[发明专利]一种基于视频分析的足球越位自动判别系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于运动技术领域，尤其涉及一种基于视频分析的足球越位自动判别系统和方法。

背景技术

在足球比赛中，是否越位主要由助理裁判来判断。在对越位的判别上是以传球瞬间为依据，并不是以足球落地的那一刻来判断。人工裁判受到自身注意力、反应能力、身体机能、个人素质各方面的限制，仅靠人工裁判不能对越位的判断做到客观公正，所以利用计算机技术设计相应自动判别越位的算法是十分必要的。

目前，国际上大部分体育视频内容分析系统集中于网球、篮球和棒球领域，而在足球方面更多的人员热衷于分析智能机器人的颜色识别和策略实施。国内主要研究热点集中在视频语义对象的提取，包括球场的检测、球和球员的检测以及场景的三维重建，这些技术都集中在视频分析而没有体现在判罚比赛上。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于视频分析的足球越位自动判别系统和方法，旨在解决目前国际上大部分体育视频内容分析系统集中于网球、篮球和棒球领域，而在足球方面更多的人员热衷于分析智能机器人的颜色识别和策略实施。国内主要研究热点集中在视频语义对象的提取，包括球场的检测、球和球员的检测以及场景的三维重建，这些技术都集中在视频分析而没有体现在判罚比赛上的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于视频分析的足球越位自动判别的方法，该方法包括：

首先采集视频中的图像，提取足球场地并进行运动员与足球的检测；

提取球场特征线，对球场平面进行坐标重建；

完成足球比赛视频中越位的自动判别。

进一步，采集视频图像，提取足球场地并进行运动员与足球检测的实现方法如下：

通过提取的足球场地具体算法，得到足球的场地图像；

通过区域分析将球场以外的区域去除，在此背景模型下进行球员的提取；

用类似球员提取的方法提取足球图像。

进一步，用类似球员提取的方法提取足球图像的实现方法：

首先设计一个5*5的高斯模板，引出一个对足球进行估计的评价函数，提取出足球候选区域。定义为：

R＝A(i，j)/B(i，j)+k

其中A(i，j)是以高斯模板对图像求和，其值越大表明此目标有可能是足球；B(i，j)定义为足球的吻合度评价函数，以高斯模板为大小对图像每个像素点求方差，差值越大表明目标越不是足球；k为常数项。通过此足球评价函数评估图像中的目标是不是足球。最后算法对图像进行归一化。

进一步，对球场平面进行坐标重建的实现方法：

对采集到的标定图像进行预处理，利用球场探测技术反投影提取足球场地，滤除球场外地干扰；

利用Canny边缘检测，通过膨胀、闭合等图像处理方法加强图像中禁区边界线和球场边线这些球场特征线。

利用Hough变换检测直线，得到直线方程求解边界线的交点坐标，即为球场特征点的图像坐标。

利用线型摄像机模型的摄像机标定方法求解投影矩阵。

进一步，越位自动判别的实现方法包括：

将每一时刻赛场中的信息保存下来，信息包括：两队22名球员的位置、球的位置和归属；

根据国际足联对越位位置的定义结合球场平面模型，得到判断规则：

假设蓝方队员向左进攻，红方为防守方，若排序数组中蓝方队员坐标大于中线x坐标，则该队员不处于越位位置，即越位要在对方半场发生；如果排序数组中进攻的蓝方队员前面有两个或两个以上的防守队员，则该队员不处于越位位置；如果进攻方最靠前球员的坐标与两名以上防守球员的坐标相等，则该队员也不处于越位位置；当进攻方一名球员位置上处于越位位置，如果没有得到利益，包括没有“卷入”己方的进攻或者射门，没有干扰对方门将，则不算越位。

基于上述越位规则和算法，使用建立的模型，通关编程实现越位检测算法。

进一步，球场场地的提取的实现方法如下：

读入视频图像，选取关键帧，将RGB颜色空间转换成HSV模型；

提取图像的H分量，得到H分量的直方图；

在直方图中寻找峰值点的位置，其峰值点的值为M₁

在峰值点周围查询数值大于k*M₁的像素点，k为比例因子，计算该部分，将这部分从直方图中去除，接着寻找下一个峰值点进行类似的操作；

将去除的这些峰值部分进行比较，取最大部分的向量进行反投影变换，重建以RGB为颜色模型的图像，最终得到了足球的场地图像。

进一步，球员提取的方法，该方法包括：