一种适用于田径测距的相机标定方法与流程

1.本发明属于体育田径项目的训练和比赛裁判领域，尤其涉及一种适用于田径测距的相机标定方法。


背景技术：

2.在田径投掷类项目(包括标枪，链球，铅球，铁饼)和跳远类项目(包括跳远和三级跳远)的训练和比赛中，需要准确地测量投掷的距离和跳远的距离。目前测量该类距离主要是依靠人工的方法，测量工作比较繁琐，效率不高，且往往会发生测量数据不准确的情况，在标枪和链球项目中，落点区域是危险区域，测量人员需要提高警惕，标枪和链球伤人的事件也时有发生。为解决上述的问题，申请号为202110375052.7 的《一种基于图像处理的测量田径投掷类项目投掷距离和跳远类项目跳远距离的方法》的发明专利提出了一种基于图像处理的测量田径投掷类项目投掷距离的方法。该方法的步骤s1，是对相机的外部参数、内部参数和畸变参数进行标定。该方法所使用的相机标定方法需要在场地的落地区域大致均匀地布置若干个标定点，这属于现有的相机标定技术中使用的方法。
3.现有的相机标定技术中使用的方法，通常需要在现场布置若干二维或者三维的标定物，包括各种标定板，标定点，标定杆等等。这些方法存在以下的共同的缺点：第一，标定物和测量方法必须精确，否则将影响标定的精度。在实践中，一个方面，精确地测量这些标定物的物理坐标是一个难题，另一个方面，怎样在照片中精确地定位这些标定物也是一个难题；第二，标定所使用的标定物和测量方法与实际使用时的目标物体和测量方法是分离的，这种分离的特性也会影响最终使用时的精度。以铅球投掷的测距为例，实际使用时，一方面物理距离的测量，根据田联的标准，是以铅球落地痕迹的近点为准进行测量，另一方面，铅球在照片中的坐标，需要用一种方法进行确定，这里使用的方法，显然与标定时对标定物在照片中的坐标进行确定时用到的方法不可能相同(因为两个物体在照片中的特征不同)，这种标定所使用的标定物和测量方法与实际使用时的目标物体和测量方法分离的特性会影响最终使用时的精度。第三，现有的相机标定方法中，标定过程是一个专业的工作，需要专业技术人员才能完成，这对于用户来说极不方便，对于用户的使用是一个极大的限制。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种适用于田径测距的相机标定方法。采用本方法，不需要在现场布置任何的标定物，而是使用田径测距本身的器材和测量方法进行标定。比如对铅球的测距，使用投掷铅球的方法，在落地点砸出痕迹，然后用皮尺测量投掷距离(同时还要测量“高度”)。进行若干次这样的操作，测量获得落地点的物理坐标，同时获得铅球在落地时在照片中的坐标，获得若干组这样的数据之后，使用相应的方法，即可完成相机的标定工作。整个方法简单方便，普通用户即可完成，并且避免了使用特定标定物和特定测量方法。并且标定所使用的物体和测量方法与实际使用时使用的物体和测量方法相统一，因而极大地保证了
最终使用时的测距精度。
附图说明
5.附图1说明了铅球，标枪，铁饼，链球项目测距过程中使用的相机标定方法。附图2说明了跳远、三级跳远项目测距过程中使用的相机标定方法。
具体实施方式
6.1.铅球、标枪、铁饼、链球项目测距过程中使用的相机标定方法。
7.如附图1所示，o点是投掷圈的圆心，oa和ob是落地区的两条边线，g点是器材落地点，f 点抵趾板外沿上的点。在测量g点的位置时，需要测量两个值，第一个值是投掷距离，即线段fg 的长度，这与人工用皮尺测量投掷距离的方法是完全一致的。需要测量的第二个值是“高度”。为测量高度，需要在场地上画一条参考线，原则上讲，从o点出发的任何一条线都可以作为参考线，比如图中的oa，ob，oc，od中的任何一条都可以作为参考线。我们以od为例进行说明。所谓落地点g点的“高度”，就是落地点g点到这条参考线的距离，即图中线段gt的长度。注意要区分落地点是位于参考线的上方还是下方，比如我们可以定义位于参考线上方的落地点的“高度”为负值，位于参考线下方的落地点的“高度”为正值。
8.我们可以在地面上任意地确定一个平面参考系，比如与od为x轴，o点为原点建立平面参考系。在获得了落地点的上述两个测量数值之后，我们即可以获得在该坐标系下的坐标。
9.另一方面，我们可以获得落地点在照片中的坐标，这样就获得了一个落地点的一对坐标值。投掷多次之后，就可以获得多对落地点的坐标值，问题解决。
10.2.跳远、三级跳远项目测距过程中使用的相机标定方法。
11.如附图2所示，图中的矩形是沙坑，ab是起跳线(三级跳远的起跳线更远)，g点是落地点。在测量g点的位置时，同样需要测量两个值，第一个值是跳远距离，即线段fg的长度，这与人工用皮尺测量跳远距离的方法是完全一致的。为测量落地点的“高度”，我们可以以沙坑的上边线为参考线，所以落地点的“高度”就是线段gt的长度。
12.我们可以在地面上任意地确定一个平面参考系，比如以沙坑上边为x轴，以起跳线ab为y轴建立平面参考系。在获得了落地点的上述两个测量数值之后，我们即可以获得在该坐标系下的坐标。
13.另一方面，我们可以获得落地点在照片中的坐标，这样就获得了一个落地点的一对坐标值。试跳多次之后，就可以获得多对落地点的坐标值，问题解决。