数字辅助直播系统在斯诺克赛事中的应用

论文摘要

本文设计和实现了一个在斯诺克电视转播中应用的数字辅助直播系统。该系统能实时提取了斯诺克视频图像中球桌的特征点,并进行了球桌内目标分割及运动目标的检测跟踪,最后实现了斯诺克球桌的三维重建,然后计算得到的目标世界坐标,并将结果在球桌三维模型中显示。本文首先是进行了球桌的特征点提取,利用基于HSV颜色空间的图像分割算法分割出球桌边缘,用Hough变换得到直线方程,计算直线交点得到球桌的特征点。接着对运动目标球进行了检测和跟踪,本文实现了一系列图像分割、连通区域提取及识别分类算法,比较理想的检测出了目标球的质心和半径。并利用Kalman滤波器对目标运动轨迹进行预测估计,得到运动球的轨迹。最后实现了球桌的三维重建和三维显示,利用以提取的特征点的图像坐标,以及它们已知的世界坐标进行摄像机标定,并将求得的目标世界坐标在3DMAX建立的三维模型中显示,可以从各个角度观看比赛。实验结果表明,本系统可以较为快速、有效、可靠的得到斯诺克比赛不同角度的三维显示结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 体育视频分析的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 斯诺克数字辅助直播系统设计
• 2.1 斯诺克球桌的特征点提取
• 2.2 目标分割与运动目标跟踪
• 2.3 斯诺克球桌的三维重建及三维显示
• 第三章 斯诺克球桌的特征点提取
• 3.1 基于HSV 颜色空间的图像分割
• 3.1.1 彩色图像的颜色空间
• 3.1.2 基于HSV 颜色空间的图像分割
• 3.2 数学形态学
• 3.2.1 二值形态学膨胀、腐蚀运算
• 3.2.2 二值形态学开、闭运算
• 3.2.3 形态学开运算结果图及分析
• 3.3 边缘检测
• 3.3.1 边缘检测原理
• 3.3.2 Sobel 边缘检测算法
• 3.3.3 sobel 算子的图像处理结果与分析
• 3.4 Hough 变换
• 3.4.1 Hough变换基本原理[13]
• 3.4.2 直线的极坐标形式
• 3.4.3 基于Hough 变换的球桌边界直线提取结果
• 3.5 本文针对斯诺克球桌所采用的特征点提取方法
• 3.5.1 实验结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 运动目标的检测与跟踪
• 4.1 斯诺克比赛中的目标分割
• 4.1.1 目标球的分割
• 4.1.2 连通域提取
• 4.1.3 目标检测结果及分析
• 4.2 运动目标的预测估计
• 4.2.1 线性预测估计方法
• 4.2.2 统计预测方法
• 4.2.3 Kalman 滤波原理
• 4.2.4 Kalman 滤波跟踪算法
• 4.3 基于颜色直方图的目标匹配
• 4.3.1 区域匹配算法
• 4.3.2 轮廓匹配算法
• 4.3.3 特征点匹配算法
• 4.3.4 直方图匹配算法
• 4.4 本章小结
• 第五章 斯诺克比赛的三维重建及三维显示
• 5.1 摄像机标定方法的分类
• 5.1.1 传统摄像机标定方法
• 5.1.2 摄像机的自标定方法
• 5.2 斯诺克球桌的三维重建
• 5.2.1 标定中常用的坐标系
• 5.2.2 针孔成像线性模型
• 5.2.3 基于平面的球场目标重建方法
• 5.3 三维重建结果
• 5.4 三维显示
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读研期间的成果