【I764768】桌球軌跡預測方法及其系統

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【I764768】桌球軌跡預測方法及其系統

公告號	I764768
公告日	2022/05/11
公報卷期	49-14
證書號	I764768
申請號	110123407 E
申請日	2021/06/25
公報IPC	G06T 7/20(2017.01); A63B 67/04(2006.01)
當前IPC	G06T 7/20(2017.01); A63B 67/04(2006.01)
申請人	國立高雄科技大學高雄市三民區建工路415號 (中華民國); NATIONAL KAOHSIUNG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY NO. 415, JIANGONG RD., SAMIN DIST., KAOHSIUNG CITY 807, TAIWAN, R. O. C. (TW)
當前專利權人	國立高雄科技大學; NATIONAL KAOHSIUNG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
發明人	孫崇訓 (中華民國); SUN, CHUNG HSUN (TW); 彭顯堯 (中華民國); PENG, HSIEN YAO (TW)
代理人	陳瑞田; 金玉書
審查委員	陳昱潭
摘要	一種桌球軌跡預測方法及其系統，透過影像擷取裝置，以預先設定的間隔時間取得桌球的至少一連續影像；再透過影像分析單元，依據連續影像取得視覺量測軌跡、桌球的座標值、及桌球落於桌球桌上的落地座標值；並透過處理單元計算出桌球的前進速度值後，依據視覺量測軌跡以及飛行模型估測軌跡，執行軌跡分類程序，用以判斷桌球為上旋球軌跡或下旋球軌跡的旋轉方向參數；依據轉速計算方程式以及旋轉方向參數，計算出轉速值；最後透過處理單元，依據座標值、落地座標值、前進速度值、旋轉方向參數以及轉速值，產生打擊點座標值。

專利範圍

1.一種桌球軌跡預測方法，包括：透過一影像擷取裝置，以預先設定的一間隔時間取得一桌球的至少一連續影像；透過一影像分析單元，依據該至少一連續影像取得一視覺量測軌跡；透過該影像分析單元，依據該至少一連續影像取得該桌球於一桌球桌上的一座標值；透過該影像分析單元，依據該至少一連續影像取得該桌球落於該桌球桌上的一落地座標值；透過一處理單元，依據該間隔時間以及該座標值計算出該桌球的一前進速度值；透過該處理單元，依據該前進速度值透過一離散方程式，產生一飛行模型估測軌跡；透過該處理單元，依據該視覺量測軌跡以及該飛行模型估測軌跡，執行一軌跡分類程序，用以判斷該桌球為一上旋球軌跡或一下旋球軌跡的一旋轉方向參數；透過該處理單元，依據一轉速計算方程式以及該旋轉方向參數，計算出一轉速值；以及透過該處理單元，依據該座標值、該落地座標值、該前進速度值、該旋轉方向參數以及該轉速值，產生一打擊點座標值；其中，該座標值、該落地座標值以及該打擊點座標值包括一x軸的一x軸座標、一y軸的一y軸座標以及一z軸的一z軸座標組成；其中，該x軸為該桌球桌短邊向右方向，該y軸為該桌球桌長邊向前方向，該z軸為垂直該桌球桌平面向上方向，其中透過該處理單元，依據該視覺量測軌跡以及該飛行模型估測軌跡，執行一軌跡分類程序，用以判斷該桌球為一上旋球軌跡或一下旋球軌跡的一旋轉方向參數的步驟中，更包括：當該視覺量測軌跡下墜速度會比該飛行模型估測軌跡下墜速度快時，該桌球為該上旋球軌跡，以及當該視覺量測軌跡下墜速度會比該飛行模型估測軌跡下墜速度慢時，該桌球為該下旋球軌跡。

2.如申請專利範圍第1項所述的桌球軌跡預測方法，其中透過該處理單元，依據該前進速度值透過一離散方程式，產生一飛行模型估測軌跡的步驟中，更包括：該離散方程式為桌球飛行時受力總合的離散形式方程式，其中，Km=(1/2m)ρSCD，△t為影像處理時間間隔；其中，將該桌球的一初始座標值為一輸入座標值以及一初始前進速度值為一輸入前進速度值輸入該離散方程式，即可取得該間隔時間後的一第一估測座標值以及一第一估測前進速度值，並將該第一估測座標值以及該第一估測前進速度值變更為新的一組該輸入座標值以及該輸入前進速度值，透過多次將前次輸出值變更為當次輸入值後，產生該飛行模型估測軌跡。

3.如申請專利範圍第2項所述的桌球軌跡預測方法，其中透過該處理單元，依據該前進速度值透過一離散方程式，產生一飛行模型估測軌跡的步驟中，更包括：該桌球飛行時受力總合的方程式為其中，為重力，為空氣阻力，為桌球飛行時的受力總合；其中，m是桌球質量，g是重力加速度，ρ為空氣密度，S為球的截面積，CD為流體阻力係數，以及為桌球前進速度。

4.如申請專利範圍第3項所述的桌球軌跡預測方法，其中透過該處理單元，依據該視覺量測軌跡以及該飛行模型估測軌跡，執行一軌跡分類程序，用以判斷該桌球為一上旋球軌跡或一下旋球軌跡的一旋轉方向參數的步驟中，更包括：依據該間隔時間取得的該至少一連續影像，計算相同時間點的該視覺量測軌跡以及該飛行模型估測軌跡，於一預設軌跡分類時間後，執行該軌跡分類程序，當該視覺量測軌跡下墜速度會比該飛行模型估測軌跡下墜速度快時，統計該桌球為該上旋球軌跡一次，以及當該視覺量測軌跡下墜速度會比該飛行模型估測軌跡下墜速度慢時，統計該桌球為該下旋球軌跡一次，當完成一系統設定統計次數或一使用者設定統計次數後，判斷該桌球的該旋轉方向參數，其中該旋轉方向參數為統計次數較高的軌跡。

5.如申請專利範圍第1項所述的桌球軌跡預測方法，其中透過該處理單元，依據一轉速計算方程式以及該旋轉方向參數，計算出一轉速值的步驟中，更包括：透過一馬格努斯力公式計算出當該桌球為該上旋球軌跡時的該轉數值，該馬格努斯力公式為再透過牛頓第二運動定律可知，且m/ρrbSCL為常數項時，其中，為馬格努斯力，為球體的移動速度，ω為轉速值；其中，上旋球的馬格努斯力的方向為該z軸的負方向，前進方向為該y軸的負方向；其中，上旋球軌跡時az/Vy比值越大則轉速值越大。

6.如申請專利範圍第1項所述的桌球軌跡預測方法，其中透過該處理單元，依據一轉速計算方程式以及該旋轉方向參數，計算出一轉速值的步驟中，更包括：透過一馬格努斯力公式計算出當該桌球為該下旋球軌跡時的該轉數值，該馬格努斯力公式為再透過牛頓第二運動定律可知，且m/ρrbSCL為常數項時，其中，為馬格努斯力，為球體的移動速度，ω為轉速值；其中，下旋球的馬格努斯力的方向為該z軸的正方向，前進方向為該y軸的負方向；其中，下旋球軌跡時az/Vy比值越小轉速值越大。

7.如申請專利範圍第1項所述的桌球軌跡預測方法，其中透過該處理單元，依據該座標值該落地座標值、該前進速度值、該旋轉方向參數以及該轉速值，產生一打擊點座標值的步驟中，更包括：透過該處理單元，依據不同時間的兩點該座標值計算斜率，用以取得該打擊點座標值的該x軸座標。

8.如申請專利範圍第1項所述的桌球軌跡預測方法，其中透過該處理單元，依據該座標值、該落地座標值、該前進速度值、該旋轉方向參數以及該轉速值，產生一打擊點座標值的步驟中，更包括：透過該處理單元，依據一多元線性回歸方程式，用以取得該打擊點座標值的該z軸座標，該多元線性回歸方程式為其中，是預測打擊點的z軸座標，zhp是實際打擊點的z軸座標，z11是完成該軌跡分類程序時的桌球z軸座標，y11是完成該軌跡分類程序時的桌球y軸座標，是完成該軌跡分類程序時的桌球z方向的速度，是完成該軌跡分類程序時的桌球y方向的速度，是完成該軌跡分類程序時的桌球z方向的加速度，b是常數項，w1到w5為系統設定係數。

9.一種桌球軌跡預測系統，包括：一影像擷取裝置，以預先設定的一間隔時間取得一桌球的至少一連續影像；一影像分析單元，電性連結該影像擷取裝置，依據該至少一連續影像取得一視覺量測軌跡、該桌球於一桌球桌上的一座標值、以及該桌球落於該桌球桌上的一落地座標值；以及一處理單元，電性連結該影像分析單元，依據該間隔時間以及該座標值計算出該桌球的一前進速度值，透過一離散方程式，產生一飛行模型估測軌跡，並依據該視覺量測軌跡以及該飛行模型估測軌跡，執行一軌跡分類程序，用以判斷該桌球為一上旋球軌跡或一下旋球軌跡的一旋轉方向參數，再依據一轉速計算方程式以及該旋轉方向參數，計算出一轉速值，依據該座標值、該落地座標值、該前進速度值、該旋轉方向參數以及該轉速值，產生一打擊點座標值，該處理單元依據該視覺量測軌跡以及該飛行模型估測軌跡，執行一軌跡分類程序，用以判斷該桌球為一上旋球軌跡或一下旋球軌跡的一旋轉方向參數的步驟中，更包括：當該視覺量測軌跡下墜速度會比該飛行模型估測軌跡下墜速度快時，該桌球為該上旋球軌跡，以及當該視覺量測軌跡下墜速度會比該飛行模型估測軌跡下墜速度慢時，該桌球為該下旋球軌跡。

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