基于计算机视觉的“虚拟网球”系统的研制与开发

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1、AThesisinPatternRecognitionandIntelligentsystemResearchandDevelopmentof‘‘VirtualTennis，，SystemBasedonComputerVision7_jByLiChangweiSupervisor：AssociateProfessorZhaoShuyingNortheasternUniversityJune2009"1.."、萨J独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人

2、己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：弯幌日期．溯7-7‘r学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年d一年口一年半口两学位论文作者签名：轹X，签字

3、日期：>．j飙铀栅叶J碑哆软沙..1W4飞东北大学硕士学位论丈摘要基于计算机视觉的“虚拟网球"系统的研制与开发摘要计算机视觉技术在国防、工业生产、交通以及体育等各个方面有着越来越广泛的应用，发挥着日益重要的作用。国际网球公开赛中的鹰眼系统就是其中的一个计算机视觉技术与体育相结合的经典例子，为这项赛事注入了新的活力。此外，进入20世纪90年代之后，科技馆事业犹如雨后春笋般在中国开展开来，如何将相应的计算机视觉技术和科普展品结合起来称为一个新的课题。基于计算机视觉技术的“虚拟网球”系统以鹰眼系统为技术背景，提供了一个技术和科普展品结

4、合的有效平台。系统设计和实现的过程中，重点研究和探讨了摄像机标定、运动物体检测、目标定位、双目立体视觉等技术。本文在阅读大量参考文献的基础上，结合“虚拟网球”展项的技术要求和规格，研究并实现了基于计算机视觉的“虚拟网球”系统。针对系统要求，采用了大恒SV400FM高速工业摄像机采集视频图像；使用了Tsai两步法对摄像机进行了标定，分别获取了两个摄像机的内外参数、两个摄像机之间的位姿变换关系以及摄像机坐标系与世界坐标系之间的关系，为三维信息获取奠定了基础；在检测运动物体目标时，使用了背景差分法，并结合及时更新背景图像的方法，提高了

5、检测的准确性；在对目标物体进行定位时，使用的方法结合了背景差分、特征点统计以及数学形态学中的开运算，能够稳定、精确的检测目标物体的质心，鲁棒性较好，对光照变化不敏感；获得目标物体的二维质心之后，基于“虚拟网球"系统目标单一的特点以及对实时性的要求，使用立体视觉算法求得了目标物体的三维空间信息；针对三维数据中的误差，采用了曲线拟合的方法，对数据进行了平滑处理，并通过三维重建得到了虚拟的效果。系统运行结果表明，系统中使用的方法是快速、有效的，并具有较好的鲁棒性，精度误差为lena左右，能够较为准确的判断网球的第一落地点，满足系统要求

6、。关键词：计算机视觉；摄像机标定；运动物体检测；背景差分；双目立体视觉.'!(4飞东北大学硕士学位论文AbstractResearchandDevelopmentofVirtualTennisSystembasedOilComputerVisionAbstract’Nowadays，computervisionhasbeenwidelyusedinnationalsecurity,industrialproduction，transportationandsports，andbecomesmoreandmoreimportant

7、．Hawk—eye●system，appliedintheInternationalTennisOpen，isoneclassicalexamplewhichcombinedcomputervisiontechnologywithsports，andinjectnewvitalitytothisrace．Inaddition，thecauseofscienceandtechnologymuseumlaunchedquicklyafterentering20mcentury90s．howtocombinecomputervisio

8、nandscienceexhibitsisproposedasanewissue．“VirtualTennis”System，whichisbasedoncomputervisiontechnologyandtakesHawk-eyeSystemastechni