在国内外体育比赛的裁判中,经常发生误判的争议,被誉为“国球”的乒乓球也不例外。目前的裁判主要依靠人工进行裁判,费时费力,并且经常会发生误判的争议。一方面,人工判决费时费力,体育裁判智能化也是当今电子体育发展的一个趋势。另一方面,由于乒乓球运动非常快,速度可以达到17 m/s,擦边和擦网只是一个瞬间的过程,而人的视觉具有暂留现象,分辨事物的最高频率为24 Hz,即反应一次至少需要0.042 s,经常难以分辨一些瞬间细微的差别。因此,仅仅依靠人工判决难以保证裁判的准确性,通常需要更详实的数据依据进行裁判。所以将乒乓球裁判融入科技,提高裁判计分的科技含量,为比赛结果的裁判与分析提供有价值的参考依据,使得采集的数据更加可靠和科学,已经是当今迫切需要研究的课题。在当前球类运动自动裁判的研究方面存在着设备花费高昂、处理数据庞大、实时性差等问题。本文从乒乓球自动计分器中的关键问题出发,根据乒乓球运动的特点,设计了一种高性能、高效率的运动目标检测算法与运动估计算法。在运动目标检测方面,针对乒乓球体积小、运动速度快和乒乓球自动计分器系统实时性要求高的特点,设计了高效率的运动目标检测算法,设置了合理的检测条件,完整提取出乒乓球运动目标并进行标记,达到了准确、直观的检测效果。在运动估计方面,从乒乓球的运动机理出发展开研究,设计了实时性强、正确率高的运动估计算法,解决了图像中运动目标位置信息缺失的问题。仿真结果显示运动估计误差小于3.2 cm,与乒乓球的直径4.0 cm相比较,该算法为精确的裁判提供了可靠的数据依据。此外,为探究目前处于感官认知阶段的马格努斯力对运动轨迹影响的分析,对旋转乒乓球建模,模型求解,算法设计,克服了旋转乒乓球的运动估计停留在感官认识阶段的难题,为后续旋转乒乓球的运动估计的研究提供了重要的理论依据。针对视频序列中存在着运动目标大量缺失的问题,提出了有效的处理方法。对乒乓球复杂的运动机理建模,建立微分方程并求解,获取缺失的运动目标速度和位移信息。仿真分析结果表明,运动目标缺失处理误差小于4 cm,与乒乓球台的尺寸和运动目标的直径相比较,误差较小,并且得到的目标信息的运动趋势与实际运动趋势保持一致,该结论证明了理论推导的正确性和该方法的有效性。