一种打水漂计数方法和装置

1.本发明涉及竞技测量技术领域，尤其涉及一种打水漂计数方法和装置。


背景技术：

2.打水漂是一种很常见的竞技项目，一般采用扁平状石子或漂瓦作为投掷物，使用人力扔出该投掷物，对投掷物在水面上的弹跳次数进行统计，弹跳次数较多的选手为获胜方。
3.目前，一般采用人为测量来统计弹跳次数，然而人为测量会因不同因素如视觉疲劳或投掷物跳动间隔过小（特别是在投掷物的运动末期时，投掷物的弹跳间隔越来越小）而导致计数误差较大或少计数等问题。


技术实现要素：

4.为了能够对打水漂次数进行准确计数，本发明提供一种打水漂计数方法和装置。
5.一方面，本发明提供一种打水漂计数方法，包括：步骤1：在投掷物被选手扔出时，计时器开始计时；并同步获取投掷物的动态信息；所述动态信息包括投掷物的轮廓信息和初速信息；步骤2：根据投掷物的初速信息，控制摄像机的旋转速度；步骤3：根据投掷物的轮廓信息，使摄像机的镜头对投掷物进行聚焦，在摄像机旋转的过程中来拍摄投掷物的运行轨迹；其中，摄像机拍摄的每个图像帧上均标记有拍摄时间，将该拍摄时间记作第一时间信息；步骤4：利用声纳传感器感应投掷物在与水面接触时的投掷物与声纳传感器之间的距离信息；步骤5：根据投掷物与声纳传感器之间的距离信息和计时器的当前计时信息，计算得到投掷物与水面接触时的计时器的计时信息，将该计时信息记作第二时间信息；步骤6：找到与所述第二时间信息距离最近的第一时间信息所对应的一个图像帧，若该图像帧的水花提取处理结果中存在水花，则计数器的计数值加1，反之，则计数值不变。
6.进一步地，步骤5中，具体包括：根据投掷物与声纳传感器之间的距离信息和声波在水中的传播速度，计算得到声纳传感器的感应耗时；计时器的当前计时信息与感应耗时的差值即为投掷物与水面接触时的计时器的计时信息。
7.进一步地，步骤6中，还包括：对找到的图像帧进行水花提取处理，具体包括：对所述图像帧进行灰度值处理，得到灰度图像；提取所述灰度图像中的亮色区域，将投掷物所在位置的最大连续的亮色区域作为水花。
8.进一步地，步骤3中，还包括：
根据预判的投掷物偏移方向，控制摄像机的镜头焦距增大或者减小。
9.另一方面，本发明提供一种打水漂计数装置，包括：控制单元、摄像单元和声纳传感器；所述控制单元包括计时器、动态捕捉器、计算器和计数器；摄像单元包括旋转台和设置在所述旋转台上的摄像机；所述计时器，用于在投掷物被选手扔出时，开始计时；所述动态捕捉器，用于在投掷物被选手扔出时，获取投掷物的动态信息；所述动态信息包括投掷物的轮廓信息和初速信息；所述旋转台，用于根据投掷物的初速信息，控制摄像机的旋转速度；所述摄像机，用于根据投掷物的轮廓信息，使镜头对投掷物进行聚焦，在摄像机旋转的过程中来拍摄投掷物的运行轨迹；其中，摄像机拍摄的每个图像帧上均标记有拍摄时间，将该拍摄时间记作第一时间信息；所述声纳传感器，用于感应投掷物在与水面接触时的投掷物与声纳传感器之间的距离信息；所述计算器，用于根据投掷物与声纳传感器之间的距离信息和计时器的当前计时信息，计算得到投掷物与水面接触时的计时器的计时信息，将该计时信息记作第二时间信息；所述计数器，用于在满足计数条件时，使计数值加1，反之计数值不变；所述计数条件具体包括：在找到与所述第二时间信息距离最近的第一时间信息所对应的一个图像帧后，若该图像帧的水花提取处理结果中存在水花，则计数器的计数值加1。
10.进一步地，所述摄像单元还包括位于旋转台下方，且与旋转台固定连接的安全气囊。
11.本发明的有益效果：（1）本发明提供的打水漂计数方法由打水漂计数装置自动完成，装置构成简单、运作过程简单，不会产生较大设备问题；（2）打水漂计数过程中，通过控制摄像机的镜头焦距逐渐放大或者缩小，可以避免投掷物距离较远时难以捕捉的情况。
12.（3）打水漂计数方法双向测量，即，一方面利用声纳传感器、计时器和计算器来配合测量投掷物与水面接触瞬间的时间参数信息；另一方面，利用摄像机和计时器来拍摄和标记投掷物的运行轨迹和时间参数信息；从而利用两方面的时间参数信息来碰撞得到目标图像帧，提取目标图像帧中的水花作为计数依据，保证了测量的准确性。
附图说明
13.图1是本发明的一种打水漂计数装置的应用场景和安装位置示意图；图2是本发明实施例提供的摄像单元的结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种打水漂计数方法的流程示意图；图4中，（a）为本发明实施例提供的摄像机拍摄的投掷物入水时溅起水花瞬间的原图；（b）为对图（a）进行灰度值处理后的灰度图像；（c）为对图（b）进行水花提取处理后得到的图像；附图标记：1表示旋转台，2表示摄像机，3表示卡扣，4表示安全气囊。
具体实施方式
14.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.实施例1如图1所示，本发明实施例提供一种打水漂计数装置，包括控制单元、摄像单元和声纳传感器；所述控制单元包括计时器、动态捕捉器、计算器和计数器；摄像单元包括旋转台和设置在所述旋转台上的摄像机；具体地，控制单元设置在选手所在岸边；为了能够拍摄到投掷物运行轨迹的清晰视频，本实施例中，通过支撑柱的方式将摄像单元设置在竞赛水域上方，且与投掷物的运行区域之间存在一定距离，避免投掷物所引起的水花对摄像机的拍摄造成影响。声纳传感器位于距离岸边一定距离的水中。
16.计时器用于在投掷物被选手扔出时，开始计时；动态捕捉器用于在投掷物被选手扔出时，获取投掷物的动态信息；所述动态信息包括投掷物的轮廓信息和初速信息；旋转台，用于根据投掷物的初速信息，控制摄像机的旋转速度；摄像机用于根据投掷物的轮廓信息，使镜头对投掷物进行聚焦，在摄像机旋转的过程中来拍摄投掷物的运行轨迹；其中，摄像机拍摄的每个图像帧上均标记有拍摄时间，将该拍摄时间记作第一时间信息；声纳传感器用于感应投掷物在与水面接触时的投掷物与声纳传感器之间的距离信息；计算器用于根据投掷物与声纳传感器之间的距离信息和计时器的当前计时信息，计算得到投掷物与水面接触时的计时器的计时信息，将该计时信息记作第二时间信息；计数器用于在满足计数条件时，使计数值加1，反之计数值不变；所述计数条件具体包括：在找到与所述第二时间信息距离最近的第一时间信息所对应的一个图像帧后，若该图像帧的水花提取处理结果中存在水花，则计数器的计数值加1。
17.如图2所示，摄像机2与旋转台1之间通过卡扣3连接；为了实现稳固连接，在不影响拍摄的前提下，可以在摄像机的合适位置多设置几个卡扣3与旋转台1相连接。
18.进一步地，为了避免水会对摄像机造成影响，本实施例中，在旋转台1下方还设置有与旋转台1固定连接的安全气囊4，从而将由于水面波动溅起的水花阻隔在下方，避免溅到摄像机上；同时，安全气囊4也可以在旋转台1转动带动摄像机2旋转的过程中，起到减震的作用，保证摄像机2可以平稳地漂浮于水面上，更有利于摄像机2的镜头聚焦。
19.可以理解的是，控制中心和摄像单元中均设置有信号收发器，用于二者之间的信息交互，二者之间采用无线通信。
20.实施例2如图3所示，本发明实施例提供一种打水漂计数方法，包括以下步骤：s101：在投掷物被选手扔出时，计时器开始计时；并同步获取投掷物的动态信息；所述动态信息包括投掷物的轮廓信息和初速信息；s102：根据投掷物的初速信息，控制摄像机的旋转速度；具体地，假设摄像机设置在竞赛水域上方，且与投掷物的运行区域之间存在一定距离。初始状态下，摄像机镜头对准选手所在位置。一旦投掷物被选手扔出，为了拍摄投掷
物的运行轨迹，则需要摄像机跟随投掷物来旋转，以确保投掷物位于摄像机的扇形拍摄区域内。
21.可以理解的是，若投掷物的初速较大，对应的，摄像机的旋转初速也较大；若投掷物的初速较小，对应的，摄像机的旋转初速也较小。摄像机的旋转初速不需要精确计算，只要确保投掷物在摄像机拍摄范围内即可。投掷物在被扔出后，运动过程中速度会逐渐减小，对应的，摄像机的旋转速度也逐渐减小。
22.s103：根据投掷物的轮廓信息，使摄像机的镜头对投掷物进行聚焦，在摄像机旋转的过程中来拍摄投掷物的运行轨迹；其中，摄像机拍摄的每个图像帧上均标记有拍摄时间，将该拍摄时间记作第一时间信息；具体地，假设摄像机位于投掷物运行区域一定距离的右侧，如图1所示。此时，根据选手扔投掷物的所用手，可以预判得到投掷物的可能运行轨迹，如图1中的四条虚线所示。可以理解的是，投掷物的运行轨迹包括但不限于图1中所示的四种轨迹。
23.可选地，为了使得摄像机能够快速对投掷物聚焦，比赛开始前，工作人员可根据选手所用手进行预先判断投掷物的运行轨迹的偏移方向，具体包括：若选手采用左手打水漂，投掷物会逆时针旋转，投掷物的运行轨迹将会向左偏移；若选手采用右手打水漂，投掷物会顺时针旋转，投掷物的运行轨迹将会向右偏移。
24.将预判的投掷物偏移方向传输至摄像单元，控制摄像机的镜头焦距进行增大或者减小。因投掷物在运动过程中位置的变换，摄像机的镜头焦距也需要实时变换来保证拍摄到的投掷物与水面接触瞬间溅起水花图像足够大，从而为后续的水花提取处理做准备。
25.对摄像机而言，投掷物与摄像机之间的距离是先减小后增大的，所以在摄像机旋转至水平向前并对准投掷物之前，镜头焦距按比例减小。例如，若投掷物的运行轨迹如图1中虚线
①
所示，摄像机的镜头焦距将先按比例减小再按第一比例增大；若投掷物的运行轨迹如图1中虚线
④
所示，摄像机的镜头焦距将先按比例减小再按第二比例增大。
26.s104：利用声纳传感器感应投掷物在与水面接触时的投掷物与声纳传感器之间的距离信息；具体地，声纳传感器的感应范围为锥形，可以将声纳传感器放置于水下，距离岸边一定距离的定点位置。
27.s105：根据投掷物与声纳传感器之间的距离信息和计时器的当前计时信息，计算得到投掷物与水面接触时的计时器的计时信息，将该计时信息记作第二时间信息；具体地，无线传输因传输速度过快可以忽略所耗时间的问题，但是声波在水中的传播速度仅为1500m/s，因此，本实施例中，为保证计数结果的准确性，声纳传感器感应投掷物位置的所耗时间不能忽略不记。
28.根据投掷物与声纳传感器之间的距离信息和声波在水中的传播速度，计算得到声纳传感器的感应耗时；计时器的当前计时信息与感应耗时的差值即为投掷物与水面接触时的计时器的计时信息。
29.例如，设定声波在水中的传播速度仅为v=1500m/s，某次声纳感应器测得自身与投掷物之间的距离为s=20m，根据公式t= s / v计算得出的所用时间为0.013s；此时，计时器时间为2.123s，则此次投掷物与水面接触瞬间所处时间为2.110s。
30.投掷物与水面的接触为瞬间过程，因此时间参数具有唯一性。本发明实施例通过
声纳传感器、计时器和摄像机三个模块来配合测量投掷物与水面接触瞬间这一特征的两个时间参数，测量的两个时间参数各自独立、有效并且具有重叠性，因此可以作为计数器的计数依据。
31.s106：找到与所述第二时间信息距离最近的第一时间信息所对应的一个图像帧，若该一个图像帧的水花提取处理结果中存在水花，则计数器的计数值加1，反之，则计数值不变。
32.具体地，投掷物在弹跳过程中接触水面瞬间，水受到投掷物的一个作用力，会产生一个反作用力，这个反作用力就会使水溅起来，溅起的水花在光的作用下下呈现白色不规则状态。基于该现象，本实施例中，对找到的图像帧进行水花提取处理得到水花提取处理结果的过程，具体包括：对所述图像帧进行灰度值处理，得到灰度图像；提取所述灰度图像中的亮色区域，将投掷物所在位置的最大连续的亮色区域作为水花。
33.例如，图4（a）为摄像机拍摄到的投掷物与水面接触瞬间溅起水花时的图像，图4（b）为对图4（a）进行灰度值处理后的灰度图像，图4（c）为对图4（b）提取亮色区域后的结果，该图中最大的红色区域即为水花。
34.可以理解的是，由于水花只存在瞬间，投掷物在一个位置溅起水花时，上一次溅起的水花已经消失，两次水花不会产生较大的影响和重叠，因此，将水花作为计数的特征数据是合理的。
35.需要说明的是，摄像机可以实时将拍摄的图像帧传输至图像处理器，图像处理器对每个图像帧均进行水花提取处理，如此，当计算得到第二时间信息之后，就能够直接找到对应的图像帧的水花提取处理结果，而无需等待。
36.当一次比赛结束后，旋转台控制摄像机归位，转向岸边选手所在位置。
37.本发明提出的打水漂计数方法和装置，利用投掷物与水面接触瞬间产生的水花和声波具有单位时间内的唯一性，将二者作为打水漂计数的双面参数，采用双向测量，避免了单一参数测量的不准确性。本发明改善了人工测量或测量设备较为复杂的情况，优化了计数方式，保证了计数结果的准确性。能够有效的检测打水漂石子弹跳次数，保证计数结果的准确性。
38.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种打水漂计数方法，其特征在于，包括：步骤1：在投掷物被选手扔出时，计时器开始计时；并同步获取投掷物的动态信息；所述动态信息包括投掷物的轮廓信息和初速信息；步骤2：根据投掷物的初速信息，控制摄像机的旋转速度；步骤3：根据投掷物的轮廓信息，使摄像机的镜头对投掷物进行聚焦，在摄像机旋转的过程中来拍摄投掷物的运行轨迹；其中，摄像机拍摄的每个图像帧上均标记有拍摄时间，将该拍摄时间记作第一时间信息；步骤4：利用声纳传感器感应投掷物在与水面接触时的投掷物与声纳传感器之间的距离信息；步骤5：根据投掷物与声纳传感器之间的距离信息和计时器的当前计时信息，计算得到投掷物与水面接触时的计时器的计时信息，将该计时信息记作第二时间信息；步骤6：找到与所述第二时间信息距离最近的第一时间信息所对应的一个图像帧，若该图像帧的水花提取处理结果中存在水花，则计数器的计数值加1，反之，则计数值不变。2.根据权利要求1所述的一种打水漂计数方法，其特征在于，步骤5中，具体包括：根据投掷物与声纳传感器之间的距离信息和声波在水中的传播速度，计算得到声纳传感器的感应耗时；计时器的当前计时信息与感应耗时的差值即为投掷物与水面接触时的计时器的计时信息。3.根据权利要求1所述的一种打水漂计数方法，其特征在于，步骤6中，还包括：对找到的图像帧进行水花提取处理，具体包括：对所述图像帧进行灰度值处理，得到灰度图像；提取所述灰度图像中的亮色区域，将投掷物所在位置的最大连续的亮色区域作为水花。4.根据权利要求1所述的一种打水漂计数方法，其特征在于，步骤3中，还包括：根据预判的投掷物偏移方向，控制摄像机的镜头焦距增大或者减小。5.一种打水漂计数装置，其特征在于，包括：控制单元、摄像单元和声纳传感器；所述控制单元包括计时器、动态捕捉器、计算器和计数器；摄像单元包括旋转台和设置在所述旋转台上的摄像机；所述计时器，用于在投掷物被选手扔出时，开始计时；所述动态捕捉器，用于在投掷物被选手扔出时，获取投掷物的动态信息；所述动态信息包括投掷物的轮廓信息和初速信息；所述旋转台，用于根据投掷物的初速信息，控制摄像机的旋转速度；所述摄像机，用于根据投掷物的轮廓信息，使镜头对投掷物进行聚焦，在摄像机旋转的过程中来拍摄投掷物的运行轨迹；其中，摄像机拍摄的每个图像帧上均标记有拍摄时间，将该拍摄时间记作第一时间信息；所述声纳传感器，用于感应投掷物在与水面接触时的投掷物与声纳传感器之间的距离信息；所述计算器，用于根据投掷物与声纳传感器之间的距离信息和计时器的当前计时信息，计算得到投掷物与水面接触时的计时器的计时信息，将该计时信息记作第二时间信息；
所述计数器，用于在满足计数条件时，使计数值加1，反之计数值不变；所述计数条件具体包括：在找到与所述第二时间信息距离最近的第一时间信息所对应的一个图像帧后，若该图像帧的水花提取处理结果中存在水花，则计数器的计数值加1。6.根据权利要求5所述的一种打水漂计数装置，其特征在于，所述摄像单元还包括位于旋转台下方，且与旋转台固定连接的安全气囊。

技术总结
本发明提供一种打水漂计数方法和装置。该方法包括：在投掷物被选手扔出时，计时器开始计时；并同步获取投掷物的动态信息；根据投掷物的初速信息，控制摄像机的旋转速度；根据投掷物的轮廓信息，使摄像机的镜头对投掷物进行聚焦，在摄像机旋转的过程中来拍摄投掷物的运行轨迹；利用声纳传感器感应投掷物在与水面接触时的投掷物与声纳传感器之间的距离信息；根据投掷物与声纳传感器之间的距离信息和计时器的当前计时信息，计算得到投掷物与水面接触时的计时器的计时信息；找到目标图像帧，若该图像帧的水花提取处理结果中存在水花，则计数器的计数值加1，反之，则计数值不变。则计数值不变。则计数值不变。


技术研发人员：张彦波 任可 王海洋 蒋城 王梦君 顾清磊 刘博文 王子靖 张杨
受保护的技术使用者：河南大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/7