基于单目视频图像处理的铅球成绩测量技术的研究与实现

论文摘要

近年来基于视频图像处理的计算机视觉检测技术已经成为研究热点,在众多的领域中都得到了广泛的应用。在现代体育运动中,应用该技术可使体育比赛成绩的判定从传统的靠人工经验判定阶段提升到自动化的科学判定水平。但是,目前将计算机视觉检测技术应用于铅球比赛成绩的测量中,在国内未见报道。针对由于在铅球比赛中人工测量存在因测量工具本身弹性、测量场地不平和人为干扰等因素造成的测量误差而影响比赛的科学性、公平性问题,本文在分析当前国内外有关单目视觉测量技术的研究状况基础上,首次提出将单目视觉测量技术应用在铅球成绩测量中。结合铅球场地的特点,提出了“基于规则同视场几何图形标定法”及“基于同视场物像坐标转换的网格匹配数学模型”,该模型利用透视投影几何关系,对摄像机参数进行标定,通过单目CCD摄像机像面坐标,测量铅球落点的地平面坐标。本文详细阐述了基于单目视觉的铅球测量系统的设计与实现的关键技术,包括硬件系统、前台图像采集系统和后台成绩测量系统等。给出了系统测试与误差分析,通过实例证明了该方法的精确性、稳定性和高效性。如果在系统中加入铅球运行的轨迹,将会扩大系统的使用范围,这一点有待于进一步研究。本文的研究成果拓展了视觉测量技术在体育运动中的应用,并在黑龙江省高考体育术科测试中得到了应用。实践证明:其具有结构简单、成本低廉、操作方便、速度快、应用范围广等特点,具有广阔的应用前景和推广价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外单目视觉测量技术的研究
• 1.2.1 国外关于单目视觉测量的研究
• 1.2.2 国内关于单目视觉测量的研究
• 1.3 视频图像处理在体育项目中的应用
• 1.4 本文研究的目的、意义及创新点
• 1.5 本文的研究重点和组织结构
• 1.6 本章小结
• 第二章 摄像机成像数学模型的建立及参数标定
• 2.1 摄像机成像变换模型
• 2.1.1 摄像机成像变换坐标系
• 2.1.2 透视变换和摄像机模型
• 2.2 摄像机标定
• 2.2.1 摄像机参数
• 2.2.2 摄像机标定的含义
• 2.2.3 摄像机标定的应用
• 2.2.4 摄像机的标定方法
• 2.2.5 摄像机的标定方法的分析与选择
• 2.3 本章小结
• 第三章 单目视觉测量技术与系统模型的建立
• 3.1 单目视觉测量方法
• 3.1.1 几何形状约束法
• 3.1.2 几何相似法
• 3.1.3 几何光学法
• 3.1.4 结构光法
• 3.2 视频图像目标的识别方法
• 3.2.1 背景差分法
• 3.2.2 帧差分法
• 3.2.3 光流法
• 3.2.4 视频图像识别方法的比较与选择
• 3.3 人工铅球成绩的测量系统模型
• 3.4 基于规则同视场的几何图形标定法
• 3.4.1 纵向标定几何模型
• 3.4.2 横向标定几何模型
• 3.5 基于单目视频图像处理铅球成绩测量数据模型
• 3.6 目标坐标提取
• 3.6.1 图像分割中的阈值选取
• 3.6.2 区域增长法提取测点目标
• 3.6.3 参考点坐标的靶标设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 单目视觉铅球测量系统的设计与实现
• 4.1 系统构成与工作过程
• 4.1.1 前台采集系统
• 4.1.2 后台测量系统
• 4.1.3 系统硬件设计
• 4.2 图像采集平台
• 4.2.1 视频文件结构
• 4.2.2 单帧采集控制程序
• 4.2.3 位图文件结构
• 4.3 网络传输
• 4.3.1 网络结构设计
• 4.3.2 Socket 通讯原理
• 4.3.3 单socket 单传输法实现
• 4.4 成绩测量模型的实现
• 4.4.1 Delphi 的实现技术
• 4.4.2 图像中值滤波去噪
• 4.4.3 图像二值化实现
• 4.4.4 铅球落点坐标的识别
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统测试与误差分析
• 5.1 系统不确定度分析
• 5.1.1 与测量系统硬件配置有关的不确定度分量
• 5.1.2 与摄像机内参数校准有关的不确定度分量
• 5.2 基于交比不变性的图像校正
• 5.3 系统测试与应用
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要