بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
رديابي خودکار بازيکنان در يک مسابقه فوتبال مبتني بر استخراج مدل رنگي يکپارچه
چکيده
براي تحليل خودکار تصاوير ويديوئي در يک مسابقه فوتبال ، شناسايي بازيکنان يک يم از مراحل اصلي ميبا شد. يکي از روش هاي شناسايي بازيکنان ، استفاده از مدل رنگي پوشش بازيکنان تيم ميبا شد. در اين مقاله ، روشي براي استخراج خودکار مدل رنگي يکپارچه تيم ها از تصاوير ويديوئي تلويزيوني ارائه شده است . بر اساس قوانين استاندارد در مسابقات فوتبال ، هر تيم ميبايست از پوشش لباس يکپارچه و متمايز از تيم رقيب استفاده نمايد. بر اين اساس ، ميتوان از پوشش لباس هر تيم بعنوان يکي از ويژگيهاي مناسب در رديابي بازيکنان يک تيم در جران بازيفوتبال استفاده نمود. استخراج مدل رنگي بر اساس پوشش لباس يکپارچه يم دراکثر روش هاي رديابي با يکنان به صورت دستي و بر اساس انتخاب و طبقه بندي دستي کاربر سامانه رديابي، انجام ميگيرد. در اين مقاله روشي يشنهاد شده است که بدون نياز به دخالت کاربر مدل رنگي يکپارچه تيم را بر اساس تصاوير تلويزيوني مسابقه يفوتبال استخراج مي نمايد. با همجوشي مدل پيشنهادي در اين مقاله با روش هاي رديابي با يکنان فوتبال مي توان سامانه اي براي رديابي بازيکنان فوتبال يجاد نمود که کمترين نياز به دخالت کاربر را دارا با شد. براي ارزيابي ک يفي ت روش پيشنهادي ميزان شباهت مدل استخراج شده توسط روش پيشنهادي براي تيم ها در شرايط مختلف با مدل استخراج شده دستي براي همان تيم ها بر اساس معيارهاي شباهت مقايسه شده است . نتايج حاصل شده کيفيت روش پيشنهادي در استخراج مدل رنگي يکپارچه تيم ها را نشان ميدهد.
کلمات کليدي- مدل رنگي يکپارچه ، تقطيع بازيکنان ، هيستوگرام رنگي وزن دار، خوشه بندي فازي
١- مقدمه
استخراج دانش از تصاوير مسابقا ت فوتبال و تحليل روند برگذاري مسابقا ت فوتبال از طريق دانش هاي استخراج شده از تصاوير يي ک از زمينـه هـاي تحقيقـاتي موجـود در مباحـث بينـايي ماشـين و پردازش تصوير است . تحقيقا ت بسياري در اين زمينه تـاکنون بـه انجام رسيده است و سيستم هاي تجـاري و تحقيقـاتي نيـز بـراي تحليل تصاوير مسابقا ت فوتبال ارائه شده است .
يکي از تحليل هـايي کـه معمـولا بـرروي تصـاويرفوتبـالي انجـام مي رد،رديابي بازيکنان در تصاوير است .جهت رديـابي بازيکنـان هر تيم بايد از ويژگي هاي مناسبي استفاده شود. با توجه به قوانين [١٠]موجود در مسابقا ت فوتبال تمـامي بازيکنـان هـر تـيم بايـد پوشش لبا س يکپارچه داشته باشند. همچنين ، وجود تمايز رنگـي مناسبي بين پوشش لبا س بازيکنان تـيم هـاي برگزارکننـده ي ک مسابقه الزامي است . پس ، پوشش رنگي يکپارچه منحصر بـه فـرد هر تيم يک ويژگي مناسـب بـراي رديـابي بازيکنـان آن تـيم بـه حساب مي آيد. از اين رو اکثرا تلا ش مي شود، مدلسازي از تـيم هـا بــر اســا س پوشــش لباســي يکپارچــه انجــام گيــرد. در اکثــر تحقيقا ت [٧،٦،٥،٤،۳و٨]، استخراج مدل رنگي متناظر هر تيم بـه صورت دستي انجام مي گيرد. در اين مقاله روشـي پيشـنهاد شـده است که فرآيند مدل سازي رنگي از تيم ها را بـه صـورت خودکـار انجـام مـي دهـد. بـا اسـتفاده از ايـن روش پيشـنهادي مـي تـوان سامانه اي طراحي نمود که به صورت خودکار مدل رنگي هر تيم را استخراج نموده و از مدل اسـتخراج شـده دررديـابي بازيکنـان و ساير مراحل تحليل استفاده نمايد. دياگرام بلوکي روش پيشنهادي در شــکل ۱ ارائــه شــده اســت . جزئيــات روش پيشــنهادي در بخش هاي مختلف مقاله ارائه شده است . ابتدا در بخش ۲ و۳ نحوه مدل سـازي بازيکنـان ارائـه م ي گـردد، سـپس در بخـش ۴روش استخراج مدل يکپارچه رنگي تيم ارائه مي شود در نهايت در بخش ۵ و۶ نتايج آزمايشات به همراه بحث و بررسي نتايج ارائه مي گردد.
٢- استخراج تصوير دوسطحي بازيکنان
ورودي بلــوک ديــاگرام درروش پيشــنهادي تصــاوير دوســطحي بازيکنان است . در تصوير دوسطحي بازيکنان ، نواحي شامل بازيکن درفــريم هــاي تصــاوير تلويزيــوني مســابقا ت فوتبــال نشــان داده مي شود. براي استخراج چنين تصـويري ازفـريم هـاي مربـوط بـه ســابقا ت فوتبــال روش پيشــنهادي شــده در [۱و۲] اســتفاده مي گردد. بـه نـواحي شـامل بازيکنـان کـه در تصـوير دوسـطحي بازيکنان مشخص گرديده است ، عناصر پيوسته اطلاق مـي گـرد .
نمونه اي از عناصر پيوسته استخراج شـده در شـکل ۲ نشـان داده شده است . به منظور استخراج مدل رنگي يکپارچه تـيم هـا، ابتـدا تعدادثابتي از عناصر پيوسته بطور تصادفي ازفريم هـاي تصـاوير تلويزيوني مسابقا ت استخراج مي گردد. سپس ، مـدل رنگـي مـورد نظر کـه در بخـش ۳ توضـيح داده مـيشـود، از عناصـر يوسـته استخراج شده ، ايجاد مي گردد و ادامه مراحل استخراج مدل رنگي يکپارچه تيم ها انجام مي گيرد.
٣- مدل رنگي استخراج شده براي بازيکنان
يکــي از مهـم تــرين تصــميماتي کــه بايـد اتخــاذ شــود، نحــوه ي مدل سازي بازيکنان مي باشد. از آنجا کـه هـدف اصلي اسـتخراج مدلي است که در رديـابي بازيکنـان هـر تـيم اسـتفاده شـود، در انتخاب ويژگي مناسب ، بايد شرايط و خصوصـيات عنصـررديـابي شونده طي فرآيندرديابي را در نظر گرفت . بازيکنان درفريم هـاي متوالي تصاوير تلويزيوني مسابقا ت فوتبال داراي سـاختار پيرامـون متغير، بافت نسبتا متغير، اندازه متغير هستند. پس ، بازيکنـان در توالي فريم ها بـه عنـوان شـي ء غيـر صـلب محسـوب مـي شـوند.
ويژگي هاي متعددي در کارهـاي تحقيقـاتي بـراي مـدل سـازي و رديابي اشياء غير صلب ارائه شده است . با توجه به تغييـر مقيـا س زياد بازيکنان درفريم هاي متوالي بر اساس موقعيت شان نسبت به دوربين و خصوصيت پوشش يکپارچه ي آنهـا درروش پيشـنهادي از هيستوگرام رنگي فضاي رنگي RGB بازيکنان براي مدل سـازي استفاده مي شود.روش هاي رديابي که از هيستوگرام رنگي استفاده مي کنند، عمدتا براي رديابي اشياء غير صلب کـه داراي تغييـرات زيادي درفريم هاي متوالي هستند بسيار مناسب مي باشند. پـس ، در اين بخش براي هريک از عناصـر پيوسـته اي کـه در بخـش انتخاب شده اند، هيستوگرام رنگي RGB محاسبه مي شود. جهـت محاسبه ي هيستوگرام رنگي ازرابطه ي ،
که در ان u سطوح رنگي بر اساس رزولوشن انتخـابي بـراي هـر مولفــه ي رنگــي اســت ؛ xi مختصــا ت پيکســل iام اســت ؛ تــابع تابع استخراج مولفه ي رنگـي در مکـان پيکسـل iام در تصوير است ؛ تابع تابع کرانکر است ؛ n تعداد پيکسل ها است ؛ استفاده مي شود. نمونـه اي از هيسـتوگرام رنگـي RGB محاسـبه شده براي بازيکنان دو تيم مختلف در شکل ۳ ارائه شده است .
٤- خوشه بندي مدل هاي رنگي و استخراج مدل عمومي تيم ها
به منظور استخراج خودکار مدل رنگي يکپارچـه تـيم هـا، پـس از انتخاب تصـادفي عناصـر يوسـته حاصـل از تقطيـع بازيکنـان ، و محاسبه ي هيستوگرام رنگي RGB آنها، با يک روش خوشه ند بي ، هيستوگرام هاي رنگي به دو خوشه دسته بندي مي شـوند، سـپس مرکز هر يک از خوشه ها به عنوان مـدل رنگـ کپارچـه تـيم ها استفاده مي شود. يکي از نکاتي که بايـد مـورد توجـه قـرار گيرد، تعداد
