一種基于圖像處理技術的投籃命中率影響因素的分析方法與流程
本發明屬于圖像技術領域，具體涉及一種基于圖像處理技術的投籃命中率影響因素的分析方法。
背景技術：
隨著數碼影像產品的普及，數碼攝像機進入了工作和生活的各個領域，由此引發的科研手段的變化也迅速滲透到各行各業中，利用此項技術把研究對象轉化為動態或靜態的圖片，再對圖片中特定的像素進行運算處理，得到研究所需的圖形或方程，以此對實驗欲研究的參數進行分析和討論對現在的科研成果起到很重要的作用。
影響投籃命中率的主要因素有投籃出手角度，出手速度和出手高度。通過圖像處理技術，得到準確的籃球運動軌跡，用基礎力學理論研究和分析運動軌跡，得到投籃時出手高度對出手角度和出手速度的影響，為投籃訓練提供有效的研究基礎。
因此需要提供一種投籃命中率影響因素的分析方法來詳細的剖析整個投籃過程。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種投籃命中率影響因素的分析方法來詳細的剖析整個投籃過程。
一種基于圖像處理技術的投籃命中率影響因素的分析方法，所述方法包括以下步驟：
S1，架攝相機；
S2，視頻拍攝；
S3，視頻處理；
S4，利用幀間差法進行圖像處理。
優選地，所述步驟S1具體為：攝像機架設在投籃點與籃圈投影連線的垂直平分線上，并且保證視頻中完全捕捉到籃球從出手到進入籃圈的飛行軌跡，然后固定攝像機。
優選地，所述步驟S2為，選擇一位運動員，采用原地單手肩上投籃技術罰籃，進行連續拍攝。
優選地，所述步驟S3為：將拍攝完成的視頻傳入計算機，用MATLAB將視頻逐幀分割為靜態圖片。
優選地，所述步驟S4為：在分割完成的靜態圖片中，選取一組從籃球出手一刻到進入籃圈的完整過程，利用幀間差法合成籃球飛行軌跡實時圖片。
優選地，所述幀間差法具體為：
首先，用事先存儲或者實時得到背景圖像序列為每個像素進行統計建模，得到背景模型Bk，將當前含有運動目標的圖像幀fk和背景模型Bk相減，即公式(1)，其中Dk為作差后的結果；
其次，將計算結果在一定閾值T限制下進行二值化，如公式(2)，判斷出當前圖像中出現的偏離背景模型值較大的那些象素，則為出現的運動目標像素，其中Rk為含有目標的二值化圖像；
Dk(x,y)＝|fk(x,y)-Bk(x,y)| (1)
本發明的技術方案具有以下有益效果：
本發明提供一種基于圖像處理技術的投籃命中率影響因素的分析方法，在得到運動員投籃運動軌跡后，利用時間間隔和距離有效的計算出投籃命中時運動員的出手角度和出手速度，對命中時的角度和速度統計和分析，通過這種科學的理論分析，能夠在運動員今后的投籃練習提供有利的指導，使運動員在投籃訓練中找到最佳出手角度，長期訓練，形成固定習慣，從而提高投籃命中率。
附圖說明
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1是本發明一種基于圖像處理技術的投籃命中率影響因素的分析方法的籃球飛行軌跡示意圖；
圖2是本發明一種基于圖像處理技術的投籃命中率影響因素的分析方法的籃球貼籃圈前沿進框圖；
圖3是本發明一種基于圖像處理技術的投籃命中率影響因素的分析方法的籃球貼籃圈后沿進框圖。
具體實施方式
為了清楚了解本發明的技術方案，將在下面的描述中提出其詳細的結構。顯然，本發明實施例的具體施行并不足限于本領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的優選實施例詳細描述如下，除詳細描述的這些實施例外，還可以具有其他實施方式。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
參照圖1和圖2，公開了一種基于圖像處理技術的投籃命中率影響因素的分析方法，所述方法包括以下步驟：
架設相機。實驗研究罰球線正對籃圈的投籃，攝像機架設在投籃點與籃圈投影連線的垂直平分線上，并且保證視頻中完全捕捉到籃球從出手到進入籃圈的飛行軌跡。找到合適位置，固定攝像機。
視頻拍攝。選擇一位運動員，采用原地單手肩上投籃技術罰籃，進行連續拍攝。
視頻處理。將拍攝完成的視頻傳入計算機，用MATLAB將視頻逐幀分割為靜態圖片。
圖像處理。在分割完成的靜態圖片中，選取一組從籃球出手一刻到進入籃圈的完整過程，利用幀間差法合成籃球飛行軌跡實時圖片。
背景差法基本思想是：首先，用事先存儲或者實時得到背景圖像序列為每個像素進行統計建模，得到背景模型Bk，將當前含有運動目標的圖像幀fk和背景模型Bk相減，即公式(1)，其中Dk為作差后的結果；其次，將計算結果在一定閾值T限制下進行二值化，如公式(2)，判斷出當前圖像中出現的偏離背景模型值較大的那些象素，則為出現的運動目標像素，其中Rk為含有目標的二值化圖像。由于運動物體和背景在灰度或色彩上存在差別，相減、閾值操作后得到的結果直接給出了目標的位置、大小、形狀等，從而得到較完整的目標信息。
Dk(x,y)＝|fk(x,y)-Bk(x,y)| (1)
本文選取出手時刻第2632幀圖片作為背景，由于所拍攝視頻為30幀/秒，為確保合成軌跡圖籃球不重疊，選取第2634幀作為下一幅圖片，將2632幀與2634幀圖片合成。按同樣方法合成整組圖片，即得到籃球從出手到進入籃圈整個過程。
從物理學的角度來分析投籃技術時，通常要把籃球看成一個質點來看待，很容易就能找到籃球中心點，我們把每個籃球中心點連接，就得到了籃球飛行軌跡圖，如圖1所示。
文中實驗固定投籃距離，并且同一運動員采用原地單手肩上投籃技術罰籃時出手高度基本不變。設投籃距離為x，籃圈距離地面高度為L，出手高度為l，則籃球從出手到進入籃筐豎直位移為y＝L-l，設出手速度為V，出手角度為θ，按照上圖軌跡可以得到：
在水平方向上
Vx＝V·cosθ
x＝V·cosθ·t
(3)
在豎直方向上
Vy＝V·sinθ·t
聯立
x＝V·cosθ·t
消去參數t，可得到
實際情況中，應考慮節省力量，即要取最小速度，使V最小時，取(5)式分母f(θ)＝x sin2θ-y cos2θ-y最大值。
令
將(7)式帶入(6)式得：
觀察(8)式，我們可以得到，要取的最大值，即時，V取最小值，此時投籃準確度高且省力。
文中實驗采用30幀/秒攝像機拍攝，即每秒掃描30副圖片，在合成籃球實時飛行軌跡時，前一幅圖片和后一幅圖片之間隔一幀，即在合成中相鄰籃球之間時間間隔為0.067s。籃球飛行到最高點時間可通過圖像中籃球的數量計算，設到達最高點時間為d，同樣，得到籃球離手到進入籃圈總時間為D。
根據運動學方程得出：
投籃初速度
考慮到籃球和籃圈大小，籃球進入籃圈時籃球中心與籃圈中心在同一水平面內，最近可貼籃圈前沿，最遠貼籃圈后內沿，如圖3。
此時投籃的出手速度和出手角度范圍是
上式中，R為籃圈半徑，r為籃球半徑；d1,d2為貼前沿和貼后沿情況下籃球飛行到最高點的時間，D1,D2為兩種情況下籃球飛行的總時間。
本發明通過對籃球運動軌跡的提取，分析了在固定投籃距離時出手角度和出手速度對投籃命中率的影響：
(1)隨著出手高度的增加，出手角度的最佳角度減小。
(2)最小出手角度和其所對應的最小出手速度隨出手高度的增加而減小。
(3)出手高度一定時，出手速度越大，出手角度也越大。
在得到運動員投籃運動軌跡后，利用時間間隔和距離有效的計算出投籃命中時運動員的出手角度和出手速度，對命中時的角度和速度統計和分析，通過這種科學的理論分析，能夠在運動員今后的投籃練習提供有利的指導，使運動員在投籃訓練中找到最佳出手角度，長期訓練，形成固定習慣，從而提高投籃命中率。
最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的權利要求保護范圍之內。
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