[發(fā)明專利]一種基于視頻多目標(biāo)跟蹤的足球球員跑動(dòng)距離統(tǒng)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910071272.3
• 申請(qǐng)日: 2019-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN109903312B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毋立芳;付亨;簡萌;徐得中;李則昱;盧哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/246
• 分類號(hào): G06T7/246;G06T7/277;G06T5/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種基于視頻多目標(biāo)跟蹤的足球球員跑動(dòng)距離統(tǒng)計(jì)方法屬于體育數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域。場上運(yùn)動(dòng)員的跑動(dòng)距離是一項(xiàng)重要的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展，本文提出了一種基于足球比賽視頻的球員跑動(dòng)距離統(tǒng)計(jì)方案。首先，本方法通過分析足球比賽視頻可以獲得視頻中的多目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)。然后匯總各個(gè)跟蹤軌跡，經(jīng)過軌跡平滑以及頂視圖映射操作，最后計(jì)算得到球員的跑動(dòng)軌跡、跑動(dòng)距離，輸出可視化結(jié)果。該方法是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)球員跑動(dòng)軌跡、跑動(dòng)距離的一套完整解決方案，旨在減少人工標(biāo)注的成本，并通過測(cè)試驗(yàn)證了方法可行性，具有重要應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明應(yīng)用于體育數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及目標(biāo)檢測(cè)，多目標(biāo)跟蹤、單應(yīng)性變換等計(jì)算機(jī)視覺與數(shù)字圖像處理技術(shù)。該方法根據(jù)架設(shè)在體育場內(nèi)的專用攝像機(jī)所拍攝的足球比賽視頻，順序輸入圖像，通過目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤識(shí)別圖像中的球員人形目標(biāo)并獲得跟蹤軌跡，匯總跟蹤結(jié)果后實(shí)現(xiàn)了球員的跑動(dòng)軌跡和距離的統(tǒng)計(jì)。

背景技術(shù)

足球比賽中的球員跑動(dòng)軌跡、距離是一項(xiàng)重要的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，該項(xiàng)數(shù)據(jù)可用于評(píng)估球員的行為表現(xiàn)。根據(jù)調(diào)研，該數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法依賴于專業(yè)的人工標(biāo)注，僅由少數(shù)幾家專業(yè)體育數(shù)據(jù)公司提供，獲取成本很高，并且應(yīng)用場景多面向于職業(yè)比賽。本發(fā)明可自動(dòng)化計(jì)算該項(xiàng)數(shù)據(jù)，起到輔助人工的功能，可以極大降低成本。同時(shí)，也使得該數(shù)據(jù)具有更加廣闊的應(yīng)用場景。不再只局限于職業(yè)比賽中應(yīng)用，在業(yè)余比賽或者是日常運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中本系統(tǒng)也可以獲得較好的支持，幫助更多足球運(yùn)動(dòng)員有效地提高自身水平，具有重要應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明中用作輸入的足球比賽視頻由架設(shè)在足球場地內(nèi)的專用相機(jī)提供。將兩組相機(jī)安裝在15米高的支架上，分別對(duì)球場的左右半場進(jìn)行俯拍。視頻采用固定視角拍攝，一經(jīng)安裝，相機(jī)的高度、俯角不再變化。由于相機(jī)成像以及拍攝視角的限制，兩組相機(jī)分別負(fù)責(zé)各自以中場線為界的半場內(nèi)比賽視頻內(nèi)容。拍攝實(shí)際圖片如圖1所示。

在足球比賽視頻中，通過目標(biāo)檢測(cè)和多目標(biāo)跟蹤算法實(shí)現(xiàn)球員人形目標(biāo)在視頻中的定位信息，將位置信息匯總后進(jìn)行球員目標(biāo)跑動(dòng)軌跡、距離的計(jì)算。綜上所述，本發(fā)明可以極大的減少人工標(biāo)注工作量，實(shí)現(xiàn)較為便捷的足球運(yùn)動(dòng)員跑動(dòng)軌跡、跑動(dòng)距離統(tǒng)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)球員跑動(dòng)距離的統(tǒng)計(jì)，提出了一種基于多目標(biāo)跟蹤技術(shù)的自動(dòng)測(cè)算方案，測(cè)算的方法流程如圖2所示。該方法首先將順序輸入的足球比賽視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，鎖定球員目標(biāo)檢測(cè)的感興趣區(qū)域；然后將鎖定區(qū)域的圖像送入目標(biāo)檢測(cè)模塊，得到區(qū)域內(nèi)球員的目標(biāo)檢測(cè)框；之后將每一幀的目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果送入多目標(biāo)跟蹤模塊，與卡爾曼跟蹤器關(guān)聯(lián)匹配，依據(jù)指派結(jié)果更新相應(yīng)跟蹤器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，隨著視頻圖像的迭代輸出球員跟蹤軌跡；接著通過人工修正，匯總每一個(gè)球員在完整視頻時(shí)間內(nèi)的所有跟蹤軌跡，可以獲得完整的球員位置跟蹤軌跡；最后將跟蹤軌跡送入數(shù)據(jù)后處理模塊，包括軌跡平滑去噪、差值補(bǔ)齊、頂視圖映射變換、跑動(dòng)距離計(jì)算步驟，便可輸出最終需要的跑動(dòng)距離統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

本方法各主要模塊的發(fā)明內(nèi)容如下：

1.視頻圖像預(yù)處理模塊

順序輸入的視頻圖像在進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)之前需要先進(jìn)行預(yù)處理，主要可分為兩步，目標(biāo)檢測(cè)感興趣區(qū)域(ROI)的設(shè)置以及視頻半場邊界點(diǎn)的標(biāo)注。

由于視頻的拍攝視角以及目標(biāo)檢測(cè)模型人形目標(biāo)泛化能力的原因，足球比賽視頻中除了本發(fā)明所需的球員目標(biāo)外，也會(huì)拍攝到場外的行人、觀眾、工作人員等不需要的人形目標(biāo)，如圖3所示。因此需要通過預(yù)處理將圖像中不感興趣的區(qū)域過濾，減少目標(biāo)檢測(cè)模型識(shí)別不需要的人形目標(biāo)。感興趣區(qū)域圖像過濾流程如圖4所示，示例如圖5所示。

同時(shí)，也需要標(biāo)注視頻所覆蓋的半場的四個(gè)邊界坐標(biāo)，用于后續(xù)多余目標(biāo)檢測(cè)框的過濾以及單應(yīng)性變換映射矩陣的計(jì)算。

2.目標(biāo)檢測(cè)模塊

球員跑動(dòng)距離主要是由比賽視頻中的目標(biāo)跟蹤軌跡根據(jù)相應(yīng)的比例計(jì)算得來，而視頻中目標(biāo)跟蹤狀態(tài)更新的基礎(chǔ)就是球員人形目標(biāo)的檢測(cè)。