[发明专利]视频中短道速滑运动员的自动跟踪与轨迹建模方法

说明书

本发明公开了一种视频中短道速滑运动员的自动跟踪与轨迹建模方法，用高速摄像机从边界线俯视视角采集运动员训练或比赛视频；对视频内的图像按照特定频率进行采样，得到一组单帧图像；对单帧图像内的运动员进行目标检测，用方框确定其位置；将帧与帧之间属于同一运动员的目标检测结果进行匹配，得到属于同一运动员目标的跟踪结果；将各运动员的跟踪结果映射至冰面，并进行曲线拟合，绘制光滑的运动轨迹；根据轨迹方程对运动员的运动参数进行估计并输出。本发明对比赛无干扰，可直接对运动员进行位置采集与分析，大大提高了自动化水平，减少了人力的消耗，可迅速在赛后反馈相关运动学参数，提高了速度，为实时的短道速滑比赛分析提供了可能。

技术领域

本发明涉及运动影像分析技术领域，尤其涉及一种视频中短道速滑运动员的自动跟踪与轨迹建模方法。

背景技术

现有运动影像分析技术以穿戴式设备为信息源，通过wifi或蓝牙等无线信号对设备进行跟踪以获取运动员位置。主要缺点在于穿戴式设备需要嵌入运动员装备中，这在一般的比赛场景是不被允许的。非接触式的方法以运动影像分析为主，但传统方法的定位精度不够高。

发明内容

本发明的目的是提供一种视频中短道速滑运动员的自动跟踪与轨迹建模方法，相对于现有技术，对运动员比赛无干扰，可直接对运动员进行位置采集与分析。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种视频中短道速滑运动员的自动跟踪与轨迹建模方法，包括以下步骤：

步骤1，用高速摄像机从边界线俯视视角采集运动员训练或比赛视频；

步骤2，对视频内的图像按照特定频率进行采样，得到一组单帧图像；

步骤3，对单帧图像内的运动员进行目标检测，用方框确定其位置；

步骤4，将帧与帧之间属于同一运动员的目标检测结果进行匹配，得到属于同一运动员目标的跟踪结果，并赋予ID号；

步骤5，将各ID运动员的跟踪结果映射至冰面，并进行曲线拟合，绘制光滑的运动轨迹；

步骤6，根据轨迹方程对运动员的运动参数进行估计并输出。

进一步的，所述步骤3具体包括：

步骤3.1，基于收集到的短道速滑视频单帧图像，进行图片内运动员位置的标注，形成一个训练数据集合；

步骤3.2，修改目标检测神经网络结构，根据输出类别数为1修改输出层通道数，并对神经网络模型进行优化训练；

步骤3.3，利用上述训练的神经网络模型，预测单帧图像内表示运动员目标位置的方框坐标及置信度。

进一步的，所述步骤4具体包括：

步骤4.1，根据初始若干帧的目标检测结果初始化跟踪目标，确定跟踪目标数目；

步骤4.2，在每一帧内迭代优化跟踪目标位置；

步骤4.3，将未匹配的跟踪目标设置为休眠状态；

步骤4.4，使用未匹配的检测结果与休眠态的跟踪目标进行二分匹配，并为匹配成功的休眠态目标恢复跟踪；

步骤4.5，进入下一帧，重复步骤2)-步骤4)，直至视频结束。

进一步的，所述步骤4.1中，初始化跟踪目标的依据是在连续若干帧内跟踪目标均有相匹配的目标检测结果。

进一步的，所述步骤4.2具体包括：

步骤4.2.1，基于卡尔曼滤波对该帧内的跟踪目标位置进行预测；具体为：