场地内容分析装置和方法及目标检测与跟踪装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种场地内容分析装置和方法、以及基于场地内容分析的目标检测与跟踪装置和方法，其中该场地内容分析装置包括：场地范围确定模块，用于通过统计分析图像样本中各个像素点的颜色信息，确定场地范围；背景模型生成模块，用于针对图像样本的场地范围内的每个像素点，通过统计分析其颜色分布信息，生成表示其背景颜色范围的场地背景模型；以及背景／非背景判断模块，用于利用由背景模型生成模块生成的场地背景模型，判断图像的场地范围内的各个像素点是否为场地背景。根据本发明专利技术的上述技术方案，可以精确、有效地自动完成场地内容分析和／或目标检测与跟踪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理领域，更具体地涉及一种场地内容分析装置和方法、以及基 于场地内容分析的目标检测与跟踪装置和方法。
技术介绍
在观赏比赛节目时，我们经常需要分析比赛双方选手所选用的队形、进攻策略等 信息。这就需要通过分析比赛场地内的场地背景及所有非背景物体(包括比赛用具如足 球、篮球，比赛选手，裁判等)的位置、形状等信息以及确定比赛场地内各个选手的运动轨 迹信息来完成。现有的比赛场地内容分析系统或足球选手定位系统，大致分为两种方法基于硬件的方法例如，Addidas公司利用在足球和球员身上增加红外射频信号硬件装置，完 成对足球和球员的位置监测与跟踪。该系统利用硬件返回的信号完成对比赛场地内 球员和足球的定位，详细信息可以参见网址“http //www. rfidnews. org/2005/10/07/ adidas—smart—ball/，，禾口“http://www· footy-boots. com/adidas—smart—ball/，，。 ift夕卜，$ 岩在题为“足球电子裁判”的中国专利申请No. 200610029568. 1中提出了一种足球电子裁 判系统，该系统由基于硬件的足球定位发射器、场地边角定向发射器、摄像机、雷达测速器、 球员定位发射器及场上裁判振动接收器等组成；由于定位系统基于硬件环境和定位精度不高等问题，使得用户使用十分不便。此 外，基于硬件的方法还很难提取赛场背景信息。基于软件的方法Utsumi 等人在"An Object Detection Method For Describing SoccerGames From Video, IEEE International Conference on Multimedia andExpo,2002. , Pages 45-48，Volume 1”中利用大小限制和最近邻匹配方式，完成了基于单摄像机的球员跟踪系 统。其球员检测模块基于固定的大小限制，降低了检测与跟踪结果的正确性。Jia Liu 等人在"Automatic player detection, labeling and trackingin broadcast soccer video, Pattern Recognition Letters, Volume 30, Issue2(January 2009)，Pages 103-113”中提出了基于AdaBoost球员检测与运动轨迹匹配方法的追踪系 统。该系统虽然在球员的初始化检测中，可以达到较高的正确率。但这是由于其使用了大 量手工标记的训练样本，而这在普通用户的应用中十分不便。此外，由于摄像机移动，多球 员互相接近或遮挡等原因，基于运动估计的球员匹配方法的可靠性也较低。Guangyu Zhu 等人在"Automatic Multi-Player Detection andTracking in Broadcast Sports Video Using Support Vector Machine andParticle Filter, International Conference on Multimedia and Expo, ICME, 2006" Φ 7 ^ SVM( ^ 持向量机)球员检测与粒子滤波的球员追踪系统。该系统同样使用了大量手工标记的训练 样本生成确定球员位置用的定位器。此外，在所有选手追踪过程中，并不能将当前跟踪选手与其他选手进行区分。Sebastien 等 人 在“3D reconstruction of soccer sequences usingnon — calibrated video cameras, Image Analysis and Recognition, Volume4633/2007, Pages 12M-U64”中提出了一种基于颜色信息的球场内容分析方法1， 利用HLS颜色空间提取图像中颜色属于球场的区域，2，利用图形学方法修补球场区域提取 结果。3，利用Hough变换提取比赛场地中的直线与圆。该方法的缺点1，图形学方法修补 球场区域提取结果和Hough变换提取直线与圆计算量大，对大批量数据处理和高分辨率图 像过于耗费时间。2，Hough变换提取直线与圆的结果并不准确，并且提取的形状内容信息 受到算法的限制。颜红波等人在题为“一种面向移动设备的足球视频智能播放方法”的中国专利申 请No. 200810040640. X中提出了一种基于颜色信息的球场内容分析方法1，在HSV空间建 立颜色模型，利用预定义颜色信息提取场地内非背景区域。2，用形状模板提取球与球员的 位置。该方法的缺点1，仅根据当前帧信息判断背景区域，判断条件不具有普适性。2，预定 义模板不准确，球场及场地内非背景区域分割效果不理想。由上可见，现有系统最大的问题在于自动化程度不高，需要手工修改参数或标定 训练样本，完成场地内非背景区域提取或者球员定位与跟踪；以及，仅根据当前图像的信 息，对比赛场地内容进行分析，使得比赛场地背景及非背景区域判断准则不可靠。
技术实现思路
在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本 理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图用来确定 本专利技术的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简 化的形式给出关于本专利技术的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。鉴于现有技术的上述情形，本专利技术的目的是提供一种场地内容分析装置和方法， 其能够自动、精确地对图像的场地范围如足球比赛的球场范围内的背景/非背景内容进行 类别判断。此外，本专利技术的另一目的是提供一种基于场地内容分析的目标检测与跟踪装置和 方法，其能够自动、精确地完成图像的场地范围内的目标检测与跟踪。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种场地内容分析装置，其包 括场地范围确定模块，用于通过统计分析图像样本中各个像素点的颜色信息，确定场地范 围；背景模型生成模块，用于针对图像样本的场地范围内的每个像素点，通过统计分析其颜 色分布信息，生成表示其背景颜色范围的场地背景模型；以及背景/非背景判断模块，用于 利用由背景模型生成模块生成的场地背景模型，判断图像的场地范围内的各个像素点是否 为场地背景。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种基于场地内容分析的目标检测与跟踪装 置，其包括背景去除模块，其包括上述场地内容分析装置，用于分析在训练阶段输入的训 练图像或在跟踪阶段输入的跟踪图像的场地范围内各个像素点的背景/非背景类别属性， 以去除其中的背景；目标检测参数训练模块，用于在训练阶段通过对训练图像中符合预定 条件的非背景单连通域进行统计分析来获得目标检测参数；目标检测模块，用于在跟踪阶段针对跟踪图像的场地范围内的每个非背景单连通域，根据由目标检测参数训练模块获得 的目标检测参数、以及该非背景单连通域与所有跟踪目标之间的距离来检测待跟踪的新目 标；目标区分模块，用于在跟踪阶段针对每个跟踪目标，得到目标相似度图像，其中目标相 似度图像中的每个点表示跟踪图像中以对应于该点的位置为中心、与该跟踪目标等大的区 域与该跟踪目标的匹配程度；以及目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种场地内容分析装置，包括：场地范围确定模块，用于通过统计分析图像样本中各个像素点的颜色信息，确定场地范围；背景模型生成模块，用于针对图像样本的场地范围内的每个像素点，通过统计分析其颜色分布信息，生成表示其背景颜色范围的场地背景模型；以及背景／非背景判断模块，用于利用由背景模型生成模块生成的场地背景模型，判断图像的场地范围内的各个像素点是否为场地背景。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张斯聪，吴伟国，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]