù)據(jù)到控制主機，用于球體的入袋計數(shù)。控制主機4為WINDOWS或安卓系統(tǒng)平臺的觸摸屏一體化主機，用于數(shù)據(jù)處理和顯示輸出，并可觸摸互動操控，顯示尺寸可10到19英寸間，并可接駁外置VGA共享投放到大
屏顯示。本系統(tǒng)應(yīng)用于圖像識別和光電感應(yīng)識別技術(shù)，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集，獲得全面的事件信息，并通過雙重的判斷校驗機制，簡潔且嚴密，其核心規(guī)則為，以一次完整有效的擊打動作的起止兩幀靜態(tài)臺面畫面，進行球體數(shù)量和顏色的識別，比對判斷得數(shù)，再和探測入袋計數(shù)結(jié)果校驗，其組合結(jié)果能判斷臺球運動中幾乎所有的規(guī)則事件，并通過運動圖像的事件智能分析，以達到實現(xiàn)自動裁判和記分?？刂浦鳈C4是觸摸屏操作，提供全面的應(yīng)用交互界面，對于運動過程中一些極端的規(guī)則事件，可通過人為判斷，進行手動調(diào)整?？刂浦鳈C4內(nèi)置存儲卡插槽，可設(shè)置對比賽局盤和單桿錄像，用于圖像回放。各桌臺單元的控制主機4均內(nèi)置WIFI無線通訊模塊，通過MAC地址管理，對應(yīng)到多張桌臺，并通過無線組網(wǎng)連接到服務(wù)器，通過后臺管理軟件，可進行會員設(shè)置、開臺計時、營銷廣宣發(fā)布、賽會桌臺配置、并可通過外網(wǎng)連接，實現(xiàn)遠程賽會管理。以下我們以斯諾克臺球為例，具體說明其工作原理。首先我們確定一個名詞概念:“有效記分區(qū)間” 一在斯諾克臺球運動中，每一次的出桿擊球，都需要從臺面球體完全靜止的情況下，開始一次有效擊打，否則視為違反規(guī)則！那么，這個出桿擊球的起止兩個臺面球體靜止的時間區(qū)段，稱為“有效記分區(qū)間”。本系統(tǒng)的多種判斷規(guī)則都是基于這個概念進行描述。開局時，系統(tǒng)采集圖像畫面，15個紅球和6個彩球在預(yù)設(shè)的坐標(biāo)和圖形樣式匹配，判斷為一個新開局。初始確定一個開球選手A，從手中球開始第一次擊打，系統(tǒng)圖像采集判斷當(dāng)球桿皮頭擊打上母球，產(chǎn)生位移即為一次“有效記分區(qū)間”開始，若袋口探測無球體進袋，并在畫面比對中無減少球數(shù)，則系統(tǒng)判斷無進球記分，自動交換擊球權(quán)給選手B上場擊打，若有袋口探測球體進袋并計數(shù)為I個，待“有效記分區(qū)間”止，采集畫面通過兩幀球體畫面比對，減少I個紅球數(shù)量，系統(tǒng)后臺程序進行數(shù)據(jù)比對校驗，記分規(guī)則成立，系統(tǒng)自動對選手B記入I分，繼續(xù)擊打選定的彩球，若入球，袋口探測和畫面比對，獲得一個彩球入球確認，系統(tǒng)自動記入彩球分值給選手B，若擊打不進，自動交換擊球權(quán)給選手A，從擊打紅球開始進行下一輪擊打。雙方交替擊打，直至打入臺面最后一個紅球并成功進入選定彩球(若彩球未進，則交換球權(quán))，進入到尾局清彩球階段，此時依規(guī)則從低分值的黃球開始按順序擊打直到高分值的黑球入袋，該階段，若擊球不進或擊打順序錯誤，系統(tǒng)自動判斷并計入判罰，交換選手球權(quán)，直至最后打入黑球整局結(jié)束。以上是對標(biāo)準(zhǔn)的單局過程進行判斷原理描述，但斯諾克運動是一個則較為復(fù)雜的運動項目，有很多的規(guī)則和判罰，如擊球順序錯誤、擊球空桿、母球落袋、紅球和彩球同時落袋、障礙球解球失誤等等，
那么本發(fā)明系統(tǒng)通過對規(guī)則中的事件類型整理提煉，通過智能分析判斷事件語義、能有效的實現(xiàn)對斯諾克規(guī)則中基本判斷，自動記分判罰。列舉部分規(guī)則事件予以解釋描述:
擊球順序錯誤:在球局開局和中局階段，紅球和彩球交替擊打入袋，尾局清彩球階段按分值順序從小到大擊打入袋，若袋口探測入球和畫面比對計數(shù)識別入球(判斷顏色)，不符合順序規(guī)則，則記為犯規(guī)，給對方選手加分，最少4分或按錯誤擊打和錯誤入球的分值給予判罰。在一個“有效記分區(qū)間”，無進球但發(fā)生錯誤擊球的事件由運動畫面分析最先發(fā)生位移的被擊球是否符合擊打順序規(guī)則來判斷。擊球空桿判斷:一次擊打過程中，桌臺畫面上球體除母球外均未發(fā)生位移，視為空桿犯規(guī)，判罰最少4分或先指定擊打的彩球分值。母球落袋判斷:一次擊打過程中，入袋探測和畫面比對白色母球落袋，判罰4分，若同時有其他落袋紅球或彩球，則按彩球分值判罰但不低于4分。多球進袋判斷:通常有發(fā)生一次擊打有多球入袋的可能，入袋探測計數(shù)和畫面比對計數(shù)，若均為紅色，則為有效進球每球記I分，若有兩種以上顏色入球，肯定是犯規(guī)，按入球分值的最高分判罰。障礙解球判斷:障礙球解球，若目標(biāo)球為紅球，運動畫面判斷是否紅球是最先被擊打發(fā)生位移，否則形成空桿或錯誤擊打彩球，按最少4分或按接觸的彩球分值罰分，若目標(biāo)球為彩球，需擊打前選手指定目標(biāo)，這時可通過觸摸屏提示選擇預(yù)設(shè)，系統(tǒng)可按規(guī)則判斷記罰，當(dāng)然，系統(tǒng)也支持遇障礙球解彩球由人工判斷，直接手動修改記分。如上所述:通過系統(tǒng)的入袋探測，桌臺面球體畫面比對計數(shù)和顏色識別，運動畫面的目標(biāo)位移偵測等基本圖形圖像分析技術(shù)，即可實現(xiàn)多數(shù)規(guī)則的判斷應(yīng)用。當(dāng)然，在非正式比賽的臺球娛樂場所，會有很多違背運動規(guī)則的現(xiàn)象發(fā)生，如:非擊球權(quán)選手緊靠臺面、手伸進入袋口，遮蔽采集畫面、非正常擊球中的球體擾動、擊球過程中的手架或器具、衣服觸動臺面球體等，同時，也有正常情況下的貼球、僵局裁定和犯規(guī)后選手協(xié)議球權(quán)等事件內(nèi)容，系統(tǒng)中無法予以判斷，需人為通過控制主機觸摸屏手動調(diào)整，這些都是臺球運動中的小概率事件，不影響本系統(tǒng)在臺球運動中發(fā)揮有效和顯現(xiàn)的作用。而且通過視頻智能分析系統(tǒng)(VCA)可以不斷的改善和優(yōu)化運算方案，可完成更多的圖像事件數(shù)據(jù)判斷，實現(xiàn)更強大的應(yīng)用功能。
實施例以下結(jié)合附圖以斯諾克臺球作具體說明:
如圖1所示，圖像采集設(shè)備為一臺短焦廣角主攝像機I和一臺輔助攝像機2，兩臺攝像機通過視頻電纜連接到兩通道視頻分析器3(VCA)的視頻輸入端，再由視頻分析器3的RJ45端口，通過網(wǎng)線于控制主機4網(wǎng)口連接，電源部分采取并接集中開關(guān)電源供電方式。光電感應(yīng)器6為具有6個漫反射型探測頭的可組網(wǎng)型光電感應(yīng)探測器，帶有485通訊接口或無線通訊模組可直接接駁到控制主機，對于已在場所中應(yīng)用的桌臺加裝該系統(tǒng)，需選擇無線通訊，避免布線?？刂浦鳈C4通過網(wǎng)線和無線接收模組和前端采集設(shè)備相連，主機OS系統(tǒng)可為WINDOWS或安卓平臺，帶有WIFI無線模塊、USB接口和SD存儲卡插槽口，內(nèi)置喇叭可播放系統(tǒng)聲音事件，并具有VGA輸出接口，顯示屏帶觸摸控制功能。圖2為本裝置安裝結(jié)構(gòu)布置示意圖，主攝像機I為短焦廣角高清攝像機，安裝于臺面以上1.2米到1.8間，視球房桌臺上方照明設(shè)備而定，以不影響獲得包括臺面邊緣的全局畫面為準(zhǔn)，不允許有物體遮蔽阻擋，安裝機架牢固穩(wěn)定以獲得穩(wěn)定的畫面采集。主攝像機I在系統(tǒng)中的作用于采集“有效記分區(qū)間”開始的桿頭擊打母球的事件動作畫面和區(qū)間起止的兩幀畫面。輔助攝像機2安裝于視角對向球臺開球區(qū)方向，側(cè)向角度以獲得包括臺面邊緣和周邊I米左右畫面在內(nèi)的位置，高度于主攝像機相當(dāng)，不影響選手的正常動作為準(zhǔn)，不允許有物體阻擋，安裝支架牢固。輔助攝像機2在系統(tǒng)中的作用于采集比賽過程中的全局畫面，畫面視角內(nèi)容類似專業(yè)比賽轉(zhuǎn)播中的近臺畫面，能捕捉全程動態(tài)，進行運動事件的智能分析和提供視頻畫面回放、存儲。視頻分析器3安裝于桌臺上方頂部，也可固定于主攝像機I支架附近，以方便接插線路和維護。視頻分析器3 (VCA)設(shè)備也可選用內(nèi)嵌模塊方案，可置入攝像機或控制主機內(nèi)，作用相同。光電感應(yīng)器6的通訊模組5安裝于桌臺底部木架則，以不影響臺球輔助器具置放和操作為準(zhǔn)，且若選型無線通訊方案則盡量靠近控制主機一側(cè)，保證通訊數(shù)據(jù)穩(wěn)定。光電感應(yīng)器組件安裝于桌臺6個入袋口并在桌底邊框邊緣以485通訊線于通訊模組單元接駁。觸摸屏控制主機安裝于桌臺邊墻面或柱面上，高度在1.5米至1.8米間，易于查看和觸摸操作，若選型小尺寸觸摸屏主機也可安裝于兩個選手座位間的桌臺上。圖3、4為袋口光電感應(yīng)器組件的安裝細節(jié)圖，如圖示，光電感應(yīng)器6組件中的探測頭整體緊貼桌臺袋口石板底面部分，光電頭露出少部，但不影響球體掉落。光電探測頭的漫反射距離參數(shù)為10厘米左右，調(diào)整至能有效感應(yīng)通過的球體，但不能因網(wǎng)兜和落球軌道的晃動而觸發(fā)感應(yīng)誤報，部分場景下還可通過增加LED補償光源以提高識別率，也增加桌臺美觀效果。圖5、6中說明了桌球臺面的球體畫面比對計數(shù)判斷的方法，畫面一為圖5是一次“有效記分區(qū)間”的起始畫面，其中紅球為6個，彩球6個，母球I個，擊球完成后，首先光電探測有袋口進球數(shù)I個，該數(shù)據(jù)先計入控制主機寄存、待所有的球運行停止，從終止畫面二圖6上可以得到結(jié)果，紅球5個，彩球6個，母球I個，將畫面的比對結(jié)果數(shù)據(jù)提交主機運算處理，計算結(jié)果為紅球I個，再和入袋數(shù)據(jù)校驗，判斷出該次擊球完成了一個紅球入袋，有效記入I分！以此類推，對于各種可能的進球情況，都可通過這個校驗機制得出事實結(jié)果。實際應(yīng)用中，會有前端采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)不吻合的現(xiàn)象，下面列表說明幾種現(xiàn)象的判斷方法(以數(shù)值為I和O來表示入球數(shù)):
權(quán)利要求
1.一種臺球自動記分和輔助判罰系統(tǒng)，其特征在于，包括光電感應(yīng)器(6)、通訊模塊(5)、攝像機、視頻分析器(3)和控制主機(4)，所述光電感應(yīng)器(6)設(shè)置在桌臺入袋口處，光電感應(yīng)器(6 )輸出端連接通訊模塊(5 )，通訊模塊(5 )輸出連接控制主機(4 )，所述攝像機經(jīng)視頻分析器(3 )連接控制主機(4 )，所述攝像機設(shè)置在桌臺上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臺球自動記分和輔助判罰系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像機包括主攝像機(I)和輔助攝像機(2)，主攝像機(I)設(shè)置在桌臺正上方，輔助攝像機(2)設(shè)置在桌臺側(cè)上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臺球自動記分和輔助判罰系統(tǒng)，其特征在于，所述控制主機(4)為WINDOWS或安卓系統(tǒng)平臺的觸摸屏一體化主機，用于數(shù)據(jù)處理和顯示輸出，并可觸摸互動操控，顯示尺寸可10到19英寸間，并可接駁外置VGA共享投放到大屏顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臺球自動記分和輔助判罰系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊模塊(5)為485通訊組網(wǎng)，可管理地址端對應(yīng)到各袋口位置，并通過485有線或紅外、微波無線模組通訊方式上傳數(shù)據(jù)到控制主機，用于球體的入袋計數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臺球自動記分和輔助判罰系統(tǒng)，其特征在于，所述控制主機(4)內(nèi)置WIFI無線通訊模塊，通過MAC地址管理，對應(yīng)到多張桌臺，并通過無線組網(wǎng)連接到服務(wù)器，通過后臺管理軟件，可進行會員設(shè)置、開臺計時、營銷廣宣發(fā)布、賽會桌臺配置、并可通過外網(wǎng)連接，實現(xiàn)遠程賽會管理。
全文摘要
一種臺球自動記分和輔助判罰系統(tǒng)，包括光電感應(yīng)器、通訊模塊、攝像機、視頻分析器和控制主機，所述光電感應(yīng)器設(shè)置在桌臺入袋口處，光電感應(yīng)器輸出端連接通訊模塊，通訊模塊輸出連接控制主機，所述攝像機經(jīng)視頻分析器連接控制主機，所述攝像機設(shè)置在桌臺上方。具有客觀、公正的特點，且實現(xiàn)了自動化智能記分和規(guī)則判罰，優(yōu)于現(xiàn)有的臺球運動的記分方式和設(shè)備方案，給臺球愛好者帶來更多的樂趣和運動體驗。
文檔編號A63D15/00GK103182177SQ201310116520
公開日2013年7月3日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者張云, 鐘禮貴 申請人:張云, 鐘禮貴