JP2005209148A - Offside line detector, program therefor, and player location detector - Google Patents

Offside line detector, program therefor, and player location detector Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an offside line detector which detects the position of an offside line from an image obtained by photographing a soccer game. <P>SOLUTION: An offside line detector 1 is provided with; a silhouette image generation means for dividing an input image into player areas and a background area; a three-dimensional player coordinate estimation means 12 for estimating three-dimensional estimate player coordinates of players; a two-dimensional player area setting means 13 for setting two-dimensional player areas of players in the input image; a color statistic measuring means 14 for measuring statistics of colors in two-dimensional player areas; a color statistic storage means 15 for storing statistics of colors based on jersey colors of teams to which players belong; a classifying means 16 for classifying players into teams on the basis of statistics of colors; and an offside line position output means for specifying and outputting the position of an offside line on the basis of a team to which each player belongs, and three-dimensional player estimate coordinates. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、スポーツ映像用のCG(Computer Graphics)合成技術に関し、より詳細には、サッカー競技映像から、CG合成に使用するためのオフサイドラインの位置を検出するオフサイドライン検出装置及びそのプログラム、並びに、選手位置検出装置に関する。   The present invention relates to a CG (Computer Graphics) synthesis technique for sports video, and more specifically, an offside line detection device and program for detecting the position of an offside line for use in CG synthesis from a soccer game video, and The present invention relates to a player position detection device.

従来、スポーツ映像用のCG合成技術としては、アメリカンフットボールにおける攻撃の単位となる10ヤードラインを、映像上に仮想的に重畳して可視化する装置が実用化されている。また、ゴルフにおけるティーショットの飛距離を見やすくするために、特定の距離に直線等の図形をスケールとして映像上に仮想的に重畳する装置が存在する。また、競泳やスピードスケートにおいて、過去の泳者又は走者の実映像を、現在の競技映像に重畳して視覚化する技術が存在する。
さらに、スポーツ競技者に電磁読み取り用のタグを取り付けることで、スポーツ競技者(選手)の位置を検出し、その位置によって、サーカー競技のオフサイドライン等を可視化する技術が開示されている(特許文献1、特許文献2参照)。
特開平7−56990号公報(段落0016〜0028、図1〜3) 特開2001−104533号公報(段落0017〜0027、図1)
2. Description of the Related Art Conventionally, as a CG synthesis technique for sports video, an apparatus that virtually visualizes a 10-yard line that is a unit of attack in American football on a video has been put into practical use. In addition, in order to make it easy to see the flight distance of tee shots in golf, there is a device that virtually superimposes a graphic such as a straight line on a video at a specific distance on a video. Further, in swimming and speed skating, there is a technique for visualizing a past swimmer or runner's actual video superimposed on the current competition video.
Furthermore, a technique for detecting the position of a sports athlete (player) by attaching a tag for electromagnetic reading to a sports athlete, and visualizing an offside line of a sports competition is disclosed based on the position (Patent Document) 1, see Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 7-56990 (paragraphs 0016 to 0028, FIGS. 1 to 3) JP 2001-104533 A (paragraphs 0017 to 0027, FIG. 1)

しかし、従来のスポーツ映像用CG合成技術では、例えば、アメリカンフットボールにおける10ヤードラインを映像に重畳する場合、その10ヤードラインは一方のチームの攻撃期間中、静的な物理量であって、その期間中、10ヤードラインを示すCGを映像上に固定的に重畳するだけでよい。また、ゴルフの飛距離をスケールとして映像に重畳する場合、そのスケールは完全に静的な物理量であって、例えば、10ヤード間隔、50ヤード間隔等の固定的なスケールをCGとして映像上に重畳すればよい。   However, in the conventional sports video CG composition technology, for example, when a 10-yard line in American football is superimposed on a video, the 10-yard line is a static physical quantity during the attack period of one team, and the period Among them, the CG indicating the 10 yard line need only be fixedly superimposed on the video. In addition, when the golf flight distance is superimposed on the video as a scale, the scale is a completely static physical quantity. For example, a fixed scale such as a 10-yard interval or a 50-yard interval is superimposed on the video as a CG. do it.

一方、競泳やスピードスケートの例のように、過去の泳者又は走者の実映像を、現在の競技映像に重畳する場合、扱うCGのデータ(過去の泳者又は走者の実映像)は、動的なものであるが、予め蓄積された過去の物理量である。
すなわち、従来のスポーツ映像用CG合成技術では、例えば、サッカー競技のオフサイドラインのように、実時間で変化する物理量を映像に重畳することができないという問題がある。
On the other hand, when an actual video of a past swimmer or runner is superimposed on a current competition video, as in the case of swimming or speed skating, the CG data to be handled (actual video of past swimmer or runner) is dynamic. Although it is a thing, it is a past physical quantity accumulated in advance.
That is, the conventional sports video CG composition technique has a problem that physical quantities that change in real time cannot be superimposed on the video, such as an offside line in a soccer game.

また、スポーツ競技者に電磁読み取り用のタグを取り付けることで、サッカー競技のオフサイドライン等を可視化する技術では、スポーツ競技者(選手)にタグを取り付けなければならず、取り扱いが面倒であるとともに、ユニフォームの材質感に対して異物感を与えることとなり、選手に負担をかけてしまうという問題がある。さらに、選手の転倒等による衝撃によっては、タグが損傷して誤作動を起こしてしまうという問題がある。   In addition, by attaching a tag for electromagnetic reading to sports athletes, the technology for visualizing off-side lines of soccer competitions, etc. must attach tags to sports athletes (players), and handling is troublesome. There is a problem that it gives a sense of foreign material to the material feeling of the uniform and puts a burden on the players. Furthermore, there is a problem that the tag may be damaged due to an impact caused by the fall of the player, causing malfunction.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、スポーツ競技を撮影した映像から、動的に変化する選手の位置をチーム別に検出することが可能な選手位置検出装置と、電磁読み取り用のタグを取り付けることなく、チーム別に選手の位置を検出することで、サッカー競技のオフサイドラインの位置を動的に検出することが可能なオフサイドライン検出装置及びそのプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a player position detection device capable of detecting the position of a dynamically changing player for each team from a video obtained by photographing a sports competition; To provide an offside line detection device capable of dynamically detecting the position of an offside line in a soccer game by detecting the position of a player for each team without attaching a tag for electromagnetic reading, and a program thereof. Objective.

本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項1に記載の選手位置検出装置は、スポーツ競技をカメラで撮影した入力映像から、チーム別に選手の位置を検出する選手位置検出装置であって、シルエット映像生成手段と、3次元選手座標推定手段と、2次元選手領域設定手段と、色統計量測定手段と、色統計量記憶手段と、分類手段とを備える構成とした。   The present invention was devised in order to achieve the above-mentioned object. First, the player position detection device according to claim 1 detects the position of a player for each team from an input video obtained by photographing a sports competition with a camera. An apparatus for detecting a position of a player, comprising: a silhouette video generation means; a three-dimensional player coordinate estimation means; a two-dimensional player area setting means; a color statistic measurement means; a color statistic storage means; and a classification means. The configuration.

かかる構成によれば、選手位置検出装置は、シルエット映像生成手段によって、入力映像から、時系列に選手領域と背景領域とに分割したシルエット映像を生成する。例えば、入力映像の色情報(色ベクトル等)によって、入力映像を2値化する。あるいは、フレーム毎に動きのある領域を選手領域として検出することで、入力映像を2値化することとしてもよい。これによって、入力映像から、選手領域の候補となる領域が抽出される。   According to this configuration, the player position detection device generates a silhouette video divided into the player area and the background area in time series from the input video by the silhouette video generation means. For example, the input video is binarized by color information (color vector or the like) of the input video. Or it is good also as binarizing an input image | video by detecting the area | region which has a motion for every flame | frame as a player area. Thus, a candidate area for the player area is extracted from the input video.

そして、選手位置検出装置は、3次元選手座標推定手段によって、シルエット映像における選手領域の位置(例えば、重心位置)と、カメラが設置された位置及び撮影時の焦点距離とに基づいて、選手領域の位置を3次元座標上で追跡することで、前記選手の位置を推定する。すなわち、3次元選手座標推定手段は、カメラで撮影した2次元画像を、カメラの位置及び焦点距離に基づいて、実空間(3次元座標)上に逆投影し、その3次元座標上で選手領域の位置を追跡することで、選手の位置を3次元推定選手座標として推定する。これによって、入力映像上に映っている選手の実空間上の位置が特定される。また、選手が重なって同一のシルエットとなった選手領域であっても、その重なり(隠蔽)を検出することができる。なお、この段階では、選手のチーム等の区別は行われていない。   Then, the player position detection device uses the three-dimensional player coordinate estimation means to determine the player area based on the position of the player area in the silhouette video (for example, the center of gravity position), the position where the camera is installed, and the focal length at the time of shooting. The position of the player is estimated by tracking the position of the player on the three-dimensional coordinates. That is, the three-dimensional player coordinate estimation means back-projects a two-dimensional image captured by the camera onto the real space (three-dimensional coordinates) based on the position and focal length of the camera, and the player region on the three-dimensional coordinates. By tracking the position of the player, the position of the player is estimated as three-dimensional estimated player coordinates. As a result, the position of the player on the input video in the real space is specified. Moreover, even if the player areas overlap with each other and have the same silhouette, the overlap (hiding) can be detected. At this stage, the teams of players are not distinguished.

さらに、選手位置検出装置は、2次元選手領域設定手段によって、3次元選手座標推定手段で推定された選手領域毎の3次元推定選手座標を、カメラの位置及び焦点距離に基づいて投影変換することで、2次元座標に変換し、予め定めた選手の大きさにより、入力映像内における、選手が存在する2次元選手領域、例えば、矩形領域を設定する。これによって、個々の3次元推定選手座標で特定された選手領域と、2次元の選手領域とを対応付ける。
そして、選手位置検出装置は、色統計量測定手段によって、2次元選手領域設定手段で設定された2次元選手領域と、シルエット映像内の選手領域との共通する領域内で、入力映像の色の統計量を測定する。このように、色の統計量を、2次元選手領域と、シルエット映像内の選手領域との共通する領域内で測定することで、シルエットとして重なっている選手であっても、別々の選手として色の統計量を測定することが可能になる。
Further, the player position detecting device projects and converts the three-dimensional estimated player coordinates for each player region estimated by the three-dimensional player coordinate estimating unit based on the position of the camera and the focal length by the two-dimensional player region setting unit. Then, it is converted into two-dimensional coordinates, and a two-dimensional player area where the player exists, for example, a rectangular area, is set in the input video according to a predetermined player size. Thereby, the player area specified by the individual three-dimensional estimated player coordinates is associated with the two-dimensional player area.
Then, the player position detection device detects the color of the input video in the common area between the two-dimensional player area set by the two-dimensional player area setting means and the player area in the silhouette video by the color statistic measuring means. Measure statistics. In this way, by measuring the color statistics in the common area between the two-dimensional player area and the player area in the silhouette video, even if the players overlap as silhouettes, the colors can be displayed as different players. It becomes possible to measure the statistic.

また、選手位置検出装置は、少なくとも選手が属するチームの服色に基づく色の統計量を記憶した色統計量記憶手段を備えている。このため、選手位置検出装置は、分類手段によって、色統計量記憶手段に記憶されている色の統計量と、色統計量測定手段で測定された色の統計量とに基づいて、選手をその選手が属するチーム毎に分類することが可能になる。   In addition, the player position detection device includes a color statistic storage unit that stores at least a color statistic based on the clothes color of the team to which the player belongs. For this reason, the player position detection device uses the classification means to determine the player based on the color statistics stored in the color statistics storage means and the color statistics measured by the color statistics measurement means. It becomes possible to classify for each team to which the player belongs.

さらに、請求項2に記載の選手位置検出装置は、請求項1に記載の選手位置検出装置において、前記3次元選手座標推定手段が、面積判定手段を備え、この面積判定手段によって有効と判定された選手領域について、前記3次元推定選手座標を推定することを特徴とする。   Furthermore, the player position detection device according to claim 2 is the player position detection device according to claim 1, wherein the three-dimensional player coordinate estimation means includes an area determination means, and is determined to be effective by the area determination means. For the player area, the three-dimensional estimated player coordinates are estimated.

かかる構成によれば、選手位置検出装置は、3次元選手座標推定手段において、面積判定手段によって、予め定めた選手の大きさに基づいて、シルエット映像における選手領域が、選手の領域として有効かどうかを判定する。すなわち、面積判定手段は、シルエット映像生成手段による2値化の際に、選手の色に類似した領域を選手領域として抽出してしまっても、その領域の大きさ(面積)が予め定めた選手の大きさの範囲に含まれない場合は、当該領域を選手領域ではないと判定する。   According to such a configuration, the player position detection device determines whether or not the player area in the silhouette video is effective as the player area based on the size of the player determined in advance by the area determination means in the three-dimensional player coordinate estimation means. Determine. That is, even when the area determination unit extracts a region similar to the player's color as a player region during binarization by the silhouette video generation unit, the player has a predetermined size (area) of the region. If it is not included in the size range, it is determined that the area is not a player area.

また、請求項3に記載の選手位置検出装置は、請求項1又は請求項2に記載の選手位置検出装置において、前記3次元選手座標推定手段が、3次元座標変換手段と、第二の2次元選手領域設定手段と、面積閾値生成手段と、可変面積判定手段とを備え、この可変面積判定手段によって有効と判定された選手領域について、前記3次元推定選手座標を推定することを特徴とする。   The player position detecting device according to claim 3 is the player position detecting device according to claim 1 or 2, wherein the three-dimensional player coordinate estimating means includes a three-dimensional coordinate converting means and a second 2 A three-dimensional player area setting means, an area threshold value generating means, and a variable area determination means, wherein the three-dimensional estimated player coordinates are estimated for a player area determined to be valid by the variable area determination means. .

かかる構成によれば、選手位置検出装置は、3次元座標変換手段によって、カメラの位置及び焦点距離に基づいて、シルエット映像における選手領域毎の2次元座標を3次元座標に変換する。そして、選手位置検出装置は、第二の2次元選手領域設定手段によって、3次元座標変換手段で変換された3次元座標と、カメラの位置及び焦点距離と、予め定めた選手の大きさとに基づいて、入力映像内に選手が存在する2次元選手領域を設定する。さらに、面積閾値生成手段によって、2次元選手領域の大きさを基準として、選手領域が、選手の領域として有効かどうかを判定する閾値を生成する。すなわち、2次元選手領域の大きさに対して、予め定めた幅を持たせることで、閾値の上限値及び下限値とする。   According to such a configuration, the player position detection device converts the two-dimensional coordinates for each player area in the silhouette video into three-dimensional coordinates based on the position and focal length of the camera by the three-dimensional coordinate conversion means. The player position detecting device is based on the three-dimensional coordinates converted by the second two-dimensional player region setting means by the three-dimensional coordinate conversion means, the position and focal length of the camera, and a predetermined player size. Then, a two-dimensional player area where a player exists in the input video is set. Further, the area threshold generation unit generates a threshold for determining whether or not the player area is effective as the player area based on the size of the two-dimensional player area. That is, by setting a predetermined width for the size of the two-dimensional player area, the upper limit value and the lower limit value of the threshold are set.

これによって、選手領域が選手の領域として有効か否かを判定する際の閾値が、映像上で選手の大きさが変化した場合であっても、その大きさに適応して変化するため、最適な閾値を設定することができる。
そして、選手位置検出装置は、可変面積判定手段によって、面積閾値生成手段で生成された閾値に基づいて、シルエット映像における選手領域が、選手の領域として有効かどうかを判定する。これによって、選手領域の中で有効な領域を精度よく抽出することができる。
As a result, the threshold for determining whether or not the player area is valid as the player's area changes according to the size of the player even if the size of the player changes on the video. Thresholds can be set.
Then, the player position detection device determines whether or not the player area in the silhouette video is valid as the player area based on the threshold value generated by the area threshold value generation means by the variable area determination means. This makes it possible to accurately extract an effective area in the player area.

さらに、請求項4に記載の選手位置検出装置は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の選手位置検出装置において、前記3次元選手座標推定手段が、検出・追跡手段と、予測・推定手段と、遅延手段とを備えていることを特徴とする。   Furthermore, the player position detection device according to claim 4 is the player position detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the three-dimensional player coordinate estimation means is a detection / tracking means; A prediction / estimation unit and a delay unit are provided.

かかる構成によれば、選手位置検出装置は、検出・追跡手段によって、1単位時間過去に予測された選手領域の3次元座標である3次元予測選手座標と、現在の選手領域の3次元座標である3次元選手座標との距離に基づいて、選手領域を選手毎に検出し、追跡する。例えば、検出・追跡手段は、3次元予測選手座標と3次元選手座標との距離が最も短いものが、同一の選手領域であると判定することで、選手を追跡することができる。また、当該距離が長い場合は、その映像内に新規に選手が映ったと判定することで、新たな選手領域を検出することができる。   According to this configuration, the player position detection device uses the three-dimensional predicted player coordinates that are three-dimensional coordinates of the player area predicted by the detection / tracking means in the past by one unit time and the three-dimensional coordinates of the current player area. A player area is detected and tracked for each player based on a distance from a certain three-dimensional player coordinate. For example, the detection / tracking means can track the player by determining that the one having the shortest distance between the three-dimensional predicted player coordinate and the three-dimensional player coordinate is the same player region. Further, when the distance is long, it is possible to detect a new player area by determining that a player has newly appeared in the video.

そして、選手位置検出装置は、予測・推定手段によって、選手追跡手段で検出し、追跡された選手毎の3次元選手座標を、時間方向に平滑化して、3次元推定選手座標とするとともに、1単位時間後の選手領域の3次元座標を3次元予測選手座標として予測する。ここで時間方向の平滑化とは、時間毎に入力される3次元選手座標を、雑音等を考慮した滑らかな移動軌跡に変換することである。例えば、予測・推定手段をカルマンフィルタとして機能させることで、雑音等を考慮した滑らかな移動軌跡に変換することである。   Then, the player position detecting device detects the player tracking means by the prediction / estimating means and smoothes the tracked three-dimensional player coordinates for each player in the time direction to obtain the three-dimensional estimated player coordinates. The three-dimensional coordinates of the player area after unit time are predicted as the three-dimensional predicted player coordinates. Here, the smoothing in the time direction is to convert the three-dimensional player coordinates input for each time into a smooth movement locus in consideration of noise and the like. For example, the prediction / estimation means functions as a Kalman filter to convert it into a smooth movement locus that takes noise into consideration.

そして、選手位置検出装置は、遅延手段によって、予測・推定手段で予測された3次元予測選手座標を1単位時間遅延させる。ここで、遅延された3次元予測選手座標は、予測・推定手段で用いられる。これによって、選手位置検出装置は、選手を追跡することが可能になり、選手領域が重なった場合であっても、精度よく選手位置を特定することができる。   Then, the player position detection device delays the three-dimensional predicted player coordinates predicted by the prediction / estimation unit by one unit time by the delay unit. Here, the delayed three-dimensional predicted player coordinates are used in the prediction / estimation means. Accordingly, the player position detection device can track the player and can accurately identify the player position even when the player areas overlap.

また、請求項5に記載の選手位置検出装置は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の選手位置検出装置において、前記色統計量記憶手段に、審判の服色の統計量を記憶しておくことで、前記分類手段は、前記選手に加え、前記審判を分類の対象とすることを特徴とする。   The player position detection device according to claim 5 is the player position detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the color statistic storage means stores a statistic of a referee's clothing color. In this case, the classification means sets the referee in addition to the player as a classification target.

かかる構成によれば、選手位置検出装置は、統計量記憶手段に、審判の服色の統計量を記憶しておくことで、審判を選手と区別して認識することが可能になる。これによって、映像内において、選手だけでなく、審判の位置を検出することが可能になる。   According to this configuration, the player position detection device can recognize the referee separately from the player by storing the statistic of the referee's clothing color in the statistic storage means. This makes it possible to detect not only the player but also the position of the referee in the video.

また、請求項6に記載のオフサイドライン検出装置は、サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、オフサイドラインを検出するオフサイドライン検出装置であって、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の選手位置検出装置と、オフサイドライン位置出力手段とを備える構成とした。   Moreover, the offside line detection apparatus of Claim 6 is an offside line detection apparatus which detects an offside line from the input image | video which image | photographed the soccer game with the camera, Comprising: The any one of Claims 1 thru | or 4 The player position detecting device described in 1 and offside line position output means are provided.

かかる構成によれば、オフサイドライン検出装置は、選手位置検出装置によって、入力映像から、選手の位置を3次元推定選手座標として推定する。そして、その3次元推定選手座標に対応する2次元の選手領域を特定し、その2次元の選手領域(2次元選手領域)について、色の統計量を測定することで、選手とチームとを対応付けて検出する。これによって、入力映像上に映っている選手の3次元座標上の位置(3次元推定選手座標)と、その選手が属するチームとを対応付けて検出することができる。そして、オフサイドライン検出装置は、オフサイドライン位置出力手段によって、入力映像における個々の選手の3次元推定選手座標と、選手が属するチームとに基づいて、オフサイドラインの位置を特定することができる。例えば、オフサイドライン位置出力手段は、ゴールキーパを含む守備側の後方から2人目の選手の位置で、ゴールラインに平行なラインをオフサイドラインの位置とする。   According to this structure, an offside line detection apparatus estimates a player's position as a three-dimensional estimated player coordinate from an input image | video with a player position detection apparatus. Then, a two-dimensional player area corresponding to the three-dimensional estimated player coordinates is specified, and a color statistic is measured for the two-dimensional player area (two-dimensional player area), thereby matching the players and teams. To detect. Thereby, it is possible to detect the position (three-dimensional estimated player coordinates) of the player shown on the input video in association with the team to which the player belongs. And the offside line detection apparatus can pinpoint the position of an offside line by the offside line position output means based on the three-dimensional estimated player coordinate of each player in an input image, and the team to which a player belongs. For example, the offside line position output means sets the line parallel to the goal line as the position of the offside line at the position of the second player from the back of the defensive side including the goalkeeper.

さらに、請求項7に記載のオフサイドライン検出装置は、請求項6に記載のオフサイドライン検出装置において、前記オフサイドライン位置出力手段が、座標記憶手段と、オフサイドライン座標推定手段とを備える構成とした。   Furthermore, the offside line detection device according to claim 7 is the offside line detection device according to claim 6, wherein the offside line position output unit includes a coordinate storage unit and an offside line coordinate estimation unit. .

かかる構成によれば、オフサイドライン検出装置は、オフサイドライン位置出力手段の座標記憶手段にチームを識別する種別情報に対応付けて3次元推定選手座標を記憶する。これによって、ある時刻のフレーム内における選手の位置がすべて記憶されることになる。そして、オフサイドライン検出装置は、オフサイドライン座標推定手段によって、座標記憶手段に記憶されている3次元推定選手座標における、チームに区分された選手の特定の座標成分(例えば、x座標)の大きさの順番で、所定番目となる座標成分の値をオフサイドラインの位置として推定する。例えば、x座標が大きいほど、ホームチーム側のゴールラインに近づく座標系の場合、x座標が2番目に大きい選手の位置をオフサイドラインの位置として推定することができる。   According to this configuration, the offside line detection device stores the three-dimensional estimated player coordinates in association with the type information for identifying the team in the coordinate storage unit of the offside line position output unit. As a result, all the positions of the players in the frame at a certain time are stored. Then, the offside line detection device uses the offside line coordinate estimation unit to determine the size of a specific coordinate component (for example, x coordinate) of the players divided into teams in the three-dimensional estimated player coordinates stored in the coordinate storage unit. In this order, the value of the predetermined coordinate component is estimated as the position of the offside line. For example, when the coordinate system is closer to the goal line on the home team side as the x coordinate is larger, the position of the player having the second largest x coordinate can be estimated as the position of the offside line.

また、請求項8に記載のオフサイドライン検出装置は、サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、オフサイドラインを検出するオフサイドライン検出装置であって、選手及び審判の位置を検出する請求項5に記載の選手位置検出装置と、オフサイドライン位置出力手段とを備え、このオフサイドライン位置出力手段が、座標記憶手段と、オフサイドライン座標推定手段とを備える構成とした。   An offside line detection device according to claim 8 is an offside line detection device that detects an offside line from an input video obtained by shooting a soccer game with a camera, and detects the positions of a player and a referee. The player position detection device described above and offside line position output means are provided, and the offside line position output means includes coordinate storage means and offside line coordinate estimation means.

かかる構成によれば、オフサイドライン検出装置は、選手位置検出装置によって、入力映像から、選手及び審判の位置を3次元推定選手座標として推定する。そして、オフサイドライン検出装置は、オフサイドライン位置出力手段の座標記憶手段に選手及び審判を識別する種別情報に対応付けて3次元推定選手座標を記憶する。これによって、ある時刻のフレーム内における選手及び審判の位置がすべて記憶されることになる。そして、オフサイドライン検出装置は、オフサイドライン座標推定手段によって、座標記憶手段に記憶されている3次元推定選手座標において、種別情報と、特定のチームにおける特定の座標成分の大きさの順番とに基づいて、選手又は審判で所定番目となる座標成分の値をオフサイドラインの位置として推定する。例えば、x座標が大きいほど、ホームチーム側のゴールラインに近づく座標系の場合、x座標が2番目に大きい選手の位置をオフサイドラインの位置として推定した場合であっても、審判の位置がさらにゴールラインに近い場合は、審判が、映像内に映っていない選手を追跡していると想定し、その審判の位置をオフサイドラインの位置として推定する。   According to this configuration, the offside line detection device estimates the positions of the player and the referee as three-dimensional estimated player coordinates from the input video by the player position detection device. The offside line detection device stores the three-dimensional estimated player coordinates in association with the type information for identifying the player and the referee in the coordinate storage unit of the offside line position output unit. Thereby, all the positions of the player and the referee in the frame at a certain time are stored. The offside line detection device is based on the type information and the order of the size of the specific coordinate component in the specific team in the three-dimensional estimated player coordinates stored in the coordinate storage unit by the offside line coordinate estimation unit. Then, the value of the coordinate component that is a predetermined number by the player or the referee is estimated as the position of the offside line. For example, if the coordinate system is closer to the goal line on the home team side as the x coordinate is larger, the position of the referee is further increased even if the position of the player with the second largest x coordinate is estimated as the position of the offside line. When it is close to the goal line, it is assumed that the referee is tracking a player who is not shown in the video, and the position of the referee is estimated as the position of the offside line.

さらに、請求項9に記載のオフサイドライン検出装置は、請求項7又は請求項8に記載のオフサイドライン検出装置において、前記選手位置検出装置で検出された3次元推定選手座標の中で、予め定めた範囲内に存在する座標のみを前記座標記憶手段に記憶するフィルタ手段を備えていることを特徴とする。   Furthermore, the offside line detection device according to claim 9 is the offside line detection device according to claim 7 or 8, wherein the offside line detection device is predetermined among the three-dimensional estimated player coordinates detected by the player position detection device. And a filter means for storing in the coordinate storage means only the coordinates existing within the specified range.

かかる構成によれば、オフサイドライン検出装置は、フィルタ手段によって、選手位置検出装置が検出した3次元推定選手座標が予め定めた範囲内に存在する場合は、座標記憶手段に記憶し、その範囲内に存在しない場合は、座標記憶手段に記憶しない。例えば、ゴールキーパがゴールから予め定めた距離以上離れている場合は、そのゴールキーパは、誤検出である可能性が高いため、その座標を座標記憶手段に記憶しない。これによって、オフサイドラインを検出するための、選手等の位置のみが座標記憶手段に記憶されることとなる。   According to such a configuration, the offside line detection device stores the three-dimensional estimated player coordinates detected by the player position detection device within the predetermined range by the filter means, and stores the coordinates in the range. Is not stored in the coordinate storage means. For example, when the goal keeper is more than a predetermined distance from the goal, the goal keeper is not likely to be erroneously detected, and the coordinates are not stored in the coordinate storage means. As a result, only the position of the player or the like for detecting the offside line is stored in the coordinate storage means.

また、請求項10に記載のオフサイドライン検出装置は、サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、オフサイドラインを検出するオフサイドライン検出装置であって、シルエット映像生成手段と、3次元オブジェクト座標推定手段と、2次元選手領域設定手段と、色統計量測定手段と、色統計量記憶手段と、分類手段と、オフサイドライン位置出力手段とを備えていることを特徴とする。   The offside line detection device according to claim 10 is an offside line detection device for detecting an offside line from an input video obtained by shooting a soccer game with a camera, and includes a silhouette video generation unit and a three-dimensional object coordinate estimation unit. And a two-dimensional player area setting means, a color statistic measurement means, a color statistic storage means, a classification means, and an offside line position output means.

かかる構成によれば、オフサイドライン検出装置は、シルエット映像生成手段によって、入力映像から、時系列に選手又はボールを示すオブジェクト領域と背景領域とに分割したシルエット映像を生成する。
そして、オフサイドライン検出装置は、3次元オブジェクト座標推定手段によって、シルエット映像におけるオブジェクト領域の位置(例えば、重心位置)と、カメラが設置された位置及び撮影時の焦点距離とに基づいて、オブジェクト領域の位置を3次元座標上で追跡することで、前記選手又はボールの位置を推定する。
さらに、オフサイドライン検出装置は、2次元選手領域設定手段によって、3次元オブジェクト座標推定手段で推定された選手の3次元推定選手座標を、カメラの位置及び焦点距離に基づいて投影変換することで、2次元座標に変換し、予め定めた選手の大きさにより、入力映像内における、選手が存在する2次元選手領域、例えば、矩形領域を設定する。そして、オフサイドライン検出装置は、色統計量測定手段によって、2次元選手領域設定手段で設定された2次元選手領域と、シルエット映像内のオブジェクト領域との共通する領域内で、入力映像の色の統計量を測定する。
According to such a configuration, the offside line detection device generates a silhouette video divided into an object region and a background region indicating a player or a ball in time series from the input video by the silhouette video generation unit.
Then, the offside line detection device uses the three-dimensional object coordinate estimation unit to determine the object region based on the position of the object region in the silhouette video (for example, the center of gravity position), the position where the camera is installed, and the focal length at the time of shooting. The position of the player or the ball is estimated by tracking the position of the player on the three-dimensional coordinates.
Further, the offside line detection device projects and converts the player's three-dimensional estimated player coordinates estimated by the three-dimensional object coordinate estimating means based on the position and focal length of the camera by the two-dimensional player area setting means. Converted into two-dimensional coordinates, a two-dimensional player area, for example, a rectangular area, in which the player exists is set in the input video according to a predetermined player size. Then, the offside line detection device detects the color of the input video in a region common to the object region in the silhouette video and the two-dimensional player region set by the two-dimensional player region setting unit by the color statistic measurement unit. Measure statistics.

また、オフサイドライン検出装置は、少なくとも選手が属するチームの服色に基づく色の統計量を記憶した色統計量記憶手段を備えている。このため、選手位置検出装置は、分類手段によって、色統計量記憶手段に記憶されている色の統計量と、色統計量測定手段で測定された色の統計量とに基づいて、選手を、その選手が属するチーム毎に分類することが可能になる。
そして、オフサイドライン検出装置は、オフサイドライン位置出力手段によって、入力映像における個々の選手の3次元推定選手座標及びその選手が属するチームと、ボールの位置座標とに基づいて、オフサイドラインの位置を特定することができる。例えば、入力映像にボールが映っていない場合は、選手の位置からオフサイドラインの位置を推定し、ボールが映っている場合は、そのボールの位置をオフサイドラインの位置として推定する。
The offside line detection device further includes a color statistic storage unit that stores a color statistic based on at least the clothing color of the team to which the player belongs. For this reason, the player position detection device uses the classification means based on the color statistics stored in the color statistics storage means and the color statistics measured by the color statistics measurement means, It becomes possible to classify for each team to which the player belongs.
Then, the offside line detection device specifies the position of the offside line by the offside line position output means based on the three-dimensional estimated player coordinates of each player in the input video, the team to which the player belongs, and the ball position coordinates. can do. For example, when the ball is not reflected in the input image, the position of the offside line is estimated from the position of the player, and when the ball is reflected, the position of the ball is estimated as the position of the offside line.

さらに、請求項11に記載のオフサイドライン検出装置は、請求項10に記載のオフサイドライン検出装置において、前記色統計量記憶手段に、審判の服色の統計量を記憶しておくことで、前記分類手段は、前記選手に加え、前記審判を位置検出の対象として分類し、前記オフサイドライン位置出力手段が、座標記憶手段と、オフサイドライン座標推定手段とを備えていることを特徴とする。   Furthermore, the offside line detection device according to claim 11 is the offside line detection device according to claim 10, wherein the color statistic storage means stores the statistic of the referee's clothing color. Classification means classifies the referee as a position detection target in addition to the player, and the offside line position output means includes coordinate storage means and offside line coordinate estimation means.

かかる構成によれば、オフサイドライン検出装置は、審判の服色の統計量を記憶しておくことで、審判を選手と区別して認識することが可能になる。これによって、入力映像内において、選手だけでなく、審判の位置を検出することが可能になる。
そして、オフサイドライン検出装置は、オフサイドライン位置出力手段の座標記憶手段に、選手、審判及びボールを識別する種別情報に対応付けて、3次元推定選手座標及び3次元推定ボール座標を記憶する。そして、オフサイドライン検出装置は、オフサイドライン座標推定手段によって、種別情報と特定の座標成分(例えば、x座標)の大きさの順番とに基づいて、選手、審判又はボールで所定番目となる座標成分の値をオフサイドラインの位置として推定する。
According to this configuration, the offside line detection device can recognize the referee separately from the player by storing the statistic of the referee's clothing color. This makes it possible to detect not only the player but also the position of the referee in the input video.
The offside line detection device stores the three-dimensional estimated player coordinates and the three-dimensional estimated ball coordinates in the coordinate storage unit of the offside line position output unit in association with the type information identifying the player, the referee, and the ball. Then, the offside line detection device uses the offside line coordinate estimation means to determine a predetermined coordinate component for the player, the referee, or the ball based on the type information and the order of the sizes of specific coordinate components (for example, the x coordinate). Is estimated as the position of the offside line.

さらに、請求項12に記載のオフサイドライン検出プログラムは、サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、オフサイドラインを検出するために、コンピュータを、シルエット映像生成手段、3次元選手座標推定手段、2次元選手領域設定手段、色統計量測定手段、分類手段、オフサイドライン位置出力手段として機能させることを特徴とする。   Furthermore, the offside line detection program according to claim 12, the computer is used to detect an offside line from an input video obtained by photographing a soccer game with a camera, a silhouette video generation means, a three-dimensional player coordinate estimation means, a two-dimensional It functions as a player area setting means, a color statistic measurement means, a classification means, and an offside line position output means.

このようにコンピュータを機能させることで、オフサイドライン検出プログラムは、シルエット映像生成手段によって、入力映像から、時系列に選手領域と背景領域とに分割したシルエット映像を生成する。
そして、オフサイドライン検出プログラムは、3次元選手座標推定手段によって、シルエット映像における選手領域の位置(例えば、重心位置)と、カメラの位置及び焦点距離とに基づいて、選手領域の位置を3次元座標上で追跡することで、前記選手の位置を推定する。
さらに、オフサイドライン検出プログラムは、2次元選手領域設定手段によって、3次元選手座標推定手段で算出された選手領域毎の3次元推定選手座標と、カメラの位置及び焦点距離と、予め定めた選手の大きさとに基づいて、入力映像内に選手が存在する2次元選手領域を設定する。
By causing the computer to function in this manner, the offside line detection program generates a silhouette video divided into a player area and a background area in time series from the input video by the silhouette video generation means.
Then, the offside line detection program uses the three-dimensional player coordinate estimation means to determine the position of the player area based on the position of the player area (for example, the center of gravity position) in the silhouette video and the position and focal length of the camera. By tracking above, the player's position is estimated.
Furthermore, the offside line detection program uses the two-dimensional player area setting means to calculate the three-dimensional estimated player coordinates for each player area calculated by the three-dimensional player coordinate estimation means, the camera position and focal length, Based on the size, a two-dimensional player area where a player exists in the input video is set.

そして、オフサイドライン検出プログラムは、色統計量測定手段によって、2次元選手領域設定手段で設定された2次元選手領域と、シルエット映像内の選手領域との共通する領域内で、入力映像の色の統計量を測定する。
そして、オフサイドライン検出プログラムは、分類手段によって、少なくとも選手が属するチームの服色に基づく色の統計量を記憶した色統計量記憶手段に記憶されている色の統計量と、色統計量測定ステップにおいて測定された色の統計量とに基づいて、選手をチーム毎に分類する。
また、オフサイドライン検出プログラムは、オフサイドライン位置出力手段によって、分類手段で分類された選手毎のチームと、3次元選手座標推定手段で推定された3次元推定選手座標とに基づいて、オフサイドラインの位置を特定する。
Then, the offside line detection program detects the color of the input video in the common area between the two-dimensional player area set by the two-dimensional player area setting means and the player area in the silhouette video by the color statistic measuring means. Measure statistics.
The offside line detection program includes a color statistic stored in a color statistic storage unit that stores at least a color statistic based on a clothing color of a team to which the player belongs, and a color statistic measurement step. Players are classified by team based on the color statistics measured in.
Further, the offside line detection program uses the offside line position output means based on the team for each player classified by the classification means and the three-dimensional estimated player coordinates estimated by the three-dimensional player coordinate estimation means. Identify the location.

請求項1に記載の発明によれば、スポーツ競技をカメラで撮影した入力映像から、チーム別に選手の3次元空間上の位置を検出して出力することができ、さらに、フレーム毎に選手の位置を追跡するため、選手同士が重なり合っても精度よく選手の位置を検出することができる。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to detect and output the position of the player in the three-dimensional space for each team from the input video obtained by photographing the sports competition with the camera, and further, the position of the player for each frame. Therefore, the position of the player can be accurately detected even if the players overlap each other.

請求項2に記載の発明によれば、シルエット映像として抽出した領域の大きさ(面積)が、予め定めた選手の大きさの範囲に含まれない場合は、当該領域を選手領域ではないと判定するため、ノイズや誤検出による領域を排除することができ、精度よく選手を検出することができる。   According to the second aspect of the present invention, when the size (area) of the region extracted as the silhouette video is not included in the predetermined player size range, it is determined that the region is not a player region. Therefore, a region due to noise or erroneous detection can be eliminated, and a player can be detected with high accuracy.

請求項3に記載の発明によれば、シルエット映像として抽出した領域の大きさ(面積)が、選手の動きによって大きく変化する場合であっても、その選手の大きさによって、シルエット映像として抽出した領域が、選手の領域として有効かどうかを判定する閾値を変化させることができるので、選手領域の有効性を正確に判定することができる。   According to the third aspect of the present invention, even if the size (area) of the region extracted as a silhouette video changes greatly depending on the movement of the player, it is extracted as a silhouette video depending on the size of the player. Since the threshold value for determining whether or not the area is effective as the player area can be changed, the validity of the player area can be accurately determined.

請求項4に記載の発明によれば、選手領域を3次元座標上で検出、追跡することができるので、選手がシルエット映像において重なっている場合であっても、個々の選手を追跡することが可能になる。このように、映像上の選手を区別することができるため、オフサイドラインの位置を精度よく検出することが可能になる。
請求項5に記載の発明によれば、選手と同様に、審判の位置を3次元座標上で検出、追跡することができる。
According to the invention described in claim 4, since the player area can be detected and tracked on the three-dimensional coordinates, it is possible to track individual players even when the players overlap in the silhouette video. It becomes possible. Thus, since the players on the video can be distinguished, the position of the offside line can be accurately detected.
According to the fifth aspect of the present invention, the position of the referee can be detected and tracked on the three-dimensional coordinates, like the player.

請求項6又は請求項12に記載の発明によれば、サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、サッカー競技のフィールド内におけるチーム別の選手の3次元空間上の位置により、時々刻々と変化するオフサイドラインの位置(座標)を推定することができる。これによって、このオフサイドラインの位置(座標)を、入力映像に対してコンピュータグラフィックスにより合成することで、オフサイドラインを視覚化して提示することが可能になる。   According to the invention described in claim 6 or claim 12, it changes from moment to moment according to the position in the three-dimensional space of each team player in the soccer competition field from the input video obtained by photographing the soccer competition with the camera. The position (coordinates) of the offside line can be estimated. Accordingly, the offside line can be visualized and presented by synthesizing the position (coordinates) of the offside line with the input video by computer graphics.

請求項7に記載の発明によれば、時系列の映像(フレーム等)毎に、その映像内に映っている選手の位置をチーム毎に分類して記憶しておくため、その映像内において、あるチームの選手が、ゴールから何番目に位置するかを推定することができ、その順番により、オフサイドラインの位置を推定することができる。
請求項8に記載の発明によれば、選手と同様に、審判の位置を3次元座標上で検出、追跡することができ、時系列の映像(フレーム等)毎に、その映像内に映っている選手や審判を分類して記憶しておくため、選手のみでオフサイドラインの位置を推定する場合に比べ、精度よくオフサイドラインの位置を推定することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, for each time-series video (such as a frame), the position of the player shown in the video is classified and stored for each team. It is possible to estimate how many players from a certain team are located from the goal, and according to the order, the position of the offside line can be estimated.
According to the invention described in claim 8, like the player, the position of the referee can be detected and tracked on the three-dimensional coordinates, and each time-series video (frame etc.) is reflected in the video. Since the players and the referees are classified and stored, the position of the offside line can be estimated more accurately than when the position of the offside line is estimated only by the player.

請求項9に記載の発明によれば、オフサイドラインを検出するために必要となる選手等の位置のみが座標記憶手段に記憶されることになるため、オフサイドラインの位置を推定する精度を高めることができる。
請求項10に記載の発明によれば、サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、サッカー競技のフィールド内におけるチーム別の選手やボールの3次元空間上の位置により、時々刻々と変化するオフサイドラインの位置(座標)を推定することができる。
請求項11に記載の発明によれば、選手、審判及びボールの位置に基づいて、オフサイドラインの位置を推定するため、精度よくオフサイドラインの位置を推定することができる。
According to the ninth aspect of the present invention, only the position of a player or the like necessary for detecting the offside line is stored in the coordinate storage means, so that the accuracy of estimating the position of the offside line is improved. Can do.
According to the invention described in claim 10, an offside line that changes from moment to moment depending on the position of the player and the ball in the three-dimensional space of each team in the soccer competition field from the input video obtained by photographing the soccer competition with the camera. Can be estimated.
According to the eleventh aspect, since the position of the offside line is estimated based on the position of the player, the referee, and the ball, the position of the offside line can be estimated with high accuracy.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[オフサイドライン検出装置の概要]
まず、図1を参照して、本発明に係るオフサイドライン検出装置の概要について説明する。図1は、サッカー競技のルールに規定されたオフサイドラインを検出するオフサイドライン検出装置の概要を説明するための説明図である。
図1に示すように、オフサイドライン検出装置1は、サッカー競技場Fを撮影するカメラCから出力される映像と、そのカメラCが設置された位置及び撮影時の焦点距離とに基づいて、オフサイドラインの位置を検出するものである。ここで、オフサイドラインとは、ハーフウェイラインHLとゴールラインGLとの間において、ゴールキーパを含む守備側の後方から2人目の選手を通る、ゴールラインGLに平行なラインである。
ここでは、オフサイドライン検出装置1は、サッカー競技場FにおけるタッチラインTL方向をx(xW)軸、ハーフウェイラインHL方向をy(yW)軸、天頂方向をz(zW)軸とするワールド座標系(xW,yW,zW)としたときのオフサイドラインの位置、すなわち、x座標を出力する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Outline of offside line detector]
First, an outline of an offside line detection device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an outline of an offside line detection device that detects an offside line defined in a soccer competition rule.
As shown in FIG. 1, the offside line detection device 1 is based on an image output from a camera C that captures a soccer field F, a position where the camera C is installed, and a focal distance at the time of shooting. The position of the line is detected. Here, the offside line is a line parallel to the goal line GL passing between the half way line HL and the goal line GL and passing the second player from the rear side of the defensive side including the goal keeper.
Here, the offside line detection device 1 has the touch line TL direction in the soccer field F as the x (x W ) axis, the half way line HL direction as the y (y W ) axis, and the zenith direction as the z (z W ) axis. The position of the offside line when the world coordinate system (x W , y W , z W ) is set, that is, the x coordinate is output.

なお、カメラCは、ワールド座標系(xW,yW,zW)において、カメラの位置T(tx,ty,tz)に配置されているものとし、カメラCの座標系は、ワールド座標系(xW,yW,zW)とは異なるカメラ座標系(xC,yC,zC)となっているものとする。ここで、カメラ座標系とは、ワールド座標に対し、入力映像を見たときの視点となる位置を原点とした座標系である。また、カメラCは固定カメラである必要はなく、移動カメラでサッカー競技場Fを撮影してもよい。 The camera C is assumed to be arranged at the camera position T (t x , t y , t z ) in the world coordinate system (x W , y W , z W ), and the coordinate system of the camera C is It is assumed that the camera coordinate system (x C , y C , z C ) is different from the world coordinate system (x W , y W , z W ). Here, the camera coordinate system is a coordinate system whose origin is a position that becomes a viewpoint when viewing an input video with respect to world coordinates. Further, the camera C does not need to be a fixed camera, and the soccer stadium F may be photographed with a moving camera.

<第一の実施の形態]>
[オフサイドライン検出装置の構成]
次に、図2を参照して、本発明の第一の実施の形態に係るオフサイドライン検出装置の構成について説明する。図2は、本発明の第一の実施の形態に係るオフサイドライン検出装置の構成を示したブロック図である。
図2に示すように、オフサイドライン検出装置1は、サッカー競技を撮影した映像(入力映像)から、チーム毎の選手の位置を検出することで、オフサイドラインの位置(座標)を検出するものである。ここでは、オフサイドライン検出装置1は、選手位置検出手段10と、オフサイドライン位置出力手段20とを備えて構成している。
<First embodiment>
[Configuration of offside line detector]
Next, the configuration of the offside line detection device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the offside line detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the offside line detection device 1 detects the position (coordinates) of the offside line by detecting the position of the player for each team from the video (input video) taken of the soccer game. is there. Here, the offside line detection apparatus 1 includes a player position detection unit 10 and an offside line position output unit 20.

選手位置検出手段(選手位置検出装置)10は、入力されたスポーツ映像(ここではサッカー競技を撮影した入力映像)から、その入力映像内におけるチーム毎の選手の位置を検出するものである。ここでは、選手位置検出手段10は、シルエット映像生成手段11と、3次元選手座標推定手段12と、2次元選手領域設定手段13と、色統計量測定手段14と、色統計量記憶手段15と、分類手段16とを備えて構成している。   The player position detecting means (player position detecting device) 10 detects the position of the player for each team in the input video from the input sports video (here, the input video obtained by shooting a soccer game). Here, the player position detection means 10 includes a silhouette video generation means 11, a three-dimensional player coordinate estimation means 12, a two-dimensional player area setting means 13, a color statistic measurement means 14, and a color statistic storage means 15. The classification means 16 is provided.

シルエット映像生成手段11は、入力映像として時系列に入力されるフレーム毎に、そのフレームを複数の選手領域と背景領域とに分割することでシルエット映像を生成するものである。ここでは、シルエット映像生成手段11は、選手領域を画素値「1」、背景領域を画素値「0」としてフレームを2値化する。例えば、図3に示した入力映像(ある時刻におけるフレーム)を2値化することで、図4に示したシルエット映像を生成する。この図4では、選手領域を「黒色」、背景領域を「白色」で示している。また、この図4では、選手領域の中に、選手とは関係のない領域Hが、誤検出された例を示している。なお、ここで生成されたシルエット映像は、図示していない記憶手段に一時的に記憶され、3次元選手座標推定手段12及び色統計量測定手段14によって参照される。   The silhouette video generation means 11 generates a silhouette video by dividing the frame into a plurality of player areas and a background area for each frame input in time series as an input video. Here, the silhouette video generation means 11 binarizes the frame with the player area having the pixel value “1” and the background area having the pixel value “0”. For example, the silhouette video shown in FIG. 4 is generated by binarizing the input video (frame at a certain time) shown in FIG. In FIG. 4, the player area is indicated by “black” and the background area is indicated by “white”. FIG. 4 shows an example in which a region H that is not related to a player is erroneously detected in the player region. The silhouette image generated here is temporarily stored in a storage means (not shown) and is referred to by the three-dimensional player coordinate estimation means 12 and the color statistic measurement means 14.

このシルエット映像生成手段11は、例えば、一般的なハードクロマキーによって実現することができる。ここで入力映像をカラー映像としたとき、入力映像の(x,y)座標位置の画素値I(x,y)は、色空間内におけるベクトル値(色ベクトル)をとる。そこで、ここでは、ハードクロマキーとして、入力された色ベクトルを{0,1}の2値に変換するものとする。すなわち、ハードクロマキーは、以下の(1)式に示すように、入力映像I(x,y)をシルエット映像(2値画像)S(x,y)に変換する関数cとすることができる。   The silhouette video generation means 11 can be realized by a general hard chroma key, for example. Here, when the input video is a color video, the pixel value I (x, y) at the (x, y) coordinate position of the input video takes a vector value (color vector) in the color space. Therefore, here, it is assumed that the input color vector is converted into a binary of {0, 1} as a hard chroma key. That is, the hard chroma key can be a function c that converts the input video I (x, y) into a silhouette video (binary image) S (x, y) as shown in the following equation (1).

Figure 2005209148
Figure 2005209148

例えば、背景となる芝生や、土の領域における色ベクトルの平均値、共分散等の統計量を予め求めておき、入力映像の画素の色ベクトルが、その統計量に近い場合には「0」、それ以外の場合に「1」を出力する関数cを、ハードクロマキーとする。ここで、色ベクトルと統計量との距離は、マハラノビス距離を用いることができる。このマハラノビス距離が予め定めた閾値以下の場合には、前記(1)式の関数cは「0」を出力し、閾値を超える場合には、関数cは「1」を出力するものとする。   For example, statistics such as the average value and covariance of color vectors in the background lawn and soil area are obtained in advance, and “0” is obtained when the color vector of the pixel of the input video is close to the statistics. In other cases, the function c that outputs “1” is defined as a hard chroma key. Here, the Mahalanobis distance can be used as the distance between the color vector and the statistic. When the Mahalanobis distance is less than or equal to a predetermined threshold, the function c in the above equation (1) outputs “0”, and when it exceeds the threshold, the function c outputs “1”.

また、シルエット映像生成手段11は、背景差分法によって実現することも可能である。例えば、選手が映っていない、若しくは選手を除去した背景画像B(x,y)を予め準備しておき、以下に示す(2)式に示すように、入力映像I(x,y)と、予め準備した背景画像B(x,y)との色ベクトルの大きさの差分が、予め定めた閾値θ以下の場合は「0」、それ以外の場合は「1」とすることで、シルエット映像(2値画像)S(x,y)としてもよい。   The silhouette video generation means 11 can also be realized by a background difference method. For example, a background image B (x, y) in which a player is not shown or a player is removed is prepared in advance, and an input video I (x, y) as shown in the following equation (2): The silhouette video is set to “0” if the difference in color vector size from the background image B (x, y) prepared in advance is equal to or smaller than a predetermined threshold θ, and “1” otherwise. (Binary image) S (x, y) may be used.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

なお、シルエット映像生成手段11は、フレーム毎に動きのある領域を検出し、その動きのある領域を選手領域としてもよい。   Note that the silhouette video generation means 11 may detect an area with movement for each frame and set the area with movement as a player area.

3次元選手座標推定手段12は、シルエット映像生成手段11で生成されたシルエット映像における選手領域の位置と、入力映像を撮影したカメラが設置された位置及び撮影時の焦点距離とに基づいて、それぞれの選手領域の3次元座標を推定した3次元推定選手座標を算出するものである。この3次元選手座標推定手段12では、個々の選手領域内における特定の一点である重心位置を基準に3次元推定選手座標を求めることとする。なお、重心座標以外で、選手領域内の特定の一点、例えば、最上位点等を用いることもできるが、選手領域全体の位置を特徴付ける重心座標を用いることが好ましい。この3次元選手座標推定手段12で推定された3次元推定選手座標は、選手領域毎に識別番号が付与されて2次元選手領域設定手段13に出力される。なお、ここでは、3次元選手座標推定手段12は、ラベリング手段12aと、面積判定手段12bと、逆投影変換手段12cと、検出・追跡手段12dと、予測・推定手段12eと、遅延手段12fとを備えて構成している。   The three-dimensional player coordinate estimation means 12 is based on the position of the player area in the silhouette video generated by the silhouette video generation means 11, the position where the camera that shot the input video is installed, and the focal length at the time of shooting, respectively. The three-dimensional estimated player coordinates obtained by estimating the three-dimensional coordinates of the player area are calculated. The three-dimensional player coordinate estimation means 12 determines the three-dimensional estimated player coordinates based on the position of the center of gravity which is a specific point in each player area. In addition to the barycentric coordinates, a specific point in the player area, for example, the highest point can be used, but it is preferable to use barycentric coordinates that characterize the position of the entire player area. The three-dimensional estimated player coordinates estimated by the three-dimensional player coordinate estimating means 12 are given an identification number for each player area and are output to the two-dimensional player area setting means 13. Here, the three-dimensional player coordinate estimation means 12 includes a labeling means 12a, an area determination means 12b, a back projection conversion means 12c, a detection / tracking means 12d, a prediction / estimation means 12e, and a delay means 12f. It is configured with.

ラベリング手段12aは、シルエット映像生成手段11で生成されたシルエット映像における選手領域に対して、番号付け(ラベル付け)を行うものである。例えば、図4に示したシルエット映像に対してラベル付けを行うことで、図5に示すように、単連結領域である選手領域毎に、ラベル番号(ここでは、L1〜L9)が付与される。このラベル付けは、一般的な2値画像のラベリングアルゴリズムにより行うことができる。なお、ここでは、ラベリング手段12aは、ラベル付けされたラベル番号毎に、単連結領域(選手領域)の面積及び重心座標も算出するものとする。以下、このラベル番号、面積及び重心座標を領域情報と呼ぶ。このラベリング手段12aで生成された情報である領域情報は、面積判定手段12bに出力される。   The labeling unit 12a performs numbering (labeling) on the player area in the silhouette video generated by the silhouette video generation unit 11. For example, by labeling the silhouette video shown in FIG. 4, as shown in FIG. 5, a label number (here, L1 to L9) is given to each player area that is a single connected area. . This labeling can be performed by a general binary image labeling algorithm. Here, it is assumed that the labeling means 12a also calculates the area and barycentric coordinates of the single connected area (player area) for each labeled label number. Hereinafter, this label number, area, and barycentric coordinates are referred to as region information. The region information that is information generated by the labeling unit 12a is output to the area determining unit 12b.

面積判定手段12bは、ラベリング手段12aで生成された領域情報内の面積が、特定の範囲内であるかどうかを判定し、面積が特定の範囲にある領域情報のみを出力する面積フィルタとして機能するものである。例えば、予め選手の大きさに相当する面積の下限値Amin及び上限値Amaxを、閾値として定めておく。そして、面積判定手段12bは、ラベル番号m(1≦m≦M)(Mは単連結領域の数)に対応する領域情報の面積Amが、閉区間[Amin,Amax]に含まれるかどうかを判定し、Am∈[Amin,Amax]を満たす場合にのみ、領域情報を出力する。ここで条件を満たした領域情報は、逆投影変換手段12cに出力される。
これによって、図4に示した、選手とは関係のない領域Hの領域情報は、出力されないことになる。
The area determination unit 12b functions as an area filter that determines whether the area in the region information generated by the labeling unit 12a is within a specific range and outputs only the region information whose area is in the specific range. Is. For example, the lower limit value A min and the upper limit value A max of the area corresponding to the size of the player are determined in advance as threshold values. Then, the area determining unit 12b, the label number m (1 ≦ m ≦ M) (M is the number of simply connected regions) area A m of the area information corresponding to is included in the closed interval [A min, A max] The region information is output only when A m ∈ [A min , A max ] is satisfied. Here, the area information that satisfies the condition is output to the backprojection conversion means 12c.
Accordingly, the area information of the area H that is not related to the player shown in FIG. 4 is not output.

逆投影変換手段12cは、面積判定手段12bから出力される領域情報に含まれる選手領域毎の2次元座標である重心座標を、図1で説明したワールド座標系における3次元座標(3次元選手座標)に変換するものである。ここで、重心座標を(gx,gy)、ワールド座標系におけるカメラの位置を(tx,ty,tz)、カメラ座標系からワールド座標系への回転行列をR、カメラの焦点距離をf、ワールド座標系における選手の仮想身長をhとすると、ワールド座標系における、重心座標に対応する3次元選手座標(wx,wy,wz)は、以下の(3)式により求めることができる。 The backprojection conversion unit 12c converts the center-of-gravity coordinates, which are two-dimensional coordinates for each player area included in the area information output from the area determination unit 12b, into three-dimensional coordinates (three-dimensional player coordinates in the world coordinate system illustrated in FIG. ). Here, the center-of-gravity coordinates are (g x , g y ), the camera position in the world coordinate system is (t x , t y , t z ), the rotation matrix from the camera coordinate system to the world coordinate system is R, and the camera focus When the distance is f and the virtual height of the player in the world coordinate system is h, the three-dimensional player coordinates (w x , w y , w z ) in the world coordinate system corresponding to the barycentric coordinates are expressed by the following equation (3): Can be sought.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

この(3)式によって、算出された3次元選手座標(wx,wy,wz)は、選手領域、すなわち、ラベル番号に対応付けられて検出・追跡手段12dに出力される。 The calculated three-dimensional player coordinates (w x , w y , w z ) according to the equation (3) are output to the detection / tracking means 12d in association with the player area, that is, the label number.

検出・追跡手段12dは、逆投影変換手段12cでワールド座標系の座標位置に変換された選手領域毎の3次元選手座標と、後記する遅延手段12fで遅延されて出力される選手領域毎の3次元予測選手座標との距離(例えば、ユークリッド距離)に基づいて、選手領域を選手毎に対応付けて追跡するものである。
この検出・追跡手段12dでは、選手領域毎の3次元選手座標と3次元予測選手座標との距離を、全ての組み合わせで算出し、3次元予測選手座標との距離が最も近い3次元選手座標の選手領域を、3次元予測選手座標と同じ選手の領域であると判定し、同一の識別番号を付与する。
すなわち、検出・追跡手段12dは、まず、遅延手段12fで遅延された識別番号iの選手領域の3次元予測選手座標piに最も近い3次元選手座標wm(wx,wy,wz)のラベル番号k(i)を、以下の(4)式により求める。なお、Mfは、面積判定手段12bで条件を満たした(フィルタリングされた)領域情報のラベル番号mの集合である。
The detection / tracking means 12d has three-dimensional player coordinates for each player area converted into the coordinate position of the world coordinate system by the back projection conversion means 12c, and 3 for each player area delayed and output by the delay means 12f described later. Based on the distance (for example, Euclidean distance) from the dimension predicted player coordinates, the player area is tracked in association with each player.
In this detection / tracking means 12d, the distance between the 3D player coordinates and the 3D predicted player coordinates for each player area is calculated in all combinations, and the 3D player coordinates of the closest distance to the 3D predicted player coordinates are calculated. The player area is determined to be the same player area as the three-dimensional predicted player coordinates, and the same identification number is assigned.
That is, the detection / tracking unit 12d firstly selects the three-dimensional player coordinates w m (w x , w y , w z) closest to the three-dimensional predicted player coordinates p i of the player area of the identification number i delayed by the delay unit 12f. ) Label number k (i) is obtained by the following equation (4). M f is a set of label numbers m of area information that satisfies the condition (filtered) by the area determination unit 12b.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

ここで、以下の(5)式に示す、ラベル番号k(i)の3次元選手座標wk(i)と、識別番号iの選手領域の3次元予測選手座標piとの距離d(i)が、予め定めた閾値以下であった場合、検出・追跡手段12dは、追跡が成功したものと判断し、識別番号iと3次元選手座標wk(i)とを対として予測・推定手段12eに出力する。これによって、映像上の同一の選手の領域(選手領域)は、同一の識別番号を付与されて、追跡されることになる。 Here, the distance d (i ) between the three-dimensional player coordinates w k (i) of the label number k (i) and the three-dimensional predicted player coordinates p i of the player area of the identification number i shown in the following equation (5). ) Is equal to or less than a predetermined threshold value, the detection / tracking means 12d determines that the tracking is successful, and predicts / estimates the identification number i and the three-dimensional player coordinates w k (i) as a pair. To 12e. Thus, the same player area (player area) on the video is given the same identification number and is tracked.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

一方、検出・追跡手段12dは、距離d(i)が予め定めた閾値以下となる識別番号iの集合をJとし、遅延手段12fから出力される全ての識別番号iに関して、前記(4)式により最近傍のラベル番号k(i)を求めた後、いずれの識別番号i(∈J)の最近傍とはならなかったラベル番号の集合Nを以下の(6)式により求める。   On the other hand, the detection / tracking unit 12d sets J as a set of identification numbers i in which the distance d (i) is equal to or less than a predetermined threshold, and relates to all the identification numbers i output from the delay unit 12f. After obtaining the nearest label number k (i) by the above, the set N of label numbers that have not become the nearest neighbor of any identification number i (εJ) is obtained by the following equation (6).

Figure 2005209148
Figure 2005209148

ここで(6)式の集合Nが空集合でない場合、検出・追跡手段12dは、集合Nを構成する全てのラベル番号n(∈N)に対し、集合Jに含まれない新規の識別番号を割り当て、その新規の識別番号とラベル番号nの3次元選手座標wnとを対として予測・推定手段12eに出力する。これによって、新しく映像上に出現した選手が検出され、その選手の領域(選手領域)に新規の識別番号が付与されることになる。 Here, when the set N in the expression (6) is not an empty set, the detection / tracking unit 12d assigns a new identification number not included in the set J to all the label numbers n (∈N) constituting the set N. allocation, and outputs to the prediction-estimating unit 12e and a 3-dimensional players coordinate w n of the new identification number and label number n as a pair. As a result, a new player appearing on the video is detected, and a new identification number is assigned to the player's area (player area).

予測・推定手段12eは、検出・追跡手段12dで新規に検出された、あるいは、追跡された選手(選手領域)毎の3次元選手座標を、時間方向に平滑化して、3次元推定選手座標とするとともに、1単位時間後の選手領域の3次元座標を3次元予測選手座標として予測するものである。ここで時間方向の平滑化とは、時間毎に入力される3次元選手座標を、フィルタリングにより、雑音等を考慮した滑らかな移動軌跡に変換することである。この予測・推定手段12eで予測された3次元予測選手座標は、選手領域を特定する識別番号とともに遅延手段12fに出力される。また、ここで推定された3次元推定選手座標は、選手領域を特定する識別番号とともに2次元選手領域設定手段13及びオフサイドライン位置出力手段20に出力される。   The prediction / estimation means 12e smoothes the three-dimensional player coordinates for each player (player area) newly detected or tracked by the detection / tracking means 12d in the time direction to obtain the three-dimensional estimation player coordinates. In addition, the three-dimensional coordinates of the player area after one unit time are predicted as the three-dimensional predicted player coordinates. Here, the smoothing in the time direction is to convert the three-dimensional player coordinates input for each time into a smooth movement locus in consideration of noise or the like by filtering. The three-dimensional predicted player coordinates predicted by the prediction / estimation unit 12e are output to the delay unit 12f together with an identification number that identifies the player region. The three-dimensional estimated player coordinates estimated here are output to the two-dimensional player region setting unit 13 and the offside line position output unit 20 together with the identification number for specifying the player region.

この予測・推定手段12eは、例えば、カルマンフィルタとして構成することができる。ここで、数式を参照して、予測・推定手段12eが行う、カルマンフィルタによる予測及び推定の手法について説明する。なお、ここでは、予測・推定手段12eに入力される3次元選手座標の中で、1つの識別番号iの選手に注目して説明を行うこととする。また、以下の説明では、3次元座標系は、図1に示したように、サッカー競技場FにおけるタッチラインTL方向をx軸、ハーフウェイラインHL方向をy軸、天頂方向をz軸とする右手系を構成しているものとする。さらに、カルマンフィルタでは、3次元座標の内、x、yの両成分、及びx、yの単位時間差分を内部状態にとり、等速運動モデルによるモデル化を行うこととする。   The prediction / estimation unit 12e can be configured as a Kalman filter, for example. Here, a prediction and estimation technique using a Kalman filter performed by the prediction / estimation unit 12e will be described with reference to mathematical expressions. Here, the description will be given focusing on the player with one identification number i in the three-dimensional player coordinates input to the prediction / estimation means 12e. In the following description, as shown in FIG. 1, the three-dimensional coordinate system uses the touch line TL direction in the soccer field F as the x axis, the half way line HL direction as the y axis, and the zenith direction as the z axis. Assume a right-handed system. Further, in the Kalman filter, both the x and y components of the three-dimensional coordinates and the unit time difference of x and y are set in the internal state, and modeling is performed using a constant velocity motion model.

ここで、内部状態とシステム雑音の共分散である状態共分散をP、観測時に混入する観測雑音の共分散である観測雑音共分散行列をR、プロセス雑音の共分散であるプロセス雑音共分散行列をQ、内部状態と観測状態との関係を表す観測行列をH、状態遷移行列をFとすると、時刻jにおけるカルマンゲインKjは、以下の(7)式により算出される。なお、Tは転置を示す。 Here, P is the state covariance that is the covariance between the internal state and the system noise, R is the observation noise covariance matrix that is the covariance of the observation noise mixed during observation, and the process noise covariance matrix is the covariance of the process noise. Is Q, H is the observation matrix representing the relationship between the internal state and the observation state, and F is the state transition matrix, the Kalman gain K j at time j is calculated by the following equation (7). T indicates transposition.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

そして、予測・推定手段12eは、以下の(8)式及び(9)式により、内部状態の更新及び伝搬の演算を順次実行する。なお、wjは時刻jにおける3次元選手座標を示す。 Then, the prediction / estimation means 12e sequentially executes the internal state update and propagation calculations according to the following equations (8) and (9). W j indicates the three-dimensional player coordinates at time j.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

Figure 2005209148
Figure 2005209148

そして、予測・推定手段12eは、以下の(10)式により、時刻jにおける3次元推定選手座標sj、及び、3次元予測選手座標pjを算出する。なお、Iは単位行列、Oは零行列を示す。 Then, the prediction / estimation unit 12e calculates the three-dimensional estimated player coordinate s j and the three-dimensional predicted player coordinate p j at time j by the following equation (10). I represents a unit matrix, and O represents a zero matrix.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

なお、前記(7)式乃至(10)式に示したxj|j及びPj|j等は、予測・推定手段12e(カルマンフィルタ)の内部状態を示し、以下の手順で初期化を行うものとする。
まず、予測・推定手段12eに、時刻j0において、初めて3次元選手座標wj0が入力されたとする。このとき、予測・推定手段12eは、以下の(11)式によって、xj0|j0-1を設定する。
Note that x j | j and P j | j shown in the equations (7) to (10) indicate the internal state of the prediction / estimation means 12e (Kalman filter) and are initialized by the following procedure. And
First, it is assumed that the three-dimensional player coordinate w j0 is input to the prediction / estimation means 12e for the first time at time j 0 . At this time, the prediction / estimation unit 12e sets x j0 | j0-1 according to the following equation (11).

Figure 2005209148
Figure 2005209148

一方、状態共分散Pは、例えば、以下の(12)式に示すような対角行列を用いることができる。なお、σx、σy、σu、σvは、正の整数とする。 On the other hand, for the state covariance P, for example, a diagonal matrix as shown in the following equation (12) can be used. Note that σ x , σ y , σ u , and σ v are positive integers.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

そして、予測・推定手段12eは、時刻(j0+1)以降は、前記(7)式乃至(10)式の演算を逐次実行し、3次元推定選手座標sj、及び、3次元予測選手座標pjを算出する。
なお、前記(7)式乃至(9)式において、観測行列H、状態遷移行列F、プロセス雑音共分散行列Q及び観測雑音共分散行列Rは、以下の(13)式乃至(16)式とする。
Then, after time (j 0 +1), the prediction / estimation means 12e sequentially executes the calculations of the expressions (7) to (10) to obtain the three-dimensional estimated player coordinates s j and the three-dimensional predicted player coordinates. p j is calculated.
In the equations (7) to (9), the observation matrix H, the state transition matrix F, the process noise covariance matrix Q and the observation noise covariance matrix R are expressed by the following equations (13) to (16): To do.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

Figure 2005209148
Figure 2005209148

Figure 2005209148
Figure 2005209148

Figure 2005209148
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なお、(16)式のλを、正の値をとる変数とし、選手の位置に応じて値を変化させることとしてもよい。例えば、前記(4)式のラベル番号k(i)に注目し、k(i)=k(j)を満たすjがj=iの他にも存在する場合、予測・推定手段12eは、選手同士の隠蔽が発生していると判断し、λの値を大きくする。また、jがj=iのみの場合、予測・推定手段12eは、選手同士の隠蔽が発生していないと判断し、λの値を小さくする。これによって、予測・推定手段12eは、選手同士の隠蔽を考慮して、精度よく選手を追跡することが可能になる。
このように、予測・推定手段12eをカルマンフィルタで構成することで、選手を滑らかに追跡することが可能になる。
図2のオフサイドライン検出装置1の構成について、説明を続ける。
Note that λ in the equation (16) may be a variable having a positive value, and the value may be changed according to the position of the player. For example, paying attention to the label number k (i) in the above equation (4), when j satisfying k (i) = k (j) exists in addition to j = i, the prediction / estimation means 12e It is determined that concealment has occurred, and the value of λ is increased. When j is only j = i, the prediction / estimation unit 12e determines that no concealment between the players has occurred, and decreases the value of λ. Accordingly, the prediction / estimation unit 12e can track the players with high accuracy in consideration of concealment between the players.
Thus, it becomes possible to track a player smoothly by comprising the prediction and estimation means 12e by a Kalman filter.
The description of the configuration of the offside line detection device 1 in FIG. 2 will be continued.

遅延手段12fは、予測・推定手段12eで予測された1単位時間後の選手領域毎の3次元予測選手座標を、1単位時間、すなわち、1フレーム分遅延させるものである。ここで遅延された3次元予測選手座標は、選手領域を特定する識別番号とともに検出・追跡手段12dに出力される。   The delay means 12f delays the three-dimensional predicted player coordinates for each player area after one unit time predicted by the prediction / estimation means 12e by one unit time, that is, one frame. The three-dimensional predicted player coordinates delayed here are output to the detection / tracking means 12d together with an identification number for specifying the player region.

2次元選手領域設定手段(投影変換手段)13は、3次元選手座標推定手段12で算出された3次元推定選手座標と、入力映像を撮影したカメラの位置及び焦点距離と、予め定めた選手の大きさとに基づいて、入力映像内に選手が存在する2次元領域である2次元選手領域を設定するものである。
この2次元選手領域設定手段13は、ワールド座標系における3次元座標(3次元選手座標)を基準とした選手の領域を、入力映像内の2次元座標の領域(2次元選手領域)に変換するものである。なお、2次元選手領域設定手段13は、3次元選手座標を基準とした一人一人の選手の領域を円柱近似し、その円柱を2次元座標に投影し、その投影された領域を含む矩形領域(以下、バウンディングボックスという)を選手の2次元選手領域として設定する。ここで設定された2次元選手領域(バウンディングボックス)は、識別番号とともに色統計量測定手段14に出力される。
The two-dimensional player area setting means (projection conversion means) 13 is the three-dimensional estimated player coordinates calculated by the three-dimensional player coordinate estimation means 12, the position and focal length of the camera that captured the input video, and the predetermined player's Based on the size, a two-dimensional player area, which is a two-dimensional area where a player exists in the input video, is set.
The two-dimensional player area setting means 13 converts a player area based on the three-dimensional coordinates (three-dimensional player coordinates) in the world coordinate system into a two-dimensional coordinate area (two-dimensional player area) in the input video. Is. The two-dimensional player area setting means 13 approximates each player's area based on the three-dimensional player coordinates as a cylinder, projects the cylinder onto the two-dimensional coordinates, and includes a rectangular area including the projected area ( Hereinafter, the bounding box) is set as the player's two-dimensional player area. The two-dimensional player area (bounding box) set here is output to the color statistic measuring means 14 together with the identification number.

以下、数式を参照して、2次元選手領域設定手段13におけるバウンディングボックスの設定手法について説明する。ここでは、ワールド座標系における3次元選手座標をw=(wx,wy,wz)、ワールド座標系におけるカメラの位置をt=(tx,ty,tz)、ワールド座標系からカメラ座標系への回転行列をRT、カメラの焦点距離をf、ワールド座標系における予め定めた選手の大きさとして、円柱近似した選手の仮想身長をh、その円柱の半径をrとする。
このとき、ワールド座標系における3次元選手座標wを2次元座標に変換する透視投影式T(w)は、以下の(17)式で表すことができる。
Hereinafter, a bounding box setting method in the two-dimensional player region setting unit 13 will be described with reference to mathematical expressions. Here, the three-dimensional player coordinates in the world coordinate system are w = (w x , w y , w z ), the camera position in the world coordinate system is t = (t x , t y , t z ), and from the world coordinate system The rotation matrix to the camera coordinate system is R T , the camera focal length is f, the player's virtual height in the world coordinate system is defined as h, the virtual height of the player who approximates the cylinder is h, and the radius of the cylinder is r.
At this time, the perspective projection formula T (w) for converting the three-dimensional player coordinate w in the world coordinate system into the two-dimensional coordinate can be expressed by the following formula (17).

Figure 2005209148
Figure 2005209148

そこで、2次元選手領域設定手段13は、3次元選手座標wに対して、x軸方向に半径rずらした座標w1,w2、y軸方向に半径rずらした座標w3,w4、及びz軸方向に仮想身長hの1/2ずらした座標w5,w6を、以下の(18)式乃至(23)式により算出する。 Therefore, the two-dimensional player region setting means 13 has coordinates w 1 and w 2 shifted by a radius r in the x-axis direction and coordinates w 3 and w 4 shifted by a radius r in the y-axis direction with respect to the three-dimensional player coordinate w. And the coordinates w 5 and w 6 shifted by ½ of the virtual height h in the z-axis direction are calculated by the following equations (18) to (23).

Figure 2005209148
Figure 2005209148

Figure 2005209148
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Figure 2005209148
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Figure 2005209148
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Figure 2005209148
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Figure 2005209148
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また、2次元選手領域設定手段13は、(24)式に示すように、前記(18)式乃至(23)式で算出した各座標w1〜w6を、前記(17)式のwへ代入することで、各座標w1〜w6を2次元座標に投影変換する。 Further, the two-dimensional player region setting means 13 converts the coordinates w 1 to w 6 calculated by the equations (18) to (23) to w in the equation (17) as shown in the equation (24). By substituting, the coordinates w 1 to w 6 are projected and converted into two-dimensional coordinates.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

そして、2次元選手領域設定手段13は、(25)式に示すように、前記(24)式で算出された2次元座標の中で、x軸方向の最小値から最大値までの範囲と、y軸方向の最小値から最大値までの範囲とに含まれる領域をバウンディングボックスDとする。   The two-dimensional player area setting means 13 has a range from the minimum value to the maximum value in the x-axis direction among the two-dimensional coordinates calculated by the expression (24), as shown in the expression (25), A region included in the range from the minimum value to the maximum value in the y-axis direction is defined as a bounding box D.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

図2のオフサイドライン検出装置1の構成について、説明を続ける。
色統計量測定手段14は、2次元選手領域設定手段13で設定されたバウンディングボックス(2次元選手領域)と、シルエット映像生成手段11で生成されたシルエット映像の選手領域(例えば、画素値「1」の領域)との共通する領域内で、入力映像の色の統計量を測定するものである。ここで、測定された色の統計量は、識別番号とともに分類手段16に出力される。
なお、色の統計量としては、例えば、色ベクトルを領域内で平均化した平均色ベクトルを用いることができる。すなわち、バウンディングボックスとシルエット映像の選手領域(画素値「1」)との共通する領域をEとし、(x,y)座標における色ベクトルをI(x,y)とすると、平均色ベクトルμは、(26)式で求めることができる。
The description of the configuration of the offside line detection device 1 in FIG. 2 will be continued.
The color statistic measurement unit 14 includes a bounding box (two-dimensional player region) set by the two-dimensional player region setting unit 13 and a player region (for example, a pixel value “1”) of the silhouette image generated by the silhouette image generation unit 11. The color statistic of the input video is measured within a common area with the "" area). Here, the measured color statistic is output to the classification means 16 together with the identification number.
As the color statistics, for example, an average color vector obtained by averaging color vectors within a region can be used. That is, if the area common to the bounding box and the player area of the silhouette video (pixel value “1”) is E and the color vector in the (x, y) coordinates is I (x, y), the average color vector μ is , (26).

Figure 2005209148
Figure 2005209148

これによって、各バウンディングボックスは、色の統計量によって特徴付けされることになる。   This causes each bounding box to be characterized by a color statistic.

色統計量記憶手段15は、少なくとも選手が属するチームの服色に基づく色の統計量を予め記憶したデータベースである。ここでは、色統計量記憶手段15に、オブジェクト種別(種別情報)と、色の統計量とを対にして記憶しておく。ここで、オブジェクト種別とは、人物がどのチームに所属するか、ゴールキーパであるか、審判であるか等を表す識別子とする。この色統計量記憶手段15に記憶されているオブジェクト種別及び色の統計量は、分類手段16によって参照される。   The color statistic storage means 15 is a database that stores in advance color statistics based on at least the clothes color of the team to which the player belongs. Here, the color statistic storage means 15 stores the object type (type information) and the color statistic in pairs. Here, the object type is an identifier indicating to which team a person belongs, whether it is a goalkeeper, a referee, or the like. The object type and color statistics stored in the color statistics storage unit 15 are referred to by the classification unit 16.

ここで、図6を参照して、色統計量記憶手段15に記憶されているデータベースについて説明する。図6は、色統計量記憶手段15に記憶されているデータベースの内容の一例を示す図である。このデータベースDBには、人物を6つのオブジェクト種別100(ゴールキーパ以外のホームチーム選手、ホームチーム側ゴールキーパ、ゴールキーパ以外のアウェイチーム選手、アウェイチーム側ゴールキーパ、審判、その他)に分類し、識別子1〜6を付している。また、このデータベースDBには、色の統計量として、選手の平均色ベクトル101と、色共分散行列102とを、オブジェクト種別100に対応付けて記憶している。なお、平均色ベクトル101及び色共分散行列102は、選手のユニフォームの色(服色)、あるいは、選手全身の色を予め測定することで求めておく。
図2に戻って説明を続ける。
Here, the database stored in the color statistic storage unit 15 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing an example of the contents of the database stored in the color statistic storage unit 15. In this database DB, persons are classified into six object types 100 (home team players other than goalkeepers, home team side goalkeepers, away team players other than goalkeepers, away team side goalkeepers, referees, etc.), and identifiers 1 to 6 Is attached. Further, in this database DB, an average color vector 101 of players and a color covariance matrix 102 are stored in association with the object type 100 as color statistics. The average color vector 101 and the color covariance matrix 102 are obtained by measuring in advance the color of the player's uniform (clothing color) or the color of the player's whole body.
Returning to FIG. 2, the description will be continued.

分類手段16は、色統計量測定手段14で測定された識別番号毎の色の統計量と、色統計量記憶手段15に記憶されている色の統計量とに基づいて、選手をチーム毎に分類するものである。ここでは、分類手段16は、色統計量記憶手段15において、色統計量測定手段14で測定された色の統計量と最も近いオブジェクト種別を検索し、該当するオブジェクト種別を、識別番号とともにオフサイドライン位置出力手段20に出力する。
例えば、色統計量測定手段14で測定された色の統計量をμ、色統計量記憶手段15に記憶されている色の統計量である平均色ベクトル及び色共分散行列を(μn,Σn)(n
=1,2,…)とすると、統計量の距離Cは、(27)式に示すように、マハラノビス距離を用いて算出することができる。
The classification unit 16 assigns players to each team based on the color statistic for each identification number measured by the color statistic measurement unit 14 and the color statistic stored in the color statistic storage unit 15. Classify. Here, the classification unit 16 searches the color statistic storage unit 15 for the object type closest to the color statistic measured by the color statistic measurement unit 14, and sets the corresponding object type together with the identification number to the offside line. Output to the position output means 20.
For example, the color statistic measured by the color statistic measuring unit 14 is μ, and the average color vector and color covariance matrix which are the color statistic stored in the color statistic storage unit 15 are (μ n , Σ n ) (n
= 1, 2,...), The statistical distance C can be calculated using the Mahalanobis distance as shown in the equation (27).

Figure 2005209148
Figure 2005209148

なお、ここでは、分類手段16が、映像の一単位(例えば、フレーム)毎の分類作業が終了した段階で、オフサイドライン位置出力手段20に対して、オフサイドラインを検出するタイミングを示すオフサイドライン出力指示を通知するものとする。
以上説明したように、選手位置検出手段10は、入力映像から、個々の選手の3次元座標(3次元推定選手座標)と、その選手のオブジェクト種別とを認識し、出力することができる。
ここでは、この選手位置検出手段10に、オフサイドライン位置出力手段20を付加することで、選手の位置に基づいて、オフサイドラインの位置を検出するオフサイドライン検出装置1を構成している。
Here, the classification means 16 outputs an offside line output indicating the timing of detecting the offside line to the offside line position output means 20 when the classification operation for each unit of video (for example, frame) is completed. Instructions shall be notified.
As described above, the player position detecting means 10 can recognize and output the three-dimensional coordinates (three-dimensional estimated player coordinates) of each player and the object type of the player from the input video.
Here, the offside line position output means 20 is added to the player position detection means 10 to constitute the offside line detection device 1 that detects the position of the offside line based on the position of the player.

オフサイドライン位置出力手段20は、分類手段16で分類された選手毎のオブジェクト種別(所属チーム等の種別情報)と、3次元選手座標推定手段12で推定された3次元推定選手座標とに基づいて、オフサイドラインの位置を特定(推定)して出力するものである。
例えば、オフサイドライン位置出力手段20は、3次元推定選手座標の中で、サッカー競技におけるホームチーム又はアウェイチームの注目するチームの、守備側の後方から数えて2番目の選手の位置を探索する。
The offside line position output means 20 is based on the object type for each player classified by the classification means 16 (type information such as the team to which the team belongs) and the three-dimensional estimated player coordinates estimated by the three-dimensional player coordinate estimation means 12. The position of the offside line is specified (estimated) and output.
For example, the offside line position output means 20 searches for the position of the second player counted from the rear side of the defensive side of the home team or away team of the soccer game in the three-dimensional estimated player coordinates.

そして、ホームチームに注目する場合、オフサイドライン位置出力手段20は、オブジェクト種別(オブジェクトの識別子)がゴールキーパ以外のホームチームの選手を示す“1(ホーム側非ゴールキーパ選手)”、又は、ホームチームのゴールキーパを示す“2(ホーム側ゴールキーパ)”(図6参照)に分類されている識別番号の選手のみに注目し、守備側の後方から数えて2番目の選手の位置を探索する。
また、アウェイチームに注目する場合、オフサイドライン位置出力手段20は、オブジェクト種別(オブジェクトの識別子)がゴールキーパ以外のアウェイチームの選手を示す“3(アウェイ側非ゴールキーパ選手)”、又は、アウェイチームのゴールキーパを示す“4(アウェイ側ゴールキーパ)”(図6参照)に分類されている識別番号の選手のみに注目し、守備側の後方から数えて2番目の選手の位置を探索する。
なお、選手の3次元座標(3次元推定選手座標)で、守備側の後方からの人数を求めるには、3次元座標のタッチライン方向成分(x座標)の大小を判定することで行う。すなわち、ゴールがx軸正方向にある場合、x座標が2番目に大きい位置を探索する。逆に、ゴールがx軸負方向にある場合、x座標が2番目に小さい位置を探索する。オフサイドラインの基準となるタッチラインに対する位置(座標)が特定されることになる。
Then, when paying attention to the home team, the offside line position output means 20 has an object type (object identifier) of “1 (home non-goal keeper)” indicating a player of the home team other than the goal keeper, Only the player with the identification number classified as “2 (home goalkeeper)” (see FIG. 6) indicating the goalkeeper is searched, and the position of the second player is searched from the rear side of the defensive side.
Further, when paying attention to the away team, the offside line position output means 20 has “3 (away away non-goalkeeper)” whose object type (object identifier) indicates an away team player other than the goalkeeper, Only the player with the identification number classified as “4 (away goalkeeper)” (see FIG. 6) indicating the goalkeeper is searched, and the position of the second player is searched from the back side of the defensive side.
In addition, in order to obtain the number of players from the back side of the defensive side using the player's three-dimensional coordinates (three-dimensional estimated player coordinates), the size of the touch line direction component (x coordinate) of the three-dimensional coordinates is determined. That is, when the goal is in the positive x-axis direction, a position where the x coordinate is the second largest is searched. Conversely, when the goal is in the negative x-axis direction, the position where the x coordinate is the second smallest is searched. The position (coordinates) with respect to the touch line serving as a reference for the offside line is specified.

ここで、図7を参照(適宜図2参照)して、オフサイドライン位置出力手段20の詳細な構成について説明する。図7は、オフサイドライン位置出力手段の構成を示したブロック図である。ここでは、オフサイドライン位置出力手段20は、座標記憶手段21と、オフサイドライン座標推定手段22とを備えて構成している。   Here, a detailed configuration of the offside line position output means 20 will be described with reference to FIG. 7 (refer to FIG. 2 as appropriate). FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the offside line position output means. Here, the offside line position output unit 20 includes a coordinate storage unit 21 and an offside line coordinate estimation unit 22.

座標記憶手段21は、選手位置検出手段10で検出された3次元推定選手座標と、オブジェクト種別とを、識別番号に対応付けて記憶するものである。例えば、図9に示すように、識別番号に対応付けて、オブジェクト種別ci、3次元推定選手座標(x座標xi、y座標yi、z座標zi)を記憶する。 The coordinate storage means 21 stores the three-dimensional estimated player coordinates detected by the player position detection means 10 and the object type in association with the identification number. For example, as shown in FIG. 9, the object type c i and the three-dimensional estimated player coordinates (x coordinate x i , y coordinate y i , z coordinate z i ) are stored in association with the identification number.

オフサイドライン座標推定手段22は、座標記憶手段21に記憶されている3次元推定選手座標と、オブジェクト種別とに基づいて、オフサイドラインの座標を推定するものである。ここでは、オフサイドライン座標推定手段22は、座標探索手段22aと、座標特定手段22bとを備えて構成している。   The offside line coordinate estimation unit 22 estimates the coordinates of the offside line based on the three-dimensional estimated player coordinates stored in the coordinate storage unit 21 and the object type. Here, the offside line coordinate estimation means 22 includes a coordinate search means 22a and a coordinate specification means 22b.

座標探索手段22aは、後記する座標特定手段22bから、オブジェクト種別を通知されることで、座標記憶手段21から、該当する座標を検索するものである。なお、座標探索手段22aは、オブジェクト種別に加え、特定の座標成分(例えば、x座標)の大きさの順番を通知された場合は、座標記憶手段21から、該当する座標のみを検索する。この座標探索手段22aで検索された座標は、座標特定手段22bに出力される。
なお、座標探索手段22aは、座標特定手段22bから要求のあった段階で、該当する座標を全検索するのではなく、座標記憶手段21に、例えば、1フレーム分のデータ(3次元推定選手座標及びオブジェクト種別)が記憶された段階で、データをオブジェクト種別毎に、特定座標成分(例えば、x座標)の大きさの昇順又は降順に配列し直す座標ソート手段として機能させることとしてもよい。これによって、例えば、図9に示した座標記憶手段21の内容は、図10の(a)〜(e)に示すように、オブジェクトの種別毎に、x座標の大きさの順番(ここでは、降順)で配列したデータ構造となる。
The coordinate search means 22a searches the corresponding coordinates from the coordinate storage means 21 when notified of the object type from the coordinate specifying means 22b described later. In addition to the object type, the coordinate search means 22a searches only the relevant coordinates from the coordinate storage means 21 when notified of the order of the size of a specific coordinate component (for example, x coordinate). The coordinates searched by the coordinate search means 22a are output to the coordinate specifying means 22b.
Note that the coordinate search means 22a does not search all applicable coordinates at the stage requested by the coordinate specification means 22b, but stores, for example, data for one frame (three-dimensional estimated player coordinates) in the coordinate storage means 21. In addition, at the stage where the object type) is stored, the data may be functioned as a coordinate sorting unit that rearranges the data for each object type in ascending or descending order of the size of the specific coordinate component (for example, x coordinate). Thus, for example, the contents of the coordinate storage means 21 shown in FIG. 9 are changed in the order of the size of the x coordinate (here, as shown in FIGS. 10A to 10E) for each object type. The data structure is arranged in descending order.

座標特定手段22bは、選手、あるいは、選手と審判との位置関係に基づいて、オフサイドラインを特定(推定)するものである。なお、ここでは、座標特定手段22bは、分類手段16からオフサイドライン出力指示が通知された段階で起動するものとする。起動後、座標特定手段22bは、座標探索手段22aに対して、オブジェクト種別により選手あるいは審判の位置座標を要求し、その位置座標を取得することで、オフサイドラインを特定する。この選手、あるいは、選手と審判との位置関係に基づいて、オフサイドラインを特定する手法の説明は、オフサイドライン検出装置1の動作の説明で行うこととする。
なお、オフサイドライン位置出力手段20は、図8に示すように、フィルタ手段23を付加して、オフサイドライン位置出力手段202として構成してもよい。
The coordinate specifying unit 22b specifies (estimates) the offside line based on the player or the positional relationship between the player and the referee. Here, it is assumed that the coordinate specifying unit 22b is activated when an offside line output instruction is notified from the classification unit 16. After the activation, the coordinate specifying unit 22b requests the coordinate search unit 22a for the position coordinates of the player or the referee based on the object type, and specifies the offside line by acquiring the position coordinates. The description of the method of identifying the offside line based on the position relationship between the player or the player and the referee will be made in the description of the operation of the offside line detection device 1.
Incidentally, the offside line position output unit 20, as shown in FIG. 8, by adding a filter means 23, may be configured as offside line position output unit 20 2.

フィルタ手段23は、選手位置検出手段10で検出された3次元推定選手座標の中で、オブジェクト種別の人物(選手、審判)が、その存在位置として妥当であるかどうかを判定するものである。そして、フィルタ手段23は、妥当であると判断した場合に限って、座標記憶手段21に3次元推定選手座標とオブジェクト種別とを、識別番号に対応付けて記憶する。
例えば、フィルタ手段23は、以下に示す種々の判定条件を設けて、入力されたデータが妥当であるかどうかを判定する。
The filter unit 23 determines whether or not a person (player, referee) of an object type is valid as the existence position in the three-dimensional estimated player coordinates detected by the player position detection unit 10. The filter means 23 stores the three-dimensional estimated player coordinates and the object type in the coordinate storage means 21 in association with the identification number only when it is determined to be appropriate.
For example, the filter unit 23 determines whether or not the input data is valid by providing the following various determination conditions.

(判定条件 例1)
一般に、サッカー競技において、線審は、オフサイドラインの近傍に位置している。すなわち、審判のうちでオフサイドラインの推定に有効な審判は、線審であるといえる。そこで、フィルタ手段23は、入力されたオブジェクト種別cが、審判を示す“5”(図6参照)である場合に限り、その審判が所定の範囲以外に存在する場合(例えば、以下の(28)式で示したように、y座標が33メートル未満又は35メートルを超える場合)は、当該審判を線審ではないと判定し、入力されたデータを破棄する(座標記憶手段21に記憶しない)。
(Judgment condition example 1)
In general, in a soccer competition, the lineman is located in the vicinity of the offside line. That is, it can be said that a referee who is effective in estimating an offside line is a line referee. Therefore, the filter means 23 is only when the input object type c is “5” (see FIG. 6) indicating a referee, and the referee exists outside the predetermined range (for example, the following (28) (If the y-coordinate is less than 33 meters or exceeds 35 meters, as indicated by the formula), it is determined that the referee is not a lineman and the input data is discarded (not stored in the coordinate storage means 21).

Figure 2005209148
Figure 2005209148

(判定条件 例2)
また、一般に、ゴールキーパは、ゴールライン付近に存在することが多い。そこで、フィルタ手段24は、入力されたオブジェクト種別cが、ゴールキーパを示す“2”又は“4”(図6参照)である場合に限り、そのゴールキーパがゴールラインから所定距離より離れた位置に存在する場合(例えば、以下の(29)式で示したように、各ゴールキーパのx座標が自ゴールから30mを超える場合)は、当該ゴールキーパの座標は誤りであると判定し、入力されたデータを破棄する(座標記憶手段21に記憶しない)。
(Judgment condition example 2)
In general, the goalkeeper often exists near the goal line. Therefore, the filter means 24 exists at a position where the goal keeper is separated from the goal line by a predetermined distance only when the input object type c is “2” or “4” (see FIG. 6) indicating the goal keeper. (For example, as shown in the following equation (29), when the x coordinate of each goalkeeper exceeds 30 m from the own goal), it is determined that the coordinate of the goalkeeper is incorrect, and the input data is Discard (do not store in coordinate storage means 21).

Figure 2005209148
Figure 2005209148

このように、オフサイドライン位置出力手段202内に、フィルタ手段23を備えることで、オフサイドラインの推定精度を高めることができる。
以上説明したように、オフサイドライン検出装置1は、サッカー競技を撮影した映像(入力映像)から、チーム毎の選手や、審判の位置を検出することで、オフサイドラインの座標を検出することができる。このように検出されたオフサイドラインの座標は、ワールド座標系における座標であるため、従来のCG合成技術によって、サーカー競技のオフサイドラインを画面上に可視化することが可能になる。
Thus, the offside line position output unit 20 2, by providing the filter unit 23, it is possible to improve the estimation accuracy of the offside line.
As described above, the offside line detection device 1 can detect the coordinates of the offside line by detecting the player and the position of the referee for each team from the video (input video) taken of the soccer game. . Since the coordinates of the offside line detected in this way are coordinates in the world coordinate system, it becomes possible to visualize the offside line of the gamer competition on the screen by the conventional CG synthesis technique.

以上、オフサイドライン検出装置1の構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、オフサイドライン検出装置1は、一般的なコンピュータにプログラムを実行させ、コンピュータ内の演算装置や記憶装置を動作させることにより実現することができる。このプログラム(オフサイドライン検出プログラム)は、通信回線を介して配布することも可能であるし、CD−ROM等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
また、ここでは、面積判定手段12bは、予め定めた2次元座標上の選手の大きさに相当する領域情報のみを出力するものとして構成したが、面積判定手段12bの代わりに、映像上に出現する3次元座標上の選手の大きさに適応させて、判定するための面積を変化させる適応面積判定手段を組み込むこととしてもよい。
The configuration of the offside line detection device 1 has been described above, but the present invention is not limited to this. For example, the offside line detection device 1 can be realized by causing a general computer to execute a program and operating an arithmetic device or a storage device in the computer. This program (offside line detection program) can be distributed via a communication line, or can be distributed by writing on a recording medium such as a CD-ROM.
Here, the area determination unit 12b is configured to output only region information corresponding to the size of the player on a predetermined two-dimensional coordinate, but appears on the video instead of the area determination unit 12b. It is also possible to incorporate an adaptive area determination means that changes the area for determination in accordance with the size of the player on the three-dimensional coordinates.

ここで、図11を参照(他の構成については適宜図2参照)して、適応面積判定手段について説明する。図11は、適応面積判定手段の詳細な構成を示したブロック図である。ここでは、適応面積判定手段17は、3次元座標変換手段17aと、2次元選手領域設定手段17bと、面積閾値生成手段17cと、可変面積判定手段17dとを備えて構成している。   Here, the adaptive area determination means will be described with reference to FIG. 11 (refer to FIG. 2 as appropriate for other configurations). FIG. 11 is a block diagram showing a detailed configuration of the adaptive area determination means. Here, the adaptive area determination unit 17 includes a three-dimensional coordinate conversion unit 17a, a two-dimensional player region setting unit 17b, an area threshold generation unit 17c, and a variable area determination unit 17d.

3次元座標変換手段(逆投影変換手段)17aは、カメラの位置及び焦点距離に基づいて、ラベリング手段12aで生成された領域情報に含まれる選手領域毎の2次元座標である重心座標を、ワールド座標系における3次元座標に変換するものである。なお、3次元座標変換手段17aは、図2で説明した逆投影変換手段12cと同一のものとして実現することができる。すなわち、前記(3)式により、重心座標を3次元座標に変換する。ここで変換し、算出された3次元座標は、2次元選手領域設定手段17bに出力される。また、前記(3)式で「無効」となった場合は、その旨2次元選手領域設定手段17bに通知される。   Based on the position and focal length of the camera, the three-dimensional coordinate conversion means (back projection conversion means) 17a converts the center-of-gravity coordinates, which are two-dimensional coordinates for each player area included in the area information generated by the labeling means 12a, into the world It is converted into three-dimensional coordinates in the coordinate system. The three-dimensional coordinate conversion unit 17a can be realized as the same as the backprojection conversion unit 12c described in FIG. That is, the center-of-gravity coordinates are converted into three-dimensional coordinates according to the equation (3). The three-dimensional coordinates converted and calculated here are output to the two-dimensional player region setting means 17b. Further, when “invalid” is obtained in the expression (3), the fact is notified to the two-dimensional player area setting means 17b.

2次元選手領域設定手段(投影変換手段)17bは、3次元座標変換手段17aで変換された3次元座標と、カメラの位置及び焦点距離と、予め定めた選手の大きさとに基づいて、入力映像内に選手が存在する2次元選手領域を設定するものである。この2次元選手領域設定手段17bは、図2で説明した2次元選手領域設定手段13と同一のものとして実現することができる。すなわち、2次元選手領域設定手段17bは、3次元座標を基準とした選手の領域を円柱近似し、その円柱を2次元座標に投影し、その投影された領域を含むバウンディングボックス(前記(25)式参照)を選手の2次元選手領域として設定する。ここで設定された2次元選手領域(バウンディングボックス)は、面積閾値生成手段17cに出力される。なお、2次元選手領域設定手段17bは、3次元座標変換手段17aから、「無効」が通知された場合には、当該ラベル番号に対応付けて、面積閾値生成手段17cに「無効」を通知する。   The two-dimensional player area setting means (projection conversion means) 17b is based on the three-dimensional coordinates converted by the three-dimensional coordinate conversion means 17a, the position and focal length of the camera, and a predetermined player size. A two-dimensional player area in which players are present is set. The two-dimensional player area setting means 17b can be realized as the same as the two-dimensional player area setting means 13 described in FIG. That is, the two-dimensional player area setting means 17b approximates the player's area based on the three-dimensional coordinates, projects the cylinder onto the two-dimensional coordinates, and includes a bounding box (25) described above. Is set as the player's two-dimensional player area. The two-dimensional player area (bounding box) set here is output to the area threshold generation means 17c. When the “invalid” is notified from the three-dimensional coordinate conversion unit 17a, the two-dimensional player area setting unit 17b notifies the area threshold generation unit 17c of “invalid” in association with the label number. .

面積閾値生成手段17cは、2次元選手領域設定手段17bで設定されたバウンディングボックスの大きさに基づいて、選手領域が、選手の領域として有効かどうかを判定する閾値を生成するものである。この面積閾値生成手段17cは、可変面積判定手段17dで用いる選手領域の有効な範囲を示す閾値を、下限値Amin及び上限値Amaxとして算出する。例えば、バウンディングボックスDの面積をDSとし、予め定めた定数ρmin及びρmaxを面積DSにすることで、(30)式に示すように、下限値Amin及び上限値Amaxを算出する。 The area threshold value generation means 17c generates a threshold value for determining whether or not the player area is valid as a player area based on the size of the bounding box set by the two-dimensional player area setting means 17b. This area threshold value generation means 17c calculates the threshold value which shows the effective range of the player area used by the variable area determination means 17d as the lower limit value A min and the upper limit value A max . For example, by setting the area of the bounding box D as D S and the predetermined constants ρ min and ρ max as the area D S , the lower limit value A min and the upper limit value A max are calculated as shown in the equation (30). To do.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

なお、面積閾値生成手段17cは、2次元選手領域設定手段17bから「無効」を通知された場合、ラベル番号に対応付けて、可変面積判定手段17dに「無効」を通知する。   When the “invalid” is notified from the two-dimensional player region setting unit 17b, the area threshold generation unit 17c notifies the variable area determining unit 17d of “invalid” in association with the label number.

可変面積判定手段17dは、面積閾値生成手段17cで生成された閾値に基づいて、シルエット映像における選手領域が、選手の領域として有効かどうかを判定するものである。この可変面積判定手段17dは、面積閾値生成手段17cで生成された選手領域の有効な範囲を示す下限値Amin及び上限値Amaxを閾値として、ラベル番号m(1≦m≦M)に対応する領域情報の面積Amが、閉区間[Amin,Amax]に含まれるかどうかを判定し、Am∈[Amin,Amax]を満たす場合にのみ、領域情報を出力する。ここで条件を満たした領域情報は、逆投影変換手段12cに出力される。なお、可変面積判定手段17dは、面積閾値生成手段17cから「無効」を通知された場合、そのラベル番号に対応する領域情報を出力しない。 The variable area determination unit 17d determines whether or not the player region in the silhouette video is valid as the player region based on the threshold value generated by the area threshold value generation unit 17c. This variable area determination means 17d corresponds to the label number m (1 ≦ m ≦ M) with the lower limit value A min and the upper limit value A max indicating the effective range of the player area generated by the area threshold value generation means 17c as threshold values. area a m of area information that is, the closed interval [a min, a max] to determine if included in, a m ∈ [a min, a max] only if they meet, and outputs the area information. Here, the area information that satisfies the condition is output to the backprojection conversion means 12c. Note that the variable area determination unit 17d does not output region information corresponding to the label number when “invalid” is notified from the area threshold generation unit 17c.

以上説明したように、面積判定手段12bを適応面積判定手段17とすることで、3次元座標における選手の大きさに基づいて、シルエット映像における選手領域が有効であるかどうかを判定することができる。これによって、選手の動きによって、映像上に映っている選手の大きさが変わっても、選手の領域であるかどうかを判断でき、より正確に選手の領域を特定することができる。
なお、面積判定手段12bの代わりに適応面積判定手段17を用いる場合、逆投影変換手段12cを省略して、3次元座標変換手段17aの出力を再利用することとしてもよい。すなわち、可変面積判定手段17dは、3次元座標変換手段17aで出力される3次元座標の中で、Am∈[Amin,Amax]を満たす領域情報に対応する3次元座標を、ラベル番号とともに、3次元選手座標として、検出・追跡手段12dに出力する。
As described above, by using the area determination unit 12b as the adaptive area determination unit 17, it is possible to determine whether the player area in the silhouette video is valid based on the size of the player in the three-dimensional coordinates. . As a result, even if the size of the player shown on the video changes due to the movement of the player, it can be determined whether or not it is the player's area, and the player's area can be specified more accurately.
When the adaptive area determination unit 17 is used instead of the area determination unit 12b, the back projection conversion unit 12c may be omitted and the output of the three-dimensional coordinate conversion unit 17a may be reused. That is, the variable area determining unit 17d uses the three-dimensional coordinates output by the three-dimensional coordinate conversion unit 17a as the label number corresponding to the region information satisfying A m ∈ [A min , A max ]. At the same time, it is output to the detection / tracking means 12d as three-dimensional player coordinates.

[オフサイドライン検出装置の動作]
次に、図12を参照(適宜図2参照)して、オフサイドライン検出装置の動作について説明する。図12は、本発明の第一の実施の形態に係るオフサイドライン検出装置の動作を示すフローチャートである。なお、図12のフローチャートは、入力映像における1フレーム分の動作を示したものであって、逐次入力されるフレーム毎に、本動作が繰り返して実行される。
[Operation of offside line detector]
Next, the operation of the offside line detection device will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the offside line detection device according to the first embodiment of the present invention. The flowchart of FIG. 12 shows the operation for one frame in the input video, and this operation is repeatedly executed for each frame that is sequentially input.

(シルエット映像生成ステップ)
まず、オフサイドライン検出装置1は、シルエット映像生成手段11によって、入力されるフレーム毎に、そのフレームを選手領域と背景領域とに分割してシルエット映像を生成する(ステップS1)。ここでは、シルエット映像生成手段11は、選手領域を画素値「1」、背景領域を画素値「0」としてフレームを2値化する。
(Silhouette video generation step)
First, the offside line detection device 1 generates a silhouette video by dividing the frame into a player area and a background area for each input frame by the silhouette video generation means 11 (step S1). Here, the silhouette video generation means 11 binarizes the frame with the player area having the pixel value “1” and the background area having the pixel value “0”.

(3次元選手座標推定ステップ)
そして、オフサイドライン検出装置1は、ラベリング手段12aによって、シルエット映像の選手領域(画素値「1」の領域)に対して、ラベル番号を付与する(ステップS2)。なお、ラベリング手段12aでは、ラベリング処理実行時に、選手領域(単連結領域)の面積及び重心座標を算出しておく。
そして、オフサイドライン検出装置1は、面積判定手段12bによって、ラベル番号が付与された選手領域の中から、その選手領域の面積が、予め定めた選手の大きさに相当する面積の範囲内となる領域のみをフィルタリングする(ステップS3)。これによって、選手の大きさに相当しない領域を削除することができる。
(3D player coordinate estimation step)
Then, the offside line detection device 1 assigns a label number to the player region (region of pixel value “1”) of the silhouette video by the labeling means 12a (step S2). The labeling means 12a calculates the area and center-of-gravity coordinates of the player area (single connection area) when performing the labeling process.
Then, the offside line detection device 1 has the area of the player area within the area corresponding to the size of the player determined in advance among the player areas to which the label number is given by the area determination unit 12b. Only the region is filtered (step S3). Thereby, an area not corresponding to the size of the player can be deleted.

さらに、オフサイドライン検出装置1は、逆投影変換手段12cによって、ステップS3でフィルタリングされた選手領域毎の重心座標を逆投影変換することで、3次元選手座標を算出する(ステップS4)。ここで、重心座標は2次元座標であり、算出される3次元選手座標は、ワールド座標系における3次元座標である。
そして、オフサイドライン検出装置1は、検出・追跡手段12dによって、ステップS4で算出された3次元選手座標と、後記するステップS9で1単位時間(1フレーム)前に遅延された3次元予測選手座標との距離を、全ての組み合わせで算出し(ステップS5)、その距離に基づいて、3次元選手座標に識別番号を付与する(ステップS6)。
Further, the offside line detection device 1 calculates the three-dimensional player coordinates by backprojecting the barycentric coordinates for each player area filtered in step S3 by the backprojection conversion means 12c (step S4). Here, the barycentric coordinates are two-dimensional coordinates, and the calculated three-dimensional player coordinates are three-dimensional coordinates in the world coordinate system.
Then, the offside line detection device 1 uses the detection / tracking unit 12d to calculate the three-dimensional player coordinates calculated in step S4 and the three-dimensional predicted player coordinates delayed one unit time (one frame) in step S9 described later. Are calculated for all combinations (step S5), and an identification number is assigned to the three-dimensional player coordinates based on the distance (step S6).

すなわち、検出・追跡手段12dは、ステップS5で算出された距離が、予め定めた閾値以下で、かつ、最も短い3次元予測選手座標に対応付けられている識別番号を、3次元選手座標に対して設定する。また、検出・追跡手段12dは、識別番号が設定されなかった3次元選手座標に対して、新規の識別番号を付与する。
これによって、検出・追跡手段12dは、同一の選手の領域(選手領域)を、追跡することができる。
In other words, the detection / tracking means 12d determines the identification number associated with the shortest three-dimensional predicted player coordinate whose distance calculated in step S5 is equal to or less than a predetermined threshold and the three-dimensional player coordinate. To set. The detection / tracking unit 12d gives a new identification number to the three-dimensional player coordinates for which no identification number is set.
Thereby, the detection / tracking means 12d can track the same player area (player area).

そして、オフサイドライン検出装置1は、予測・推定手段12eによって、3次元選手座標を、時間方向に平滑化して、3次元推定選手座標を推定するとともに、1単位時間(1フレーム)後の選手領域の3次元座標を3次元予測選手座標として予測する(ステップS8)。ここでは、予測・推定手段12eをカルマンフィルタとして機能させることで、オフサイドライン検出装置1は、選手を滑らかに追跡することが可能になる。
そして、オフサイドライン検出装置1は、遅延手段12fによって、ステップS8で予測された3次元予測選手座標を、1単位時間遅延させる(ステップS9)。なお、ここで遅延された3次元予測選手座標は、1フレーム後の動作におけるステップS5において使用される。
Then, the offside line detection device 1 uses the prediction / estimation unit 12e to smooth the three-dimensional player coordinates in the time direction to estimate the three-dimensional estimated player coordinates, and also the player region after one unit time (one frame) Are predicted as three-dimensional predicted player coordinates (step S8). Here, by making the prediction / estimation means 12e function as a Kalman filter, the offside line detection device 1 can smoothly track the player.
Then, the offside line detection device 1 delays the three-dimensional predicted player coordinates predicted in step S8 by one unit time by the delay unit 12f (step S9). The three-dimensional predicted player coordinates delayed here are used in step S5 in the operation after one frame.

(2次元選手領域設定ステップ)
また、オフサイドライン検出装置1は、2次元選手領域設定手段13によって、ステップS8で推定された3次元推定選手座標を、カメラの位置及び焦点距離と、予め定めた選手の大きさとに基づいて、入力映像内に選手が存在する2次元領域である2次元選手領域を設定する(ステップS10)。
(2D player area setting step)
Further, the offside line detection device 1 uses the two-dimensional player region setting means 13 to calculate the three-dimensional estimated player coordinates estimated in step S8 based on the position and focal length of the camera and a predetermined player size. A two-dimensional player area, which is a two-dimensional area where a player exists in the input video, is set (step S10).

(色統計量測定ステップ)
そして、オフサイドライン検出装置1は、色統計量測定手段14によって、ステップS10で設定された2次元選手領域と、シルエット映像生成手段11で生成されたシルエット映像の選手領域との共通する領域内で、入力映像の色の統計量を測定する(ステップS11)。ここでは、例えば、色の統計量としては、色ベクトルを領域内で平均化した平均色ベクトルを用いる
(Color statistics measurement step)
Then, the offside line detection device 1 uses the color statistic measurement means 14 within the area common to the two-dimensional player area set in step S10 and the silhouette video player area generated by the silhouette video generation means 11. The color statistic of the input video is measured (step S11). Here, for example, as a color statistic, an average color vector obtained by averaging color vectors in a region is used.

(分類ステップ)
さらに、オフサイドライン検出装置1は、分類手段16によって、ステップS11で測定された識別番号毎の色の統計量と、色統計量記憶手段15に記憶されている色の統計量とに基づいて、選手をチーム毎に分類する(ステップS12)。
これによって、分類手段16は、入力映像に映っている選手がどのオブジェクト種別に属しているかを分類することができ、サッカー競技のホームチーム側の選手、アウェイチーム側の選手の区別をつけることができる。
(Classification step)
Further, the offside line detection device 1 uses the classification unit 16 based on the color statistics for each identification number measured in step S11 and the color statistics stored in the color statistics storage unit 15. The players are classified for each team (step S12).
Thereby, the classification means 16 can classify to which object type the player reflected in the input video belongs, and can distinguish between the player on the home team side of the soccer competition and the player on the away team side. it can.

(オフサイドライン位置出力ステップ)
そして、オフサイドライン検出装置1は、オフサイドライン位置出力手段20によって、分類手段16で分類された選手毎のオブジェクト種別(所属チーム等)と、3次元選手座標推定手段12で推定された3次元推定選手座標とに基づいて、オフサイドラインの位置を推定して出力する(ステップS13)。
(Offside line position output step)
Then, the offside line detection device 1 uses the offside line position output unit 20 to classify the object type (such as a team) for each player classified by the classification unit 16 and the three-dimensional estimation estimated by the three-dimensional player coordinate estimation unit 12. Based on the player coordinates, the position of the offside line is estimated and output (step S13).

《オフサイドライン位置出力手段の動作》
ここで、図13及び図14を参照(適宜図7参照)して、図12におけるステップS13の動作(オフサイドライン位置出力手段20の動作)について、具体的に説明する。図13は、ホームチームの選手(ゴールキーパ及び非ゴールキーパ選手)の位置に基づいて、オフサイドラインを推定する動作を示すフローチャートである。図14は、ホームチームの選手並びに審判の位置に基づいて、オフサイドラインを推定する動作を示すフローチャートである。なお、図13及び図14中、「max{…}」は、集合{…}の中で最大値を求める関数、「max2{…}」は、集合{…}の中で2番目に大きな値を求める関数とする。また、集合{…}の中に最大値を持つ要素が複数存在する場合は、max{…}=max2{…}=「集合{…}の中の最大値」とする。
また、ここでは、ステップS8において推定された3次元推定選手座標、及び、ステップS12において分類されたオブジェクト種別は、それぞれ、識別番号に対応付けられて、オフサイドライン位置出力手段20の座標記憶手段21に記憶されているものとする。
<Operation of offside line position output means>
Here, with reference to FIG. 13 and FIG. 14 (refer to FIG. 7 as appropriate), the operation of step S13 in FIG. 12 (the operation of the offside line position output means 20) will be specifically described. FIG. 13 is a flowchart showing an operation of estimating an offside line based on the positions of players (goalkeepers and non-goalkeepers) of the home team. FIG. 14 is a flowchart showing an operation of estimating an offside line based on the position of the player of the home team and the referee. In FIG. 13 and FIG. 14, “max {...}” is a function for obtaining the maximum value in the set {...}, and “max2 {...}” is the second largest value in the set {...}. Is a function for obtaining. Further, when there are a plurality of elements having the maximum value in the set {...}, it is assumed that max {...} = max2 {...} = “maximum value in the set {...}”.
Here, the three-dimensional estimated player coordinates estimated in step S8 and the object type classified in step S12 are associated with identification numbers, respectively, and the coordinate storage means 21 of the offside line position output means 20 is used. It is assumed that it is stored in

(オフサイドライン位置出力手段の動作〔ホーム側選手による推定〕)
最初に、図13を参照(適宜図7参照)して、オフサイドライン位置出力手段20におけるホームチームの選手の位置に基づいて、オフサイドラインの位置を推定する動作について説明する。
まず、オフサイドライン位置出力手段20は、座標記憶手段21にホームチームのゴールキーパ(ホーム側ゴールキーパ)の座標が記憶されているかどうかを検索することで、ホーム側ゴールキーパの人数が“0”であるかどうかを判定する(ステップS20)。ここでは、オフサイドライン座標推定手段22の座標特定手段22bが、座標探索手段22aに対して、オブジェクト種別(ここでは、値“2” 〔ホーム側ゴールキーパ〕)を通知し、ホーム側ゴールキーパの座標の検索を指示する。そして、座標探索手段22aが、座標記憶手段21から、ホーム側ゴールキーパの座標を検索し、その結果を座標特定手段22bに通知する。すなわち、座標特定手段22bは、座標探索手段22aからの検索結果に基づいて、ホーム側ゴールキーパの人数が“0”であるかどうかを判定する。
(Operation of offside line position output means [estimated by home player])
First, referring to FIG. 13 (refer to FIG. 7 as appropriate), the operation of estimating the position of the offside line based on the position of the player of the home team in the offside line position output means 20 will be described.
First, the offside line position output means 20 searches for whether the coordinates of the home team goalkeeper (home goalkeeper) are stored in the coordinate storage means 21, so that the number of home goalkeepers is "0". It is determined whether or not (step S20). Here, the coordinate specifying unit 22b of the offside line coordinate estimation unit 22 notifies the coordinate search unit 22a of the object type (here, the value “2” [home side goalkeeper]), and the coordinates of the home side goalkeeper coordinates. Instruct the search. Then, the coordinate search means 22a retrieves the coordinates of the home goal keeper from the coordinate storage means 21, and notifies the coordinate identification means 22b of the result. That is, the coordinate specifying unit 22b determines whether the number of home goalkeepers is “0” based on the search result from the coordinate search unit 22a.

ここで、ホーム側ゴールキーパの人数が“0”である場合(ステップS20でYes)、座標特定手段22bは、ホームチームのゴールキーパ以外の選手であるホーム側非ゴールキーパ選手の位置で最も大きいx座標の値を変数Xdに代入する(ステップS21)。すなわち、座標特定手段22bが、座標探索手段22aに対して、オブジェクト種別(ここでは、値“1”〔ホーム側非ゴールキーパ選手〕)と、座標の大きさの順番(ここでは、1番目〔最大値〕)を通知し、検索を指示する。そして、座標探索手段22aが、座標記憶手段21から、ホーム側非ゴールキーパ選手の位置で最も大きいx座標の値を検索し、その結果を座標特定手段22bに通知する。これによって、座標特定手段22bは、ホーム側非ゴールキーパ選手の位置で最も大きいx座標の値を得ることができる。そして、ステップS24に進む。 Here, when the number of home goalkeepers is “0” (Yes in step S20), the coordinate specifying means 22b has the largest x-coordinate at the position of the home-side non-goalkeeper player who is a player other than the goalkeeper of the home team. A value is substituted into a variable Xd (step S21). That is, the coordinate specifying unit 22b makes an object type (here, the value “1” [home-side non-goalkeeper]) and the coordinate size order (here, the first [maximum] Value]) and instruct the search. Then, the coordinate search means 22a searches the coordinate storage means 21 for the largest x-coordinate value at the position of the home-side non-goalkeeper and notifies the coordinate specifying means 22b of the result. Thereby, the coordinate specifying means 22b can obtain the largest x coordinate value at the position of the home non-goalkeeper. Then, the process proceeds to step S24.

一方、ホーム側ゴールキーパの人数が“0”でない場合(ステップS20でNo)、座標特定手段22bは、座標探索手段22aに対して、ホーム側非ゴールキーパ選手(オブジェクト種別“1”)の位置で最も大きいx座標及び2番目に大きいx座標と、ホーム側ゴールキーパ(オブジェクト種別“2”)の位置で最も大きいx座標との探索を要求し、それぞれの値を、変数Xd1,Xd2及びXgに代入する(ステップS22)。なお、最も大きいx座標が複数存在する場合は、「最も大きいx座標」と「2番目に大きいx座標」とは、ともに同じ値(最大値)を指すこととする。 On the other hand, when the number of home goalkeepers is not “0” (No in step S20), the coordinate specifying unit 22b is the most at the position of the home non-goalkeeper player (object type “1”) with respect to the coordinate search unit 22a. A search for the largest x-coordinate, the second largest x-coordinate, and the largest x-coordinate at the position of the home goalkeeper (object type “2”) is requested, and the respective values are set as variables X d1 , X d2 and X g. (Step S22). When there are a plurality of the largest x coordinates, the “largest x coordinate” and the “second largest x coordinate” both indicate the same value (maximum value).

そして、座標特定手段22bは、変数Xd1,Xd2及びXgの中で2番目に大きい値を変数Xdに代入する(ステップS23)。なお、ホーム側非ゴールキーパ選手の2番目に大きいx座標、すなわち、変数Xd2の値が存在しない場合は、変数Xd1及びXgの小さい方の値を変数Xdに代入するものとする。この段階で、座標特定手段22bは、変数Xdをオフサイドライン位置と推定する。
そして、座標特定手段22bは、変数Xdの値をオフサイドライン位置(x座標)として出力する(ステップS24)。
Then, the coordinate specifying means 22b substitutes the second largest value among the variables X d1 , X d2 and X g for the variable X d (step S23). When the second largest x-coordinate of the home-side non-goalkeeper, that is, the value of the variable X d2 does not exist, the smaller value of the variables X d1 and X g is substituted into the variable X d . At this stage, the coordinate specifying unit 22b estimates the variable Xd as the offside line position.
Then, the coordinate specifying unit 22b outputs the value of the variable Xd as the offside line position (x coordinate) (step S24).

(オフサイドライン位置出力手段の動作〔ホーム側選手+審判による推定〕)
次に、図14を参照(適宜図7参照)して、オフサイドライン位置出力手段20におけるホームチームの選手並びに審判の位置に基づいて、オフサイドラインの位置を推定する動作について説明する。
まず、オフサイドライン位置出力手段20は、ホーム側選手の位置に基づいて、オフサイドラインの位置を推定する(ステップSA1)。なお、このステップSA1は、図13で説明した、ステップS20〜ステップS23の動作と同じ動作であるため、説明を省略する。
(Operation of offside line position output means [home side player + estimation by referee])
Next, referring to FIG. 14 (refer to FIG. 7 as appropriate), the operation of estimating the position of the offside line based on the position of the player of the home team and the referee in the offside line position output means 20 will be described.
First, the offside line position output means 20 estimates the position of the offside line based on the position of the home player (step SA1). Note that step SA1 is the same as the operation of step S20 to step S23 described in FIG.

そして、オフサイドライン位置出力手段20は、座標記憶手段21に審判の座標が記憶されているかどうかを検索することで、審判の人数が“0”であるかどうかを判定する(ステップS30)。ここでは、オフサイドライン座標推定手段22の座標特定手段22bが、座標探索手段22aに対して、オブジェクト種別(ここでは、値“5”〔審判〕)を通知し、審判の座標の検索を指示する。そして、座標探索手段22aが、座標記憶手段21から、審判の座標を検索し、その結果を座標特定手段22bに通知する。すなわち、座標特定手段22bは、座標探索手段22aからの検索結果に基づいて、審判の人数が“0”であるかどうかを判定する。   Then, the offside line position output unit 20 determines whether or not the number of referees is “0” by searching whether or not the coordinates of the referee are stored in the coordinate storage unit 21 (step S30). Here, the coordinate specifying unit 22b of the offside line coordinate estimation unit 22 notifies the coordinate search unit 22a of the object type (here, the value “5” [referee]) and instructs the search of the referee's coordinates. . Then, the coordinate search means 22a searches the coordinates of the referee from the coordinate storage means 21, and notifies the result to the coordinate specification means 22b. That is, the coordinate specifying unit 22b determines whether the number of referees is “0” based on the search result from the coordinate search unit 22a.

ここで、審判の人数が“0”である場合(ステップS30でYes)、座標特定手段22bは、ステップSA1で推定したオフサイドライン位置のx座標(変数Xdの値)を変数Xpに代入する(ステップS31)。この段階では、審判が映像上に存在しないため、座標特定手段22bは、ステップSA1で推定した、ホーム側選手の位置から推定したオフサイドラインの位置をそのまま使用する。そして、ステップS35に進む。 Here, if the number of judgment is "0" (Yes in step S30), the coordinate specifying means 22b is substituted x-coordinate of the offside line position estimated in step SA1 (the value of variable X d) for the variable X p (Step S31). At this stage, since the referee does not exist on the video, the coordinate specifying unit 22b uses the position of the offside line estimated from the position of the home player, which is estimated in step SA1. Then, the process proceeds to step S35.

一方、審判の人数が“0”でない場合(ステップS30でNo)、座標特定手段22bは、審判の位置で最も大きいx座標の値を持つ審判をホーム側オフサイドライン上の線審とみなし、そのx座標を変数Xrに代入する(ステップS32)。すなわち、座標特定手段22bが、座標探索手段22aに対して、オブジェクト種別(ここでは、値“5”〔審判〕)と、座標の大きさの順番(ここでは、1番目〔最大値〕)を通知し、検索を指示する。そして、座標探索手段22aが、座標記憶手段21から、審判の位置で最も大きいx座標の値を検索し、その結果を座標特定手段22bに通知する。これによって、座標特定手段22bは、審判の位置で最も大きいx座標の値を得ることができる。 On the other hand, if the number of referees is not “0” (No in step S30), the coordinate specifying means 22b regards the referee with the largest x-coordinate value at the referee position as the line referee on the home-side offside line. substituting coordinates the variable X r (step S32). That is, the coordinate specifying means 22b gives the object type (here, the value “5” [referee]) and the coordinate size order (here, the first [maximum value]) to the coordinate searching means 22a. Notify and direct search. Then, the coordinate search means 22a searches the coordinate storage means 21 for the largest x-coordinate value at the referee's position, and notifies the coordinate specifying means 22b of the result. Thereby, the coordinate specifying means 22b can obtain the largest x-coordinate value at the position of the referee.

続けて、座標特定手段22bは、ステップS32で得た審判の位置で最も大きいx座標(変数Xr)と、ステップSA1でホーム側選手から推定したオフサイドラインのx座標(変数Xd)とを比較する。なお、審判の位置が、ホーム側の選手の位置に対して、ホーム側のゴールライン(ゴールポスト)に、より大きく近づいている場合は、審判の位置の方がオフサイドラインの位置に近いといえる。そこで、ここでは、座標特定手段22bは、ホーム側選手から推定したオフサイドラインの位置のx座標(変数Xd)に予め定めた閾値θ(例えば、1m)を加算し、審判の位置のx座標(変数Xr)と比較する(ステップS33)。 Subsequently, the coordinate specifying means 22b obtains the largest x coordinate (variable Xr ) at the referee position obtained in step S32 and the x coordinate (variable Xd ) of the offside line estimated from the home player in step SA1. Compare. If the referee position is closer to the home goal line (goal post) than the home player position, the referee position is closer to the offside line position. . Therefore, here, the coordinate specifying unit 22b adds a predetermined threshold value θ (for example, 1 m) to the x coordinate (variable X d ) of the position of the offside line estimated from the home player, and the x coordinate of the position of the referee (variable X r) and comparing (step S33).

ここで、審判の位置のx座標(変数Xr)が、ステップSA1で推定したオフサイドライン位置のx座標よりも十分大きい場合(ステップS33でYes)、座標特定手段22bは、審判の位置をオフサイドラインの位置と推定し、変数Xpに変数Xrの値を代入する(ステップS34)。なお、座標特定手段22bは、ステップS34において、Xp=(Xd+Xr)/2の演算を行うことで、選手の位置から得られたオフサイドライン位置(Xd)と、審判の位置から得られたオフサイドライン位置(Xr)との相加平均値を、オフサイドライン位置(Xp)と推定することとしてもよい。 If the x coordinate (variable Xr ) of the referee position is sufficiently larger than the x coordinate of the offside line position estimated in step SA1 (Yes in step S33), the coordinate specifying unit 22b sets the referee position offside. estimating the position of the line, it substitutes the value of variable X r to the variable X p (step S34). The coordinate specifying means 22b, in step S34, X p = (X d + X r) / 2 of the by carrying out calculation, offside line position obtained from the position of the player and (X d), the position of the referee The arithmetic mean value with the obtained off-side line position (X r ) may be estimated as the off-side line position (X p ).

一方、審判の位置のx座標(変数Xr)が、ステップSA1で推定したオフサイドライン位置のx座標よりも十分大きくない場合(ステップS33でNo)、ステップS31の動作を実行する。
そして、座標特定手段22bは、変数Xpの値をオフサイドライン位置(x座標)として出力する(ステップS35)。
このように、オフサイドライン位置出力手段20は、選手の位置だけでなく、審判の位置を加味することで、精度よくオフサイドラインの位置を推定することができる。
なお、ここでは、ホーム側のオフサイドラインの位置を推定しているが、x座標が小さいほど、アウェイ側のゴールラインに近づくため、座標の大小関係を逆にすることで、アウェイ側のオフサイドラインの位置を推定することも可能である。
On the other hand, when the x coordinate (variable Xr ) of the referee position is not sufficiently larger than the x coordinate of the offside line position estimated in step SA1 (No in step S33), the operation of step S31 is executed.
The coordinate specifying means 22b outputs the value of the variable X p as the offside line position (x-coordinate) (step S35).
Thus, the offside line position output means 20 can accurately estimate the position of the offside line by taking into account the position of the referee as well as the position of the player.
Here, the position of the off-side line on the home side is estimated. However, the smaller the x coordinate, the closer to the goal line on the away side, so by reversing the magnitude relationship of the coordinates, the off-side line on the away side It is also possible to estimate the position of.

以上の動作によって、オフサイドライン検出装置1は、サッカー競技を撮影した入力映像から、選手の動きに応じて変化するオフサイドラインの位置(座標)を、逐次出力することができる。これによって、このオフサイドライン検出装置1から出力されるオフサイドラインの位置(座標)を、従来のCG合成技術で使用することで、リアルタイムでサーカー競技のオフサイドラインを画面上に可視化することが可能になる。   By the above operation, the offside line detection device 1 can sequentially output the position (coordinates) of the offside line that changes according to the movement of the player from the input video obtained by shooting the soccer game. As a result, the offside line position (coordinates) output from the offside line detection device 1 can be visualized on the screen in real time by using the conventional CG synthesis technology. Become.

<第二の実施の形態]>
[オフサイドライン検出装置の構成]
次に、図15を参照して、本発明の第二の実施の形態に係るオフサイドライン検出装置の構成について説明する。図15は、本発明の第二の実施の形態に係るオフサイドライン検出装置の構成を示したブロック図である。図15に示すように、オフサイドライン検出装置1Bは、オブジェクト位置検出手段10Bと、オフサイドライン位置出力手段20Bとを備えて構成している。
<Second Embodiment>
[Configuration of offside line detector]
Next, with reference to FIG. 15, the structure of the offside line detection apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of an offside line detection apparatus according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 15, the offside line detection apparatus 1B includes an object position detection unit 10B and an offside line position output unit 20B.

オブジェクト位置検出手段10Bは、入力されたスポーツ映像(ここではサッカー競技を撮影した入力映像)から、その入力映像内におけるチーム毎の選手、審判、あるいはボールの位置を検出するものである。ここでは、オブジェクト位置検出手段10Bは、シルエット映像生成手段11と、3次元オブジェクト座標推定手段12Bと、2次元選手領域設定手段13と、色統計量測定手段14と、色統計量記憶手段15と、分類手段16とを備えて構成している。なお、3次元オブジェクト座標推定手段12B以外の構成は、図2で説明した選手位置検出手段10の構成と同じものであるため、同一の符号を付し、説明を省略する。   The object position detection means 10B detects the position of the player, the referee, or the ball for each team in the input video from the input sports video (here, the input video obtained by shooting a soccer game). Here, the object position detection means 10B includes a silhouette video generation means 11, a 3D object coordinate estimation means 12B, a 2D player area setting means 13, a color statistic measurement means 14, a color statistic storage means 15, The classification means 16 is provided. The configuration other than the three-dimensional object coordinate estimation unit 12B is the same as the configuration of the player position detection unit 10 described with reference to FIG.

3次元オブジェクト座標推定手段12Bは、シルエット映像生成手段11で生成されたシルエット映像から、人物である選手(審判を含む)及びボールの各オブジェクトの3次元座標を推定するものである。なお、3次元オブジェクト座標推定手段12Bは、図2で説明した3次元選手座標推定手段12に、ボールの3次元座標を推定する機能を付加したものであって、選手(審判を含む)の3次元座標の推定は、3次元選手座標推定手段12と同一の構成で実現できる。ここでは、3次元選手座標推定手段12に、ボールの3次元座標を推定する機能を付加することで異なった構成となる面積判定手段12Bb及び予測・推定手段12Beのみについて説明を行う。   The three-dimensional object coordinate estimating means 12B estimates the three-dimensional coordinates of each player object (including the referee) and the ball from the silhouette video generated by the silhouette video generating means 11. The three-dimensional object coordinate estimation means 12B is obtained by adding a function for estimating the three-dimensional coordinates of the ball to the three-dimensional player coordinate estimation means 12 described with reference to FIG. The estimation of the dimensional coordinates can be realized with the same configuration as the three-dimensional player coordinate estimation means 12. Here, only the area determination means 12Bb and the prediction / estimation means 12Be, which have different configurations by adding a function for estimating the three-dimensional coordinates of the ball to the three-dimensional player coordinate estimation means 12, will be described.

面積判定手段12Bbは、ラベリング手段12aで生成された領域情報内の面積が、特定の範囲内であるかどうかを判定し、面積が特定の範囲にある領域情報のみを出力する面積フィルタとして機能するものである。ここでは、予め選手(審判を含む)の大きさに相当する面積の下限値Amin及び上限値Amaxと、ボールの大きさに相当する面積の下限値Bmin及び上限値Bmaxとを、閾値として定めておく。 The area determination unit 12Bb functions as an area filter that determines whether the area in the region information generated by the labeling unit 12a is within a specific range, and outputs only the region information whose area is in the specific range. Is. Here, the lower limit value A min and upper limit value A max of the area corresponding to the size of the player (including the referee), and the lower limit value B min and upper limit value B max of the area corresponding to the size of the ball, It is set as a threshold value.

そして、面積判定手段12Bbは、ラベル番号m(1≦m≦M)(Mは単連結領域の数)に対応する領域情報の面積Amが、閉区間[Amin,Amax]又は閉区間[Bmin,Bmax]に含まれるかどうかを判定し、Am∈[Amin,Amax]又はAm∈[Bmin,Bmax]を満たす場合にのみ、領域情報を出力する。ここで条件を満たした領域情報は、逆投影変換手段12cに出力される。また、面積判定手段12Bbは、領域が選手(審判を含む)として判定されたものか、ボールとして判定されたものかを示す人物・ボール判定情報を、逆投影変換手段12cに出力し、その情報は、さらに、検出・追跡手段12d、予測・推定手段12Beに順次通知されるものとする。
なお、面積判定手段12Bbは、ボールの領域の面積をS、周囲長をlとしたとき、以下の(31)式に示すような円形度eを算出し、より円形に近いもののみをボールの領域として選択することとしてもよい。
Then, the area determination unit 12Bb, the area A m of the label number m (1 ≦ m ≦ M) (M is the number of simply connected region) region information corresponding to the found closed interval [A min, A max] or a closed interval [B min, B max] to determine if included in, a m ∈ [a min, a max] or a m ∈ [B min, B max] only if they meet, and outputs the area information. Here, the area information that satisfies the condition is output to the backprojection conversion means 12c. The area determination means 12Bb outputs person / ball determination information indicating whether the area is determined as a player (including a referee) or as a ball to the back projection conversion means 12c, and the information Is further notified to the detection / tracking means 12d and the prediction / estimation means 12Be in sequence.
The area determining means 12Bb calculates the circularity e as shown in the following equation (31), where S is the area of the ball region and l is the perimeter, and only the one closer to the circle is calculated. It may be selected as a region.

Figure 2005209148
Figure 2005209148

これによって、図4に示した、ボールの大きさに近似するような領域Hを、ボールとして判定することがなくなる。   Accordingly, the region H that approximates the size of the ball shown in FIG. 4 is not determined as a ball.

予測・推定手段12Beは、検出・追跡手段12dで新規に検出された、あるいは、追跡された選手、ボールといったオブジェクトの3次元座標(3次元オブジェクト座標)を、時間方向に平滑化して、3次元推定オブジェクト座標とするとともに、1単位時間後のオブジェクトの3次元座標を3次元予測オブジェクト座標として予測するものである。
この予測・推定手段12Beで予測された3次元予測オブジェクト座標は、オブジェクトを特定する識別番号とともに遅延手段12fに出力される。また、予測・推定手段12Beは、人物・ボール判定情報に基づいて、3次元推定オブジェクト座標が選手の座標であるのかボールの座標であるのかを判定し、選手の座標である場合は、3次元推定オブジェクト座標を3次元推定選手座標として2次元選手領域設定手段13及びオフサイドライン位置出力手段20Bに出力し、ボールの座標である場合は、3次元推定オブジェクト座標を3次元推定ボール座標として、オフサイドライン位置出力手段20Bに出力する。
The prediction / estimation means 12Be smoothes the three-dimensional coordinates (three-dimensional object coordinates) of an object such as a player or a ball newly detected or tracked by the detection / tracking means 12d in the time direction. In addition to the estimated object coordinates, the three-dimensional coordinates of the object after one unit time are predicted as the three-dimensional predicted object coordinates.
The three-dimensional predicted object coordinates predicted by the prediction / estimation unit 12Be are output to the delay unit 12f together with an identification number that identifies the object. Further, the prediction / estimation means 12Be determines whether the three-dimensional estimated object coordinates are the player coordinates or the ball coordinates based on the person / ball determination information. The estimated object coordinates are output as the three-dimensional estimated player coordinates to the two-dimensional player area setting means 13 and the offside line position output means 20B. When the estimated object coordinates are the coordinates of the ball, the three-dimensional estimated object coordinates are set as the three-dimensional estimated ball coordinates. Output to the line position output means 20B.

なお、予測・推定手段12Beは、3次元推定ボール座標をオフサイドライン位置出力手段20Bに出力する場合には、識別番号と、オブジェクトがボールであることを示すオブジェクト種別とを合わせて出力することとする。
これによって、オブジェクト位置検出手段10Bは、入力映像から、選手(審判を含む)、ボールといったオブジェクトの3次元座標(3次元推定選手座標)を検出することができる。
Note that the prediction / estimation means 12Be outputs the identification number and the object type indicating that the object is a ball when outputting the three-dimensional estimated ball coordinates to the offside line position output means 20B. To do.
Thereby, the object position detection means 10B can detect the three-dimensional coordinates (three-dimensional estimated player coordinates) of an object such as a player (including a referee) and a ball from the input video.

オフサイドライン位置出力手段20Bは、3次元オブジェクト座標推定手段12Bで推定された3次元推定選手座標及び3次元推定ボール座標とに基づいて、オフサイドラインの位置を推定して出力するものである。また、選手のオブジェクト種別は、分類手段16から通知され、ボールのオブジェクト種別は、3次元オブジェクト座標推定手段12Bの予測・推定手段12Beから通知されるものとする。
なお、オフサイドライン位置出力手段20Bの詳細な構成については、図7及び図8で説明したオフサイドライン位置出力手段20と同様の構成とすることができる。ただし、オフサイドライン位置出力手段20Bの座標記憶手段21には、選手、審判の位置情報に加え、ボールの位置情報(3次元推定ボール座標)が記憶される。
The offside line position output means 20B estimates and outputs the position of the offside line based on the three-dimensional estimated player coordinates and the three-dimensional estimated ball coordinates estimated by the three-dimensional object coordinate estimation means 12B. Further, it is assumed that the player object type is notified from the classification unit 16, and the ball object type is notified from the prediction / estimation unit 12Be of the three-dimensional object coordinate estimation unit 12B.
The detailed configuration of the offside line position output unit 20B can be the same as that of the offside line position output unit 20 described with reference to FIGS. However, the coordinate storage means 21 of the offside line position output means 20B stores the position information (three-dimensional estimated ball coordinates) of the ball in addition to the position information of the player and the referee.

例えば、座標記憶手段21には、図16(a)に示すように、3次元推定ボール座標(ここでは、オブジェクト種別=“7”の座標)を含んだ、識別番号に対応付けられた、オブジェクト種別ci、座標(x座標xi、y座標yi、z座標zi)が記憶される。
さらに、オブジェクト座標推定手段22の座標探索手段22aが、座標記憶手段21に記憶されているデータをオブジェクト種別毎に、特定座標成分(例えば、x座標)の大きさの昇順又は降順に配列し直す座標ソート手段として機能させることも可能である。この場合、座標探索手段22aは、図14に示した各オブジェクト種別以外に、図16(b)に示すように、ボールのオブジェクト種別(ここでは“7”)の座標を、特定座標成分(例えば、x座標)の大きさの昇順又は降順に配列して、座標記憶手段21に記憶することとしてもよい。
For example, as shown in FIG. 16A, the coordinate storage means 21 includes an object associated with an identification number including three-dimensional estimated ball coordinates (here, the object type = “7” coordinates). The type c i and coordinates (x coordinate x i , y coordinate y i , z coordinate z i ) are stored.
Further, the coordinate search unit 22a of the object coordinate estimation unit 22 rearranges the data stored in the coordinate storage unit 21 in ascending or descending order of the size of a specific coordinate component (for example, x coordinate) for each object type. It is also possible to function as coordinate sorting means. In this case, in addition to the object types shown in FIG. 14, the coordinate search means 22a converts the coordinates of the ball object type (here, “7”) into a specific coordinate component (for example, “7”) as shown in FIG. , X coordinates) may be arranged in ascending or descending order of magnitude and stored in the coordinate storage means 21.

[オフサイドライン検出装置の動作]
次に、オフサイドライン検出装置1Bの動作について説明する。なお、オブジェクト位置検出手段10Bの動作については、図12で説明した選手位置検出動作に、ボールの検出を付加したことのみが異なっているため、全体の動作については説明を省略し、オフサイドライン位置出力手段20Bの動作について、具体的に説明する。
[Operation of offside line detector]
Next, the operation of the offside line detection device 1B will be described. The operation of the object position detection means 10B is different from the player position detection operation described with reference to FIG. 12 only in that a ball detection is added. The operation of the output unit 20B will be specifically described.

(オフサイドライン位置出力手段の動作〔ホーム側選手+審判+ボールによる推定〕)
ここでは、図17を参照(適宜図7参照)して、オフサイドライン位置出力手段20Bの動作について説明する。図17は、オフサイドライン位置出力手段におけるホームチームの選手、審判及びボールの位置に基づいて、オフサイドラインの位置を推定する動作を示すフローチャートである。
(Operation of offside line position output means [home side player + referee + ball estimation])
Here, the operation of the offside line position output means 20B will be described with reference to FIG. 17 (refer to FIG. 7 as appropriate). FIG. 17 is a flowchart showing the operation of estimating the position of the offside line based on the position of the player, the referee and the ball of the home team in the offside line position output means.

まず、オフサイドライン位置出力手段20Bは、ホーム側選手及び審判の位置に基づいて、オフサイドラインの位置を推定する(ステップSA2)。なお、このステップSA2は、図14で説明した、ステップSA1及びステップS30〜ステップS34の動作と同じ動作であるため、説明を省略する。
そして、オフサイドライン位置出力手段20Bは、座標記憶手段21にボールの座標が記憶されているかどうかを検索することで、ボールの個数が“0”であるかどうかを判定する(ステップS40)。ここでは、オフサイドライン座標推定手段22の座標特定手段22bが、座標探索手段22aに対して、オブジェクト種別(ここでは、値“7”〔ボール〕)を通知し、ボールの座標の検索を指示する。そして、座標探索手段22aが、座標記憶手段21から、ボールの座標を検索し、その結果を座標特定手段22bに通知する。すなわち、座標特定手段22bは、座標探索手段22aからの検索結果に基づいて、ボールの個数が“0”であるかどうかを判定する。
First, the offside line position output unit 20B estimates the position of the offside line based on the positions of the home player and the referee (step SA2). Note that step SA2 is the same as the operations of step SA1 and steps S30 to S34 described in FIG.
Then, the offside line position output unit 20B determines whether or not the number of balls is “0” by searching whether or not the coordinates of the ball are stored in the coordinate storage unit 21 (step S40). Here, the coordinate specifying means 22b of the offside line coordinate estimation means 22 notifies the coordinate search means 22a of the object type (here, the value “7” [ball]) and instructs the search for the coordinates of the ball. . Then, the coordinate search means 22a searches for the coordinates of the ball from the coordinate storage means 21, and notifies the result to the coordinate specification means 22b. That is, the coordinate specifying unit 22b determines whether or not the number of balls is “0” based on the search result from the coordinate search unit 22a.

ここで、ボールの個数が“0”である場合(ステップS40でYes)、座標特定手段22bは、ステップSA2で推定したオフサイドライン位置のx座標(変数Xpの値)を変数Xに代入する(ステップS41)。この段階では、ボールが映像上に存在しないため、座標特定手段22bは、ステップSA2で推定した、ホーム側選手及び審判の位置から推定したオフサイドラインの位置をそのまま使用する。そして、ステップS45に進む。 Here, when the number of balls is "0" (Yes in step S40), the coordinate specifying means 22b substitutes the x-coordinate of the offside line position estimated in step SA2 (the value of variable X p) to the variable X (Step S41). At this stage, since the ball does not exist on the video, the coordinate specifying unit 22b uses the position of the offside line estimated from the position of the home player and the referee estimated in Step SA2. Then, the process proceeds to step S45.

一方、ボールの個数が“0”でない場合(ステップS40でNo)、座標特定手段22bは、ボールの位置で最も大きいx座標の値を変数Xbに代入する(ステップS42)。すなわち、座標特定手段22bが、座標探索手段22aに対して、オブジェクト種別(ここでは、値“7”〔ボール〕)と、座標の大きさの順番(ここでは、1番目〔最大値〕)を通知し、検索を指示する。そして、座標探索手段22aが、座標記憶手段21から、ボールの位置で最も大きいx座標の値を検索し、その結果を座標特定手段22bに通知する。これによって、座標特定手段22bは、ボールの位置で最も大きいx座標の値を得ることができる。 On the other hand, when the number of balls is not “0” (No in step S40), the coordinate specifying means 22b substitutes the value of the largest x coordinate at the position of the ball into the variable Xb (step S42). That is, the coordinate specifying unit 22b gives the object type (here, the value “7” [ball]) and the coordinate size order (here, the first [maximum value]) to the coordinate searching unit 22a. Notify and direct search. Then, the coordinate search means 22a searches the coordinate storage means 21 for the largest x coordinate value at the ball position, and notifies the coordinate specifying means 22b of the result. As a result, the coordinate specifying means 22b can obtain the largest x-coordinate value at the ball position.

続けて、座標特定手段22bは、ステップS42で得たボールの位置で最も大きいx座標(変数Xb)と、ステップSA2でホーム側選手及び審判から推定したオフサイドラインのx座標(変数Xp)とを比較する(ステップS43)。
ここで、ボールの位置のx座標(変数Xb)が、ステップSA2で推定したオフサイドライン位置のx座標よりも大きい場合(ステップS43でYes)、座標特定手段22bは、ボールの位置をオフサイドラインの位置と推定し、変数Xに変数Xbの値を代入する(ステップS44)。
一方、ボールの位置のx座標(変数Xb)が、ステップSA2で推定したオフサイドライン位置のx座標以下の場合(ステップS43でNo)、ステップS41の動作を実行する。
Subsequently, the coordinate specifying means 22b has the largest x coordinate (variable Xb ) at the ball position obtained in step S42, and the x coordinate of the offside line estimated from the home player and the referee in step SA2 (variable Xp ). Are compared (step S43).
When the x coordinate (variable X b ) of the ball position is larger than the x coordinate of the offside line position estimated in step SA2 (Yes in step S43), the coordinate specifying unit 22b determines the ball position as the offside line. And the value of the variable Xb is substituted for the variable X (step S44).
On the other hand, when the x coordinate (variable X b ) of the ball position is equal to or less than the x coordinate of the offside line position estimated in step SA2 (No in step S43), the operation of step S41 is executed.

そして、座標特定手段22bは、変数Xの値をオフサイドライン位置(x座標)として出力する(ステップS45)。
このように、オフサイドライン位置出力手段20Bは、選手及び審判の位置だけでなく、ボールの位置を加味することで、さらに精度よくオフサイドラインの位置を推定することができる。
なお、ここでは、ホーム側のオフサイドラインの位置を推定しているが、x座標が小さいほど、アウェイ側のゴールラインに近づくため、座標の大小関係を逆にすることで、アウェイ側のオフサイドラインの位置を推定することも可能である。
Then, the coordinate specifying unit 22b outputs the value of the variable X as an offside line position (x coordinate) (step S45).
Thus, the offside line position output means 20B can estimate the position of the offside line more accurately by taking into account not only the position of the player and the referee but also the position of the ball.
Here, the position of the off-side line on the home side is estimated. However, the smaller the x coordinate, the closer to the goal line on the away side, so by reversing the magnitude relationship of the coordinates, the off-side line on the away side It is also possible to estimate the position of.

本発明に係るオフサイドライン検出装置の概要を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the outline | summary of the offside line detection apparatus which concerns on this invention. 本発明の第一の実施の形態に係るオフサイドライン検出装置の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the offside line detection apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明に係るオフサイドライン検出装置に入力される入力映像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the input image | video input into the offside line detection apparatus which concerns on this invention. 図3の入力映像を2値化したシルエット映像を示す図である。It is a figure which shows the silhouette image | video which binarized the input image | video of FIG. 図4のシルエット映像の選手領域にラベル番号を付与した概念を示す図である。It is a figure which shows the concept which provided the label number to the player area | region of the silhouette image | video of FIG. 色統計量記憶手段に記憶されているデータベースのデータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the data of the database memorize | stored in the color statistic storage means. オフサイドライン位置出力手段の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the offside line position output means. オフサイドライン位置出力手段の他の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the other structure of the offside line position output means. 座標記憶手段の記憶内容の一例を示すデータ構造図である。It is a data structure figure which shows an example of the memory content of a coordinate memory | storage means. 特定座標成分でオブジェクト種別毎にソートした座標記憶手段の記憶内容の一例を示すデータ構造図である。It is a data structure figure which shows an example of the memory content of the coordinate memory | storage means sorted for every object classification by the specific coordinate component. 適応面積判定手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an adaptive area determination means. 本発明の第一の実施の形態に係るオフサイドライン検出装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the off-side line detection apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention. オフサイドライン位置出力手段がホームチームの選手の位置に基づいて、オフサイドラインを推定する動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement which an offside line position output means estimates an offside line based on the position of the player of a home team. オフサイドライン位置出力手段がホームチームの選手並びに審判の位置に基づいて、オフサイドラインを推定する動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement which an offside line position output means estimates an offside line based on the player of a home team, and the position of a referee. 本発明の第二の実施の形態に係るオフサイドライン検出装置の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the offside line detection apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二の実施の形態に係るオフサイドライン検出装置の座標記憶手段の記憶内容を示し、(a)はその記憶内容の一例を示すデータ構造図、(b)はボールの座標のみを抽出した例を示すデータ構造図である。The memory content of the coordinate memory | storage means of the off-side line detection apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention is shown, (a) is a data structure figure which shows an example of the memory content, (b) extracts only the coordinate of a ball | bowl. It is a data structure figure which shows the done example. オフサイドライン位置出力手段におけるホームチームの選手、審判及びボールの位置に基づいて、オフサイドラインの位置を推定する動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement which estimates the position of an offside line based on the position of the player of the home team, a referee, and a ball in an offside line position output means.

符号の説明Explanation of symbols

1、1B オフサイドライン検出装置
10 選手位置検出手段(選手位置検出装置)
10B オブジェクト位置検出手段
11 シルエット映像生成手段
12 3次元選手座標推定手段
12B 3次元オブジェクト座標推定手段
12a ラベリング手段
12b 面積判定手段
12c 逆投影変換手段
12d 検出・追跡手段
12e 予測・推定手段
12f 遅延手段
13 2次元選手領域設定手段
14 色統計量測定手段
15 色統計量記憶手段
16 分類手段
17 適応面積判定手段
17a 3次元座標変換手段
17b 2次元選手領域設定手段(第二の2次元選手領域設定手段)
17c 面積閾値生成手段
17d 可変面積判定手段
20、20B オフサイドライン位置出力手段
21 座標記憶手段
22 オフサイド座標推定手段
22a 座標探索手段
22b 座標特定手段
23 フィルタ手段
1, 1B Offside line detection device 10 Player position detection means (player position detection device)
10B Object position detection means 11 Silhouette video generation means 12 3D player coordinate estimation means 12B 3D object coordinate estimation means 12a Labeling means 12b Area determination means 12c Backprojection conversion means 12d Detection / tracking means 12e Prediction / estimation means 12f Delay means 13 Two-dimensional player area setting means 14 Color statistic measurement means 15 Color statistic storage means 16 Classification means 17 Adaptive area determination means 17a Three-dimensional coordinate conversion means 17b Two-dimensional player area setting means (second two-dimensional player area setting means)
17c Area threshold generation means 17d Variable area determination means 20, 20B Offside line position output means 21 Coordinate storage means 22 Offside coordinate estimation means 22a Coordinate search means 22b Coordinate specification means 23 Filter means

Claims (12)

スポーツ競技をカメラで撮影した入力映像から、チーム別に選手の位置を検出する選手位置検出装置であって、
前記入力映像から、時系列に選手領域と背景領域とに分割したシルエット映像を生成するシルエット映像生成手段と、
このシルエット映像生成手段で生成されたシルエット映像における前記選手領域の位置と、前記カメラが設置された位置及び撮影時の焦点距離とに基づいて、前記選手領域の位置を3次元座標上で追跡することで、前記選手の位置を3次元推定選手座標として推定する3次元選手座標推定手段と、
この3次元選手座標推定手段で推定された3次元推定選手座標と、前記カメラの位置及び焦点距離と、予め定めた選手の大きさとに基づいて、前記入力映像内における、前記選手が存在する2次元選手領域を設定する2次元選手領域設定手段と、
この2次元選手領域設定手段で設定された2次元選手領域と、前記シルエット映像内の前記選手領域との共通する領域内における、前記入力映像の色の統計量を測定する色統計量測定手段と、
前記選手が属するチームの服色に基づく色の統計量を少なくとも記憶した色統計量記憶手段と、
この色統計量記憶手段に記憶されている色の統計量と、前記色統計量測定手段で測定された色の統計量とに基づいて、前記選手をチーム別に分類する分類手段と、
を備えていることを特徴とする選手位置検出装置。
A player position detection device for detecting the position of a player for each team from an input video obtained by photographing a sports competition with a camera,
Silhouette video generation means for generating a silhouette video divided into a player area and a background area in time series from the input video,
Based on the position of the player area in the silhouette video generated by the silhouette video generation means, the position where the camera is installed, and the focal length at the time of shooting, the position of the player area is tracked in three-dimensional coordinates. 3D player coordinate estimation means for estimating the position of the player as 3D estimated player coordinates,
Based on the three-dimensional estimated player coordinates estimated by the three-dimensional player coordinate estimating means, the position and focal length of the camera, and a predetermined player size, the player exists in the input video 2 Two-dimensional player area setting means for setting a three-dimensional player area;
A color statistic measuring means for measuring a color statistic of the input video in a region common to the two-dimensional player region set by the two-dimensional player region setting unit and the player region in the silhouette video; ,
Color statistic storage means for storing at least a color statistic based on the clothing color of the team to which the player belongs;
Classification means for classifying the players by team based on the color statistics stored in the color statistics storage means and the color statistics measured by the color statistics measurement means;
A player position detecting device comprising:
前記3次元選手座標推定手段は、
予め定めた前記選手の大きさに基づいて、前記シルエット映像における前記選手領域が、前記選手の領域として有効かどうかを判定する面積判定手段を備え、
この面積判定手段によって有効と判定された選手領域について、前記3次元推定選手座標を推定することを特徴とする請求項1に記載の選手位置検出装置。
The three-dimensional player coordinate estimation means includes:
Based on a predetermined size of the player, the player region in the silhouette video comprises an area determination means for determining whether the player region is valid as the player region,
The player position detecting device according to claim 1, wherein the three-dimensional estimated player coordinates are estimated for a player region determined to be effective by the area determining means.
前記3次元選手座標推定手段は、
前記カメラの位置及び焦点距離に基づいて、前記シルエット映像における前記選手領域毎の2次元座標を3次元座標に変換する3次元座標変換手段と、
この3次元座標変換手段で変換された3次元座標と、前記カメラの位置及び焦点距離と、予め定めた選手の大きさとに基づいて、前記入力映像内における、前記選手が存在する2次元選手領域を設定する第二の2次元選手領域設定手段と、
この第二の2次元選手領域設定手段で設定された2次元選手領域の大きさに基づいて、前記選手領域が、前記選手の領域として有効かどうかを判定する閾値を生成する面積閾値生成手段と、
この面積閾値生成手段で生成された閾値に基づいて、前記シルエット映像における前記選手領域が、前記選手の領域として有効かどうかを判定する可変面積判定手段とを備え、
この可変面積判定手段によって有効と判定された選手領域について、前記3次元推定選手座標を推定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の選手位置検出装置。
The three-dimensional player coordinate estimation means includes:
3D coordinate conversion means for converting 2D coordinates for each player area in the silhouette video into 3D coordinates based on the position and focal length of the camera;
Based on the three-dimensional coordinates converted by the three-dimensional coordinate conversion means, the position and focal length of the camera, and a predetermined player size, a two-dimensional player region in which the player exists in the input video A second two-dimensional player area setting means for setting
Area threshold value generating means for generating a threshold value for determining whether or not the player area is valid as the player area based on the size of the two-dimensional player area set by the second two-dimensional player area setting means; ,
Based on the threshold generated by the area threshold generation means, variable area determination means for determining whether the player area in the silhouette video is valid as the area of the player,
The player position detecting device according to claim 1 or 2, wherein the three-dimensional estimated player coordinates are estimated for a player region determined to be effective by the variable area determining means.
前記3次元選手座標推定手段は、
1単位時間過去に予測された前記選手領域の3次元座標である3次元予測選手座標と、現在の前記選手領域の3次元座標である3次元選手座標との距離に基づいて、前記選手領域を前記選手毎に検出し、追跡する検出・追跡手段と、
この検出・追跡手段で検出し、追跡された前記選手毎の3次元選手座標を、時間方向に平滑化して、3次元推定選手座標とするとともに、1単位時間後の前記選手領域の3次元座標を前記3次元予測選手座標として予測する予測・推定手段と、
この予測・推定手段で予測された3次元予測選手座標を1単位時間遅延させる遅延手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の選手位置検出装置。
The three-dimensional player coordinate estimation means includes:
Based on the distance between the three-dimensional predicted player coordinates that are three-dimensional coordinates of the player area predicted in one unit time in the past and the three-dimensional player coordinates that are three-dimensional coordinates of the current player area, Detecting and tracking means for detecting and tracking for each player;
The three-dimensional player coordinates for each player detected and tracked by this detection / tracking means are smoothed in the time direction to obtain three-dimensional estimated player coordinates, and the three-dimensional coordinates of the player area after one unit time. Predicting / estimating means for predicting as the three-dimensional predicted player coordinates,
Delay means for delaying the three-dimensional predicted player coordinates predicted by the prediction / estimation means by one unit time;
The player position detecting device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記色統計量記憶手段に、審判の服色の統計量を記憶しておくことで、前記分類手段は、前記選手に加え、前記審判を分類の対象とすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の選手位置検出装置。   The statistic of the referee's clothing color is stored in the color statistic storage means, so that the classification means sets the referee as a classification target in addition to the player. The player position detection device according to claim 4. サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、オフサイドラインを検出するオフサイドライン検出装置であって、
スポーツ競技として前記サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、チーム別に選手の位置を検出する請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の選手位置検出装置と、
この選手位置検出装置における、前記分類手段で分類された選手毎のチームと、前記3次元選手座標推定手段で推定された3次元推定選手座標とに基づいて、前記オフサイドラインの位置を特定して出力するオフサイドライン位置出力手段と、
を備えていることを特徴とするオフサイドライン検出装置。
An offside line detection device that detects an offside line from an input image obtained by shooting a soccer game with a camera,
The player position detecting device according to any one of claims 1 to 4, wherein a player position is detected for each team from an input video obtained by photographing the soccer game as a sports game with a camera.
In this player position detection device, the position of the offside line is specified based on the team for each player classified by the classification means and the three-dimensional estimated player coordinates estimated by the three-dimensional player coordinate estimation means. Offside line position output means for outputting;
An off-side line detection device comprising:
前記オフサイドライン位置出力手段は、
前記チームを識別する種別情報に対応付けて前記3次元推定選手座標を記憶する座標記憶手段と、
この座標記憶手段に記憶されている前記3次元推定選手座標における、前記チームに区分された選手の特定の座標成分に基づいて、前記オフサイドラインの位置を推定するオフサイドライン座標推定手段と、
を備えていることを特徴とする請求項6に記載のオフサイドライン検出装置。
The offside line position output means includes
Coordinate storage means for storing the three-dimensional estimated player coordinates in association with type information for identifying the team;
Off-side line coordinate estimation means for estimating the position of the off-side line based on a specific coordinate component of the player divided into the team in the three-dimensional estimated player coordinates stored in the coordinate storage means;
The off-side line detection apparatus according to claim 6, comprising:
サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、オフサイドラインを検出するオフサイドライン検出装置であって、
スポーツ競技として前記サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、少なくとも選手及び審判の位置を検出する請求項5に記載の選手位置検出装置と、
この選手位置検出装置における、前記分類手段で分類されたチーム別の選手及び審判と、前記3次元選手座標推定手段で推定された3次元推定選手座標とに基づいて、前記オフサイドラインの位置を特定して出力するオフサイドライン位置出力手段とを備え、
前記オフサイドライン位置出力手段は、
前記チーム別の選手及び前記審判を識別する種別情報に対応付けて、前記3次元推定選手座標を記憶する座標記憶手段と、
この座標記憶手段に記憶されている前記3次元推定選手座標における、前記チームに区分された選手及び審判の特定の座標成分に基づいて、前記オフサイドラインの位置を推定するオフサイドライン座標推定手段と、
を備えていることを特徴とするオフサイドライン検出装置。
An offside line detection device that detects an offside line from an input image obtained by shooting a soccer game with a camera,
The player position detection device according to claim 5, wherein at least positions of the player and the referee are detected from an input video obtained by photographing the soccer game with a camera as a sports game,
In this player position detection device, the position of the offside line is identified based on the players and referees by team classified by the classification means and the three-dimensional estimated player coordinates estimated by the three-dimensional player coordinate estimation means. Offside line position output means for outputting,
The offside line position output means includes
Coordinate storage means for storing the three-dimensional estimated player coordinates in association with the type information for identifying the player and the referee for each team,
Off-side line coordinate estimation means for estimating the position of the off-side line based on specific coordinate components of the players and the referees classified into the team in the three-dimensional estimated player coordinates stored in the coordinate storage means;
An off-side line detection device comprising:
前記選手位置検出装置で検出された3次元推定選手座標の中で、予め定めた範囲内に存在する座標のみを前記座標記憶手段に記憶するフィルタ手段を備えていることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のオフサイドライン検出装置。   8. A filter means for storing, in the coordinate storage means, only coordinates existing within a predetermined range among the three-dimensional estimated player coordinates detected by the player position detecting device. Or the off-side line detection apparatus of Claim 8. サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、オフサイドラインを検出するオフサイドライン検出装置であって、
前記入力映像から、時系列に選手又はボールを示すオブジェクト領域と背景領域とに分割したシルエット映像を生成するシルエット映像生成手段と、
このシルエット映像生成手段で生成されたシルエット映像における前記オブジェクト領域の位置及び大きさと、前記カメラが設置された位置及び撮影時の焦点距離とに基づいて、前記オブジェクト領域の位置を3次元座標上で追跡することで、前記選手及び前記ボールの位置を3次元推定選手座標及び3次元推定ボール座標として推定する3次元オブジェクト座標推定手段と、
この3次元オブジェクト座標推定手段で推定された3次元推定選手座標と、前記カメラの位置及び焦点距離と、予め定めた選手の大きさとに基づいて、前記入力映像内における、前記選手が存在する2次元選手領域を設定する2次元選手領域設定手段と、
この2次元選手領域設定手段で設定された2次元選手領域と、前記シルエット映像内の前記オブジェクト領域との共通する領域内における、前記入力映像の色の統計量を測定する色統計量測定手段と、
前記選手が属するチームの服色に基づく色の統計量を少なくとも記憶した色統計量記憶手段と、
この色統計量記憶手段に記憶されている色の統計量と、前記色統計量測定手段で測定された色の統計量とに基づいて、前記選手をチーム別に分類する分類手段と、
この分類手段で分類された選手毎のチームと、前記3次元推定選手座標及び3次元推定ボール座標とに基づいて、前記オフサイドラインの位置を特定して出力するオフサイドライン位置出力手段と、
を備えていることを特徴とするオフサイドライン検出装置。
An offside line detection device that detects an offside line from an input image obtained by shooting a soccer game with a camera,
From the input video, silhouette video generation means for generating a silhouette video divided into an object area and a background area indicating a player or a ball in time series,
Based on the position and size of the object area in the silhouette video generated by the silhouette video generation means, the position where the camera is installed, and the focal length at the time of shooting, the position of the object area is expressed in three-dimensional coordinates. 3D object coordinate estimation means for estimating the position of the player and the ball as 3D estimated player coordinates and 3D estimated ball coordinates by tracking;
Based on the three-dimensional estimated player coordinates estimated by the three-dimensional object coordinate estimating means, the position and focal length of the camera, and a predetermined player size, the player exists in the input video 2 Two-dimensional player area setting means for setting a three-dimensional player area;
A color statistic measuring unit for measuring a color statistic of the input video in a region common to the two-dimensional player region set by the two-dimensional player region setting unit and the object region in the silhouette video; ,
Color statistic storage means for storing at least a color statistic based on the clothing color of the team to which the player belongs;
Classification means for classifying the players by team based on the color statistics stored in the color statistics storage means and the color statistics measured by the color statistics measurement means;
Offside line position output means for specifying and outputting the position of the offside line based on the team for each player classified by the classification means, and the three-dimensional estimated player coordinates and the three-dimensional estimated ball coordinates;
An off-side line detection device comprising:
前記色統計量記憶手段に、審判の服色の統計量を記憶しておくことで、前記分類手段は、前記選手に加え、前記審判を分類の対象とし、
前記オフサイドライン位置出力手段は、
前記選手、前記審判及び前記ボールを識別する種別情報に対応付けて、前記3次元推定選手座標及び前記3次元推定ボール座標を記憶する座標記憶手段と、
この座標記憶手段に記憶されている前記3次元推定選手座標における、前記チームに区分された選手、審判及びボールの特定の座標成分に基づいて、前記オフサイドラインの位置を推定するオフサイドライン座標推定手段と、
を備えていることを特徴とする請求項10に記載のオフサイドライン検出装置。
By storing the statistic of the referee's clothing color in the color statistic storage means, in addition to the player, the classification means takes the umpire as an object of classification,
The offside line position output means includes
Coordinate storage means for storing the three-dimensional estimated player coordinates and the three-dimensional estimated ball coordinates in association with type information for identifying the player, the referee and the ball;
Offside line coordinate estimation means for estimating the position of the offside line based on specific coordinate components of the player, the referee, and the ball divided into the team in the three-dimensional estimated player coordinates stored in the coordinate storage means When,
The off-side line detection device according to claim 10, comprising:
サッカー競技をカメラで撮影した入力映像から、オフサイドラインを検出するために、コンピュータを、
前記入力映像から、時系列に選手領域と背景領域とに分割したシルエット映像を生成するシルエット映像生成手段、
このシルエット映像生成手段で生成されたシルエット映像における前記選手領域の位置と、前記カメラが設置された位置及び撮影時の焦点距離とに基づいて、前記選手領域の位置を3次元座標上で追跡することで、前記選手の位置を3次元推定選手座標として推定する3次元選手座標推定手段、
この3次元選手座標推定手段で推定された3次元推定選手座標と、前記カメラの位置及び焦点距離と、予め定めた選手の大きさとに基づいて、前記入力映像内における、前記選手が存在する2次元選手領域を設定する2次元選手領域設定手段、
この2次元選手領域設定手段で設定された2次元選手領域と、前記シルエット映像内の前記選手領域との共通する領域内における、前記入力映像の色の統計量を測定する色統計量測定手段、
前記選手が属するチームの服色に基づく色の統計量を少なくとも記憶した色統計量記憶手段に記憶されている前記色の統計量と、前記色統計量測定手段で測定された色の統計量とに基づいて、前記選手をチーム別に分類する分類手段、
この分類手段で分類された選手毎のチームと、前記3次元選手座標推定手段で推定された3次元推定選手座標とに基づいて、前記オフサイドラインの位置を特定して出力するオフサイドライン位置出力手段、
として機能させることを特徴とするオフサイドライン検出プログラム。
In order to detect off-side lines from input images taken with soccer cameras,
Silhouette video generation means for generating a silhouette video divided into a player area and a background area in time series from the input video,
Based on the position of the player area in the silhouette video generated by the silhouette video generation means, the position where the camera is installed, and the focal length at the time of shooting, the position of the player area is tracked in three-dimensional coordinates. 3D player coordinate estimation means for estimating the position of the player as 3D estimated player coordinates,
Based on the three-dimensional estimated player coordinates estimated by the three-dimensional player coordinate estimating means, the position and focal length of the camera, and a predetermined player size, the player exists in the input video 2 2D player area setting means for setting a 3D player area,
A color statistic measuring means for measuring a statistic of the color of the input video in a region common to the two-dimensional player region set by the two-dimensional player region setting unit and the player region in the silhouette video;
The color statistic stored in the color statistic storage means storing at least the color statistic based on the clothing color of the team to which the player belongs, and the color statistic measured by the color statistic measurement means Classification means for classifying the players by team based on
Offside line position output means for specifying and outputting the position of the offside line based on the team for each player classified by the classification means and the three-dimensional estimated player coordinates estimated by the three-dimensional player coordinate estimation means ,
An offside line detection program characterized by functioning as
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