运动视频分析技术及其应用

《运动视频分析技术及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、运动视频分析技术及其应用张勇东摘要本文首先重点阐述了运动视频分析若干关键技术的研究现状与我们的解决方法，包括全局运动估计、视频运动目标提取与跟踪、视频内容标注等等。然后介绍了我们面向竞技体育运动训练的实际需求，在研究运动视频分析若干关键技术基础上研制的相应应用系统及其主要功能和在我国体育健儿备战奥运训练中的应用情况。关键词:奥运科技运动技术视频分析1前言竞技体育的目标是“更高、更快、更强”，运动员通过不断挑战自我来提高速度和力量。除了刻苦的训练之外，科学的训练方法和手段是提高运动成绩的重要而有效的途径。目前竞技体育已经发展到了一个相当水平，进一步提高运动成绩越来越依

2、赖于先进的科学技术。长期以来，我国竞技体育训练的科技水平相对较低，一直采用以主观和经验为主的教学方法。教练员凭借肉眼和经验对运动员的技术动作进行指导；运动员则只能通过多次的重复性练习来掌握技术要领。这严重影响了我国竞技体育运动水平的进一步快速提高。国内外的体育专家经过长期实践与研究一致公认：在运动训练中引入数字视频技术，对运动技术提供基于视频的分析工具，可以帮助运动员在训练过程中尽快掌握动作的技术要领，减少盲目的重复，极大地提高训练效率、降低运动员受到伤害的可能性，从而达到最佳的训练效果。目前在国外出现了几款运动技术视频分析软件系统，如瑞士Dartfish公司的Da

3、rtTrainer软件，SIMI公司的系列软件。此类软件已经在竞技体育运动训练中发挥了重要作用。在备战雅典奥运会训练时，美国奥委会为各个运动项目的美国国家队都装备了DartTrainer软件。2008年将在我国北京举办第29届奥运会。为了确保我国体育健儿在北京奥运会上取得优异的成绩，摘取更多的金牌，为他们提供基于先进技术的训练工具与手段以提高训练效率已经成为当务之急。基于上述原因，我们从运动训练实际需求出发，在深入研究运动视频分析若干关键技术的基础上研制新一代功能更强大的运动技术视频分析系统，为我国体育健儿备战奥运会提供强大的科技保证与有力的高技术工具，以确保奥运金

4、牌计划，促进我国竞技体育事业的发展。我们的研发工作得到了国家科技部与北京市科委奥运科技专项的支持。2技术需求与研究现状运动视频分析是指对视频呈现的全局运动信息（因摄像机运动造成的背景运动）以及局部运动信息（前景物体的运动）进行分析、描述和利用。它涉及到图像处理、计算机视觉、模式识别等相关技术。由于运动视频分析在视频合成、视频分割、视频压缩、视频配准和视频监控和监视等领域都有广泛的应用，近年来，视频运动信息分析已成为计算机视觉领域中备受关注的一个研究方向。国际上一些权威期刊和重要的学术会议都收录了大量关于运动视频分析的文章。为了更好地满足运动训练实际需求，研制新一代功

5、能更强大的运动技术视频分析系统，将数字视频在竞技体育运动训练中的应用潜能发挥到最大，需要深入研究如下运动视频分析关键技术：全局运动估计技术、运动视频全景图合成技术、视频运动对象提取技术、视频运动目标跟踪技术、视频内容标注技术等。2.1全局运动估计技术全局运动是指在视频序列中占有较大比例的像素运动。通常视频图像由前景和背景构成，如果在拍摄过程中摄像机是运动的，同时前景物体也有其自身的运动，那么在视频序列中所表现出来的就是背景、前景都有各自的运动：背景的运动是由摄像机运动造成的，在视频序列中占有较大比例像素，形成全局运动；而前景物体所表现出来的运动是前景物体相对于摄像机

6、的运动，称为局部运动。全局运动估计的目的就是要从视频序列中找出造成全局运动的摄像机运动的规律。通常运动视频一般都存在显著的摄像机运动，因此获得准确的全局运动参数是进行运动技术视频分析的基础。目前，全局运动估计方法主要分为微分方法和特征点对应法。其区别主要在于前者使用图像像素域上的[1]速度场；后者使用特征点的对应关系。微分方法是无特征点方法，目前已有大量该类算法用于解决全局运动估计。这些算法都要根据图像像素域上的速度场定义一个目标函数，然后用数值优化方法求解最佳的运动[2]参数。基于特征点对应方法的基本原理是在连续两帧中找出足够多的源于同一物体在不同视角下的图像点坐

7、标，通过求解超线性方程，来获得全局运动参数。目前无论是采用微分法还是特征点对应法估计全局运动参数，由于错误的特征匹配、前景物体的局部运动等噪声数据的存在（其运动属性与全局运动不一致），都会造成估计精度的下降，甚至严重影响进一步运动分析的精度。此外，现有的全局运动估计方法的计算量一般都很大。因此，全局运动估计作为进行运动视频分析的基础，其准确度和速度都有待提高。2.2运动视频全景图合成技术全景图合成是指由描述连续场景的一系列局部图像，得到一个单一的、展现整个场景全貌的图像。在传[3]统的应用中，全景图获取的是场景中静态的没有移动的背景。近年来，围绕辅助与指导运动训