[發(fā)明專利]一種乒乓球運動軌跡識別定位與跟蹤系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611067418.X
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106780620B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王萍;茹鋒;崔夢丹;閆茂德;黃鶴
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/285;G06T17/00
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陸萬壽

本發(fā)明涉及圖像處理和機(jī)器視覺領(lǐng)域，具體涉及一種乒乓球運動軌跡識別定位與跟蹤系統(tǒng)及方法，通過兩臺高速高清攝像機(jī)實時采集乒乓球運動時的圖像；對采集的圖像進(jìn)行目標(biāo)識別和空間定位后形成數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和跟蹤，得到乒乓球軌跡信息；通過乒乓球目標(biāo)跟蹤模塊得到的乒乓球軌跡信息，并結(jié)合攝像機(jī)內(nèi)外部參數(shù)，進(jìn)行模擬重現(xiàn)乒乓球三維運行軌跡。本發(fā)明能夠解決復(fù)雜背景變化的干擾和對快速運動目標(biāo)的跟蹤實時性不高的問題，提升跟蹤采集高速移動目標(biāo)的圖像信息的準(zhǔn)確性。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及圖像處理和機(jī)器視覺領(lǐng)域，具體涉及一種乒乓球軌跡識別定位與跟蹤系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】

傳統(tǒng)Mean-Shift目標(biāo)跟蹤算法以顏色信息或邊緣信息作為特征進(jìn)行描述，缺少空間信息和必要的模板更新。傳統(tǒng)的顏色特征為顏色直方圖，該方法需要計算每一個顏色區(qū)域中像素的數(shù)目，即便是最快的檢測算法，也必須要有底層運算采用對圖像點陣數(shù)據(jù)逐點掃描的操作，使了該算法的計算效率降低。此外，當(dāng)對快速運動目標(biāo)進(jìn)行識別跟蹤時，又會出現(xiàn)形變或目標(biāo)跟蹤丟失的情況。并且在乒乓球運動中，乒乓球又具有體積小、表面光滑容易反光等特點，增加了乒乓球識別的難度。在高速運動時乒乓球整個有效行程僅持續(xù)0.5s左右，使得準(zhǔn)確檢測和識別乒乓球任務(wù)非常困難。

本發(fā)明提出的一種乒乓球運動軌跡識別定位與跟蹤系統(tǒng)中，運用高速高清攝像機(jī)采集乒乓球運動視頻，解決了普通攝像機(jī)采集快速運動目標(biāo)時容易發(fā)生形變的缺點。其中在融合運動信息和預(yù)測機(jī)制的改進(jìn)Mean-Shift目標(biāo)跟蹤算法和傳統(tǒng)Mean-Shift目標(biāo)跟蹤算法對乒乓球運動軌跡識別定位與跟蹤的對比試驗中，本發(fā)明提出的跟蹤算法對乒乓球運動軌跡都能進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤，但Mean-Shift目標(biāo)跟蹤算法明顯有幾幀無法實現(xiàn)準(zhǔn)確跟蹤，并且在視頻的處理速度上本發(fā)明提出的算法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)Mean-Shift算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種乒乓球軌跡識別定位與跟蹤系統(tǒng)及方法，旨在解決在復(fù)雜背景和目標(biāo)快速運動的情況時，現(xiàn)有技術(shù)無法對乒乓球進(jìn)行實時準(zhǔn)確跟蹤的問題，不僅提高了圖像采集的準(zhǔn)確性，還提高了實時跟蹤的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種乒乓球軌跡識別定位與跟蹤系統(tǒng)，包括：

實時圖像采集和傳輸模塊，包括兩臺高速高清攝像機(jī)，用于實時采集乒乓球運動時的圖像；

乒乓球目標(biāo)識別定位和跟蹤模塊，用于對實時圖像采集和傳輸模塊采集的圖像進(jìn)行目標(biāo)識別和空間定位后形成數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和跟蹤，得到乒乓球軌跡信息；

攝像機(jī)標(biāo)定模塊，用于對攝像機(jī)的內(nèi)外部參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；

運行軌跡三維重建模塊，用于接收乒乓球目標(biāo)跟蹤模塊得到的乒乓球軌跡信息，并與攝像機(jī)標(biāo)定模塊得到的攝像機(jī)內(nèi)外部參數(shù)結(jié)合，進(jìn)行模擬重現(xiàn)乒乓球三維運行軌跡。

所述實時圖像采集和傳輸模塊還包括兩個光源，一個雙路高清HDMI視頻采集卡和一臺電腦，兩臺高速高清攝像機(jī)設(shè)置在乒乓球桌同側(cè)，機(jī)身均距離地面1米，兩臺高速高清攝像機(jī)沿乒乓球網(wǎng)架所在平面對稱，分別相距網(wǎng)架所在平面50厘米，且鏡頭正對于乒乓球桌，視野交叉覆蓋整個乒乓球運動有效區(qū)域；兩個光源分別位于兩臺高速高清攝像機(jī)的左右兩側(cè)，與攝像機(jī)同處于一個水平面和垂直面，且分別相距網(wǎng)架所在平面1米；兩個光源光照方向與網(wǎng)架所在平面夾角均為30度，光照交叉覆蓋整個乒乓球運動有效區(qū)域；兩臺高速高清攝像機(jī)分別與雙路高清HDMI視頻采集卡的一個端口連接，使攝像機(jī)拍攝到的視頻通過采集卡傳輸?shù)诫娔X上，完成了實時圖像采集和傳輸。

所述實時圖像采集和傳輸模塊的采集幀頻為2000FPS。

一種乒乓球軌跡識別定位與跟蹤方法，包括如下步驟：

Step1，通過兩臺高速高清攝像機(jī)實時采集乒乓球運動時的圖像；