基于视频的斯诺克比赛支持系统关键技术研究

摘要

体育视频分析的研究已有多年的历史，目前在研究内容、算法和应用方面都有很大发展。近年来，斯诺克运动在中国受到普遍关注和欢迎。每年举办许多高质量的国际斯诺克职业比赛，更是吸引了大批观众和球迷。
　　 本文对斯诺克比赛支持系统中有关视频处理的一些关键技术进行了研究，包括背景台面分割、图像坐标和台面坐标转换、复位等，具体如下：
　　 1.提出了一种改进的颜色和边缘特征相结合的图像分割方法。原有图像分割算法只能针对固定颜色的台面背景，而且受噪音干扰较大。改进算法增加了背景主颜色的自动提取，并通过平滑和循环曲线拟合的方法剔除噪音点，保留真正的边缘点。实验结果表明，改进算法能适应多种背景环境、多种形变和拍摄视角，而且分割效果几乎不受台球运动的影响。
　　 2.设计并实现了一种适合于台球桌面的单平面相机标定算法。结合本文实际应用，选择置球点和有效击球区域的交点作为标定点。进一步，根据标定点分布的不均匀性把图像分为左右两个半区，分别计算坐标变换矩阵。通过求解线性方程组最小二乘解的方式确定标定参数。
　　 3.提出了一种基于图像匹配技术的台球精确复位方法。充分利用连续图像之间的关联性和稳定性，实现基于图像匹配技术的复位，精确度到1个像素点。采用二级搜索的方式计算坐标偏移量，采用具有透明效果的彩圈标记台球的原始位置，使得整个复位过程精确而美观。
　　 4.设计并实现了一个算法展示系统，用于展示背景生成、台球自动定位和台球复位等算法，并提供一些基本的数据分析功能。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的背景与意义

1.2 基于视频的斯诺克比赛支持系统简介

1.3 研究现状

1.3.1 图像分割的研究现状

1.3.2 摄像机标定的研究现状

1.3.3 图像匹配的研究现状

1.4 本文研究内容

1.5 本文结构安排

第2章 颜色和边缘特征相结合的图像分割方法研究

2.1 台球图像的特占

2.2 原有算法存在问题

2.3 改进算法

2.4 实验结果

2.5 本章小结

第3章 相机标定与坐标转换问题研究

3.1 摄像机透视投影模型

3.2 基于平面的相机标定

3.3 考虑形变的摄像机标定

3.3.1 图像的形变

3.3.2 摄像机成像模型的修正

3.4 计算齐次方程组的最小二乘解

3.4.1 坐标归一化

3.4.2 系数矩阵的SVD分解

3.4.3 坐标变换矩阵

3.4.4 坐标归一化对变换矩阵的影响

3.5 标定点的自动检测

3.5.1 置球点检测

3.5.2 标定点的分区

3.6 标定结果

3.7 本章小结

第4章 基于图像匹配技术的台球精确复位

4.1 总体思路

4.2 标记

4.3 实时复位

4.4 阈值的确定

4.5 透明图像的显示

4.6 本章小结

第5章 算法展示

5.1 动态链接库(Dynamic Linkable Library)

5.2 功能展示

5.2.1 背景生成

5.2.2 实时目标自动定位结果演示

5.2.3 复位模拟

5.3 数据分析

5.3.1 像素分析

5.3.2 距离计算

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

申请和获批的专利

致谢