KR20020078449A - An Appratus and Method for Automatic Soccer Video Analysis - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 축구의 특성을 이용하여 축구 경기를 자동으로 분석하는 장치와 그 방법에 관한 것으로, 디지털 영상 처리 기법을 이용하여 경기 동영상에서 필드와 골대, 경기장 라인을 추출한 후, 카메라 동작을 예측하고 축구 경기장의 규격 정보에 맞추어 만든 2차원 경기장 모델과의 매핑 계수를 계산하여 선수들과 공의 움직임 추적으로 경기 분석이 가능하게 하는 장치이다.The present invention relates to an apparatus and method for automatically analyzing a football game using characteristics of a football. After extracting a field, a goal, and a stadium line from a game video using a digital image processing method, a camera motion is predicted and the football is extracted. It is a device that can analyze the game by tracking the movement of players and the ball by calculating the mapping coefficient with the 2D stadium model made according to the stadium specification information.
특히, 축구 경기 중계 비디오 영상을 입력받아 골대 추출로 득점과 관계 있는 장면을 추출하고 경기장 내의 선수들과 공의 움직임을 추적하여 경기 진행 상황을 분석할 수 있다.In particular, it is possible to analyze the progress of the game by extracting the soccer game relaying video image, extracting the scene related to the goal by extracting the goal, and tracking the movement of the players and the ball in the stadium.
최근 들어, 축구에 대한 관심이 높아짐에 따라 축구 경기를 보는 것에 만족하지 않고 보다 정밀하게 분석한 많은 정보를 얻고 싶어한다. 이번 경기에선 공격과 수비 형태가 어떠했는지, 선수들이 그들의 포지션을 잘 소화해 냈는지, 공이 어떠한 방식으로 누구에 의해 패스되어 골인이 되었는지 등의 시청자들이 알고싶어 하는 정보를 제공해야 하는데, 이를 위하여 많은 과학적인 경기 분석이 시도되고 있다.In recent years, as interest in soccer increases, people are not satisfied with watching a soccer game, but want to obtain a lot of more detailed analysis. In this game, we need to provide the viewers with the information they want to know, such as how the attack and defense are done, how well the players have done their positions, and how the ball was passed and scored by the goal. Game analysis is attempted.
본 발명과 관련 있는 기존 특허를 살펴보면, 국내 특허로는 출원번호 10-2000-002652 (특허 1이라 칭함), 출원번호 10-2000-0048301인 (특허 2라 칭함), 출원번호 10-1996-0026877 (특허 3이라 칭함), 출원번호 10-1997-0023473 (특허 4라 칭함), 출원번호 10-1998-0019130 (특허 5라 칭함)등이 있고 미국 특허로는 제 6,071002호 (특허 6이라 칭함)등이 있다.Looking at the existing patents related to the present invention, as a domestic patent application number 10-2000-002652 (called patent 1), application number 10-2000-0048301 (called patent 2), application number 10-1996-0026877 (Patent 3), application number 10-1997-0023473 (patent 4), application number 10-1998-0019130 (patent 5), and the like, and US patent 6,071002 (patent 6). And the like).
일반적으로 축구 경기 분석이라 함은 득점 수, 슈팅 수, 코너킥 수, 패널티킥 수, 프리킥 수 등의 통계적 수치만을 도표로 제공하는 것이었다. 나아가 그 보다 진보된 방법(특허 1, 3, 6)으로 축구공의 위치를 수동으로 추적하는 방법이 있는데 이는 경기장 모델에서의 절대적 위치를 분석가의 주관적 판단으로 표시하는 것으로 매 프레임마다 일일이 표시해 줘야하며 그 정확도 또한 신뢰할 수 없다는 단점과 그 밖의 다른 경기 진행 상황(예를 들면 패널티 킥이나 프리킥 등)도 입력해 줘야 한다는 단점이 있다.In general, the analysis of the football game was to provide only the statistical values such as the number of goals, the number of shots, the number of corners, the penalty kick, and the number of free kicks. Furthermore, there is a more advanced method (patent 1, 3, 6) to manually track the position of the soccer ball, which indicates the absolute position in the stadium model by the analyst's subjective judgment. The accuracy is also unreliable and there are other drawbacks, such as penalty kicks and free kicks.
그리고 다른 관련된 특허 4는 체조 경기의 연기 동작을 차영상을 이용해 검출해 내는 것이고, 특허 5는 골프에서 전경과 배경을 분리하여 스윙 모션과 공을 추적하는 것으로 영상 처리 기법을 이용하였다 하더라도 특정 스포츠를 제시하여 그에 맞는 분석 방법을 제공한 것으로 축구 경기에 맞지 않는 것이고, 특허 2는 포괄적인 스포츠를 영상 분석하는 것으로 축구 경기만의 특성을 이용하여 유효 슈팅수, 프리킥 수, 패널티킥 수, 오프사이드라인 판정 등의 특성화된 축구 이벤트를 분석하지 못하며, 경기장 내에 고가의 카메라를 여러 대 설치해야 한다는 단점이 있다.In addition, the related patent 4 detects the acting motion of a gymnastics game using a difference image, and the patent 5 separates the foreground and the background from golf and tracks the swing motion and the ball, even if the image processing technique is used. Presented to provide a suitable analysis method that does not fit the football match, Patent 2 is to analyze the comprehensive sports video image using the characteristics of the football match effective shooting number, free kick number, penalty kick number, off-line determination, etc. It is not able to analyze the specialized football event of, and has the disadvantage of installing several expensive cameras in the stadium.
기존 시스템들과 달리 본 발명은 축구만의 특징을 살려 경기를 분석하는 방법을 제시하고, 경기의 진행상황을 파악하고 경기 내용을 중점적으로 자동 분석하여 그에 따른 결과 정보를 제공하며, 이로서 새로운 경기 분석 정보를 유도하는 것을 특징으로 한다.Unlike the existing systems, the present invention proposes a method of analyzing a game utilizing the characteristics of the football, grasps the progress of the game, and automatically analyzes the content of the game and provides the result information accordingly, thereby analyzing a new game. It is characterized by deriving information.
그리고 이러한 분석 과정에서 디지털 영상 처리 기법을 이용하여 수동의 작업을 최소한으로 하는 자동 영상 분석 방법을 지향하는 것을 특징으로 한다.In this analysis process, the digital image processing technique aims at an automatic image analysis method that minimizes manual work.
중계 방송되는 비디오 영상을 입력받아 축구 경기의 흐름과 관련 있는 장면만을 검출하여, 골대와 필드, 경기장 라인 등의 특징적인 영상 정보를 추출하여 경기 분석이 가능하도록 하고, 미리 알고 있는 축구 경기장의 규격 정보로 만든 2차원 좌표의 경기장 모델을 만들고 원 영상에서의 특징점과 대응되는 모델 상의 점들과의 정합으로 그 매핑되는 계수를 얻어서 2차원의 경기장 모델상의 선수들과 공의 움직임 추적으로 3차원의 축구 경기 분석이 가능하게 하는 장치로, 이는 경기장 내의 선수들과 공의 움직임이 곧 축구 경기의 흐름이기 때문에 가능한 것이라고 할 수 있다.It detects only the scenes related to the flow of the football game by receiving the broadcasted video image, extracts the characteristic image information such as the goal post, the field, and the stadium line, and enables the game to be analyzed. 3D soccer game by tracking the motion of the players and the ball on the 2D stadium model by obtaining the arena model of the 2D coordinate model and obtaining the mapped coefficients by matching the feature points in the original image with the corresponding points on the model. It is a device that enables analysis, which is possible because the movement of players and balls in the stadium is the flow of the football game.
1도는 본 발명을 실시하기 위해서 사용되는 기기의 구성도.1 is a block diagram of a device used to practice the present invention.
2도는 본 발명에 따른 축구 경기 분석 시스템의 블럭도.2 is a block diagram of a soccer game analysis system according to the present invention.
3도는 본 발명의 장면전환 검출부의 과정을 그린 순서도.3 is a flowchart illustrating a process of the scene change detection unit of the present invention.
4도는 2도에서 경기 분석 처리부를 개략적으로 도시한 도면.4 is a diagram schematically showing a game analysis processing unit at 2 degrees.
5도는 4도에서 경기장 정보 추출부를 개략적으로 도시한 도면.5 is a diagram schematically showing a stadium information extractor at 4 degrees.
5a도는 5도에서 골대 추출부 과정을 개략적으로 도시한 도면.FIG. 5a schematically illustrates the goal extraction section process at 5 degrees. FIG.
6도는 본 발명의 카메라 동작 분석부의 과정을 개략적으로 도시한 도면.6 is a view schematically showing a process of the camera motion analysis unit of the present invention.
7도는 본 발명의 경기장 모델 정합부의 과정을 개략적으로 도시한 도면.7 is a view schematically showing the process of the stadium model matching unit of the present invention.
8도는 본 발명의 선수 추적부 과정을 그린 순서도.8 is a flow chart illustrating a player tracker process of the present invention.
8a도는 8도에서 선수 추적부 과정에서 다른 팀 선수의 겹침 해결과정을 도시한 도면.8a is a diagram showing the overlapping process of the other team players in the player tracker process in 8 degrees.
8b도는 8도에서 선수 추적부 과정에서 같은 팀 선수의 겹침 해결과정을 도시한 도면.8b is a diagram showing the overlapping process of the same team player in the player tracker at 8 degrees.
9도는 본 발명의 공 추적부 과정을 그린 순서도.9 is a flow chart illustrating a ball tracking process of the present invention.
10도는 본 발명에 따른 축구 경기 분석 시스템의 사용자 인터페이스를 도시한 도면.10 is a diagram illustrating a user interface of a soccer game analysis system according to the present invention.
본 발명은 하드웨어적으로 보면, TV로 방송된 비디오 같은 입력 장치(11)와 그 영상을 디지털화 시키는 변환 장치(12) 그리고 처리 속도 향상을 위한 영상 처리 보드(13-b)가 부착된 퍼스널 컴퓨터(13), 모니터와 같은 출력장치(14)로 구성된 시스템이다(도1).According to the present invention, a personal computer equipped with an input device 11 such as video broadcasted on a TV, a conversion device 12 for digitizing the image thereof, and an image processing board 13-b for improving the processing speed ( 13) is a system composed of an output device 14 such as a monitor (FIG. 1).
그리고 축구 중계 방송 비디오를 입력으로 하는 동영상 입력부(21)와 경기 분석이 가능한 디지털 영상 데이터로 만들기 위한 디지털 영상 변환부(22), 카메라동작 분석 기술을 적용할 수 있어 경기 분석이 가능한 데이터인지를 판별하는 장면 전환 검출부(23), 처리할 영상과 분석한 정보를 저장해 두는 경기 정보 저장부(26), 실질적으로 경기 분석 정보를 산출하는 경기 분석 처리부(24)와 모니터나 프린터를 통해 출력하는 분석 정보 출력부(25)로 구성되어 있다(도2).In addition, a video input unit 21 for inputting a soccer relay broadcast video, a digital image converter 22 for making digital image data capable of game analysis, and camera motion analysis technology can be applied to determine whether the game can be analyzed. Scene change detection unit 23 to be played, the game information storage unit 26 for storing the image to be processed and the analysis information, the game analysis processing unit 24 for actually calculating the game analysis information and the analysis information output through the monitor or printer It consists of the output part 25 (FIG. 2).
여기서 본 발명은 별도의 카메라 없이 직접 TV 축구경기 중계방송을 데이터로 사용하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 경기의 진행 상황을 방송되는 데이터에 의존하여 분석하기 때문에 전처리가 필요하다. 일반 축구 중계 방송을 보면, 갑자기 카메라의 빠른 이동으로 화면이 가까이 클로즈업되거나 응원하는 관중석이나 감독이 있는 후보석을 비추는 경우가 있다. 이런 경우의 데이터들은 실질적으로 경기 분석에 쓰이는 데이터와는 거리가 있다.Herein, the present invention is characterized by using a TV football game relay broadcast as a data without a separate camera. As such, the progress of the game is analyzed depending on the broadcast data, so preprocessing is required. When watching a regular football broadcast, suddenly the camera moves quickly to close up the screen, or to illuminate a candidate's seat with a cheering audience or coach. The data in these cases are actually far from the data used for game analysis.
그래서 본 발명은 이를 위하여 장면 전환 검출부(23)의 처리를 통해 분석 처리가 필요한 장면만을 걸러내는데, 그 과정을 자세히 살펴보면(도3), 동영상 데이터의 화소값을 구하고(31) 프레임이 시작되었는지를 판단하고 (32) 현재 프레임(i)의 화소값(Intn(i))을 구한다. 그리고 다음 수식에 의하여 i부터 j프레임까지 인접한 프레임간 차영상의 화소값 차이의 절대값에 대한 평균(Diff)을 구하는데(33) 그 값이 임계치 이상일 경우(34) 이를 장면 전환 검출 위치로 검출하여 그 장면을 대표 장면으로 출력한다(35).Therefore, in order to accomplish this, the present invention filters only scenes requiring analysis processing through the process of the scene change detection unit 23. Looking at the process in detail (Fig. 3), the pixel value of the video data is obtained (31) and it is determined whether the frame is started. In operation 32, the pixel value Int n (i) of the current frame i is obtained. Then, the following equation is used to obtain an average (Diff) of the absolute value of the difference between pixel values of the adjacent frame difference images from i to j frame (33). If the value is greater than or equal to the threshold value (34), it is detected as a scene change detection position. The scene is output as the representative scene (35).
그리고 동영상의 마지막 프레임(j)에 이를 때까지(36) 이를 적용하는 기술로써, 카메라 동작 분석에 의한 위치 예측 방법의 사용 가능 여부를 결정 하는 것이다.And until the last frame j of the video (36) is applied to this technique, it is to determine the availability of the position prediction method by analyzing the camera motion.
이러한 방식으로 장면 전환 검출부를 통해 경기 분석 처리가 가능한 장면들이라고 판정된 이 장면들이 입력되면 경기 분석 처리부를 통해서 경기분석을 하게 되는데 그 과정을 개략적으로 도시하면 다음과 같다(도4). 경기장 정보 추출부(41)를 통해 얻은 경기분석을 위한 특징적인 기초 정보를 이용해서 선수/ 공 추적부(42)처리로 선수와 공의 궤적을 얻고 카메라 동작 분석부(44)로 카메라의 위치 정보를 얻어 특징점의 추적이 가능하여 이 정보를 경기장 모델 정합부(43)에 제공하여 모델 매핑계수를 얻을 수 있게 하고 결과적으로 2차원 경기장 모델에서의 선수와 공의 위치를 예측하게 한다.In this way, when these scenes determined as scenes capable of game analysis processing through the scene change detection unit are input, game analysis is performed through the game analysis processing unit. Using the characteristic basic information for game analysis obtained through the stadium information extractor 41, the player / ball tracker 42 processes the player and the ball trajectory, and the camera motion analyzer 44 provides the camera position information. It is possible to track the feature points so that this information is provided to the stadium model matching unit 43 to obtain a model mapping coefficient and consequently to predict the position of the player and the ball in the two-dimensional stadium model.
경기장 정보 추출부의 구성을 부분별로 자세히 살펴보면(도5), 필드 추출부(51)와 골대 추출부(52), 경기장 라인 추출부(53)로 구성된다.Looking at the configuration of the stadium information extraction unit in detail (Fig. 5), it is composed of a field extraction unit 51, a goal extraction unit 52, the stadium line extraction unit 53.
축구 경기 영상을 살펴보면, 필드가 영상의 대부분을 차지하며 필드 안의 선수들과 공이 경기 흐름에 중요한 부분이라고 가정할 수 있다. 그래서 본 발명에서는 필드를 추출하기 위해 영상의 RGB 채널의 히스토그램을 구하고 그 중 가장 많이 나타나는 RGB값에서 일정범위 내의 값들을 가진 부분을 필드로 구분(51)하는 것을 특징으로 한다. 여기서 얻어진 필드 정보로 선수나 공의 위치, 그리고 경기장 라인을 검출할 때 필드 외 부분이라는 정보를 유도하여 이들을 쉽게 검출할 수 있게 한다.Looking at the video of a football game, it can be assumed that the field takes up most of the video and that the players and balls in the field are an important part of the game flow. Thus, the present invention is characterized by obtaining a histogram of an RGB channel of an image for extracting a field, and dividing a portion having values within a predetermined range from the most frequently appeared RGB values into fields (51). When the field information obtained here is used to detect the position of the player or the ball and the stadium line, the information of the part outside the field can be derived so that they can be easily detected.
필드를 추출하는 수식은 다음과 같다.The formula for extracting a field is:
RGB영상에서 가장 많은 부분을 차지하는 값을 기준으로 임계값 범위 내에 필드는 값을 필드로 구분하여 이진 영상(F)으로 만든다.Based on the value that occupies the largest portion of the RGB image, the field within the threshold range is divided into fields to make a binary image (F).
그리고 축구 경기에서 득점과 밀접한 관련이 있는 골대를 추출하기 위해 골대 추출부(52)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 경기 영상에서 골대의 색상에 대해 X축 투영을 한다. 그러면 골대 부분에 해당하는 부분은 두개의 극대점(도5a의 (a),(b))이 나타나게 되는데, 이 두 극대점의 높이(H(a),H(b))와 극대점간의 거리(D)를 이용하여 다음 수식으로 골대 기둥의 높이(H)와 기둥간의 거리(D)를 구할 수 있어, 골대가 포함된 영상인지를 결정할 수 있다.And it is characterized in that it comprises a goal extraction unit 52 to extract a goal that is closely related to the score in a soccer game. X-axis projection of the color of the goal in the game image. Then, the portion corresponding to the goal portion will have two maximum points ((a) and (b) in FIG. 5a), and the distance (D) between the heights (H (a) and H (b)) of these two maximum points By using the following equation to obtain the height (H) and the distance (D) of the post pillar, it is possible to determine whether the image containing the goal post.
이렇게 골대 기둥의 높이(H)가 기준치(TH)보다 높고, 양 기둥간의 거리(D)가 기준값 이내(TDmax와 TDmin사이값)인 것으로 골대 위치를 찾고 선수와 공의 위치를 검출함으로서 선수의 슈팅이 득점에 유효한 동작인지를 판단할 수 있게 되고, 나아가 그 팀의 유효 슈팅 수를 측정할 수 있게 된다.(도5a)In this way, the height H of the goal post is higher than the reference value T H , and the distance D between the two posts is within the reference value (between T Dmax and T Dmin ). It is possible to determine whether the shooting of the player is a valid motion for scoring, and further, the effective shooting number of the team can be measured (FIG. 5A).
마지막으로 경기장 정보 추출부(41)에서는 경기 동영상을 경기장 모델에 정합하기 위한 특징점 추출 작업으로 경기장 라인 추출부(53)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 경기장 라인의 색상으로 분리함으로서 라인에 해당하는 부분을 추출할 수 있어서, 선수가 코너 킥을 하는 장면인지, 프리킥을 하는 장면인지 구분할 수 있다. 그리고 이 때 라인 위에 선수들이 위치하는 경우에는 끊어진 라인이 추출될 가능성이 있다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 추출된 라인에 해당하는 부분들의 기울기를 구해서 유사한 기울기를 가진 라인들의 평균을 구하여 경기장 라인을 찾는다.Finally, the stadium information extracting unit 41 may include a stadium line extracting unit 53 as a feature point extracting operation for matching a match video to a stadium model. Separating the color of the stadium line to extract the part corresponding to the line, it is possible to distinguish whether the player is a corner kick or a free kick scene. In this case, if the players are on the line, the broken line may be extracted. In order to solve this problem, in the present invention, the slopes of the portions corresponding to the extracted lines are obtained, and the average of the lines having similar slopes is found to find the stadium line.
이렇게 찾은 경기장 라인들의 교차점으로 특징점을 구하게 되는데, 그 과정에서 추출한 경기장 라인들이 포함된 연속된 프레임의 영상을 분석하여 카메라 동작을 추측하고 이 정보를 처리해 내는 것이 카메라 동작 분석부(44)이다. 본 장치는 고정된 카메라가 아닌 팬/틸트/줌 등의 다양한 움직임을 가진 카메라를 통해 획득된 영상이기 때문에 카메라의 움직임을 예측하지 않고는 선수와 공의 절대적인 이동거리를 계산하기 어렵다. 도6을 통해 상세히 설명하면, 실제로는 많은 거리변화가 있음에도 불구하고, 카메라의 이동으로 화면 (가)와 (나)에서의 두 선수 위치 변화를 판단하기 어렵다. 그래서 본 장치는 경기장 라인 위의 점들을 기준으로 카메라의 동작을 예측한다. 카메라의 이동이 있기 전(가)에 경기장 라인 위의 한 점인 A점 밖의 선수들이 카메라 이동 후(나)에 A점안으로 이동한 것을 알 수 있는데 그 실제거리는 A점의 변화를 통해서 카메라의 이동을 분석하여 계산할 수 있게 된다. 이 기술을 이용하여 카메라의 동작을 고려한 경기분석이 가능하고 영상에서의 경기장과 경기장 모델과의 정합이 가능하게 되고 영상에서의 선수들과 공의 위치로 경기장 모델에서의 위치를 예측할 수 있는 정보를 생성할 수 있다.The feature point is obtained from the intersection of the found stadium lines. The camera motion analyzer 44 estimates the camera motion and processes the information by analyzing the image of the continuous frame including the extracted stadium lines. Since the device is an image obtained through a camera having various movements such as pan / tilt / zoom rather than a fixed camera, it is difficult to calculate the absolute moving distance between the player and the ball without predicting the movement of the camera. Referring to FIG. 6 in detail, although there are actually many distance changes, it is difficult to determine a change in the position of two players on the screens (a) and (b) due to the movement of the camera. So the device predicts the camera's motion based on the points on the stadium line. Before the camera moves, we can see that the players outside point A, which is one point on the playing field line, moved to point A after the camera move (B). Can be analyzed and calculated. By using this technology, it is possible to analyze the game considering the camera's motion, and it is possible to match the stadium and the stadium model in the image and to predict the position in the stadium model by the position of the players and the ball in the image. Can be generated.
그리고 본 발명의 경기 분석 처리부(24)에는 3차원의 경기 영상에서 선수와 공의 움직임을 2차원의 경기장 모델에서 절대적 위치로 표현하기 위해서 경기장 모델 정합부(43)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명 장치의 경기장 모델 정합부에서는 경기장 라인 추출부(53)에서 추출된 경기장 라인의 교차점으로 특징점을 구하기 때문에 화면에 보이지 않는 특징점(도7(e))이라도 그 좌표값을 구할 수 있다는 장점이 있다.And the game analysis processing unit 24 of the present invention is characterized in that it comprises a stadium model matching unit 43 in order to express the movement of the player and the ball in the three-dimensional game image in the absolute position in the two-dimensional stadium model. In addition, in the stadium model matching unit of the present invention, since the feature point is obtained by the intersection point of the stadium line extracted by the stadium line extracting unit 53, the coordinate value can be obtained even for the feature point (Fig. 7 (e)) not visible on the screen. There is this.
경기장 모델 상의 궤적 정보를 얻기 위해서는 우선 경기 분석 저장부(26)에 규격화되어 있는 축구장의 크기 비율에 맞춰 경기장 모델을 만들어 저장한다. 그리고 찾은 라인 교차 특징점이 최소 4점이면 투영 변위 필드 모델을 이용한 다음 수식에 의해 이 특징점(xi,yi)과 축구 경기장 모델에 대응되는 특징점(ui,vi)과의 상호 변환관계를 구할 수 있다. 본 발명에서는 분석가가 경기장 모델 정합에 쓸 특징점을 4개 이상 추출하고 그에 대응하는 경기장 모델에서의 위치를 선택해주면(도7) 다음 수식에 의해 그 변환계수(a, b, c, d, e, f, g, h)를 구할 수 있다.To obtain the trajectory information on the stadium model, first, a stadium model is created and stored in accordance with the size ratio of the soccer field standardized in the game analysis storage unit 26. If the line intersection feature is found to be at least 4 points, the relationship between the feature point (x i , y i ) and the feature point (u i , v i ) corresponding to the soccer stadium model is determined by the following equation using the projection displacement field model. You can get it. In the present invention, if the analyst extracts four or more feature points to match the stadium model and selects a position in the corresponding stadium model (Fig. 7), the conversion coefficients a, b, c, d, e, f, g, h) can be obtained.
그리고 필드추출 영상에서 필드에 해당하는 부분과 배경을 분리하고, 필드에 해당하는 부분에서만 선수와 공 추적을 하기로 한다. 선수 추적부(42)는 선수들의 위치를 각 팀 선수들의 상하의 유니폼 색상을 선택하여 구분해 낸다. 이 때 사용되는 색상 모델은 RGB모델로, 색상변환을 할 필요가 없어서 처리 속도가 빠르고 경기 분석가가 쉽게 색상 조절을 할 수 있다는 장점이 있다.In the field extraction image, the part corresponding to the field and the background are separated, and the player and the ball are tracked only in the part corresponding to the field. The player tracking unit 42 distinguishes the positions of the players by selecting uniform colors of the upper and lower uniforms of the players of each team. At this time, the color model used is an RGB model, which does not need color conversion, and thus has a high processing speed and a game analyst can easily adjust colors.
그러나 이렇게 얻어진 유니폼 색상 영역으로는 선수를 추출해 낼 수 없고 색상 영역의 위치 관계를 고려하여 유니폼 상의 색상이 하의 색상 위에 위치할 때를 선수의 위치라 정의함으로서 두 색상을 그룹핑하여 한 선수로 인식하고 그 중점을 선수위치라 한다(81).However, the uniform color area thus obtained cannot extract the player, and when the color on the uniform is located above the lower color in consideration of the positional relationship of the color area, it is defined as the position of the player. The midpoint is called the bow position (81).
그리고 추출해 낸 선수 위치를 추적하는 과정(도8)은 현 프레임(n)에서 추출해 낸 한 선수 위치(Xn(i),Yn(i))와 다음 프레임에서 추출된 모든 선수(j)의 위치(Xn+1(j), Yn+1(j))에 대해서 그 유클리드 거리(Pi(n))가 최소인 위치를 연결하여 가능하게 한다(82).And the process of tracking the extracted player position (Fig. 8) is that of one athlete position (X n (i), Y n (i)) extracted in the current frame (n) and all athletes (j) extracted in the next frame The position X n + 1 (j), Y n + 1 (j) is enabled by connecting the position at which the Euclidean distance Pi (n) is minimum (82).
그 최소값이 임계값을 넘는 경우는 그 선수가 사라졌다고 가정한다(83). 축구 선수들은 다른 스포츠와 달리 잦고 빠른 움직임으로 선수들이 겹칠 경우가 많다. 본 발명은 다른 팀 선수들끼리 겹친 경우(도8a)와 같은 팀 선수들끼리 걸친 경우(도8b)로 나누어 선수 겹침을 해결하는 것을 특징으로 한다.If the minimum exceeds the threshold, the athlete is assumed to have disappeared (83). Soccer players, unlike other sports, often have overlapping players with frequent and fast movements. The present invention is characterized by resolving the player overlap by dividing the case between the team players (Fig. 8b), such as the case where the other team players overlap (Fig. 8a).
두 개 이상의 선수 위치가 하나의 선수 궤적 정보에 저장되었을 경우(85)에는 선수가 겹쳤다고 판단하고 경치기 이전 프레임의 분리된 선수 영역을 살핀다. 다른 팀 선수들끼리 겹쳤을 경우를 살펴보면, 완전히 겹쳤을 경우엔 겹쳐진 선수의 위치를 계속 궤적정보에 저장한다. 그룹핑하여 얻은 중점위치가 나타나지 않더라도 선수 유니폼 상하의 색상영역의 일부가 나오면 그 위치의 중점을 선수 위치로 판단하여 겹침을 해결한다(86).If two or more athlete positions are stored in one athlete trajectory information (85), it is determined that the athletes overlap and the separated athlete area of the frame before the view is examined. In the case of overlapping players of different teams, if they overlap completely, the position of the overlapping players is continuously stored in the trajectory information. Even if the midpoint position obtained by grouping does not appear, if a part of the color area of the top and bottom of the athlete's uniform comes out, the midpoint of the position is determined as the position of the athlete and the overlap is solved (86).
같은 팀 선수들끼리 겹쳐 있을 경우에는 유니폼 색상으로 구분하기가 어렵다. 이때는 상하의 영역의 중점위치 관계를 살핀다. 도8b의 N프레임에서처럼 완전히 겹쳐있을 경우엔 접쳐진 선수의 궤적정보에 저장하고 N+1번째 프레임에서 상하의 유니폼의 일부분이 보일 경우엔 겹침 선수 영역의 앞부분에 위치한 선수의 상의 유니폼의 중점(s1)과 하의의 중점(p1), 겹쳐진 선수의 상의 중점(s2)과 하의 중점(p2)과의 관계로 판단한다. 위치 관계상으로 따지면 상의 색상 영역인 s1이 하의 색상영역 p2 위에도 존재하지만, 다른 선수의 상의 중점과 하의 중점과의 관계 파악으로 s1과 p1, s2와 p2와의 거리관계를 예측함으로서 s1과 p1, s2와 p2를 각각 한 선수위치로 인식하여 분리한다. 그리고 화면의 양쪽에서 새로 등장한 선수들은 그 선수 영역에 대해서 새로운 선수로 궤적 정보를 추가한다(87).If the players of the same team overlap each other, it is difficult to distinguish them by the uniform color. At this time, the relationship between the midpoint positions of the upper and lower regions is examined. If it is completely overlapped as in N frame of Fig. 8B, it is stored in the track information of the folded player, and if the part of the upper and lower uniforms is visible in the N + 1th frame, the midpoint of the uniform of the athlete's upper jacket located at the front of the overlapping athlete's area (s1) Judgment is made based on the relationship between the midpoint of the bottom and bottom (p1), the midpoint of the overlapping athlete's top (s2) and the bottom midpoint (p2). According to the positional relationship, s1, which is the color gamut of the upper part, is also present on the lower color gamut p2, but by s1 and p1, s2 and p2 are predicted by estimating the distance relation between s1 and p1, s2 and p2 by grasping the relationship between the middle point of the other athlete's top and the bottom middle. Recognize and p2 as one bow position and separate. The newly appearing players on both sides of the screen add the track information to the new player for the player area (87).
마지막으로 공 추적부(42)에서는 공의 속도가 빠르고 크기가 작기 때문에 처음엔 그 위치를 분석가가 직접 지정해 준다(91). 그러면 공 주변의 색상 분포로 공 색깔과 그 크기를 얻게 된다(92). 앞 프레임(n-1)에서 공이라고 판단한 부분의 중점 좌표(Xn-1,Yn-1)와 현재 프레임에서 공에 해당하는 부분의 중점 좌표(Xn,Yn) 사이의 거리(B(n))가 공의 속도와 카메라 동작 분석을 고려한 임계값 이내에 포함되면(93, 94) 공 궤적에 그 위치를 추가한다.(95).Finally, in the ball tracking unit 42, because the speed of the ball is fast and small, the analyst first directly specifies the position (91). The color of the ball and its size are then obtained (92). Distance (B (n) between the midpoint coordinates (X n-1 , Y n-1 ) of the portion determined to be the ball in the previous frame (n-1) and the midpoint coordinates (Xn, Yn) of the portion corresponding to the ball in the current frame. If)) is included within the threshold considering the ball's velocity and camera motion analysis (93, 94), add its position to the ball trajectory (95).
하지만 공의 작은 크기와 빠른 속도 때문에 선수들에 의해서 가려지거나 사라지는 경우(96)가 있을 수 있다. 이 경우엔 사용자가 공의 위치를 재 지정해 주는 방식을 사용한다(도9).However, there may be cases where the player is obscured or disappeared by players because of the small size and high speed of the ball (96). In this case, the user uses a method of repositioning the ball (Fig. 9).
이렇게 경기 분석부에서 얻은 2차원 경기장 모델에서의 선수와 공의 궤적으로 3차원의 실제 움직임 범위를 단순하게 그래픽화함으로서 선수들의 공격, 수비 패턴이나 축구 전법도 예측할 수 있고, 선수와 공의 관계로 선수의 동작이 드리블을 하는지, 슈팅하는지 알 수 있다.By simply graphicizing the actual range of movement in 3D with the trajectory of the player and the ball in the 2D stadium model obtained from the game analysis department, the attack, defense pattern and the tactics of the football can be predicted. You can see if the player's motion dribble or shoot.
도면 10에 의거하여 본 발명 시스템의 경기 분석을 위한 사용자 인터페이스를 이용하여 분석하는 과정을 자세히 살펴보면, 우선 분석가는 이미 디지털화된 비디오 영상을 얻어 장면 전환 검출을 통해 카메라동작 분석기술을 적용할 수 있는 장면만을 추출해 내게 된다. 이 장면 전환 처리 과정을 통해 얻어진 장면 전환된 대표 영상들(102)중 경기분석에 유효한 영상 한 장면을 선택하면 소스창(101)에 그 처리할 경기 동영상 일부분을 가져와서 분석을 시도하게 된다.Looking at the process of analysis using the user interface for game analysis of the present invention based on FIG. 10 in detail, first, the analyst has already obtained a digitized video image, the scene that can apply the camera motion analysis technology through the scene change detection The bay is extracted. If a scene that is valid for game analysis is selected from the scene-changed representative images 102 obtained through the scene change process, a part of the game video to be processed is brought to the source window 101 to be analyzed.
그 다음, 분석가는 선수 위치를 추출하기 위해 양 팀 유니폼의 상,하의 색상을 선택한다(104a). 그리고 선택한 두 색상이 한 팀의 상하의 색상으로 색상 그룹핑을 해준다. 이런 과정을 통해 RGB색상값으로 각 선수들의 위치를 추출해내고, 그선수의 팀을 구분할 수 있게 된다. 그리고 추출해 낸 선수와 그 팀 구분을 미리보기(104b)가 가능해서 분석가는 색상 조절을 할수 있다. 이로서 3차원영상에서의 선수 위치를 추적(104c)할 수 있게 되는데, 선수가 겹쳤을 경우는 자동으로 분석해서 분리해 내고, 화면 밖에서 새로운 선수가 등장했을 경우엔 새로운 선수가 등장했음을 표시(104d)한다.The analyst then selects the top and bottom colors of both team uniforms to extract the player position (104a). The two selected colors are grouped by the color of the team. Through this process, the position of each player can be extracted by RGB color value, and the team of the player can be identified. And it is possible to preview (104b) the extracted players and their teams, so that the analyst can adjust the color. This enables tracking (104c) of the player's position in the three-dimensional image. When the player overlaps, the player is automatically analyzed and separated, and when a new player appears outside the screen, the new player appears (104d). do.
공의 경우엔 분석가가 공의 위치를 선택해야 한다(105a) 그러면 그 주위의 색상 정보를 통해 공의 크기와 모양 등의 영역 정보를 얻게 된다. 이로서 영상에서의 공 추적(105b)이 가능하다. 그리고 공이 선수에 의해서 가려졌거나, 경기장 밖으로 사라지거나, 너무 빠른 속도로 인해 공 추적이 불가능한 경우엔 다시 그 위치를 보정 해주도록 한다(105c).In the case of a ball, the analyst must choose the location of the ball (105a). Then, the color information around it obtains area information such as the size and shape of the ball. This allows ball tracking 105b in the image. If the ball is obscured by the player, disappears from the playing field, or the ball cannot be tracked due to too fast speed, the position is corrected again (105c).
이렇게 얻은 선수와 공 추적 정보는 3차원 좌표이다. 그래서 미리 축구 경기장 규격비율로 만든 경기장모델(106) 상의 궤적 정보를 얻기 위해 경기장 라인의 색상을 설정하게 된다.(103) 그러면 본 발명 장치는 자동으로 골대와 필드, 경기장 라인을 추출하여 경기 분석 기초 정보를 얻게 된다. 자동으로 최소 4개 이상의 특징점들을 추출하여 경기장 모델에 표시한다. 이제 분석가가 추출된 특징점 중 사용할 특징점을 순서대로 설정(107)을 해주면 본 발명장치는 자동으로 경기장 모델로의 매핑 계수를 얻어 2차원상의 선수와 공의 궤적정보를 가지게 된다. 이러한 방식으로 경기 분석 정보를 얻게되어 다양한 경기 분석이 가능하다.The player and ball tracking information thus obtained is three-dimensional coordinates. Thus, the color of the stadium line is set to obtain the trajectory information on the stadium model 106 made in the soccer stadium standard ratio in advance. (103) The present invention automatically extracts the goal post, field, and stadium line to match the game analysis. You get the information. At least four feature points are automatically extracted and displayed on the stadium model. Now, if the analyst sets 107 the feature points to be used among the extracted feature points in order, the present invention automatically obtains the mapping coefficients to the stadium model to have the track information of the player and the ball on the two-dimensional plane. In this way, game analysis information can be obtained and various game analysis is possible.
기존의 시스템들과는 다르게, 별도의 카메라 없이 TV에서 중계되는 축구 경기 비디오로 시청자들의 관심을 끌 만한 과학적인 경기 분석정보를 제공할 수 있는 방법으로 본 발명은 실제 3차원의 축구를 2차원 경기장 모델 상의 공과 선수들의 궤적으로 변환함으로서 얻어지는 부가 정보를 조합하여 실질적으로 경기의 정밀한 분석에 활용 가능하게 하는 장치이다.Unlike existing systems, the present invention provides a soccer game video relayed on a TV without a separate camera to provide scientific game analysis information to attract viewers. It is a device that makes it possible to combine the additional information obtained by converting the trajectory of the ball and the player into practically accurate analysis of the game.
경기장의 정보를 얻어 코너킥 장면이나, 슛 장면, 프리킥 장면 등 경기 진행 상황을 파악할 수 있고 골대 추출로 선수의 동작이 유효한 슈팅수에 포함되는지, 선수들의 이동궤적으로 선수들의 체력을 예측할 수 있어 경기력을 측정하는데 응용할 수 있으며, 움직임 방향과 선수 배치를 통한 전략 정보, 공과 선수와의 관계 그리고 팀 구분으로 패스 성공률 등의 정보를 예측하여 제공할 수 있고, 최종 수비수 검출로 오프사이드 판정이 가능하며 경기규칙을 모르는 사람들에게 프리킥 거리와 패널티 서클 등의 경기 규칙을 제공함으로서 흥미를 유발하여 축구 경기를 즐길 수 있게 하며 실시간으로 분석정보를 제공할 경우엔 승부 예측 정보 등의 다양하고 새로운 정보를 유도할 수 있다.With the information of the stadium, you can grasp the progress of the game such as corner shots, shot shots, free kick shots, etc. The extraction of the goal allows the player's movements to be predicted by the trajectory of the players. It can be applied for measurement, and can provide information such as strategy information through direction of movement and player arrangement, relationship between ball and player, and pass success rate by team classification, and offside decision by final defender detection, and match rules By providing game rules such as free kick distances and penalty circles to unknown people, it is possible to induce interest and enjoy soccer games, and in the case of providing analysis information in real time, various new information such as game prediction information can be induced.
그리고 다양한 경기 정보를 산출해 내기 위해 경기장 내의 선수들과 공의 움직임을 경기장 모델로 표현함으로서 그 시각적 효과도 크다.And the visual effect is great by expressing the movement of players and the ball in the stadium model to produce various game information.
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