體育直播虛擬廣告系統中羽毛球或網球場地的自適應提取方法技術方案

本發明專利技術公開了體育直播虛擬廣告系統中羽毛球或網球場地的自適應提取方法：一、對羽毛球或網球場地的主區域進行提取并且補充完整；二、對第一步的主區域進行預處理，獲取羽毛球或網球場地的邊緣；三、對第二步的邊緣進行處理，提取出羽毛球或網球場地的直線；四、求得第三步羽毛球或網球場地直線的交點，進而與標準的羽毛球或網球場地建立對應關系。本發明專利技術體育直播虛擬廣告系統中羽毛球或網球場地的自適應提取方法實現了視頻主區域的自動提取，閾值自適應，可以精確地求得所有的場地線，取得較好的場地檢測效果。

【技術實現步驟摘要】
體育直播虛擬廣告系統中羽毛球或網球場地的自適應提取方法
本專利技術屬于模式識別
，特別涉及一種體育視頻直播中插入虛擬廣告時對羽毛球或網球場地的自動識別方法。
技術介紹
虛擬廣告是一個新興的技術研究領域，由于它具有很大的應用范圍及發展潛力。因此，引起了人們極大的關注。目前，國內外的一些研究機構正在致力于開發這個領域，相對而言，國內在這個方面的研究則起步較晚。虛擬廣告系統中利用視頻分析技術，分析實時轉播的體育視頻，提取出視頻中比賽場地框架，然后把預先準備好的虛擬廣告如圖片廣告或動畫廣告進行幾何變換后融合到視頻幀中指定的場地位置上，這樣得到了類似于實體廣告效果的虛擬廣告。然而，在這個過程中，只有得到準確的場地信息才可以確定虛擬信息插入的位置，以及應用得到的場地信息去對一些特殊情況進行判斷。因此，針對虛擬廣告系統，本專利技術設計了一種比較完善和自適應較強的方法來實現體育視頻中羽毛球或網球場地檢測或提取。
技術實現思路
本專利技術為虛擬廣告系統設計了一種比較完善和自適應較強的方法來實現體育視頻中羽毛球或網球場地檢測或提取，其名稱為體育直播虛擬廣告系統中羽毛球或網球場地的自適應提取方法。為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案：體育直播虛擬廣告系統中羽毛球或網球場地的自適應提取方法，按如下步驟：一、對羽毛球或網球場地的主區域進行提取并且補充完整；二、對第一步的主區域進行預處理，獲取羽毛球或網球場地的邊緣；三、對第二步的邊緣進行處理，提取出羽毛球或網球場地的直線；四、求得第三步羽毛球或網球場地直線的交點，進而與標準的羽毛球或網球場地建立對應關系。優選的，第一步，對羽毛球或網球場地主區域的提取：通過基于顏色空間直方圖統計法而提取出場地主顏色，然后找到面積最大的輪廓，最后通過腐蝕和膨脹操作得到一塊相對比較完整的場地主區域。進一步優選的，提取主區域后，依次通過形態學法、塊操作法、最大聯通區域法去除噪點以及將場地補充完整。優選的，第二步，通過對主區域進行頂帽變換得到場地的邊緣。優選的，第三步，采用改進的最大類間方差法得到的自適應閾值將場地邊緣圖像進行二值化，然后采用Hough直線檢測和最小二乘擬合相結合的方法提取出直線。進一步優選的，采用改進的最大類間方差法對場地邊緣圖像進行二值化操作步驟包括：對圖像進行灰度拉伸，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)為圖像上(i,j)處的灰度值；通過高斯濾波去除噪點；更新高斯濾波后產生的新的最大灰度值和最小灰度值(MinGray,MaxGray)；在(MinGray,MaxGray)范圍內使用最大類間方差法得到的自適應閾值，進而將場地邊緣圖像進行二值化。優選的，第四步，通過直線相交求得交點，進而與標準的場地建立對應關系，步驟如下：將場地直線交點的坐標轉化為規格化坐標系下坐標；將轉換后的點的坐標與標準場地模型中的點進行匹配。進一步優選的，將場地直線交點的坐標轉化為相對坐標系下的坐標包括步驟：(1)確定直線Li_x、Li_y的方程；(2)確定點Mi、Ni的坐標；(3)計算P1、Mi兩點間的距離Dxi：(i＝5、6……)；計算P1、Ni兩點間的距離Dyi：(i＝5、6……)；計算P1、P2兩點間的距離為計算P1、P4兩點間的距離為(4)將點pi轉換為標準坐標系下坐標Pti(ui,vi)(i＝5、6……n)轉換公式為：ui＝Dxi/D1vi＝Dyi/D2(i＝5、6……n)。進一步優選的，將轉換后的點的坐標與標準場地模型中的點進行匹配包括步驟：(1)選取標準化后的場地坐標模型1；(2)選取一個轉換后的點與對該場地坐標模型中的所有點進行匹配，判斷條件：是否有|ui-ai|+|vi-bi|<ε/4成立，其中，ε＝Min(|ai-aj|+|bi-bj|)；如果成立則該點匹配成功，進行計數，不成立則匹配下一個標準場地中的點；(3)將轉換后的所有待檢測點判斷完成后，判斷匹配成功的點是否占標準場地總點數的80％以上，如果成立，則場地成功匹配，返回結果，結束匹配過程；若不成立，則依次選取下一場地模型重復上述步驟；最終與全部場地坐標模型匹配結束后，若均不成功則返回結果，匹配過程結束。本專利技術體育直播虛擬廣告系統中羽毛球或網球場地的自適應提取方法實現了視頻主區域的自動提取，閾值自適應，可以精確地求得所有的場地線，取得較好的場地檢測效果。附圖說明圖1是本專利技術的流程圖。圖2是計算主顏色的示意圖。圖3是提取主區域的過程示意圖。圖4是本專利技術第三步最小二乘法擬合法的流程圖。圖5是場地直線交點的坐標。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術實施例作詳細說明。本實施例體育直播虛擬廣告系統中羽毛球或網球場地的自適應提取方法按如下步驟：一、對主區域進行提取體育視頻中場地的顏色一般都是統一的顏色，同時轉播時鏡頭一般都是把場地作為主要的轉播畫面，這樣基本上視頻幀的顏色主要集中在顏色空間的一段比較密集的區域。因此，可以認為在顏色空間中分布數值比較集中的區域作為場地的主區域顏色。不論是在HSV或者RGB顏色空間中都可以通過以上方法取得主區域顏色。可以把在顏色直方圖占有的絕大多顏色像素值作為場地的主顏色范圍。轉播體育比賽時，比賽場地一般在鏡頭的正中央，因此，認為位于視頻幀的正中間部分是體育場地，但是比賽場地有大有小，例如乒乓球球桌比較小，相對在視頻幀中在全部面積中占得比例比較小，不過經過統計一般它可以占到整幅視頻幀的三分之一面積以上。本專利技術采用了一個改進的體育場地主區域的提取方法如下：1、首先從由視頻文件或者攝像機導入的視頻流中取出一個含有全部場地的視頻幀。2、其次在第1步所述視頻幀的中心點選擇一個寬度為原來的1/2、高度是原來的1/2的矩形區域。3、采用如下方法計算場地的主顏色：1)計算各顏色分量的直方圖。2)在直方圖上取某個區間[imin,imax]，該區間包含了直方圖的峰值H(ipeak)區間的左右端點在直方圖上的取值要滿足公式1。3)用式2計算出區間[imin,imax]的重心，用來作為該直方圖分量的主顏色H[imax+1]＜K×H[ipeak]上述公式及圖2中，K為一個常系數。通過以上步驟提取到主區域后得到的主區域由于遮擋和噪聲的影響會產生很多空洞，提取出來的主區域場地不完整為了得到完整的場地信息，這里需要把空洞部分給填補完整，同時把一些聯通區域進行拼接。最后對連接的主要區域進行形態學處理，這樣去除毛刺和填補空洞，然后通過完整的場地主區域和原始視頻幀進行掩膜，得到主區域。可以通過下面兩種方法來去除噪點：1、塊操作去除噪點首先設定一個N*N的滑動窗口，同時把圖像分割大小為N*N的一塊塊區域，通過統計窗口中主顏色所占的顏色比例，如果超過閾值T，則認為該窗口內區域被認為是主區域部分。如果該窗口中主顏色比例小于閾值T，那么認為該窗口所在的區域不是主區域。通過塊操作去除噪點得到主區域的公式如下：其中，G(x,y)代表前面方法提取帶有空洞和噪點的主區域圖，B(i,j)是通過塊操作去噪點方法得到的完整圖。T為判斷是否為主區域的閾值。2、最大聯通區域去除噪點場地主區域雖然在內部產生了空洞和噪點，但是主區域整個場地外圍基本上是完整的，各個主要本文檔來自技高網...

【技術保護點】
體育直播虛擬廣告系統中羽毛球或網球場地的自適應提取方法，其特征是按如下步驟：一、對羽毛球或網球場地的主區域進行提取并且補充完整；二、對第一步的主區域進行預處理，獲取羽毛球或網球場地的邊緣；三、對第二步的邊緣進行處理，提取出羽毛球或網球場地的直線；四、求得第三步羽毛球或網球場地直線的交點，進而與標準的羽毛球或網球場地建立對應關系。

【技術特征摘要】
1.體育直播虛擬廣告系統中羽毛球或網球場地的自適應提取方法，其特征是按如下步驟：一、對羽毛球或網球場地的主區域進行提取并且補充完整；本步驟采用的體育場地主區域的提取方法如下：(1)、首先從由視頻文件或者攝像機導入的視頻流中取出一個含有全部場地的視頻幀；(2)、其次在第(1)步所述視頻幀的中心點選擇一個寬度為原來的1/2、高度是原來的1/2的矩形區域；(3)、采用如下方法計算場地的主顏色：1)計算各顏色分量的直方圖；2)在直方圖上取某個區間[imin,imax]，該區間包含了直方圖的峰值H(ipeak)區間的左右端點在直方圖上的取值要滿足公式1；3)用式2計算出區間[imin,imax]的重心，用來作為該直方圖分量的主顏色H[imax+1]＜K×H[ipeak]上述公式中，K為一個常系數；通過以上步驟提取到主區域后得到的主區域由于遮擋和噪聲的影響會產生很多空洞，提取出來的主區域場地不完整，為了得到完整的場地信息，這里需要把空洞部分給填補完整，同時把一些聯通區域進行拼接；最后對連接的主要區域進行形態學處理，這樣去除毛刺和填補空洞，然后通過完整的場地主區域和原始視頻幀進行掩膜，得到主區域；二、對第一步的主區域進行預處理，獲取羽毛球或網球場地的邊緣；三、對第二步的邊緣進行處理，提取出羽毛球或網球場地的直線；采用改進的最大類間方差法得到的自適應閾值將場地邊緣圖像進行二值化，然后采用Hough直線檢測和最小二乘擬合相結合的方法提取出直線；采用改進的最大類間方差法對地邊緣圖像進行二值化操作步驟包括：對圖像進行灰度拉伸，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)為圖像上(i,j)處的灰度值；通過高斯濾波去除噪點；更新高斯濾波后產生的新的最大灰度值和最小灰度值(MinGray,MaxGray)；在(MinGray,MaxGray)范圍內使用最大類間方差法得到的自適應閾值，進而將場地邊緣圖像進行二值化；四、求得第三步羽毛球或網球場地直線的交點，進而與標準的羽毛球或網球場地建立對應關系；通過直線相交求得交點，進而與標準的場地建立對應關系，步驟如下：將場地直線交點的坐標轉化為規格化坐標系下坐標；將轉換后的點的坐標與標準場地模型中的點進行匹配；將場地直線交點的坐標轉化為相對坐標系下的坐標包括步驟：(1)確定直線Li_x、Li_y的方程；(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳臨強，王振興，楊禮坤，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：發明
國別省市：