网球的轨迹测量系统能够克服人类依靠肉眼进行观察的缺陷,辅助裁判做出更准确的判断,有效遏制裁判进行暗箱操作的动机,保证体育竞技的公平性,但目前网球轨迹测量系统的复杂性且不菲的部署费用限制其应用。本文研究并设计了一套高可靠性、精度和相对低成本的网球轨迹测量系统,具体工作内容如下:（1）实现一种基于三帧差分、局部动态阈值和改进YOLOv4（You Only Look Once）模型的网球轮廓提取算法。通过三帧差分法实时地对网球轮廓进行粗略的提取,当检测到网球的起始轨迹后,通过局部动态阈值对网球轮廓进行二次检测以得到更准确的网球轮廓,对于面积较大的网球轮廓,使用基于改进的YOLOv4模型对轮廓区域进行判断,降低错误识别网球的概率。（2）实现一种基于标定板特征点和场地固定点、基于RANSAC的场地坐标系转换矩阵的计算方法。该法改善单独使用标定板标定场地的情况下,由于标定板标定点不处在网球场地平面导致远处的网球坐标测量误差大的问题,同时优化标定板区域检测算法,提升传统标定板区域检测算法的可靠性。（3）建立网球的动力学模型,并实现一种网球轨迹识别算法。该算法通过网球轨迹点的运动方向、运动速度、运动加速度、共面四个方面对轨迹候选点进行评价,并采用全连接的思想进行轨迹匹配与重建,实现网球轨迹的准确且实时的识别,同时实现基于UKF的网球落点预测算法,能够准确预测满足精度要求的落点坐标。（4）设计实现网球轨迹测量系统,包括网球轮廓提取、坐标计算与转换、网球轨迹识别与落点预测等算法、网球轨迹的三维重建、性能优化等模块的实现。