基于视频的排球智能分析系统的研究与实现

建立并修 正其运动轨迹方程． 通过两个摄像头 同步获得 的轨 迹曲线实现排球 三维运动轨迹 的曲线合成． 该 曲线不仅可 以
记 录每一 时刻球体 的位置信 息 ， 而且包含球体 的运 动方向 、
运动 目标的三维几何信息【 引 ． 视频在生成 以及传输过程 中 ， 会
因外界环境 的影响产生一些 噪声 ，预处理 阶段 可采用 图像
Ｖｏ １ ． ３ １ Ｎｏ ． ２
Ｆ ｅ ｂ． ２０１ ５
基 于视频 的排球智 能分 析系统 的研究 与实现
刘 苗 苗 ，李 增 男 ，张 永 生
（ 东北石 油大 学 ，黑龙 江 大庆
摘
１ ６ ３ ３ １ ８ ）
要： 以排 球 运 动 轨 迹 为 研 究 对 象 ， 将 计 算 机视 觉 、 视 频 分 析 处 理技 术 相 结合 ， 研 究 了基 于视 频 的排 球 轨 迹 获取 关键 技
１ 关 键 技 术 分 析 实 现
由于摄像机 和运动场地 背景处 于相对静止状态 ，而 当
前 在 静 止 背 景 下 常 用 的运 动 目标 检 测 方 法 有 背 景 差 分 法 、
帧间差分法 、 光 流法 和运动能量法等［ ４ １ ． 背景差 分法是基 于图 像序列和参考 背景模型相减实现运动 目标检测 的 ，是 当前 最常用的运动 目标检测方法之一 ． 它首先抓取 图像作 为背景 图像 ，之后利用当前图像与背景图像差分从而检测 出运 动 物体． 该方法能够较完整地提取 出运动 目标 ， 位置精确 ， 实时
术． 通过视频 帧处理 、 运 动 目标 检 测 、 识 剐跟踪 、 轨 迹 提 取 等 一 系 列 步 骤 从 视 频 中精 准 提 取 排 球 运 动 轨 迹 信 息 ， 采用 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ Ｏｐ ｅ ｎ ＣＶ及 Ｍａ ｄ ａ ｂ设 计 并 实现 一 套 排 球 智 能 分 析 系统 ， 为排 球 比 赛 分析 及 球 队 战术 训 练 等 提 供 决 策 支持 ．
以及场地边界数据 ，同时将 图像 的像 素坐标 映射成实际场
地坐标．
动模型 ，使用 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ 公司 提供 的计算机视觉 函数 库 Ｏ ｐ ｅ ｎ Ｃ Ｖ 进行图像 处理和计算机视觉方面的算法． 首 先采 集图像 ， 然
后统计特征点 ， 检测 当前系统状态下是否有运动 目标． 若有 ，
（ ２ 艘 收 由摄像机和 图像采集 卡等视频设 备获取的数字 信号 ， 并将采集到的每帧数据保存 为静态 图像． （ ３ ） 比赛开始后启 动系统 ， 利 用运动 目标检测算 法检测
赛训练等的裁判决 策和智能分析．
１ ． １ 视频信息的获取
本系统要根据采集 到的视频 信息 获得排球 的运动轨迹
曲线 图 ，因此 要通 过摄 像机标定实现从视频设备 中获得 的 二维图像 到运动 目标 三维坐标信息 的对应转 换… ． 系统首 先 采用线性标定 或张正友标定 等传 统标定法对摄像机进行标 定， 获取摄像 机的内外参数 以及双 目摄像机的位姿关系日 ． 完 成摄像机和场地的标定后 ，接收 由视频设备获取 的数字信 号， 按一定 的采 样问 隔进 行采样 ， 得到 时变序列 图像 集 ， 并 将采集到的每 帧数据保存为静态图像 ． 系统通过双 目摄相机 可同时从不 同角度获取两幅 图像 ，然后基 于视差 原理恢复
ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ开发一套排球智能分析系统． 系统采 用双摄像 机同步
读取 两个摄像 头实时捕获的视频 ，获取不 同方位 的排球运 动图像信息． 通 过标定两 台摄像机 的内外参数获得排球的三 维坐标． 从 系统实时 炷和鲁棒性 要求 出发 ， 使用背景 差分法 实现对排球 的快速检测． 同时结合排球的形状 、 颜色、 亮度等 特性 实现对排球 的识别与空间定位． 利 用排球 的运动 特性 ，
关 键 词 ：视 频 ； 目标检 测 ； 识别跟踪 ； 轨 迹 提 取
中图分类号 ： Ｇ ８ ４ ２
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ２ ６ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ — ０ １ ８ ２ — ０ ２ （ ６ １ 将 轨迹 曲线 特征作 为智 能分析 系统的输入 ， 用于 比
滤波方法等对 图像 帧进行去 噪处理 ， 提高视频帧 的质量 ， 便
于后期的分析处理．
１ ． ２ 运 动 目标 检 测
运动 速度 、 轮廓 参数等信息． 最后 ， 分析球体轨迹 曲线特 征 ，
并将轨迹模 型包 含的信 息作 为智 能分 析系统的输入 ，用 于 战略 战术分析 、 队员动作分析等 ， 为排球运动研究提供准 确 依据和决策支持 ， 进而提高 了比赛研究人员的工作效率．
性 好 ， 因此 本 系 统 设 计 中采 用 了背 景 差 分 法 来 提 取 排 球 运
பைடு நூலகம்
基于视频的排球智 能分析系统的设计与实 现主要涉及 视频帧处理 、 运动 目标检测识 别、 运动轨迹提取等 几方面技 术． 整个系统的工作流程如下 ：
（ １ ） 进 行摄像机标 定和场地标 定 ， 获得摄像 机 内外 参数
随着计算机视 觉技术和 图像 处理技 术的飞 速发展 ， 基
于视频 的运动 目标检测及跟踪技术在排球 等体育项 目中应 用越来越广泛．针对排球 比赛技术分析和指导的应用需求 ， 本文以排 球的检测 跟踪及运 动轨迹为研究对象 ，将计算 机
视觉技术 、图像处理技 术相结合 ，提 出基于视频 的排球 检 测、 跟踪、 轨迹 获取整 体解 决方 案 ， 采用 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ Ｏ ｐ ｅ ｎ Ｃ Ｖ及
第３ １卷 第 ２期 （ 上）
２ ０ １ ５ 年 ２月
赤 峰 学 院 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｆ ｅ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）