專利名稱：跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運動輔助訓(xùn)練方法及訓(xùn)練輔助設(shè)備，尤其是涉及專業(yè)競技 跳水訓(xùn)練中，跟蹤拍攝運動員跳水動作，并在運動員出水后即刻回放動 作的視頻反饋的輔助訓(xùn)練方法及訓(xùn)練輔助設(shè)備。
背景技術(shù)：
反饋是控制工程中的一個概念。在控制系統(tǒng)中，對某一特定系統(tǒng)輸入 某種控制信號，便可以得到某種輸出，輸入不同的控制信號可以得到不 同的輸出效果。
反饋分為正反饋與負反饋兩種，反饋的效果使輸出偏差減小從而更接 近穩(wěn)定值的稱謂負反饋。
隨著反饋現(xiàn)象在生物體內(nèi)的不斷發(fā)現(xiàn)和人們對反饋現(xiàn)象了解的加深， 反饋技術(shù)逐漸被應(yīng)用在生物體，尤其是人自身上，這樣便產(chǎn)生了反饋技 術(shù)的一門子學(xué)科一一生物反饋。
在跳水訓(xùn)練中，運動員也可以看作是一個控制系統(tǒng)。其輸入信號是運 動員發(fā)出的肢體動作，比如起跳時的發(fā)力大小、發(fā)力方向、空中連接、 打開等動作的時機等等，而其輸出就是動作完成的質(zhì)量，如騰空高度， 起跳角度，動作節(jié)奏，入水角度，以及壓水花的效果等。這樣一個控制 系統(tǒng)，其最大的特定就是輸入的不可知性。運動員首先需要尋找什么樣 的輸入才能達到最好的輸出效果，其次要不斷增強自己以使自己具備發(fā) 出這種輸入的能力，最后還要使輸入能夠穩(wěn)定在這個最佳值上，這些也 就是一個跳水運動員多年訓(xùn)練的目的。
為了幫助運動員穩(wěn)定輸入，也就是穩(wěn)定動作，教練員需要給運動員講 動作，運動員的肢體動作輸入、人體系統(tǒng)、動作效果輸出、加上教練員 的語言反饋四個部分就組成了一個完整的運動訓(xùn)練負反饋控制系統(tǒng)。然而，同樣是負反饋系統(tǒng)，還有一個工作效率的問題。什么樣的負反饋能
夠使系統(tǒng)最快速的達到穩(wěn)定。雖然已知現(xiàn)有的跳水訓(xùn)練方法可以訓(xùn)練出
高水平的運動員，然而更讓人關(guān)注的問題是系統(tǒng)的進一步優(yōu)化。有沒有
可能使訓(xùn)練的時間更加縮短，訓(xùn)練的成本更加降低，訓(xùn)練的成才率更加
提高呢。為了解決這些問題，同樣方法是多樣的，其中在理論上和各項
應(yīng)用中都得到廣泛證實的方法，那就是改善反饋效果，加大"反饋系數(shù)"。
結(jié)合跳水項目的訓(xùn)練實際，也就是讓運動員更加清楚地知道自己動作完
成的效果，與標準動作的差距在哪里。這樣就能使運動員更加有目的的
調(diào)整輸入，以獲得最佳的輸出。
現(xiàn)有跳水訓(xùn)練控制系統(tǒng)中，反饋工作是由教練員借由講動作的過程完
成的。這個過程，首先需要教練員觀察運動員的動作，再將運動員的肢 體動作與標準動作的差別以及運動員的動作效果在心里加工成語言和文
字信息，再通過說話將這些信息傳達給運動員。運動員得到這些語言信 息后，需要在大腦中加以分析，重新還原成圖像信息。這個過程中，不 論是教練員的觀察，還是教練員的語言表達，還是運動員的理解，任何 一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致反饋失敗，或者反饋信息有誤，使系統(tǒng)的 正常工作受到干擾。比如教練員看動作沒看清，或者教練員自己對動作 的理解不正確，或者教練員表達能力和表達方式不合適，或者運動員理 解力有限，又或者運動員對教練員不信任等等，都會影響到反饋的效果。 因此，如果能夠有一種更加直接可靠的反饋方式，將會有效的提升使整 個系統(tǒng)的性能。
跳水視頻反饋技術(shù)就是在這樣一種背景下所產(chǎn)生的，該反饋技術(shù)的關(guān) 鍵是對跳水動作的自動跟蹤拍攝這樣一個技術(shù)難題，該技術(shù)的實現(xiàn)使得 我們可以精確的再現(xiàn)跳水運動員的空中動作，并讓運動員在出水時即能 親眼看到自己的動作視頻。這樣，系統(tǒng)輸出不經(jīng)任何中間環(huán)節(jié)，直接被 反饋給運動員，系統(tǒng)的控制效果因此得以提升。
現(xiàn)有的跳水跟蹤技術(shù)采用攝像機沿滑軌隨運動員同時自由下落的方法，在跳臺邊豎直安裝一條全封閉滑軌，滑軌從十米臺高度一直插入水 底。運動員起跳的同時，安裝在滑軌內(nèi)的攝像機也同步自由下落，跟拍 運動員的空中動作。然而，這套跟蹤方案有幾點不足
1、 攝像機下落的啟動需要人工控制；
2、 整套設(shè)備成本和維護費高昂，所以只能用于大型比賽電視轉(zhuǎn)播， 不能用于日常訓(xùn)練；
3、 該設(shè)備安裝困難，只有在場館建設(shè)前就規(guī)劃好，在蓋館時就安裝 好這套設(shè)備，那些沒有安裝這套設(shè)備的場館無法再另行添置；
4、 該設(shè)備拍攝角度與裁判員和教練員觀察的角度不同，用于電視轉(zhuǎn) 播沒有問題，而用于日常訓(xùn)練可能會造成一定視差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種能夠跟蹤拍攝運動員跳水動作，并延時回 放的視頻反饋的輔助訓(xùn)練方法及訓(xùn)練輔助設(shè)備。精確的再現(xiàn)跳水運動員 的空中動作，并讓運動員在出水時即能親眼看到自己的動作視頻，輸出 不經(jīng)任何中間環(huán)節(jié)，直接被反饋給運動員，使訓(xùn)練效果得以提升。
本發(fā)明提出一種跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋方法，其特征在于包括 步驟
(1) 準確獲取運動員起跳時刻；
(2) 根據(jù)運動員的設(shè)置，獲取運動員達到最高點的延時時間；
(3) 將運動員從最高點以后的運動按自由落體運動規(guī)律預(yù)測運動員 的空中位置，實施跟蹤拍攝；
(4) 將所拍攝的動作視頻在延時數(shù)秒后通過投影儀播放，使運動員 在第一時間看到自己的動作效果。
在步驟1中運動員起跳時刻的獲取是通過在跳臺兩側(cè)分別設(shè)置激光 管排和光敏管排，根據(jù)運動員對激光的遮擋情況判斷運動員起跳時刻。
在步驟3中，所述實施跟蹤拍攝的攝像機的觸發(fā)時刻是根據(jù)運動員起 跳時刻加上延時時間確定或根據(jù)運動員起跳時手動觸發(fā)。所述根據(jù)運動員對激光的遮擋情況判斷運動員起跳時刻的確定方法
是
(1) 若光束全通，則判斷此刻跳臺端無人；
(2) 當最接近的激光管被遮擋，表示此刻有人進入臺端范圍；
(3) 當光束再次全部導(dǎo)通，表明人體己經(jīng)離開臺端位置，此時運動 員完成起跳；
(4) 若光路全通前的最后狀態(tài)是第1束光線被遮擋，其余光路導(dǎo)通， 則判斷為運動員沒有起跳，而是從臺端退回。
所述步驟3中的實施跟蹤拍攝，在需要跟蹤多個跳臺中未安裝能夠確 定起跳時刻的裝置的跳臺或跟蹤某些無法確定起跳時刻的跳水動作時， 根據(jù)手動觸發(fā)的方式確定起跳時刻實施跟蹤拍攝。
本發(fā)明還提出一種跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋系統(tǒng)，包括
一傳感單元，由激光管排、光敏管排和信號處理器組成，所述激光管
排和光敏管排在跳臺兩側(cè)分別對應(yīng)設(shè)置；
一主控單元，包括主控制器、步進電機和攝像頭，其中主控制器確定 步進電機轉(zhuǎn)動時序，在接收到所述信號處理器發(fā)出的觸發(fā)信號后，按預(yù) 定的時序驅(qū)動步進電機，所述步進電機包括水平步進電機和俯仰步進電 機，帶動所述攝像頭對運動員跟蹤拍攝；
一顯示單元，由計算機、投影儀和投影幕組成，其中，所述計算機將 視頻信號在內(nèi)存內(nèi)暫時緩存，在延時若干秒后將延時視頻讀出，發(fā)送給 投影儀。
所述信號處理器設(shè)置有操作面板，該操作面板上有延時時間調(diào)節(jié)鍵、 延時時間顯示、光敏管狀態(tài)指示燈、工作狀態(tài)指示燈、喚醒鍵、無線信 號狀態(tài)指示燈；其中，光敏管狀態(tài)指示燈對應(yīng)光敏管排的光敏管，工作 狀態(tài)指示燈分別為表示空閑狀態(tài)綠燈，表示處于準備狀態(tài)的黃燈和表示 忙碌狀態(tài)的紅燈。
所述主控單元的機械結(jié)構(gòu)包括一機架，由底板(25)、背板(7)、
一框架，由兩個水平板(8， 24)、垂直軸(9， 21)、上下橫框(10， 19)和左右垂直板(17， 18)組成，兩個水平板(8， 24) —端分別上下 平行固定在所述背板(7)上，另一端安裝垂直軸(9， 21)，所述水平 步進電機安裝在下水平板的上表面，所述俯仰步進電機安裝于右垂直板 (18)的外表面；
相互嚙合的齒輪(22)和齒輪(24)，齒輪(22)固定在垂直軸(21) 上，齒輪(24)安裝在所述水平步進電機的轉(zhuǎn)軸上；
相互嚙合的齒輪(20)、齒輪(16)和齒輪(11)，其中齒輪(20) 固定于俯仰步進電機轉(zhuǎn)軸上，所述攝像頭通過水平短軸(12)和齒輪軸 (13)固連在齒輪(11)上，所述齒輪(11)的轉(zhuǎn)軸軸線通過攝像頭鏡 頭重心。
所述主控單元設(shè)置有遙控器，通過該遙控器可以設(shè)定目標高度、目標 距離、拍攝高度，并具有上下左右移動鏡頭和手動跟蹤功能。
所述計算機的視頻反饋軟件具有即時視頻圖像窗口和程序主窗兩個 運行窗口，即時視頻圖像窗口顯示實時視頻，用于投影清晰度調(diào)節(jié)，攝 像頭方向調(diào)節(jié)；程序主窗口顯示延時若干秒后的視頻圖像。


圖1是本發(fā)明的跳水自動跟蹤拍攝視頻反饋系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成框圖； 圖2是傳感單元和信號處理盒構(gòu)成示意圖； 圖3是信號處理盒操作面板示意圖； 圖4是信號盒狀態(tài)轉(zhuǎn)換框圖； 圖5是主控單元組成框圖； 圖6是主控單元機械結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是顯示單元系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
跳水自動跟蹤拍攝視頻反饋系統(tǒng)(以下簡稱本系統(tǒng))，是專用于專業(yè)競技跳水訓(xùn)練中，跟蹤拍攝運動員跳水動作，并在運動員出水后即刻回 放動作視頻的訓(xùn)練輔助設(shè)備。
本系統(tǒng)能夠在全自動工作方式下，準確獲取運動員起跳時刻，按自由 落體運動規(guī)律預(yù)測運動員的空中位置，并實施跟蹤拍攝。所拍攝的動作 視頻在延時數(shù)秒后通過投影儀播放，方便運動員在第一時間看到自己的 動作效果。全部工作過程系自動完成，無需人工干預(yù)。
本系統(tǒng)基于生物視覺反饋原理而設(shè)計。在運動員完成動作后立即播放 該動作的視頻錄像，可以有效的幫助運動員對自己的起跳質(zhì)量、空中姿 態(tài)等形成直觀的認知，提高訓(xùn)練質(zhì)量，縮短訓(xùn)練周期。
下面，結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
圖1是本發(fā)明的跳水自動跟蹤拍攝視頻反饋系統(tǒng)的系統(tǒng)組成框圖；如 圖所示，本系統(tǒng)由傳感單元，主控單元與顯示單元構(gòu)成。
傳感單元安裝于運動員起跳位置處。包括激光管排、光敏管排和信號 處理器；該單元負責(zé)采集運動員跑臺、站臺、起跳信號，并通過無線射 頻天線將該信息發(fā)送給主控單元的主控制器。同時，使用者可改變傳感 單元信號發(fā)送延時時間，以適應(yīng)不同運動員的不同起跳高度。
主控單元包括主控制器、電機和攝像頭；主控制器根據(jù)預(yù)先輸入的目 標高度、目標距離、拍攝高度，按自由落體運動規(guī)律計算出跟蹤拍攝策 略，并轉(zhuǎn)化為電機轉(zhuǎn)動時序。在接收到傳感單元發(fā)出的起跳信號后，主 控單元的主控制器立即按預(yù)定的時序驅(qū)動電機，帶動攝像頭進行變加速 轉(zhuǎn)動，跟蹤運動員下落軌跡，拍攝其空中動作。運動員入水后，主控制 器再將攝像頭轉(zhuǎn)回原位，準備下一次跟蹤。
顯示單元由計算機、投影儀和投影幕組成。計算機通過無線影音傳輸 模塊接收攝像頭拍攝到的視頻信號，并將視頻信號在計算機的內(nèi)存內(nèi)暫 時緩存。在延時若干秒后將延時視頻讀出，發(fā)送給投影儀，投影儀再將 動作視頻投射在投影幕上，供運動員與教練員觀看。
圖2是傳感單元構(gòu)成示意圖；該傳感單元的作用是判斷運動員的起跳時刻，并在運動員起跳至拋物線頂點時給出觸發(fā)信號，觸發(fā)主控單元帶 動攝像頭轉(zhuǎn)動。如圖2所示，傳感單元的構(gòu)成如下
傳感單元由激光管排，光敏管排，與信號處理器組成。激光管排發(fā) 射8束平行紅光，分別射入光敏管排的8個接收孔內(nèi)；光敏管排感受光 信號，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，傳入信號處理器內(nèi)。
激光管排、光敏管排利用夾具下的緊定螺釘，面對面安裝于跳臺臺頭
兩側(cè)。激光管排、光敏管排依次從跳臺后方向跳臺前方按照1-8的編號 順序排列，其中6號激光管與臺端平齊，7、 8號激光管伸出臺外。
從激光管排的激光管發(fā)出的光線應(yīng)準確的照入光敏管排的光敏管的 接收孔中，激光管的光束并不是絕對的一條線，而是有一個微小散色角 的錐體。激光管在被安裝進儀器之前首先要對它進行校正，校正的內(nèi)容
是讓它在3米左右的距離處能發(fā)散到比光敏管接收孔略大的光斑，這樣只
要它的光斑覆蓋在接收孔上，即為有效接收。
如果光束照射出現(xiàn)偏差則需要對激光管進行校準調(diào)節(jié)，每枚激光管 利用緊固調(diào)節(jié)裝置控制光照方向。同時在信號處理器上有對應(yīng)的指示燈，
與8枚光敏管狀態(tài)一一對應(yīng)，用于指示光敏管通斷狀態(tài)，可以作為調(diào)節(jié) 指示。
傳感單元對運動員動作的判斷和處理方法如下
1. 若8束光線全通，則表示此刻臺端無人，全通狀態(tài)持續(xù)2秒后， 除激光管排的第l枚激光管點亮外，其余激光管熄滅；
2. 當?shù)趌號激光管被遮擋，表示此刻有人進入臺端范圍，此時全部 8枚激光管再次點亮，由于人體遮擋，8路光線不能全部射入光敏管排的 接收孔中；
3. 當8條光路全部導(dǎo)通時，表明人體已經(jīng)離開臺端位置，此時運動 員完成起跳；
4. 若光路全通前的最后狀態(tài)是第1束光線被遮擋，其余光路導(dǎo)通， 則判斷為運動員沒有起跳，而是從臺端退回。5. 從運動員起跳到達到拋物線頂點的時間隨不同運動員、不同動作 的起跳高度而異，因此在處理器上設(shè)置有延時時間設(shè)置功能。運動員可 以根據(jù)對自己起跳高度的預(yù)期，設(shè)定適合自己的延時時間。
6. 從運動員起跳時刻，經(jīng)過上拋時間的延時后，信號處理器利用無 線天線發(fā)出啟動信號，觸發(fā)主控制器開始跟蹤運動員的空中動作。
主控制器自動跟蹤有一個必不可少的條件是，要有觸發(fā)信號。跳水中 有一類動作，6組，臂立跳水，是用手支撐起跳，這類動作起跳時刻的判 斷與廣5組站立起跳的判斷有較大差異，目前對這類動作的跟蹤需要手動 給出觸發(fā)信號，該手動觸發(fā)信號通過遙控器實現(xiàn)，遙控器發(fā)出的信號即 可完成主控制器的觸發(fā)動作。
此外，通常傳感單元只安裝在一個跳臺上，實際訓(xùn)練中一個場館內(nèi) 可能有多個跳臺，如果用戶需要跟蹤未安裝傳感單元的跳臺上的動作， 或傳感單元失靈時，都需要使用手動跟蹤。
圖3是信號處理器操作面板示意圖；操作面板設(shè)置有延時時間調(diào)節(jié)鍵
1、延時時間顯示2、光敏管狀態(tài)指示燈3、工作狀態(tài)指示燈4、喚醒鍵5、 無線信號狀態(tài)指示燈6。其中，光敏管狀態(tài)指示燈有8個，對應(yīng)光敏管排 的8個光敏管，工作狀態(tài)指示燈有3個，分別為綠燈、黃燈和紅燈。
圖4是信號盒狀態(tài)轉(zhuǎn)換框圖；通過圖4說明信號處理器操作方法如下
(1) 將信號處理器的電源打開；
(2) 按操作面板左側(cè)的喚醒鍵5，進入等待狀態(tài)，第1束激光管點亮， 其余激光管熄滅，面板上的綠燈亮；
(3) 運動員調(diào)整延時時間以適應(yīng)自己的起跳高度；
(4) 運動員接近臺端，當遮擋第l束激光時，全部8束激光都點亮， 進入工作狀態(tài)，面板上的黃燈亮；
(5) 若運動員從臺端退回，則回復(fù)等待狀態(tài)，面板上的上綠燈亮，可 進行下一次起跳；
(6) 若運動員起跳，面板上紅燈亮，直到再次綠燈亮?xí)r即可進行下一次起跳；
(7) 進入等待狀態(tài)3秒鐘無信號，進入節(jié)電狀態(tài)，有觸發(fā)信號，再次 進入工作狀態(tài)；
(8) 等待狀態(tài)持續(xù)l分半鐘后，自動進入休眠狀態(tài)，面板與激光管全 部關(guān)閉，等待喚醒鍵5被按下。
圖5是主控單元組成框圖；各個組成部分封裝于一個主機箱內(nèi)，可以 通過遙控器控制。主控單元的無線接收模塊接受傳感單元發(fā)出的啟動信 號并傳給主控制器，運算模塊通過預(yù)設(shè)的目標高度，目標距離，與拍攝 高度，按自由落體運動規(guī)律計算出跟蹤拍攝所需的轉(zhuǎn)動規(guī)律，通過兩個 驅(qū)動器控制電機的轉(zhuǎn)動。電機包括水平步進電機和俯仰步進電機，兩個 驅(qū)動器分別控制水平步進電機和俯仰步進電機，驅(qū)動攝像頭進行變加速 轉(zhuǎn)動，跟蹤拍攝跳水運動員。攝像頭拍攝的視頻數(shù)據(jù)通過無線視頻發(fā)射 器傳送到顯示單元。
主控單元的狀態(tài)指示燈分別為
綠燈表示空閑狀態(tài)，主控單元響應(yīng)各種控制信號；
黃燈準備狀態(tài)，傳感單元檢測到有人站立于臺端，或主控單元處于 手動跟蹤檔位；
紅燈忙碌狀態(tài)，攝像頭正在跟蹤拍攝運動員，或主控單元正在重新 計算跟蹤規(guī)律。此時系統(tǒng)將不響應(yīng)任何操作。
圖6是主控單元機械結(jié)構(gòu)示意圖；其動作方式如下
主控單元機械結(jié)構(gòu)具有兩個水平板8和23，平行安裝在背板7上，水平 步進電機安裝在水平板23的上表面，水平步進電機的轉(zhuǎn)軸固定有齒輪22。 當水平步進電機轉(zhuǎn)動時，齒輪22帶動齒輪24轉(zhuǎn)動，進而帶動水平板8與水 平板23之間的所有結(jié)構(gòu)一齊轉(zhuǎn)動，固定在齒輪ll上的攝像頭的鏡頭也隨 之做水平轉(zhuǎn)動。
俯仰步進電機安裝于右垂直板18的外表面，齒輪20固定于俯仰步進電 機轉(zhuǎn)軸上。當俯仰步進電機轉(zhuǎn)動時，齒輪20帶動齒輪16，再帶動齒輪ll，攝像頭的鏡頭固連在齒輪ll上，齒輪ll轉(zhuǎn)軸軸線通過鏡頭重心，齒輪ll 轉(zhuǎn)動時，帶動鏡頭做俯仰轉(zhuǎn)動。
主控單元的工作狀態(tài)由遙控器輸入控制。主控單元數(shù)碼管顯示菜單 共有6項，按動遙控器設(shè)定鍵可依次顯示各項菜單。
目標高度H設(shè)定，顯示的數(shù)值以字母H打頭，此時按動遙控器調(diào)節(jié) 鍵可修改數(shù)值。
目標距離L設(shè)定，顯示的數(shù)值以字母L打頭，此時按動遙控器調(diào)節(jié)鍵
可修改數(shù)值。
拍攝高度C設(shè)定，顯示的數(shù)值以字母C打頭，此時按動遙控器調(diào)節(jié)鍵 可修改數(shù)值。
上下移動鏡頭，顯示的鏡頭上下移動標記，此時按動遙控器調(diào)節(jié)鍵可 使鏡頭上下緩慢移動。
左右移動鏡頭，顯示的鏡頭左右移動標記，此時按動遙控器調(diào)節(jié)鍵可 使鏡頭左右緩慢移動。
手動跟蹤，顯示的數(shù)值以字母H打頭，此時按動遙控器調(diào)節(jié)鍵，鏡頭 立即進行跟蹤運動，手動跟蹤狀態(tài)下黃燈常亮。
攝像頭跟蹤轉(zhuǎn)動的運動規(guī)律來源于主控制器對目標高度H，目標距離 L，以及拍攝高度C三個參數(shù)的計算。
目標高度H指運動員起跳拋物線頂點距水平面的垂直高度。在10米跳 臺跳水中，可設(shè)置為11.0米左右。
目標距離L為運動員所在位置與攝像頭所在位置之間的水平距離。 拍攝高度C為攝像頭距水平面的垂直高度，當攝像頭放置于儀器推車 上時，此高度約為l.O米。
攝像頭跟蹤跳水運動員下落的轉(zhuǎn)動規(guī)律由此三參數(shù)計算得出。參數(shù)改 變后主控單元會進入計算狀態(tài)，重新計算跟蹤規(guī)律。此時主控單元紅燈 亮，數(shù)碼管菜單顯示進度條指示計算進度。
拍攝距離L有時較難確定，需要通過測量與計算得出。在測量時，首先量出跳臺端部正中距離攝像頭所在位置的縱向距離Ll，再測量出跳臺 端部距離攝像頭的橫向距離L2。根據(jù)勾股定理可算出L的長度。
確定參數(shù)后，步進電機旋轉(zhuǎn)速度與驅(qū)動脈沖的頻率成正比，從俯仰步
進電機到鏡頭的機械減速比是20，這樣任一時刻只需按一定頻率發(fā)生脈
沖信號驅(qū)動步進電機按預(yù)定速度轉(zhuǎn)動就可以了。
實際編程上，將每一個脈沖的發(fā)生時間都計算出來，生成了一個脈沖 發(fā)送的時間表，每到一個時間就發(fā)生一次脈沖。
攝像頭初始位置的調(diào)節(jié)是通過遙控器按上述方法手動完成，遙控器輸 入指令，主控制器驅(qū)動步進電機帶動攝像頭轉(zhuǎn)動，使攝像頭對準跳臺前 端上方運動員起跳達到的最高點附近。
鏡頭清晰度調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)鏡頭的視野、對焦、光圈等完成。如需要 調(diào)節(jié)鏡頭對焦、視野或光圈大小，可先取下主控單元的球罩，參照計算 機顯示的即時圖像，轉(zhuǎn)動鏡頭上的對應(yīng)調(diào)節(jié)環(huán)進行調(diào)節(jié)。
顯示單元構(gòu)成如圖7所示。
顯示單元通過無線視頻接收器接收攝像頭拍攝到的視頻數(shù)據(jù)，無線視 頻接收器的視頻采集卡將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，導(dǎo)入計算機內(nèi)。計 算機將其轉(zhuǎn)化為顯示格式，并暫時保存在內(nèi)存中，在延時若干秒(用戶 設(shè)定)后，再將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)讀出，并發(fā)送給投影儀，最后投影儀將視 頻圖像投射在投影幕上，供運動員與教練員觀看。
無線視頻接收器上電即啟動，按動其面板上的頻道選擇鍵可以改變接
收頻道。本系統(tǒng)選擇使用c頻道。
計算機啟動完成30秒后，計算機上的視頻反饋軟件將自動運行，也可 以點擊桌面上的"視頻反饋"圖標運行軟件。
視頻反饋軟件運行后出現(xiàn)兩個窗口即時視頻圖像窗口和程序主窗口。 即時視頻圖像是在左上方的小窗口，用于投影清晰度調(diào)節(jié)，攝像頭方向 調(diào)節(jié)等，調(diào)節(jié)完成后即可關(guān)閉該窗口。
用戶在進行上述調(diào)節(jié)時需要邊調(diào)邊看效果，這時就不能看延時視頻了，因為延時視頻要在若干秒后才會有變化，所以程序設(shè)置即時視頻圖 像窗口顯示實時視頻，便于調(diào)節(jié)。
右下方的大窗口為程序主窗口，顯示延時若干秒后的視頻圖像。雙擊 該窗口中央可令其全屏顯示。若延時時間不合適可點擊"操作"菜單， 再點擊"延時視頻高寬"菜單，在彈出對話框中修改緩存幀數(shù)至合適長 度即可。
投影儀的調(diào)節(jié)依不同的生產(chǎn)廠家與型號而異。 一般來說不外乎信號源 選擇與顯示效果調(diào)節(jié)兩步。在使用具備自動選擇信號源功能投影儀時， 只需按自動選擇鍵即可，手動信號選擇的投影儀則需手動切換到RGB輸 入狀態(tài)?？傊灰队爸谐霈F(xiàn)了電腦圖像即可。顯示效果調(diào)節(jié)主要是 指顯示大小與顯示對焦， 一般投影儀鏡頭處都有這兩個調(diào)節(jié)環(huán)，利用他 們使投影幕上的圖像清晰可見。
其他設(shè)定如顯示亮度，對比度，畫面梯形度等亦可利用投影儀菜單調(diào) 節(jié)， 一般來說使用其默認設(shè)置即可，具體調(diào)節(jié)方法因投影儀而異，請參 照投影儀使用說明進行調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋方法，其特征在于包括步驟(1)準確獲取運動員起跳時刻；(2)根據(jù)運動員的設(shè)置，獲取運動員達到最高點的延時時間；(3)將運動員從最高點以后的運動按自由落體運動規(guī)律預(yù)測運動員的空中位置，實施跟蹤拍攝；(4)將所拍攝的動作視頻在延時數(shù)秒后通過投影儀播放，使運動員在第一時間看到自己的動作效果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋方法，其特 征在于，在步驟1中運動員起跳時刻的獲取是通過在跳臺兩側(cè)分別設(shè)置 激光管排和光敏管排，根據(jù)運動員對激光的遮擋情況判斷運動員起跳時 刻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋方法，其特 征在于，在步驟3中，所述實施跟蹤拍攝的攝像機的觸發(fā)時刻是根據(jù)運 動員起跳時刻加上延時時間確定或根據(jù)運動員起跳時手動觸發(fā)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋方法，其特 征在于，所述根據(jù)運動員對激光的遮擋情況判斷運動員起跳時刻的確定 方法是(1) 若光束全通，則判斷此刻跳臺端無人；(2) 當最接近的激光管被遮擋，表示此刻有人進入臺端范圍；(3) 當光束再次全部導(dǎo)通，表明人體已經(jīng)離開臺端位置，此時運動 員完成起跳；(4) 若光路全通前的最后狀態(tài)是第1束光線被遮擋，其余光路導(dǎo)通， 則判斷為運動員沒有起跳，而是從臺端退回。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋方法，其特 征在于，所述步驟3中的實施跟蹤拍攝，在需要跟蹤多個跳臺中未安裝能夠確定起跳時刻的裝置的跳臺或跟蹤某些無法確定起跳時刻的跳水動 作時，根據(jù)手動觸發(fā)的方式確定起跳時刻實施跟蹤拍攝。
6. —種跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋系統(tǒng)，其特征在于包括 一傳感單元，由激光管排、光敏管排和信號處理器組成，所述激光管排和光敏管排在跳臺兩側(cè)分別對應(yīng)設(shè)置；一主控單元，包括主控制器、步進電機和攝像頭，其中主控制器確定 步進電機轉(zhuǎn)動時序，在接收到所述信號處理器發(fā)出的觸發(fā)信號后，按預(yù) 定的時序驅(qū)動步進電機，所述步進電機包括水平步進電機和俯仰步進電機，帶動所述攝像頭對運動員跟蹤拍攝；一顯示單元，由計算機、投影儀和投影幕組成，其中，所述計算機將 視頻信號在內(nèi)存內(nèi)暫時緩存，在延時若干秒后將延時視頻讀出，發(fā)送給 投影儀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理器設(shè)置有操作面板，該操作面板上有延時時間調(diào) 節(jié)鍵、延時時間顯示、光敏管狀態(tài)指示燈、工作狀態(tài)指示燈、喚醒鍵、無線信號狀態(tài)指示燈；其中，光敏管狀態(tài)指示燈對應(yīng)光敏管排的光敏管， 工作狀態(tài)指示燈分別為表示空閑狀態(tài)綠燈，表示處于準備狀態(tài)的黃燈和 表示忙碌狀態(tài)的紅燈。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋系統(tǒng)，其特征在于，所述主控單元的機械結(jié)構(gòu)包括一機架，由底板(25)、背板(7)、一框架，由兩個水平板(8， 24)、垂直軸(9， 21)、上下橫框(10， 19)和左右垂直板(17， 18)組成，兩個水平板(8， 24) —端分別上下 平行固定在所述背板(7)上，另一端安裝垂直軸(9， 21)，所述水平 步進電機安裝在下水平板的上表面，所述俯仰步進電機安裝于右垂直板 (18)的外表面；相互嚙合的齒輪(22)和齒輪(24)，齒輪(22)固定在垂直軸(21) 上，齒輪(24)安裝在所述水平步進電機的轉(zhuǎn)軸上；相互嚙合的齒輪(20)、齒輪(16)和齒輪(11)，其中齒輪(20)固定于俯仰步進電機轉(zhuǎn)軸上，所述攝像頭通過水平短軸(12)和齒輪軸 (13)固連在齒輪(11)上，所述齒輪(11)的轉(zhuǎn)軸軸線通過攝像頭鏡頭重心。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋系統(tǒng)，其特 征在于，所述主控單元設(shè)置有遙控器，通過該遙控器可以設(shè)定目標高度、 目標距離、拍攝高度，并具有上下左右移動鏡頭和手動跟蹤功能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋系統(tǒng)，其特 征在于，所述計算機的視頻反饋軟件具有即時視頻圖像窗口和程序主窗 兩個運行窗口，即時視頻圖像窗口顯示實時視頻，用于投影清晰度調(diào)節(jié)， 攝像頭方向調(diào)節(jié)；程序主窗口顯示延時若干秒后的視頻圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種跳水自動跟蹤拍攝和視頻反饋方法及其系統(tǒng)，包括準確獲取運動員起跳時刻，根據(jù)運動員的設(shè)置，獲取運動員達到最高點的延時時間，將運動員從最高點以后的運動按自由落體運動規(guī)律預(yù)測運動員的空中位置，實施跟蹤拍攝，最后將所拍攝的動作視頻在延時數(shù)秒后通過投影儀播放，使運動員在第一時間看到自己的動作效果。該系統(tǒng)包括傳感單元，由激光管排、光敏管排和信號處理器組成；主控單元，包括主控制器、步進電機和攝像頭；顯示單元，由計算機、投影儀和投影幕組成。本發(fā)明能精確的再現(xiàn)跳水運動員的空中動作，并讓運動員在出水時即能親眼看到自己的動作視頻，輸出直接被反饋給運動員，使訓(xùn)練效果得以提升。
文檔編號H04N7/18GK101370125SQ20071014398
公開日2009年2月18日 申請日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者李成偉, 嘉 林, 胥小軍 申請人:林 嘉;胥小軍;李成偉