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基于机器视觉羽毛球线审辅助系统研究 　　【摘要】目前的羽毛球裁判系统几乎是一个完全主观的裁判系统，羽毛球比赛过程中经常有争议出现。针对羽毛球比赛落点判定存在的缺陷，借助比较成熟的机器视觉技术，本文提出并设计了一种羽毛球裁判辅助系统，并对羽毛球客观辅助裁判系统所涉及的关键技术进行研究，包括系统的组成、工作原理及各个组成模块的工作原理等。这样达到了对羽毛球落点判定的目的，从而为今后机器视觉技术在羽毛球比赛中的广泛应用提供参考。 　　【关键词】羽毛球；裁判；机器视觉；图像处理 　　1.引言 　　在国际羽毛球比赛中，裁判系统要求有一个主裁判、一个副裁判再加上八名或者十名司线员（单打8名双打10名司线员）。羽毛球出界判别的具体规则是：羽毛球是否出界取决于羽毛球落地瞬间球与地面接触的点是否在界内，边界线不是一根细线，而是一根宽度为4cm的线，若该点在界外，则为界外球；若这个点在界内，包括一部分在线上，就是界内球。依据此规则，球与地板的接触点压线或部分压在线上都属于界内球，对于更极端的情况，如球托与地板的触点只是占据边界线外沿一点，按规则规定也属于界内球，所以是否出线的判定，关键在于球托落地的精确接触点的准确检测[1]。这是羽毛球与其他球类比赛出界问题判别的最大区别。 　　羽毛球场地的线，包括边线、端线等都属于界内；双打后罚球线、中线都属于罚球区。也就是说在相应的情况下，羽毛球落在线上是好球，是合法的。由于羽毛球场地小、球速快、飞行路线短等原因，经常造成对羽毛球界内、界外的争执，从而对裁判的判罚产生争议，造成纠纷。纠其原因是现行的裁判系统是一个完全彻底的主观裁判系统所引起的，即压线球的落点由裁判员或观察者以人眼的观察来判定接触点与边线之间的相对位置。而这种观察得来的结果与观察者所处的位置、视线的角度、视力好坏、眼睛的疲劳程度等因素密切相关，同一落点不同的观察者可能给出完全相反的结论。因此，比赛中出现明显误判、漏判，以及人为因素影响，故意造成误判的情况都可能存在，影响了这种比赛的公正性和娱乐性[2]。即使在比??中参考使用摄像回放的方法，来改善这种状况，也脱离不了判定结果的主观性。因为图像回放的最终结果判定还是由人的眼睛做出的，缺少对落地点的精确、客观判定。羽毛球裁判需要司线员较多，造成比赛管理、人力、财力成本增加等[3]。因此，设计一种客观、精确、快速、廉价的羽毛球线审自动识别系统，对羽毛球比赛公平、公正、顺利进行有着重要的意义。 　　2.国内外研究现状 　　目前国内外可应用于执行球类比赛客观裁判任务的系统主要有：用于网球裁判辅助功能的“鹰眼”系统[4]；球类比赛线审辅助装置；压电式传感技术等[5]。“鹰眼技术”是“即时回放系统”，克服了人类观察的极限和盲区，有助于裁判做出准确判断。但是目前网球比赛中“鹰眼技术”的应用存在限制：每名运动员每盘比赛只有两次利用“鹰眼”的机会（如果遇到“抢七”就可增加一次），挑战成功则仍然享有两次机会，否则失去一次机会；而且“鹰眼技术”费用昂贵，无法应用到羽毛球赛场上。线审辅助装置是改变球体与球场界线的材质，使得球体与球场界线接触时产生电感应从而判断落球位置。但此装置存在很大缺陷：（1）球体材质改变必将改变羽毛球的标准构造；（2）空气湿度较大时，静电会严重干扰装置的精确度；（3）球员的汗水会影响线审辅助装置的准确判别。由此可见此技术在羽毛球裁判系统中的应用可行性较差。压电式传感技术通过检测球与地面接触时产生的电信号来确定接触点位置，这就需要大力扣球使得接触瞬间有很大压力，否则对地面造成的压力较小不能产生可探测到的电信号。 　　综上所述，这些技术在羽毛球比赛中的实际应用都会存在缺陷。随着羽毛球运动项目的普及与发展，设计一种客观、准确、相对低廉的羽毛球裁判系统很有必要，并有很好的市场前景。 　　3.基于机器视觉的边线球检测系统 　　本文提出一套应用于羽毛球比赛的基于机器视觉的自动裁判辅助软件应用系统及应用装置，该系统可以改变目前羽毛球裁判司线员工作方式，通过机器视觉系统关键技术的应用，代替羽毛球司线员工作。可以克服司线裁判盯着边线较久时，容易出现的眼睛疲劳，造成视觉误差等；克服人为判断的主观性；克服眼睛观察分辨能力有限的实际问题。为羽毛球比赛的公平、公正、顺利进行提供一种新的裁判辅助方法，让现代高科技更好的为羽毛球比赛服务。 　　3.1 系统工作原理 　　如图1所示，本系统是基于机器视觉的羽毛球比赛中边线球的检测系统。其原理是：在羽毛球比赛中由实时拍摄系统对比赛过程进行全程拍摄记录，采集图像；将拍摄获得的比赛数据通过数据传输线传送到数据信息处理系统进行处理；计算机图像处理系统根据系统中已建立好的三维羽毛球比赛场地视图以及拍摄系统获得的羽毛球的位置信息进行图像处理，判断落地球是好球还是坏球，