球體及其高速旋轉運動參數檢測方法技術

本發明專利技術涉及一種球體及其高速旋轉運動參數檢測方法，為解決現有技術的球面特征點識別、計算復雜且計算結果不可靠等問題，本發明專利技術的球體上設有球面標記，球面由相互垂直的第一大圓、第二大圓以及第三大圓劃分；所述第一大圓的三等分點以及所述第二大圓與第三大圓的兩個交點為所述球面標記的五個基準點，所述球面標記包括等長且中點分別與所述五個基準點重合的至少五條相互不平行的標記線，所述標記線的長度小于所述第一大圓周長的三分之一；所述標記線至少包括：第一標記線、第二標記線、第三標記線、第四標記線以及第五標記線。

Sphere and its high speed rotational motion parameter detection method

The invention relates to a method for detecting a ball and high-speed rotating motion parameters, in order to solve the existing technology of spherical feature point recognition, complex calculation and the calculation result is reliable and so on, the invention is provided with a spherical spherical ball marker, by the first great circle, the second mutually vertical circle and the third circle division; the first three points the great circle and two points of the second round and third round of the five basis points of the spherical markers, the spherical markers including length and midpoint respectively with the five basis point coincides with at least five mutually parallel tag line, the tag line length is smaller than the first circle the 1/3; the tag line includes at least a first mark line, second mark line, third line, fourth line marking and marking fifth mark line.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及旋轉運動參數檢測領域，更具體地說，涉及一種球體及其高速旋轉運動參數檢測方法。
技術介紹
對球體的運動分析中球體旋轉向量的檢測極其重要。傳統的旋轉向量檢測方法為在球體上印刷標記點或三角形狀后，在球體運動狀態下，間隔拍攝。根據拍攝得到的圖像計算球體飛行信息。中國專利CN2010800077501公開了一種高爾夫球體，球體表面設有多個標記點。運動圖像采集過程中，需要多臺攝像機同時拍攝三個特征標記點，如果第一張的三個標記點中有一個在邊緣，下一張將無法拍攝到該標記點；拍攝完成后必須計算三個標記點的對應位置關系，否則無法進行旋轉向量計算。而在高爾夫球的高速運動狀態下，三個標記點對應位置關系的計算及其復雜，計算結果可靠性低。此外，在高爾夫球的打擊過程中可能留下印記，增加特點標記點的識別難度。中國專利CN201310533836.3公開了一種高爾夫球體表面的標記，該標記包括六個三角形，三角形中的其中一個點位于三個垂直大圓的交點位置。在實際應用中，六個三角形，大小不一，在球體快速旋轉且攝像頭距離較遠的情況下，三角形的角端點識別十分困難，三角形也因為分布在球面上發生畸變使角點位置扭曲，且拍攝得到的三角形邊緣模糊，很難計算各角端點準確的三維位置。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供用于高速旋轉運動參數檢測的一種球體及其高速旋轉運動參數檢測方法。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種用于高速旋轉運動參數檢測的球體，球體上設有球面標記，球面由相互垂直的第一大圓、第二大圓以及第三大圓劃分；所述第一大圓的三等分點以及所述第二大圓與第三大圓的兩個交點為所述球面標記的五個基準點，所述球面標記包括等長且中點分別與所述五個基準點重合的至少五條相互不平行的標記線，所述標記線的長度小于所述第一大圓周長的三分之一；所述標記線至少包括：第一標記線、第二標記線、第三標記線、第四標記線以及第五標記線。優選地，所述第一標記線、第二標記線以及第三標記線分別與所述第一大圓傾斜相交，且中點分別位于所述第一大圓三等分點上；第四標記線以及第五標記線的中點分別位于所述第二大圓與第三大圓的兩個交點上，且所述第四標記線以及第五標記線相互垂直。優選地，所述第一標記線與所述第一大圓傾斜相交角度范圍為40°～50°，所述第二標記線與所述第一大圓傾斜相交角度范圍為5°～15°，所述第三標記線與所述第一大圓傾斜相交角度范圍為0°～10°。優選地，所述第一標記線的中點為所述第一大圓與所述第二大圓的交點，所述第四標記線的延長線與所述第一標記線的延長線的夾角范圍為25°～35°。優選地，所述標記線的寬度與所述球體大小相適配。本專利技術還提供一種球體的高速旋轉運動參數檢測方法，球體上設有上述的標記線，該方法包括以下步驟：S1：根據球體的尺寸、最大旋轉速度n、以及最大飛行速度V確定圖像采集區域的長度x和寬度y，以及圖像采集頻率：間隔f秒采集一次；S2：連續采集M幀球體運動圖像，M≥2；S3：從M幀球體運動圖像中選取相鄰的第一幀圖像以及第二幀圖像，根據所述第一幀圖像以及第二幀圖像中同一標記線的位置變化，計算球體的旋轉運動參數。優選地，球體以速度V運動f秒的位移小于x和y，以使選取的相鄰的第一幀圖像以及第二幀圖像中球體輪廓完整；間隔時間以使選取的相鄰的第一幀圖像以及第二幀圖像中球體旋轉角度小于180°。優選地，所述旋轉運動參數包括后旋向量、側旋向量。優選地，所述后旋向量的計算方法為：通過第一幀圖像以及第二幀圖像中同一標記線中點的位置以及球體尺寸計算所述中點在球面上的三維位置，根據所述三維位置計算該中點的旋轉角度和旋轉方向。優選地，所述側旋向量的計算方法為：通過第一幀圖像以及第二幀圖像中同一標記線斜率的變化計算該標記線的旋轉角度和旋轉方向。實施本專利技術的球體及其高速旋轉運動參數檢測方法，球面標記線可識別度高，不受打擊印記的影響。標記線特征點為標記線的中點，特征點選取簡單，依據此得到計算結果可準確反映球體的旋轉向量。本專利技術方法中的采集區域大小、圖像采集頻率與球體大小、球體最大轉速、最大飛行速度相匹配；每幀圖像中球體輪廓完整，間隔時間內球體旋轉角度不超過180°，球體旋轉方向分析簡便準確。附圖說明下面將結合附圖及實施例對本專利技術作進一步說明，附圖中：圖1為球面標記線示意圖以及參考坐標系；圖2為球體展開平面圖中的標記線示意圖；圖3為球體的立體示意圖；圖4為一幀球體運動圖像；圖5為連續采集的四幀球體運動圖像中的標記線示意圖；圖6為球體的高速旋轉運動參數檢測方法流程圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。如圖1所示，為本專利技術用于高速旋轉運動參數檢測的球體的一實施例，球體上設有球面標記，球面由相互垂直的第一大圓、第二大圓以及第三大圓劃分；第一大圓的三等分點以及第二大圓與第三大圓的兩個交點為球面標記的五個基準點，球面標記包括等長且中點分別與五個基準點重合的至少五條相互不平行的標記線，標記線的長度小于第一大圓周長的三分之一；標記線至少包括：第一標記線1、第二標記線2、第三標記線3、第四標記線4以及第五標記線5。本實施例優選使用五條標記線，第一標記線1、第二標記線2以及第三標記線3分別與第一大圓傾斜相交，且中點分別位于第一大圓三等分點上；第四標記線4以及第五標記線5的中點分別位于第二大圓與第三大圓的兩個交點上，且第四標記線4以及第五標記線5相互垂直。第一標記線1與第一大圓傾斜相交角度范圍為40°～50°，第二標記線2與第一大圓傾斜相交角度范圍為5°～15°，第三標記線3與第一大圓傾斜相交角度范圍為0°～10°。第一標記線1的中點為第一大圓與第二大圓的交點，第四標記線4的延長線與第一標記線1的延長線的夾角范圍為25°～35°。如圖1所示，第一標記線1與第一大圓傾斜相交角度優選為45°，第二標記線2與第一大圓傾斜相交角度優選為10°，第三標記線3與第一大圓傾斜相交角度范圍優選為5°。第四標記線4的延長線與第一標記線1的延長線的夾角優選為30°。標記線的寬度與球體大小相適配，以便采集圖像，即保證在圖像中球體上的標記線為一條清晰可見的線。若線太細，在較遠的距離下采集得到圖像上，可能無法識別出該標記線；若線太粗，不利于選取標記線的中點。下面以高爾夫球為例，介紹用于高速旋轉運動參數檢測的球體的球表面標記。如圖3所示，為一球面設有球面標記的高爾夫球的立體圖。其球面上共有五條標記線，球體展開平面圖中的標記線部分如圖2所示。具體的，該高爾夫球的直徑為4.26cm。球面標記線的分布特點為：球面由相互垂直的第一大圓、第二大圓以及第三大圓劃分；第一大圓的三等分點以及第二大圓與第三大圓的兩個交點為球面標記的五個基準點。球面上五條標記線的中點分別五個基準點重合。五條標記線的尺寸相同，長為2.5cm，寬為0.2cm。而第一大圓的周長L＝πD＝13.38cm。標記線的長度小于L的三分之一。第一標記線1、第二標記線2以及第三標記線3中點分別位于第一大圓三等分點上，且分別與第一大圓傾斜相交，相交角度分別為45°、10°和5°；第四標記線4以及第五標記線5的中點分別位于第二大圓與第三大圓的兩個交點上，且第四標記線4以本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于高速旋轉運動參數檢測的球體，其特征在于，球體上設有球面標記，球面由相互垂直的第一大圓、第二大圓以及第三大圓劃分；所述第一大圓的三等分點以及所述第二大圓與第三大圓的兩個交點為所述球面標記的五個基準點，所述球面標記包括等長且中點分別與所述五個基準點重合的至少五條相互不平行的標記線，所述標記線的長度小于所述第一大圓周長的三分之一；所述標記線至少包括：第一標記線、第二標記線、第三標記線、第四標記線以及第五標記線。

【技術特征摘要】
1.一種用于高速旋轉運動參數檢測的球體，其特征在于，球體上設有球面標記，球面由相互垂直的第一大圓、第二大圓以及第三大圓劃分；所述第一大圓的三等分點以及所述第二大圓與第三大圓的兩個交點為所述球面標記的五個基準點，所述球面標記包括等長且中點分別與所述五個基準點重合的至少五條相互不平行的標記線，所述標記線的長度小于所述第一大圓周長的三分之一；所述標記線至少包括：第一標記線、第二標記線、第三標記線、第四標記線以及第五標記線。2.根據權利要求1所述的球體，其特征在于，所述第一標記線、第二標記線以及第三標記線分別與所述第一大圓傾斜相交，且中點分別位于所述第一大圓三等分點上；第四標記線以及第五標記線的中點分別位于所述第二大圓與第三大圓的兩個交點上，且所述第四標記線以及第五標記線相互垂直。3.根據權利要求2所述的球體，其特征在于，所述第一標記線與所述第一大圓傾斜相交角度范圍為40°～50°，所述第二標記線與所述第一大圓傾斜相交角度范圍為5°～15°，所述第三標記線與所述第一大圓傾斜相交角度范圍為0°～10°。4.根據權利要求3所述的球體，其特征在于，所述第一標記線的中點為所述第一大圓與所述第二大圓的交點，所述第四標記線的延長線與所述第一標記線的延長線的夾角范圍為25°～35°。5.根據權利要求1所述的球體，其特征在于，所述標記線的寬度與所述球體大小相適配。6...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王繼軍，徐淵，
申請(專利權)人：深圳市衡泰信科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44