TWI828594B - 發球機校正系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種發球機校正系統及方法，其中該發球機校正系統包含一發球機、一相機，以及一處理單元。該發球機用以根據一組預設發球參數拋發出複數個拋體，使該些拋體落在一運動場域上；該相機用以拍攝該些拋體在該運動場域上的複數落點，據以產生複數影像；該處理單元與該相機訊號連接，該相機產生的該些影像傳送至該處理單元，且該處理單元由該些影像中取得複數落點資訊，用以推算出該發球機的一組實際發球參數。比對該組實際發球參數及該組預設發球參數，即可對該發球機進行校正。

Description

發球機校正系統及方法

本發明係與球類運動訓練使用的發球機有關，更明確是指一種發球機校正系統，以及一種發球機校正方法。

在某些球類運動的訓練過程中，發球機往往扮演著重要的角色，特別是在羽球運動，發球機能夠提供一致、可靠的球速和球路，幫助選手提升技術。透過發球機，選手能夠重複練習不同種類的發球，而這樣的重複性訓練可以幫助選手培養正確的擊球姿勢、提升反應速度和手眼協調能力。因此，近年來在一些羽球智慧場館多會部屬一至多台發球機，除了可供教練教學之用途，也可以和一般民眾互動。

然而，發球機在長時間使用後，馬達或其他元件的老化可能導致發出的羽球在球速、仰角、方向角上與設定產生偏差，這可能對使用者造成一些不便。舉例來說，球的軌跡可能會變得與預期不符，影響教練在訓練目的上的規劃，也不利於選手專注於技術的改進。由於發球機的單價相對昂貴，如果能有方法判別發球機的狀況已發生變化，並能進一步加以校正，將可節省維修或更換新設備的成本。

有鑑於此，本發明提供一種發球機校正系統，亦提供一種發球機校正方法，能夠以簡便的方式判斷出發球機內部是否有元件老化而導致發出的球種與設定產生落差，並能據以對發球機進行校正，使發球機恢復正常機能。

本發明提供一種發球機校正系統，包括一發球機、一相機，以及一處理單元，其中該發球機用以根據一組預設發球參數拋發出複數個拋體，使該些拋體落在一運動場域上；該相機用以拍攝該些拋體在該運動場域上的複數落點，藉以生成複數拋體影像；該處理單元與該相機訊號相連，接收由該相機傳送來的該些拋體影像，於該些拋體影像中取得複數落點資訊，並據以推算出該發球機的一組實際發球參數。其中，該發球機藉由該組實際發球參數與該組預設發球參數的差異而進行校正。

於一實施例中，該相機亦透過拍攝該運動場域上的複數參考點而生成一定位影像，並傳送該定位影像至該處理單元；該處理單元透過該定位影像中包含的該些參考點，建立該運動場域的一座標系。

於一實施例中，該發球機所根據的該組預設發球參數包含一預設球速參數、一預設仰角參數，以及一預設方向角參數。

於一實施例中，當該組預設發球參數的該預設球速參數及該預設仰角參數維持不變，該發球機在只有該預設方向角參數發生變化的情況下發出該些拋體，該處理單元根據傳送自該相機的該些拋體影像中的該些落點資訊，透過擬定一假想圓弧線穿過該些落點而推算出該發球機的一位置。

於一實施例中，該處理單元係透過曲線擬合（curve fitting）處理該組實際發球參數及該組預設發球參數之差異，藉此對該發球機進行校正。

本發明亦提供一種發球機校正方法，其係應用於配置有一發球機的一運動場域，並包含以下步驟：使用該發球機根據一組預設發球參數拋發出複數個拋體，使該些拋體落在該運動場域上；拍攝該些拋體在該運動場域上的複數落點，並取得複數落點資訊；根據該些落點資訊推算出該發球機的一組實際發球參數；以及藉由該組實際發球參數與該組預設發球參數的差異，對該發球機進行校正。

於一實施例中，更包含以下步驟：拍攝該運動場域上的複數參考點，並透過該些參考點建立該運動場域的一座標系。

於一實施例中，該組預設發球參數包含一預設球速參數、一預設仰角參數，以及一預設方向角參數。

於一實施例中，更包括以下步驟：在該組預設發球參數的該預設球速參數及該預設仰角參數維持不變，且只有該預設方向角參數發生變化的情況下，根據該些落點資訊擬定一假想圓弧線穿過該些落點，推算出該發球機的一位置。

於一實施例中，該組實際發球參數與該組預設發球參數的差異係透過曲線擬合（curve fitting）處理，藉此對該發球機進行校正。

根據前述技術，本發明能夠使用成本低廉的方式偵測發球機是否發生元件老化，並能簡便地加以校正，使發球機能繼續使用於運動場館，節省維修或替換之不必要花費。

有關本發明之前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。需先說明的是，以下實施例所提到的「訊號連接」用語，表示元件之間能夠傳遞資訊，並不限定其傳遞的方式及態樣，實務上能夠使用無線（如藍牙、無線網路）或有線（如傳輸線）的方式為之，甚至可以將資訊或檔案另存於另一儲存媒介（如USB隨身碟、記憶卡）再以複製的方式傳遞，邏輯上皆等效於本說明書所指稱的「訊號連接」，且並不以此處所示例者為限。另外，在以下各段說明中，雖然係以羽毛球發球機為例，但並不代表本發明只能應用於羽毛球，不排除適用於其他球類運動練習的情境；本發明所謂的「球」亦不必然只指稱狹義理解下的球體，而是符合一般口語中對各種競賽所使用供拋擲、擊打、搶奪、傳接等用途的運動用品之稱呼，當然包含外形不為球體的羽毛球在內，自然也未排除其他各式造型的球類。

請先參閱圖1，為本發明一實施例之發球機校正系統1的示意圖。發球機校正系統1包含有一發球機10、一相機20，以及一處理單元30，其中發球機10於本實施例中係以一羽毛球發球機為例，但並不以此為限，而發球機10的功用，是可以根據使用者設定的一組預設發球參數而拋發出複數個拋體12（如圖3中所示，在本實施例中拋體12為羽毛球），使得拋體12落在一運動場域F上。當然，運動場域F於本實施例中為一羽球場，但這同樣不是本發明的應用限制所在。

一般而言，發球機10所依據的該組預設發球參數至少包含一預設球速參數、一預設仰角參數，以及一預設方向角參數，分別用以控制發球機10以一預設球速（τ）、一預設仰角（θ），以及一預設方向角（𝜑）拋出拋體12。然而，如先前技術所言，發球機10可能因為長久使用而造成內部各種元件有老化之現象，以致於實際拋發的拋體12並無法確實符合該組預設發球參數之要求。

相機20的設置位置不限，實務上只要位於一個能完整拍攝到運動場域F的位置即可，且相機20與處理單元30訊號連接，使得相機20拍攝產生的複數影像22可以傳送至處理單元30。更明確來說，相機20可以透過拍攝到該運動場域F上的複數參考點P而生成一定位影像，並將該定位影像傳送至處理單元30。於本實施例中，參考點P是羽球場半場分界線構成的其中四個頂點，當然於其他實施例中可以有不同的參考點選擇。

需先說明的是，處理單元30可能設置於運動場域F附近，或甚至設置於遠端，其位置並不構成本發明的限制；且處理單元30可以是伺服器、雲端服務、電腦、平板、手機，或任何具有運算能力之機器，並不以此處所示例者為限。

接著請參照圖2，處理單元30透過該定位影像中拍攝到的該些參考點P，建立運動場域F的一座標系。於此例中，該座標系於整個羽球場（即運動場域F）的正中心點為原點O，並在兩個方向上分別定義出X軸於Y軸，至此便能夠以這個座標系上的座標來描述運動場域F上的任一位置。實務上而言，相機20所提供的該定位影像不見得是完全的俯視影像，而是帶有一傾斜視角，因此通常該定位影像需要施以去鏡頭型變處理，如此才能透過該定位影像中的參考點P建立一單應矩陣（Homography Matrix），並據以轉換成該座標系。

在取得該座標系之後，便可以透過發球機10拋發出的拋體12來推算發球機10的位置，以利後續的各項計算。詳細來說，對於發球機10所依循的該組預設發球參數，使用者可以將其中的該預設球速參數及該預設仰角參數維持不變，只改變該預設方向角參數而拋發出至少三個拋體12。換言之，也就是使發球機10在預設球速（τ）及預設仰角（θ）不變的情況下，沿著不同的預設方向角（𝜑）發出多個拋體12。

請參照圖3，相機20可以拍攝拋體12在運動場域F上的複數落點I，因此而生成的複數影像22於後文中稱作拋體影像，以與前述的定位影像區隔。該些拋體影像傳送至處理單元30後，處理單元30能夠於該些拋體影像中取得複數落點資訊，例如（但不限於）各落點I在該座標系上的一座標。得到該些落點資訊後，處理單元30便能擬定一假想圓弧線L穿過各個落點I。由於各個拋體12的球速（τ）及仰角（θ）皆相等，差異只在於相對於發球機10的方向角（𝜑）不同，因此假想圓弧線L反推得到的圓心C之座標，即為發球機10的所在位置。若實務上有必要，也可以搭配該預設球速參數及該預設仰角參數的不同組合，透過多次重複前述方法而取得更精確的發球機10之位置。

前述方法以數學方式描述如下。假設現在發球機10共發出N顆拋體12（N≥3），各拋體12的落點I座標為 , ,…, ，那麼對各個落點I以最小平方法求出圓心C，即為發球機10的座標，公式如式1及式2： 式1 式2 其中r是擬合得到的圓半徑，M是發球機10的座標。

實務上除了可以透過前述做法求得發球機10在運動場域F的座標，還可以進一步求得發球機10的發球高度。詳言之，只要將發球機10所依循的該組預設發球參數之中的該預設方向角參數固定，變化出該預設仰角參數和預設球速參數的不同組合，使得發球機10在同樣的高度發出預設方向角（𝜑）相同、但預設球速（τ）及預設仰角（θ）有不同組合的多個拋體12。透過每個拋體12的落點I，並利用軌跡型和梯度下降法，便可回推出發球機10的發球高度。預設球速（τ）及預設仰角（θ）的組合愈多元，得到的精準度就愈高。另外，同樣的做法也能夠求得各個拋體12的實際球速及實際仰角。換言之，處理單元30能夠利用接收自相機20的拋體影像，從中取得該些落點資訊，並據以推算出發球機10的一組實際發球參數。

與該組預設發球參數對應，該組實際發球參數亦至少包含有一實際球速參數、一實際仰角參數，以及一實際方向角參數。其中，各個拋體12實際上相對於發球機10的方向角能夠輕易透過其落點I與發球機10的座標計算得知，亦即透過二者在X軸及Y軸上的座標差異，能夠求得其實際方向角參數。至於實際仰角參數及實際球速參數，則可以透過在固定該預設方向角參數的情況下，令發球機10根據該預設球速參數及該預設仰角參數的多次不同組合發出多個拋體12，進而求取得知。更明確來說，處理單元30由相機20傳送來的該些拋體影像中，能夠計算出各個拋體12的落點I與發球機10之間的距離。已知某些拋體影像中呈現的落點I為同樣的預設仰角（θ）運作下的結果，也知道另外一些拋體影像中呈現的落點I則是同樣的預設球速（τ）運作下的結果，便能據以推算出拋體12的該實際球速參數及該實際仰角參數。

請參照圖5，為當前實施例所使用的演算法虛擬碼，其中係假設發球機10發出多顆不同預設球速（ ）與預設仰角（ ）組合的球，偵測拋體12的落點I，並計算與發球機10之距離D，表示為 者為發球機10用預設球速 及預設仰角 發出的拋體12與發球機10之間的距離；最後演算法回傳的結果是發球機10發出的實際球速（ ）、實際仰角（ ），並附帶計算出其發球高度 。

一旦處理單元30推算出該發球機10的該組實際發球參數，便可透過比較該組實際發球參數與該組預設發球參數，對發球機10進行校正。更明確來說，如果該組實際發球參數與該組預設發球參數沒有落差，代表發球機10確實依照該組預設發球參數正確執行，因此沒有進行校正之必要；相反地，若該組實際發球參數與該組預設發球參數之間存在差異，有可能發球機10內部元件已經因為長久使用而產生老化，故有加以校正的需要。

請參照圖4，此處以球速為例，當然方向角及仰角的做法概與此同，容後不加贅述。當該實際球速參速與該預設球速參數產生落差時，處理單元30即透過曲線擬合（curve fitting）加以處理，如此一來，使用者就能知道若欲使發球機10實際上發出具有某個球速的拋體12，則應該將該預設球速參數設定為如何。實務上，處理單元30也可以與發球機10訊號連接，以便將其曲線擬合結果傳送給發球機10，供發球機10自動修正；當然，使用者也能夠選擇將處理單元30的運算結果輸出，日後以手動方式調整對發球機10的操作。換言之，任何回饋至發球機10的做法，皆應視為等效於本發明所示例之做法。

本發明亦提供一種發球機校正方法，原則上係使用前述發球機校正系統1的各項組成元件為之，但並不以此為限。應理解的是，本方法適合應用於配置有發球機10的運動場域F，在本實施例中，同樣是以羽球發球機及羽球場為例。首先，本方法使用發球機10根據一組預設發球參數拋發出多個拋體12，使該些拋體12落在運動場域F上；接著，以不限於使用相機20的方式拍攝該些拋體12在運動場域F上的落點I，並且以不限於使用運算單元30的方式取得複數落點資訊。在這之後，便能根據該些落點資訊推算出發球機10的一組實際發球參數，最後便能藉由該組實際發球參數與該組預設發球參數的差異，對發球機10進行校正。

更明確來說，在進行前述動作之前，也可以事先以不限於使用相機20的方式拍攝運動場域F上的多個參考點P，藉以建立運動場域F的該座標系。如前所述，本實施例中所採用參考點P是羽球場半場分界線構成的其中四個頂點，於其他實施例中也可以有不同的參考點選擇。

同樣地，該組預設發球參數也如前述，包含一預設球速參數、一預設仰角參數，以及一預設方向角參數；而最後推算得知的該組實際發球參數，也對應包含一實際球速參數、一實際仰角參數，以及一實際方向角參數。

為便於運算進行，較佳者，應求得發球機10於運動場域F的該座標系上的一座標。於本實施例中，可以設定該組預設發球參數的該預設球速參數及該預設仰角參數維持不變，只調整該預設方向角參數，令發球機10拋發出至少三個拋體12，透過由該些拋體12的落點I取得的落點資訊（例如但不限於各個落點I在該座標系上的座標），能夠擬定出一假想圓弧線L同時穿過該些落點I，藉以推算出圓心C的座標，此即為發球機10的所在位置。

最後，若推算得出的該組實際發球參數與初始設定的該組預設發球參數沒有落差，代表發球機10確實依照該組預設發球參數正確執行，無需進行校正；相反地，若該組實際發球參數與該組預設發球參數之間存在差異，則有校正發球機10之必要。當該組實際發球參數的其中任一參數（例如該實際球速參速）與該組預設發球參數的對應參數（於此例中即該預設球速參數）之間存在落差，便可透過曲線擬合（curve fitting）加以處理。曲線擬合之結合可以透過各種手動或自動的方式回饋給發球機10，如此一來，使用者就能知道應該如何設定該預設球速參數，才能使發球機10實際上發出具有某個球速的拋體12；方向角及仰角之校正，邏輯亦同。

總而言之，透過本發明提供的發球機校正系統及方法，可以使用簡易且成本低廉的方式對發球機的狀況進行檢測，而且如果發現發球機並未正確按照使用者所設定的各項參項來進行拋發，無論其原因為何，都可以很容易地進行校正，藉此免去維修的麻煩，更能省下替換發球機的昂貴花費。由此觀之，本發明提供的發球機校正系統及方法能符合智慧場館的營運需求，具有高度的實用價值。

以上所述僅為本創作較佳可行實施例而已，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之結構及方法的等效變化，理應包含在本創作之專利範圍內。

1:發球機校正系統 10:發球機 12:拋體 20:相機 22:影像 22A:落點資訊 30:處理單元 F:運動場域 P:參考點 O:原點 C:圓心 I:落點 L:假想圓弧線

圖1為本發明一實施例之發球機校正系統的示意圖； 圖2為前述實施例以相像建立運動場域之座標系的示意圖； 圖3為前述實施例利用落點推算發球機座標之示意圖； 圖4為前述實施例透過曲線擬合進行校正之示意圖；以及 圖5為前述實施例用以推算球速、仰角和發球高度的演算法虛擬碼。

1:發球機校正系統

10:發球機

20:相機

22:影像

22A:落點資訊

30:處理單元

F:運動場域

P:參考點

Claims (10)

1. 一種發球機校正系統，包含有：一發球機，用以根據一組預設發球參數拋發出複數個拋體，使該些拋體落在一運動場域上；一相機，用以拍攝該些拋體在該運動場域上的複數落點，藉以生成複數拋體影像；以及一處理單元，與該相機訊號相連，接收由該相機傳送來的該些拋體影像；其中，該處理單元於該些拋體影像中取得複數落點資訊；其中，該處理單元根據該些落點資訊推算該發球機所在位置；其中，該處理單元根據該發球機所在位置及該些落點資訊推算出該發球機的一組實際發球參數；其中，該發球機藉由該組實際發球參數與該組預設發球參數的差異而進行校正。
2. 如請求項1所述的發球機校正系統，其中該相機亦透過拍攝該運動場域上的複數參考點而生成一定位影像，並傳送該定位影像至該處理單元；該處理單元透過該定位影像中包含的該些參考點，建立該運動場域的一座標系。
3. 如請求項1所述的發球機校正系統，其中該發球機所根據的該組預設發球參數包含一預設球速參數、一預設仰角參數，以及一預設方向角參數。
4. 如請求項3所述的發球機校正系統，其中，當該組預設發球參數的該預設球速參數及該預設仰角參數維持不變，該發球機在只有該預設方向角參數發生變化的情況下發出該些拋體，該處理單元根據傳送自該相機的該些拋體影像中的該些落點資訊，透過擬定一假想圓弧線穿過該些落點而推算出該發球機的一位置。
5. 如請求項1所述的發球機校正系統，其中該處理單元係透過曲線擬合(curve fitting)處理該組實際發球參數及該組預設發球參數之差異，藉此對該發球機進行校正。
6. 一種發球機校正方法，其係應用於配置有一發球機的一運動場域；該方法包含：使用該發球機根據一組預設發球參數拋發出複數個拋體，使該些拋體落在該運動場域上；拍攝該些拋體在該運動場域上的複數落點，並取得複數落點資訊；根據該複數落點資訊推算該發球機所在位置；根據該發球機所在位置及該些落點資訊推算出該發球機的一組實際發球參數；以及藉由該組實際發球參數與該組預設發球參數的差異，對該發球機進行校正。
7. 如請求項6所述的發球機校正方法，更包含以下步驟： 拍攝該運動場域上的複數參考點，並透過該些參考點建立該運動場域的一座標系。
8. 如請求項6所述的發球機校正方法，其中該組預設發球參數包含一預設球速參數、一預設仰角參數，以及一預設方向角參數。
9. 如請求項8所述的發球機校正方法，更包括以下步驟：在該組預設發球參數的該預設球速參數及該預設仰角參數維持不變，且只有該預設方向角參數發生變化的情況下，根據該些落點資訊擬定一假想圓弧線穿過該些落點，推算出該發球機的一位置。
10. 如請求項6所述的發球機校正方法，其中該組實際發球參數與該組預設發球參數的差異係透過曲線擬合(curve fitting)處理，藉此對該發球機進行校正。