一种双人跳水同步性自动分析方法技术

本发明专利技术提出双人跳水同步性分析的方法，主要包括：双人跳水动作视频中，基于动态背景重建的运动目标提取；基于跳水规则中同步性评分要素的同步性特征的表示和提取；采用偏好性统计学习方法构造同步性评价函数来进行同步性评价的方法。本发明专利技术能自动提取双人跳水动作视频中的运动员外轮廓。本发明专利技术根据跳水规则提出了有效的表示同步性特征的方法。本发明专利技术还把偏好性统计学习中常用的排序的思想引入到双人跳水动作视频的同步性评价函数构造问题中，把绝对分值问题转化成相对排序问题。最终，通过计算双人跳水动作视频的同步性评价函数值能够对双人跳水的同步性进行自动评定。本发明专利技术能够准确有效地自动评判双人跳水的同步性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机应用
，具体涉及计算机视觉技术，尤其 涉及双人跳水多媒体内容同步性分析进行自动评定的方法。
技术介绍
为了减少比赛中的不公平性，现代计算机技术被越来越多地应用于体育比赛中，英国Hawk-Eye公司开发了一套应用于网球比赛的辅 助性裁判系统Hawk-Eye系统，并取得了巨大的成功。瑞士 DartFish 公司开发的运动技术和战术录像分析系统DartFish系统可以从体育 视频中提取运动员的技术参数(例如，关节位置和角度，质心等等)。 DartFish系统通过分析这些信息，可以给运动员提供相应的指导， 进而提高训练水平。双人跳水比赛是最近几年才正式开展的体育项目(2000年悉尼 奥运会列入正式比赛项目)，是由两名运动员同时从跳板或者跳台起 跳做动作的跳水比赛。比赛不仅要评定两名跳水运动员各自技术动作 的完成情况，而且要综合考虑运动员在起跳、空中动作配合时间、入 水角度、相对距离和时间等方面的一致性和协调性。在奥运会、世锦 赛和世界杯双人跳水比赛中，9名裁判负责打分(其中4名负责评定 技术分，另外5名负责评定同步分)。同步性裁判的判定对于比赛相 当关键。而且由于跳水动作持续时间较短ls - 2s，又完全是主观性 的评价，同步性裁判往往会承受相当大的压力。
技术实现思路
为了解决现有技术人工裁判方法给同步性裁判员的带来的压力问题，本专利技术目的是希望通过采用计算机自动评价的方法来减轻同步 性裁判的压力，提高比赛的公正性，实现一个能够对裁判的水平和公 正性进行客观的评价的裁判系统，为此，本专利技术采用计算机分析技术来 评价比赛中的技术动作，利用计算机视觉方法对双人跳水同步性进行自 动评定研究，提出了-一个同步性自动分析的评价方法。为了实现所述的目的，本专利技术的目的提出一种自动评价双人跳水 同步性的方法，包括步骤l:运动目标提取是基于动态背景重建，从双人跳水动作 视频中提取运动员外轮廓和摄像机全局运动参数；步骤2:同步性特征提取是基于跳水规则中同步性评分要素表 示运动员同步性特征JFF，通过已提取的运动员外轮廓和摄像机全局运动参数自底向上计算同步性特征JFF值；步骤3:同步性评价是:同步性特征JFF值置入同步性评价函数， 转换为同步性评价函数值，根据得到的数值大小表示同步性的高低即 评价结果。根据本专利技术的实施例，所述运动目标提取，实现步骤包括 步骤ll:对跳水动作视频，通过全局运动估计，得到摄像机全局 运动参数，输出全局运动参数，用于同步性特征提取，并利用全局运 动补偿，通过视频中相邻图像帧差分求得动作视频中每一幅图像帧中 运动员粗分割外轮廓作为输出；步骤12:利用运动员粗分割外轮廓，得到动作视频中每一幅图像 帧的多个连续相邻图像帧中的背景冗余信息，利用每一幅图像帧的多 个连续相邻图像帧中的背景冗余信息构建出其彩色背景图像作为输 出；步骤13:计算动作视频中每一幅图像帧与其彩色背景图像的差分图，对差分图进行假设检验统计得到前景区域，前景区域外轮廓即运 动员外轮廓作为输出。根据本专利技术的实施例，所述同步性特征JFF采用三个JFF特征，分 别是起跳高度的一致性特征JFF1、空中动作配合时间的一致性特征JFF2和入水时间的 一 致性特征JFF 3 。根据本专利技术的实施例，所述同步性特征JFF值自底向上计算步骤如下步骤21:将底层特征通过特征转换为中层特征作为输出；底层特 征是提取的运动员外轮廓和摄像机全局运动参数；中层特征为每帧中 运动员外轮廓质心相对第一帧质心的垂直高度、运动员外轮廓变化特 征向量和入水时间差；特征转换包括轮廓质心计算、特定区域运动员 外轮廓所包围面积比例计算和摄像机全局运动补偿技术；步骤22:对中层特征通过分数评价函数进行转换，将计算得到的 分数评价函数值作为高层特征值即输出同步性特征JFF值。根据本专利技术的实施例，所述高层特征JFF的起跳高度的一致性特 征JFF1值计算步骤如下根据运动员外轮廓和摄像机全局运动参数底 层特征，首先，对每一帧中运动员外轮廓运用轮廓质心计算得出运动 员外轮廓质心，并且通过摄像机全局运动补偿，将运动员外轮廓质心 投影到第一帧，将每帧中两个运动员外轮廓质心位置在第一帧上对齐 得出每帧中运动员外轮廓质心相对第一帧运动员外轮廓质心的垂直 高度作中层特征；把垂直高度置入相应的分数评价函数得到高层特征 JFF1值。根据本专利技术的实施例，所述高层特征JFF的空中动作配合时间的 一致性特征JFF2值计算步骤如下根据运动员外轮廓底层特征计算得 出，首先，用特定区域像素统计计算特定区域运动员外轮廓所包围面 积比例，在运动员外轮廓质心建立极坐标系，用间隔为90度的极轴将 运动员外轮廓分为四个区域，计算运动员外轮廓变化特征向量即中层 特征为F= {fi}= {fl， f2， f3, f4}，其中fi二Ni/Nsum，Nsum是运动员外轮廓内部区域所有象素点的个 数，Ni是被分割开来的第i区域内部象素点的个数，fi表示的是特定区域运动员外轮廓所包围面积比例作中层特征；把运动员外轮廓变化 特征向量置入相应的分数评价函数得到高层特征JFF2值。根据本专利技术的实施例，所述高层特征JFF的入水时间的一致性 JFF3值计算步骤如下根据运动员外轮廓和摄像机全局运动参数等底层特征计算得出，首先，与求起跳高度的一致性特征JFn的过程类似，运用轮廓质心计算的方法和全局运动补偿得到每帧中运动员外轮廓质心相对第一帧运动员外轮廓质心的垂直高度；然后，通过求两名运 动员入水时候，两者间的相对位置高度来表示入水时间差作中层特征；把入水时间差置入相应的分数评价函数得到高层特征JFF3值。 根据本专利技术的实施例，所述同步性评价函数的函数体构造步骤包括步骤31:根据多个已知裁判评定的同步分数的双人跳水比赛动作 视频，对其属于同一场比赛中的动作视频，两两组合间的裁判评定的 同步分数大小进行比较，得到两两组合间的同步分数相对顺序作为输 出；步骤32:对多个己知裁判评定的同步分数的双人跳水比赛动作视频均进行运动目标提取和同步性特征提取，得到每一个动作视频的同步性特征JFF值作为输出；步骤33:根据多个已知裁判评定的同步分数的双人跳水比赛动作视频中属于同一场比赛中的动作视频两两组合间的同步分数相对顺序和每一个动作视频的同步性特征JFF值，采用偏好性统计学习方法得到同步性评价函数体的结构和参数作为输出。根据本专利技术的实施例，所述步骤31，在多个已知裁判评定的同步 分数的双人跳水比赛动作视频中，设有A和B为同一场比赛中的两个动 作视频，如果A中的裁判评定的同步分值A'高于B中的裁判评定的同步 分值B'，有A' > B'，将A' > B'作为排序函数体构造过程中反馈环节 的一个先验信息。本专利技术的积极效果或优点本专利技术采用计算机分析技术来评价比赛中的技术动作，利用计算机 视觉的方法对双人跳水同步性进行自动评定研究，实验表明该方法对于双人跳水同步性计算机自动评定是非常有效的。本专利技术针对双人跳水自动评定，采用了一种能够有效表达跳水规 则中同步性评分要素的同步性特征JFF，其优点在于通过计算机从视频中提取出来的JFF能够和比赛中裁判考虑的因素保持一致，JFF包括一组数值可以从几个方面定量的反映同步性。本专利技术中同步性评价函数的函数体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动评价双人跳水同步性的方法，其特征在于，包括：　步骤１：运动目标提取是：基于动态背景重建，从双人跳水动作视频中提取运动员外轮廓和摄像机全局运动参数；　步骤２：同步性特征提取是：基于跳水规则中同步性评分要素表示运动员同步性特 征ＪＦＦ，通过已提取的运动员外轮廓和摄像机全局运动参数自底向上计算同步性特征ＪＦＦ值；　步骤３：同步性评价是：同步性特征ＪＦＦ值置入同步性评价函数，转换为同步性评价函数值，根据得到的数值大小表示同步性的高低即评价结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程健，丁昊阳，卢汉清，周志鑫，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]