[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于球場(chǎng)比賽視頻圖像的移動(dòng)目標(biāo)位置自動(dòng)檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310714339.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103745483B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈樂(lè)君;劉青
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 成都體育學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/20
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/20;G06T7/00;G06T3/00
• 代理公司: 成都市輔君專(zhuān)利代理有限公司51120
• 代理人: 張堰黎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其屬于體育比賽技術(shù)分析圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于球場(chǎng)比賽視頻圖像的移動(dòng)目標(biāo)位置自動(dòng)檢測(cè)方法。?

背景技術(shù)

在體育比賽中，技戰(zhàn)術(shù)對(duì)比賽結(jié)果有決定性的影響。因此，獲取敵我雙方的技戰(zhàn)術(shù)信息，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，成為克敵制勝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中，從視頻圖像中獲得運(yùn)動(dòng)員的技戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)，不但具有客觀(guān)、無(wú)干擾的特點(diǎn)，而且能夠在比賽條件下進(jìn)行的，是目前最為有效的科研手段之一。?

真實(shí)的矩形比賽場(chǎng)地被光學(xué)裝置如攝像機(jī)處理后，變成遠(yuǎn)小近大的透視圖像。因此，需要將圖像坐標(biāo)下的二維落點(diǎn)位置進(jìn)行“逆透視”變換，變?yōu)槭澜鐦?biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系下的落點(diǎn)坐標(biāo)，才能得到真實(shí)的球場(chǎng)落點(diǎn)信息。目前，有的技戰(zhàn)術(shù)分析軟件已經(jīng)具備逆透視變換功能。?

但是，上述方法在標(biāo)定過(guò)程中嚴(yán)重依賴(lài)手工，效率非常低。如果攝像機(jī)固定不變，則只需要標(biāo)定一次，就可以獲取擊球落點(diǎn)。但是，我們獲得的關(guān)于對(duì)手的電視視頻，大都不滿(mǎn)足“攝像機(jī)固定不變”的條件。在體育比賽電視轉(zhuǎn)播過(guò)程中，攝像機(jī)常常隨著運(yùn)動(dòng)員的跑動(dòng)而平移、在比賽精彩之處對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行放縮、而且常常切換鏡頭避免觀(guān)眾出現(xiàn)疲勞。當(dāng)攝像機(jī)參數(shù)不斷變化，如平移、放縮和鏡頭切換時(shí)，需要對(duì)每幀都進(jìn)行標(biāo)定。逐?幀標(biāo)定的工作量巨大。?

Farin（Farin?D,Krabbe?S,Effelsberg?W.Robust?camera?calibration?for?sport?videos?using?court?models[C].Proceedings?of?SPIE?Storage?and?Retrieval?Methods?and?Applications?for?Multimedia,2004,5307:80.）在2004年提出的方法中，采用了霍夫變換的直線(xiàn)檢測(cè)方法。但是，因?yàn)榍驁?chǎng)直線(xiàn)的實(shí)際寬度往往大于2個(gè)像素，所以霍夫變換容易出現(xiàn)多個(gè)檢測(cè)結(jié)果。霍夫變換雖然能夠檢測(cè)到球場(chǎng)直線(xiàn)，但是一條真實(shí)的球場(chǎng)直線(xiàn)至少存在3條以上的直線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果。雖然它使用LMS方法將多個(gè)檢測(cè)結(jié)果合并，但這給直線(xiàn)檢測(cè)的精度帶來(lái)了誤差。也就是說(shuō)，他的方法存在較大的誤差。?

Farin（Farin?D,Han?J.Fast?camera?calibration?for?the?analysis?of?sport?sequences[C].IEEE?International?Conference?on?Multimedia?and?Expo(ICME),2005:4）在2005年提出的方法中，采用了基于RANSAC（隨機(jī)抽樣一致性）的直線(xiàn)檢測(cè)方法。該方法提高了計(jì)算速度，但是由于它的隨機(jī)性，直線(xiàn)檢測(cè)的結(jié)果依然存在較大的誤差。其次，他們還使用了直線(xiàn)段的方法來(lái)進(jìn)行更快速的球場(chǎng)檢測(cè)。這極大的提高了計(jì)算效率。但是，他們并沒(méi)有對(duì)RANSAC方法引入的系統(tǒng)誤差進(jìn)行處理。?

沈樂(lè)君（Shen?L?J,Ke?Z?Y.A?fast?and?sub-pixel?detector?for?grid-like?target?in?camera?calibration[C].2010Symposium?on?Photonics?and?Optoelectronic?(SOPO),2010:1-4.）在2010年提出的方法中，采用了新的直線(xiàn)檢測(cè)思路。他們首先提取圖像中的特征點(diǎn)，然后?根據(jù)這些圖像特征點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)，然后連接特征點(diǎn)完成直線(xiàn)檢測(cè)。該方法通過(guò)特征點(diǎn)過(guò)濾的技術(shù)，降低了直線(xiàn)檢測(cè)的計(jì)算量。而且，他們提出子像素精度的方法。但是，該直線(xiàn)檢測(cè)方法隱含著一個(gè)假設(shè)：球場(chǎng)直線(xiàn)由特征點(diǎn)連接而成。但是，在真實(shí)的視頻中，尤其是電視視頻中，該假設(shè)并不總是成立。所以存在漏檢的情況。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足公開(kāi)了一種基于球場(chǎng)比賽視頻圖像的移動(dòng)目標(biāo)位置自動(dòng)檢測(cè)方法。本發(fā)明要解決的問(wèn)題是采用檢測(cè)與跟蹤融合的分層直線(xiàn)跟蹤技術(shù)（detection-by-tracking），消除了直線(xiàn)檢測(cè)的虛警，降低比賽場(chǎng)地識(shí)別的計(jì)算量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別比賽場(chǎng)地中的靶標(biāo)，自動(dòng)計(jì)算透視變換參數(shù)，進(jìn)而獲取移動(dòng)目標(biāo)位置等信息。?

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：?

基于球場(chǎng)比賽視頻圖像的移動(dòng)目標(biāo)位置自動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于包括比賽視頻圖像采集，視頻圖像處理和移動(dòng)目標(biāo)位置確定；?

比賽視頻圖像采集：獲取包含球場(chǎng)的體育比賽中包括移動(dòng)目標(biāo)的數(shù)字視頻圖像；?

視頻圖像處理：建立自動(dòng)識(shí)別靶標(biāo)、比賽場(chǎng)地模型與視頻圖像特征之間的透視變換矩陣數(shù)據(jù)庫(kù)；?