[发明专利]自动畸变校正的斯诺克台球桌面坐标的提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用于体育运动领域的计算机辅助裁判系统，更具体的说，涉及计算机台球辅助裁判方法中的自动畸变校正的斯诺克台球桌面坐标的提取方法。

背景技术

斯诺克(Snooker)台球和美式台球是深受人们广泛欢迎的一项体育运动，国内外经常举行各种大赛，但目前斯诺克台球比赛和美式台球的裁判还一直沿用传统的裁判员目视裁判的方法，然而斯诺克和美式台球比赛耗时长，经常会出现视觉疲劳造成误判、一些细小的失误未被发觉、以及需要复位的情况产生，因此经常造成一些不必要的争执，为此需要开发一种计算机辅助裁判系统帮助裁判员避免上述情况的产生，该系统采用的是摄像头取景技术，跟踪球的运动轨迹，依据裁判规则辅助裁判员做出正确的裁判，然而，摄像头在台球桌台面的正上方采集台球桌台面图形信息时，由于镜头的原因采集的台面图像是变形的，如果直接使用采集的图形进行辅助裁判会影响系统做出正确的判决，摄像头采集的图形提供的是图像坐标，而辅助裁判系统针对的是一个真实台球桌面的台面坐标，台球应该是在台面坐标中运动，计算机的判别方法也是在台面坐标中实现，因此需要对所采集的变形图像进行畸变校正，同时将图像坐标转换输出为台面坐标。

发明内容

本发明的目的是提出一种自动畸变校正的斯诺克台球桌面坐标的提取方法，该方法解决了计算机辅助裁判方法的台球在台面坐标中的定位，使摄像头采集的台球桌面的变形图像坐标校正为台面坐标。

本发明的技术方案是这样实现的：自动畸变校正的斯诺克台球桌面坐标的提取方法，该方法基于一个计算机辅助裁判系统，所述系统包括摄像头、斯诺克台球桌、视频采集器以及计算机；所述摄像头安装于斯诺克台球桌台面中心的上方，摄像头最大视角含盖台球桌台面，摄像头的视频输出连接至视频采集器，视频采集器连接至计算机，设定台球桌台面长边为X轴、短边为Y轴；该方法的步骤包括：

a.输入一组数据，确定图像在X轴方向的分辨率；所述数据包括：摄像机镜头距台面的高度、摄像机镜头在台面X轴方向的视角、台面在X轴方向的长度、Y轴方向的长度以及图像在X轴方向的像素数；

b.采集一幅无球时的台球桌面图像，称为背景图像，所述背景图像中包括台面中央在X轴方向设有的一行置球点；

c.由所述置球点确定一条中线，中线将背景图像分别为Y轴方向上半区图像和Y轴方向下半区图像；

d.在背景图像中确定封闭的有效击球区域，即确定有效击球区域的四条边缘及其四个交点；

e.确定背景图像在所述上半区的Y轴方向空间分辨率序列和所述下半区的Y轴方向分辨率序列；所述上、下半区的Y轴方向分辨率序列是指Y轴方向的分辨率随X坐标的不同而不同，同一个X坐标上、下半区对应的Y轴方向的分辨率又不同；

f.确定有效击球区域中任意一点的图像坐标对应的台面坐标。

所述图像在X轴方向的分辨率：单位为毫米/像素，其计算公式为δ＝{h×tan(θ/2)}×2/∑a，公式中h是摄像镜头距台面的高度，θ是镜头视角，∑a是台球桌面X轴方向像素总数。

所述确定封闭的有效击球区域包括平滑、彩色分割、边缘检测、峰值边缘提取、曲线拟合五个步骤：

步骤1.输入背景图像，采用平滑掩膜运算消除噪音，输出平滑后的背景图像；

步骤2.输入平滑后的背景图像，确定潜在的有效击球区域，输出彩色分割图像：即统计图像中色调分量直方图，提取直方图中最大峰值点对应的色调称为峰值色调，将图像中色调位于峰值色调-10和峰值色调+10的区间颜色区域确定为潜在的有效击球区域，标记出潜在的有效击球区域并保存为彩色分割图像，台球桌面的潜在的有效击球区域大于有效击球区域；

步骤3.输入平滑后的背景图像，检测有效击球区域的边缘，输出边缘检测图像；

步骤4.输入边缘检测图像和彩色分割图像，提取有效击球区域上、下、左、右四条边的边缘点；

步骤5.将有效击球区域的上、下、左、右四条边的边缘点分别进行二次曲线拟合，得到封闭的有效击球区域。

所述提取有效击球区域边缘点的步骤是：

步骤1.利用边缘检测算子确定离散不连续的边缘点；

步骤2.剔除位于潜在的有效击球区域之外的边缘点；

步骤3.将边缘点分成上、下、左、右四组，分别位于上、下、左、右半图像区，依次对应有效击球区域的上、下、左、右边界；

步骤4.对于上、下组边缘点，每一列只保留一个取值最大的边缘点，对于左、右组边缘点，每一行只保留一个取值最大的边缘点。