基于视频检测的乒乓球自动计分方法研究

摘要

乒乓球作为我们的“国球”在人们的公共健身计划中广泛流行，但人们通常打乒乓球，需要其他人计分，人手不够时，需要自己分心去计分。本课题研究的目的就是利用计算机对乒乓球进行检测与轨迹跟踪，设计出一种能够实现比赛过程中自动计分的方法，使得计分更加便捷，以便解决传统人工收集工作需要时间和麻烦的问题，可以为人们后续的体育活动提供方便性与趣味性。
　　本课题在阅读大量参考文献的基础上，通过对视频图像检测技术的分析研究，运用图像像素坐标系建立二维图像模型，设计并实现了完整的乒乓球自动计分的方法。本课题采用了手机摄像配合广角镜头的方法来获取有效的视频数据样本，对采集到的视频进行了格式转换及解帧处理。本课题使用VisualStudio和OpenCV在视频解帧后对图像执行了一系列处理操作。将彩色图像进行了灰度化处理，在图像增强部分使用了中值滤波方法。在阈值分割处理中，本课题使用了大津法来决定在图像二值化过程中用到的阈值，然后对图像进行了膨胀与腐蚀等形态学操作。检测乒乓球时比较分析了三种方法，根据实际效果最终选用了帧间差分法与基于目标形状分析相结合的方法来实现对乒乓球的识别与定位。同时，利用Canny算子对乒乓球台进行了边缘检测，利用邻域搜索法实现了对乒乓球台轮廓坐标的提取。接着，通过设定有效区域，提取有效轮廓，再根据质心坐标公式求出了乒乓球在每帧图片中的质心位置坐标。
　　最后，根据对乒乓球的质心位置坐标以及回合内的飞行轨迹分析对乒乓球的起始位置、飞行方向、出界、碰案以及下网等情况进行了相关判定，决策出相应的比分，将比分结果及原因进行了展示，达到了自动计分的效果。本课题针对检测乒乓球的算法及自动计分方法的准确率与误差存在的原因进行了分析，同时提出了改善准确率，减小误差的方法并做出了进一步的展望。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外该方向的研究现状与分析

1.3本文的主要研究工作

1.4本文的结构安排

第2章 视频检测关键技术理论

2.1 视频序列处理

2.2图像灰度化

2.3图像的增强

2.4图像的二值化处理

2.5图像的形态学操作

2.6运动目标检测方法

2.7本章小结

第3章 乒乓球视频图像处理

3.1乒乓球计分视频数据的获取

3.2乒乓球比赛视频的解帧处理研究

3.3 乒乓球图像预处理

3.4乒乓球台的边缘检测

3.5乒乓球台轮廓坐标的提取

3.6本章小结

第4章 乒乓球自动计分方法的研究

4.1 乒乓球的运动检测方法综述

4.2基于目标形状分析的乒乓球精确识别

4.3乒乓球的运动检测流程

4.4乒乓球自动计分方法的设计

4.5乒乓球自动计分结果的展示

4.6误差及准确率分析

4.7本章小结

结论

参考文献

声明

致谢