基于红外技术的乒乓球裁判辅助系统关键技术研究

江茹莉 苏振阳

【摘要】由于乒乓球比赛中“擦边、擦网和发球”是运动员和裁判员发生争议最多的状况，为此，本研究利用比较成熟的红外线技术，采用红外线反射式，主动探测乒乓球比赛中发球是否擦网。该系统主要由中央处理模块、红外收发模块和报警模块组成。所设计的系统具有低成本、结构简单、工作可靠、实用性强等优点。

【关键词】乒乓球;红外线;擦网

1.引言

有争议的比赛，观众看着热闹，饭后讨论热烈，而临场裁判确判断困难，仲裁委员会协调显得力不从心。获利队员沾沾自喜，非获利队员气愤不已，这是体育比赛中，依靠裁判主观的比赛中，普遍存在的现象。

乒乓球比赛亦是如此。通过多年的乒乓球基层裁判比赛经验和走访国家级乒乓球裁判得知，乒乓球裁判员普遍认为乒乓球比赛最难判断的状况就是“擦边、擦网和发球”。乒乓球擦网球判断时，主裁判正对球网，通常无法正确判断，只有侧身或者偏头才能看的清楚一些。就这样，也会发生从运动员的角度（球台端线外）看是擦网，而从裁判椅上的裁判角度看好像又没有擦网;或者是从裁判的角度看，擦网了，网子动了，而运动员又不承认的现象，这主要是观察者所处的角度不同而已。对于较为激烈的比赛，只要裁判对擦网球稍微反应迟钝一下，已经两个来回过去了，且有队员失误了，这时候就更难判断。判断稍有不慎，就会引发争议，中断比赛，影响比赛的连续性和公平性。

本研究试图借助目前研究技术比较成熟，且应用成本较低的红外线技术，对乒乓球比赛中擦网球进行辅助裁判研究，协助主裁判做出公正的判决，还比赛以公平、公正。

2.研究现状

近年来，红外线以其优异的性能得到人们的青睐，越来越广泛的应用于军事、医疗、工业和家电产品等许多领域，在个别体育赛事中也有了红外线的应用。红外装置具有体积小、微功耗、功能强、线路简单、保密性好、成本低等特点，具有探测距离远、抗干扰能力强等优点。具体应用如：红外线开关，红外线开关有主动式和被动式;常见的红外感应龙头也是应用了这种原理。还有如医疗保健，遥控器，不少家用电器都配有红外线遥控装置。红外接口，越来越多的电子设备装配了红外端口，支持无线传输，避免了通过电缆连接的累赘。防盗装置，由红外线发射机和红外接收机组成，红外遥感，在漆黑的夜晚应用红外遥感设备可以探测各种矿藏。红外侦察，侦察卫星携带红外成像设备可获得更多地面目标的情报信息，并能识别伪装目标和在夜间对地面的军事行动进行监视;导弹预警卫星利用红外探测器可探测到导弹发射时发动机尾焰的红外辐射并发出警报，为拦截来袭导弹提供一定的预警时间。红外制导，红外制导就是利用目标本身的红外辐射来引导导弹自动接近目标，以提高命中率等。

苗葳，毕克奇在《基于PC控制的皮划艇激流回旋比赛判罚系统》一文中，提出利用红外线特性，开发出撞线检测装置，这种设计由红外线发射电路和红外线接收电路两部分组成，其输出的方波信号使三极管交替地饱和与截止。利用这个特性，我们将红外发射管和接收头

安装在起跑线水门和终点线水门的两侧。当没有运动员出现在两者之间时，红外脉冲光不断地照射接收头，un输出为高电平。但当有运动员经过时，挡住了红外光，输出端没有信号输出;在运动员通过之后，接收头又被红外光照射，输出端又输出高电平。因此这一过程中输出端un就会出现一个负脉冲。通过脉冲的变化值，就可以判断出运动员到达终点的先后顺序。

虽然红外线技术在各行各业应用十分广泛，技术也比较成熟，但在体育领域的应用却十分有限。特别是本研究提及的红外线在乒乓球裁判系统的中的应用事项，国内外更是鲜有研究。虽然有基于机器视觉技术在网球、羽毛球、足球等领域的应用、研究，但都因为其高昂的使用费用而难以在基层推广。所以本研究拟利用红外装置具有的体积小、微功耗、功能强、线路简单、保密性好、成本低等特点，开发研究一种乒乓球裁判辅助系统，对于红外线在体育领域的应用研究进一步拓展，以期得到更好的实际应用价值，为体育比赛的公平、公正顺利进行提供更好的技术支撑。

3.系统总体概述

基于红外技术的乒乓球擦网辅助裁判系统，可克服裁判员长期盯着球网和比赛，容易造成的眼睛疲劳，视觉误差，精神疲劳等状况，同时能克服人为判断的主观性对比赛的影响，克服眼睛分辨能力有限等实际问题。为乒乓球比赛的公平、公正、顺利进行提供一种客观的裁判辅助方法，让现代科学技术更好的为体育比赛服务。

3.1 系统工作原理

如图1所示，在乒乓球网柱的两端立柱上，安装红外线发射、接收对管，且发射出的红外线要紧贴网带上沿（球网中间弧度忽略不计）。红外收发模块以红外发光二极管作为信号源，以光敏三极管作为红外接收装置，组成对射式收发系统。正常情况下，红外接收管不间断地接收来自红外发射管的红外光。当有物体通过红外线发射管及红外线接收管所构成的警戒线时，在锁相环的控制下产生报警信号。由于锁相环对自身产生的信号锁相，因此具

有自适应功能，工作稳定可靠。

本系统工作开始，当主裁判发出“准备”发球口令时，副裁判打开电路开关，使得系统处于通电工作状态。当发球没有擦网，即没有切断网带上沿的红外线时，系统不工作;当发球擦网后，乒乓球必然切断网柱之间的红外线，这时系统工作，把切断的电信号传出至PC机，PC机收到这个脉冲信号后并及时处理，做出乒乓球擦网的判断后，立即向报警器发出信号，报警器接收到信号后，可以以声、光等形式向主裁判和观众发出提示信号，最终由主裁判做出判罚。另外，由于乒乓球比赛规则规定，只有发球擦网才需要重发球，而比赛过程中的乒乓球擦网则为好球。所以如果发球结束后乒乓球没有擦网，则副裁判要立即关闭系统电源，让系统停止工作，否则比赛过程中的乒乓球擦网，报警器也会报警，这样会影响比赛的正常进行。

图1 系统工作原理图

3.2 系统电路工作原理

如图2所示，控制箱内设置有电源41，控制主板42，在控制箱上设置有报警器43、电源开关44、启动开关45，所述电源41通过电源快关44及导线连接至220v，电源44给控制主板42供电，红外发射器及红外接收器通过导线连接控制主板42，启动快关45及控制主板42的控制端连接，报警器43及控制主板42的驱动连接。

图2 系统电路工作原理图

3.3 警示系统

通过对红外线系统传回的脉冲信号进行处理后，再将判断是否擦网的结果传输到警示系统。如果判断没有擦网，则系统不工作，也不输出结果，比赛顺利进行;如果判断为“擦网球”，则系统需快速做出反应，并将判断结果快速及时的传输到警示系统，警示系统则通过声、光等形式通知主裁判和现场观众，辅助主裁判判定结果，做出擦网球的手势，判断重发球。

4.结论与展望

本设计成功地将红外线技术和体育比赛的乒乓球裁判工作结合，通过计算机和合理的电路设计，将红外线脉冲信号及时的传出、放大、变换，成为更直观的声音信号和光信号，使临场主裁判能很好的看到发球是否合法的结果，为比赛的公平、公正、顺利进行提供了可靠的技术保障。同时，由于该系统设计的红外线应用成本较低，且技术比较成熟，所以具有较好的市场推广应用价值。但是，由于红外线的特点限制，无法识别外界的风、飞虫等非比赛因素的干扰，所以该系统的实际应用还具有相当的提升空间，完善该系统还需要进一步的实验研究。

参考文献

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作者简介：江茹莉（1979—），女，安徽利辛人，硕士，副教授，研究方向：体育教育训练学。