基于计算机视觉算法的运动场智能化实现方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于计算机视觉算法的运动场智能化实现方法及系统，系统包括：至少一台处理器，至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机，所述至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机与所述至少一台处理器通讯连接，方法包括：通过识别运动场标志线实现摄像机的标定；控制各摄像机同步采集整个运动场的视频图像；从视频图像中检测出球体目标并进行轨迹追踪以获得球体目标二维轨迹；通过三维重建提取球体目标的三维轨迹。本发明专利技术系统能够实现运动定位及轨迹追踪，精准地获取结构化的运动数据，并实现裁判和数据统计，同时可以作为大小型常规比赛和日常多种模式训练中的数据分析，具有精确度高、适用面广、效率高和造价低等特点。

【技术实现步骤摘要】
基于计算机视觉算法的运动场智能化实现方法及系统
本专利技术涉及智能运动系统
，尤其涉及一种基于计算机视觉算法的运动场智能化实现方法及系统。
技术介绍
近年来，人工智能在众多传统领域发展迅猛。特别是体育运动领域，无论是竞技体育还是大众体育，都有越来越多的科技元素融入其中。竞技体育与科技的融合往往能使得体育赛事更加具有观赏性，并能辅助甚至代替裁判进行判罚操作；大众体育与科技的融合往往能使得体育运动更加具有娱乐性。无论是对于大大小小球类运动的比赛还是多种模式的日常训练，智能球场都具有非常高的应用价值。同时，现有类似的如运动监视或感应系统在检测精度和造价方面难得两全。因此，在体育互联网领域，一套造价相对不高且能有较高准确度的智能球场系统是迫切需要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种价格低廉、精度较高，适合普遍使用和推广的一整套能同时满足体育比赛和日常训练的基于计算机视觉算法的运动场智能化实现方法及系统。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于计算机视觉算法的运动场智能化系统，其特征在于，所述系统包括：至少一台处理器，至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机，所述至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机与所述至少一台处理器通讯连接，用于同步采集整个运动场的图像，其中：所述至少四台枪型摄像机相互对称地布置在运动场四周的上方，每台枪型摄像机至少与另外一台枪型摄像机有重合的运动场拍摄区域；所述至少一台处理器用于根据各摄像机采集的图像实现运动场智能化。其中，所述至少一台处理器根据各摄像机采集的图像实现运动场智能化包括：通过识别运动场标志线实现摄像机的标定；控制各摄像机同步采集整个运动场的视频图像；视频图像预处理；从视频图像中检测出球体目标并进行轨迹追踪以获得球体目标二维轨迹；通过三维重建提取球体目标的三维轨迹；球体目标运动模式识别和运动轨迹分析；运动数据收集、统计、分析和显示；三维实景仿真和虚拟运动轨迹；运动视频直播、剪辑及存储。其中，所述处理器的CPU是主频在3.0GHz以上、至少4核8线程的CPU；所述枪型摄像机和半球型摄像机是指帧速率在20fps以上、像素个数在50万以上的、可采集黑白或彩色图像的、畸变小的工业摄像机。本专利技术还提出一种基于计算机视觉算法的运动场智能化实现方法，所述方法应用于运动场智能化系统，所述系统包括：至少一台处理器，至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机，所述至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机与所述至少一台处理器通讯连接，所述方法包括以下步骤：通过识别运动场标志线实现摄像机的标定；控制各摄像机同步采集整个运动场的视频图像；从视频图像中检测出球体目标并进行轨迹追踪以获得球体目标二维轨迹；通过三维重建提取球体目标的三维轨迹。其中，所述方法还包括：基于所述球体目标的三维轨迹进行球体目标运动模式识别和运动轨迹分析。其中，所述方法还包括：对所述球体目标的运动数据进行收集、统计、分析和显示；对所述球体目标进行三维实景仿真和虚拟运动轨迹；以及进行运动视频直播、剪辑及存储。其中，所述控制各摄像机同步采集整个运动场的视频图像的步骤之后，还包括：对所述视频图像进行预处理。其中，所述对所述视频图像进行预处理的步骤包括：对所述视频图像进行滤波处理、形态学处理和图像阈值化处理。其中，所述从视频图像中检测出球体目标并进行轨迹追踪以获得球体目标二维轨迹的步骤包括：通过帧间差分法从所述视频图像中提取到候选球体团块，然后通过球体识别方法得到球体目标，在此基础上利用kalman滤波和模板匹配实现球体轨迹追踪，获取到球体二维轨迹。本专利技术还提出一种基于计算机视觉算法的运动场智能化实现系统，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时实现如上所述的基于计算机视觉算法的运动场智能化实现方法的步骤。本专利技术的有益效果为：提供一种基于计算机视觉算法的运动场智能化系统，包括硬件平台和软件平台，硬件平台包括高性能处理器、枪型摄像机和半球型摄像机。软件平台架构于硬件平台之上，包括以下内容：通过识别球场标志线实现相机的标定；多摄像机视频图像采集与同步；视频图像预处理；从视频图像中检测出球体目标并进行轨迹追踪以获得球体目标二维轨迹；通过三维重建提取球体目标的三维轨迹；球体目标运动模式识别和运动轨迹分析；运动数据收集、统计、分析和显示；三维实景仿真和虚拟运动轨迹；运动视频直播、剪辑及存储。本专利技术系统能够实现运动定位及轨迹追踪，精准地获取结构化的运动数据，并实现裁判和数据统计，同时可以作为大小型常规比赛和日常多种模式训练中的数据分析，具有精确度高、适用面广、效率高和造价低等特点。附图说明图1是本专利技术基于计算机视觉算法的运动场智能化实现方法实施例的流程示意图；图2是本专利技术中基于计算机视觉算法的智能球场系统的核心层示意图；图3是本专利技术中基于计算机视觉算法的智能球场系统的应用层示意图。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提出一种基于计算机视觉算法的运动场智能化系统，所述系统包括：至少一台处理器，至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机，所述至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机与所述至少一台处理器通讯连接，用于同步采集整个运动场的图像，其中：所述至少四台枪型摄像机相互对称地布置在运动场四周的上方，每台枪型摄像机至少与另外一台枪型摄像机有重合的运动场拍摄区域；所述至少一台处理器用于根据各摄像机采集的图像实现运动场智能化。其中，所述至少一台处理器根据各摄像机采集的图像实现运动场智能化包括：通过识别运动场标志线实现摄像机的标定；控制各摄像机同步采集整个运动场的视频图像；视频图像预处理；从视频图像中检测出球体目标并进行轨迹追踪以获得球体目标二维轨迹；通过三维重建提取球体目标的三维轨迹；球体目标运动模式识别和运动轨迹分析；运动数据收集、统计、分析和显示；三维实景仿真和虚拟运动轨迹；运动视频直播、剪辑及存储。所述处理器的CPU是主频在3.0GHz以上、至少4核8线程的CPU；所述枪型摄像机和半球型摄像机是指帧速率在20fps以上、像素个数在50万以上的、可采集黑白或彩色图像的、畸变小的工业摄像机。此外，本专利技术提出一种基于计算机视觉算法的运动场智能化实现方法，所述方法应用于运动场智能化系统，所述系统包括：至少一台处理器，至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机，所述至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机与所述至少一台处理器通讯连接，如图1所示，所述方法包括以下步骤：步骤S1，通过识别运动场标志线实现摄像机的标定；步骤S2，控制各摄像机同步采集整个运动场的视频图像；步骤S3，从视频图像中检测出球体目标并进行轨迹追踪以获得球体目标二维轨迹；步骤S4，通过三维重建提取球体目标的三维轨迹。进一步地，所述方法还包括：步骤S5，基于所述球体目标的三维轨迹进行球体目标运动模式识别和运动轨迹分析。进一步地，所述方法还包括：步骤S6，对所述球体目标的运动数据进行收集、统计、分析和显示；步骤S7，对所述球体目标进行三维实景仿真和虚拟运动轨迹；以及进行运动视频直播、剪辑及存储。进一步地，所述控制各摄像机同步采集整个运动场的视频图像的步骤之后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于计算机视觉算法的运动场智能化系统，其特征在于，所述系统包括：至少一台处理器，至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机，所述至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机与所述至少一台处理器通讯连接，用于同步采集整个运动场的图像，其中：所述至少四台枪型摄像机相互对称地布置在运动场四周的上方，每台枪型摄像机至少与另外一台枪型摄像机有重合的运动场拍摄区域；所述至少一台处理器用于根据各摄像机采集的图像实现运动场智能化。

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机视觉算法的运动场智能化系统，其特征在于，所述系统包括：至少一台处理器，至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机，所述至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机与所述至少一台处理器通讯连接，用于同步采集整个运动场的图像，其中：所述至少四台枪型摄像机相互对称地布置在运动场四周的上方，每台枪型摄像机至少与另外一台枪型摄像机有重合的运动场拍摄区域；所述至少一台处理器用于根据各摄像机采集的图像实现运动场智能化。2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉算法的运动场智能化系统，其特征在于，所述至少一台处理器根据各摄像机采集的图像实现运动场智能化包括：通过识别运动场标志线实现摄像机的标定；控制各摄像机同步采集整个运动场的视频图像；视频图像预处理；从视频图像中检测出球体目标并进行轨迹追踪以获得球体目标二维轨迹；通过三维重建提取球体目标的三维轨迹；球体目标运动模式识别和运动轨迹分析；运动数据收集、统计、分析和显示；三维实景仿真和虚拟运动轨迹；运动视频直播、剪辑及存储。3.根据权利要求1所述的基于计算机视觉算法的运动场智能化系统，其特征在于，所述处理器的CPU是主频在3.0GHz以上、至少4核8线程的CPU；所述枪型摄像机和半球型摄像机是指帧速率在20fps以上、像素个数在50万以上的、可采集黑白或彩色图像的、畸变小的工业摄像机。4.一种基于计算机视觉算法的运动场智能化实现方法，其特征在于，所述方法应用于运动场智能化系统，所述系统包括：至少一台处理器，至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机，所述至少四台枪型摄像机和至少两台半球型摄像机与所述至少一台处理器通讯连接，所述方法包括以下步骤：通过识别运动场标志线实现摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞毅，和锐，
申请(专利权)人：深圳市赢世体育科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44