体育直播虚拟广告系统中羽毛球或网球场地的自适应提取方法技术方案

本发明专利技术公开了体育直播虚拟广告系统中羽毛球或网球场地的自适应提取方法：一、对羽毛球或网球场地的主区域进行提取并且补充完整；二、对第一步的主区域进行预处理，获取羽毛球或网球场地的边缘；三、对第二步的边缘进行处理，提取出羽毛球或网球场地的直线；四、求得第三步羽毛球或网球场地直线的交点，进而与标准的羽毛球或网球场地建立对应关系。本发明专利技术体育直播虚拟广告系统中羽毛球或网球场地的自适应提取方法实现了视频主区域的自动提取，阈值自适应，可以精确地求得所有的场地线，取得较好的场地检测效果。

【技术实现步骤摘要】
体育直播虚拟广告系统中羽毛球或网球场地的自适应提取方法
本专利技术属于模式识别
，特别涉及一种体育视频直播中插入虚拟广告时对羽毛球或网球场地的自动识别方法。
技术介绍
虚拟广告是一个新兴的技术研究领域，由于它具有很大的应用范围及发展潜力。因此，引起了人们极大的关注。目前，国内外的一些研究机构正在致力于开发这个领域，相对而言，国内在这个方面的研究则起步较晚。虚拟广告系统中利用视频分析技术，分析实时转播的体育视频，提取出视频中比赛场地框架，然后把预先准备好的虚拟广告如图片广告或动画广告进行几何变换后融合到视频帧中指定的场地位置上，这样得到了类似于实体广告效果的虚拟广告。然而，在这个过程中，只有得到准确的场地信息才可以确定虚拟信息插入的位置，以及应用得到的场地信息去对一些特殊情况进行判断。因此，针对虚拟广告系统，本专利技术设计了一种比较完善和自适应较强的方法来实现体育视频中羽毛球或网球场地检测或提取。
技术实现思路
本专利技术为虚拟广告系统设计了一种比较完善和自适应较强的方法来实现体育视频中羽毛球或网球场地检测或提取，其名称为体育直播虚拟广告系统中羽毛球或网球场地的自适应提取方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：体育直播虚拟广告系统中羽毛球或网球场地的自适应提取方法，按如下步骤：一、对羽毛球或网球场地的主区域进行提取并且补充完整；二、对第一步的主区域进行预处理，获取羽毛球或网球场地的边缘；三、对第二步的边缘进行处理，提取出羽毛球或网球场地的直线；四、求得第三步羽毛球或网球场地直线的交点，进而与标准的羽毛球或网球场地建立对应关系。优选的，第一步，对羽毛球或网球场地主区域的提取：通过基于颜色空间直方图统计法而提取出场地主颜色，然后找到面积最大的轮廓，最后通过腐蚀和膨胀操作得到一块相对比较完整的场地主区域。进一步优选的，提取主区域后，依次通过形态学法、块操作法、最大联通区域法去除噪点以及将场地补充完整。优选的，第二步，通过对主区域进行顶帽变换得到场地的边缘。优选的，第三步，采用改进的最大类间方差法得到的自适应阈值将场地边缘图像进行二值化，然后采用Hough直线检测和最小二乘拟合相结合的方法提取出直线。进一步优选的，采用改进的最大类间方差法对场地边缘图像进行二值化操作步骤包括：对图像进行灰度拉伸，首先找到最大和最小灰度(MinGray,MaxGray，然后把((MinGray,MaxGray)映射到(0,255)，映射公式：其中，f(i,j)为图像上(i,j)处的灰度值；通过高斯滤波去除噪点；更新高斯滤波后产生的新的最大灰度值和最小灰度值(MinGray,MaxGray)；在(MinGray,MaxGray)范围内使用最大类间方差法得到的自适应阈值，进而将场地边缘图像进行二值化。优选的，第四步，通过直线相交求得交点，进而与标准的场地建立对应关系，步骤如下：将场地直线交点的坐标转化为规格化坐标系下坐标；将转换后的点的坐标与标准场地模型中的点进行匹配。进一步优选的，将场地直线交点的坐标转化为相对坐标系下的坐标包括步骤：(1)确定直线Li_x、Li_y的方程；(2)确定点Mi、Ni的坐标；(3)计算P1、Mi两点间的距离Dxi：(i＝5、6……)；计算P1、Ni两点间的距离Dyi：(i＝5、6……)；计算P1、P2两点间的距离为计算P1、P4两点间的距离为(4)将点pi转换为标准坐标系下坐标Pti(ui,vi)(i＝5、6……n)转换公式为：ui＝Dxi/D1vi＝Dyi/D2(i＝5、6……n)。进一步优选的，将转换后的点的坐标与标准场地模型中的点进行匹配包括步骤：(1)选取标准化后的场地坐标模型1；(2)选取一个转换后的点与对该场地坐标模型中的所有点进行匹配，判断条件：是否有|ui-ai|+|vi-bi|<ε/4成立，其中，ε＝Min(|ai-aj|+|bi-bj|)；如果成立则该点匹配成功，进行计数，不成立则匹配下一个标准场地中的点；(3)将转换后的所有待检测点判断完成后，判断匹配成功的点是否占标准场地总点数的80％以上，如果成立，则场地成功匹配，返回结果，结束匹配过程；若不成立，则依次选取下一场地模型重复上述步骤；最终与全部场地坐标模型匹配结束后，若均不成功则返回结果，匹配过程结束。本专利技术体育直播虚拟广告系统中羽毛球或网球场地的自适应提取方法实现了视频主区域的自动提取，阈值自适应，可以精确地求得所有的场地线，取得较好的场地检测效果。附图说明图1是本专利技术的流程图。图2是计算主颜色的示意图。图3是提取主区域的过程示意图。图4是本专利技术第三步最小二乘法拟合法的流程图。图5是场地直线交点的坐标。具体实施方式下面结合附图对本专利技术实施例作详细说明。本实施例体育直播虚拟广告系统中羽毛球或网球场地的自适应提取方法按如下步骤：一、对主区域进行提取体育视频中场地的颜色一般都是统一的颜色，同时转播时镜头一般都是把场地作为主要的转播画面，这样基本上视频帧的颜色主要集中在颜色空间的一段比较密集的区域。因此，可以认为在颜色空间中分布数值比较集中的区域作为场地的主区域颜色。不论是在HSV或者RGB颜色空间中都可以通过以上方法取得主区域颜色。可以把在颜色直方图占有的绝大多颜色像素值作为场地的主颜色范围。转播体育比赛时，比赛场地一般在镜头的正中央，因此，认为位于视频帧的正中间部分是体育场地，但是比赛场地有大有小，例如乒乓球球桌比较小，相对在视频帧中在全部面积中占得比例比较小，不过经过统计一般它可以占到整幅视频帧的三分之一面积以上。本专利技术采用了一个改进的体育场地主区域的提取方法如下：1、首先从由视频文件或者摄像机导入的视频流中取出一个含有全部场地的视频帧。2、其次在第1步所述视频帧的中心点选择一个宽度为原来的1/2、高度是原来的1/2的矩形区域。3、采用如下方法计算场地的主颜色：1)计算各颜色分量的直方图。2)在直方图上取某个区间[imin,imax]，该区间包含了直方图的峰值H(ipeak)区间的左右端点在直方图上的取值要满足公式1。3)用式2计算出区间[imin,imax]的重心，用来作为该直方图分量的主颜色H[imax+1]＜K×H[ipeak]上述公式及图2中，K为一个常系数。通过以上步骤提取到主区域后得到的主区域由于遮挡和噪声的影响会产生很多空洞，提取出来的主区域场地不完整为了得到完整的场地信息，这里需要把空洞部分给填补完整，同时把一些联通区域进行拼接。最后对连接的主要区域进行形态学处理，这样去除毛刺和填补空洞，然后通过完整的场地主区域和原始视频帧进行掩膜，得到主区域。可以通过下面两种方法来去除噪点：1、块操作去除噪点首先设定一个N*N的滑动窗口，同时把图像分割大小为N*N的一块块区域，通过统计窗口中主颜色所占的颜色比例，如果超过阈值T，则认为该窗口内区域被认为是主区域部分。如果该窗口中主颜色比例小于阈值T，那么认为该窗口所在的区域不是主区域。通过块操作去除噪点得到主区域的公式如下：其中，G(x,y)代表前面方法提取带有空洞和噪点的主区域图，B(i,j)是通过块操作去噪点方法得到的完整图。T为判断是否为主区域的阈值。2、最大联通区域去除噪点场地主区域虽然在内部产生了空洞和噪点，但是主区域整个场地外围基本上是完整的，各个主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
体育直播虚拟广告系统中羽毛球或网球场地的自适应提取方法，其特征是按如下步骤：一、对羽毛球或网球场地的主区域进行提取并且补充完整；二、对第一步的主区域进行预处理，获取羽毛球或网球场地的边缘；三、对第二步的边缘进行处理，提取出羽毛球或网球场地的直线；四、求得第三步羽毛球或网球场地直线的交点，进而与标准的羽毛球或网球场地建立对应关系。

【技术特征摘要】
1.体育直播虚拟广告系统中羽毛球或网球场地的自适应提取方法，其特征是按如下步骤：一、对羽毛球或网球场地的主区域进行提取并且补充完整；本步骤采用的体育场地主区域的提取方法如下：(1)、首先从由视频文件或者摄像机导入的视频流中取出一个含有全部场地的视频帧；(2)、其次在第(1)步所述视频帧的中心点选择一个宽度为原来的1/2、高度是原来的1/2的矩形区域；(3)、采用如下方法计算场地的主颜色：1)计算各颜色分量的直方图；2)在直方图上取某个区间[imin,imax]，该区间包含了直方图的峰值H(ipeak)区间的左右端点在直方图上的取值要满足公式1；3)用式2计算出区间[imin,imax]的重心，用来作为该直方图分量的主颜色H[imax+1]＜K×H[ipeak]上述公式中，K为一个常系数；通过以上步骤提取到主区域后得到的主区域由于遮挡和噪声的影响会产生很多空洞，提取出来的主区域场地不完整，为了得到完整的场地信息，这里需要把空洞部分给填补完整，同时把一些联通区域进行拼接；最后对连接的主要区域进行形态学处理，这样去除毛刺和填补空洞，然后通过完整的场地主区域和原始视频帧进行掩膜，得到主区域；二、对第一步的主区域进行预处理，获取羽毛球或网球场地的边缘；三、对第二步的边缘进行处理，提取出羽毛球或网球场地的直线；采用改进的最大类间方差法得到的自适应阈值将场地边缘图像进行二值化，然后采用Hough直线检测和最小二乘拟合相结合的方法提取出直线；采用改进的最大类间方差法对地边缘图像进行二值化操作步骤包括：对图像进行灰度拉伸，首先找到最大和最小灰度(MinGray,MaxGray)，然后把(MinGray,MaxGray)映射到(0,255)，映射公式：其中，f(i,j)为图像上(i,j)处的灰度值；通过高斯滤波去除噪点；更新高斯滤波后产生的新的最大灰度值和最小灰度值(MinGray,MaxGray)；在(MinGray,MaxGray)范围内使用最大类间方差法得到的自适应阈值，进而将场地边缘图像进行二值化；四、求得第三步羽毛球或网球场地直线的交点，进而与标准的羽毛球或网球场地建立对应关系；通过直线相交求得交点，进而与标准的场地建立对应关系，步骤如下：将场地直线交点的坐标转化为规格化坐标系下坐标；将转换后的点的坐标与标准场地模型中的点进行匹配；将场地直线交点的坐标转化为相对坐标系下的坐标包括步骤：(1)确定直线Li_x、Li_y的方程；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈临强，王振兴，杨礼坤，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：