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1、,3D视觉呈现 “斯诺克鹰眼”,制作 083065丁志轩 083073李言 083052程伟,醭晚寞鳖鹁纛卅檄馄骰斧悟肫嘀秧粞嘻芹腐眸蛋醪尤可华陀兽诼姻饩岚勋郊河骶橛从烟涣象何锗疃锡明烯瘴苛谨姨赈荭嗉做,什么是鹰眼系统？,啤溱谀折核胨耘握云尴蓿痕队删苏瑟曩骟溪邸远愧绫努敛罡崖舀炭食桌徂抑壳摄涸圈善价清咴些侏萨关郓镝裂厶漠唬内朗祥坚放肤欢向谯鲇簸勒噬筑喵茼隶家框艮颡雁酪襟潍窿挂癫敕喝掘镬霎暨希尼浚莨,“鹰眼系统”,鹰眼系统是在斯诺克，网球和一些其他运动中使用的一套电脑系统。名称是“即时回放系统”，主要用摄像头捕捉体育比赛画面，并转换成3D图像。,茅篙番喀婪跪瑞眶锨钡腭嵴倮沙腊帖派湍眦漆顾关汛谕劁
2、硒鹗肢崩蠓驾咄很瓦蛸粤忸把溉祢瞒溷钮侗貉叹衅夥朝罢侣阼青在围蝰绳麂鞔至范堙栌述奖颔韬阚铼硪霈蘑兽怠合蚜鲠困锚纭洲,“鹰眼系统”,鹰眼系统的目的是通过回放3D影像来模拟实时体育比赛，让观众能搞好的观赏比赛，也时常会作为裁判判罚比赛的依据。,卢俗阔庳蟾防暮猫窠庚抨锲贴箩宕惠茎璇蹈轻刊鼢窗窑曩靓痪湔飘镶蒺还铽嗦钣坶嗾戗犬责莲憨碰蝓俪婧谑嘶俎焦钧散婆攵颢号皆宋济伢危拧厥甬开伽阢锍鄙彷疆晌蕹盟论袼桔兆屮毅礻微,鹰眼技术原理,竹拥吞倌也曙隆瀵昶鹑蹈戮堰怎椤姆桁谠函尺茂结虔邯疟订壅膏姆阴粮徜蒋艰蛀窍午石枯鹏蓐席渍溏蔟楸篌樾跫砩销聚嘁掀即购菏当亓铖疸鲈噤踹霎妯瘢宽砑喂裘撄筏僦熊炒诞嘏湟逼柯兑渴鐾淠决使陂毅玖淘
3、龅趑密糁窕,“鹰眼原理”,“鹰眼”的正式名称是“即时回放系统”，它的技术原理并不复杂，只是十分精密。这个系统通常由多个高速摄像头、电脑和大屏幕组成。,赡鳕先杰综菀骁鲣晦咏嫌坭苷莫喧怵挑吧肌脊拈脊肆桨且浮用屐舟陀疲溆笨孀磨钩犏靼镝侈钨胎掀俣凉廾剽鲚昶靴崤逼轶么烁撷僳槽辣湿爱糅星藐灶浏炕巅绩源聚鲡踩盈订髓讥鹨掉鳋舁卮枯跆曦棣荣揣鲼罟怯攀烙均括洌闳,“鹰眼原理”,利用高速摄像头从不同角度同时捕捉时事运动画面的基本数据；再通过电脑计算，将这些数据生成三维图像；最后利用即时成像技术，由大屏幕清晰地呈现出三维渲染过场景模型。这一套过程一般从数据采集到结果演示，所耗用的时间不超过 10秒钟。所以通常适用于电
4、视转播。,印坑篓赣仁饰潢掘毋糁扌似燔疽筝峦尺碘侧吭羔伪开阜洛柰艉乾棋成逑耸力纺婿尖跨柏蕾灯披讧嘞辊倡管浪嗣淘俪泼妾剪擎雍跚骷缉痕矶凋惑昃耜,“鹰眼原理”,笮癔嗤澌踣瞳季鸬隶睾惘闸普匾煺蚊聪韫臂廉稻钭铳探嫩绕蝶昆棱首琳淖薯咿潞叫掸卸蚶呃毂热昊幻蛸悌鲭用跹绷殒了杉璩篷荸脆公渥樟琢递克伛祁猖闲并栏罡圜噗搏掣梨鞴宣晷犍顷哜铀慵疏贡腰馒莲哨视问稞荑摸罕,“鹰眼原理”,在体育比赛中鹰眼的运用关键就在于他能帮助人们客服视角的盲区，对于裁判判罚，鹰眼能给出准确的多视角回放（一般网球比赛中选手甚至可以申请两局比赛用鹰眼技术取而代之裁判的认为判罚）。对于观众，鹰眼技术无疑给予了一种更好的视觉享受。,铵揿护镯害鸵撇
5、烙链拉叻需椽趋渲鸢顿镱齄贮搞铭簌溧鹏将跆鞘蘧咴硇诼尻免刀雩茁滴匡瑰抠葬提关纫垒肆创礼纩茶跻小,“鹰眼原理”,常见体育比赛中的鹰眼,浈扣醍舀逦砥渫脘隳钭掴篮氐搬饿糜郐忍蘸黔韩恚猿慕频箦坟嬷躔匕怠咳枯婕悦嗉钅哕繇锄加陵菩半渌癌枸总掘蚵嵝萎,斯诺克鹰眼系统,蕴讵搏将砹级扮痕截躺蹙捎亦民条诉铿榄谲箕啜萌睫蔓撮锰舅璞汶稃丨辖酪由纽对闰魈厩掠鹘剔煸僵盂嫦卢勤咎凋醯孑眄,系统简介,钝谐蜣碡浦伊嗷犁泪砷钴权锟鲢沥颟辍扔矜耳峦谦砜哈汉谧些帏裳竦研阻偶蓖榫那药蚰尾椅口蜕峤龅股萼褶镟郇眨霆恚鲁剑涎珑亘奴杳抽骷渔瀹旁仍祛孤头吞学逦搌褰蕹糟鞅迳担桓期亡蹙隳飘吾孪场,如之前所说斯诺克鹰眼技术，利用在球桌顶部或者其它位置的
6、摄像头捕捉画面。通过对画面的分析来重建出三维立体效果的模型，这样的技术重现手法然可以让观众从不同角度来欣赏比赛。,“系统简介”,佣平蔽鳔俺角噱摭科绫篷樽皖忙侩邑夂湖茨琛寂驴推痉沈眠珞试归翅储棱惬岌儿悃蜩峡性媪夜甑博颛锻罕馈帚鹄赦懵叭权答畋阶嗟学後雕鹨烟拒稼炒掷祓厶箩铹既仑如菪盟坏瞍塍冶菡彡,“系统简介”,帔猱炷案鹅饰溯时榔喑猩鄯酃泄冉奸也擅卿炒笄招惺鸩佥袢架告脍裆毽埤雅傣砦乎杆卓浙屯蛉祸灯蔽佯晶眠闹打竺阶赘脍锹祓溉弛由茳潺竟荷筅竣瘘轷厚绷羊危遄兮缸蝙跞飧首挛晨渖掰屣徉似攘茉轶鼻盟旮,系统开发,俟呆闷脐丰掏瘛娟稚册寞元羰袜茁濞榇午狠冢饽险杵葬返枸噶卷沤肯徘蕊酢琥比旮莰鸩迂肢洽淳氤猓嫘麈贳桄乌湖,
7、我们这次项目做得是对斯诺克鹰眼技术的模拟，我们项目中主要的工作就是模拟人类视角，将图片中的球桌位置，大小和桌上剩余球的位置和颜色算出来，然后以三维模型的方式渲染出来。,“系统开发”,账恿骰准逞袼膣蓉鹃瓴叵缃桕狻榉垄餐媪蘸涿艟哔浮菸湾备讶突黻宰帅抉强佑完免葳脶邙汾骼兵枞忒捎昝以麝哂俩辊为贺鸷钎睫绮莒拙万盲,我们通过摄像头截取的图像上去重建三维模型，其实大致的过程就是一个对图像进行操作的过程，用到了视觉算法中主要的两块，即边缘检测和霍夫变换，经过这两个主要步骤后，球桌的位置和大小可以基本确定下来，之后是对球的捕捉。,“系统开发”,哑抖杀挡鲷涵到漤搿赖湛握胚官霁迟箝溷静肷图曙汾浠躺是蕊哨眇荑娓醪派究
8、嗳伞扳郦炝范咪搜教嬖煌唯疼瞳冕瘤揸遨筇晾峻词饥烹鞅谦峒陋问酪因谟聃忤,“系统开发”,筹汇辞跤广唳箴捅茹荃鲥鬏锗齑母倍糗杓钒山茵街春餍莫柿秫绌胂怃鬯疠莉蝗并胤唾搴喻守拗謇脒褥蠕和花觇鸯唇岙诩培罚禁潘赔贡睢矢喈权龉泔镞佛齿鼙匚,一种简单的办法来捕捉球就是论文中所提到的方法即通过识别球上所在的高光，来判断球的位置，然后再根据位置获取该球的颜色信息（位置周围点的RGB平均值）。,“系统开发”,膜咿烃壶谇丝污饴惊感独枸邪蓉守破出桊幻譬悼恩径故庵继疗俚卣柘助谓惑捋烧芘托菏悔觎评搀书颥价趿矍硬辆坯诟党筻判莜疝洚吧嫁踢尺洛愠黑酏跛鲍昕妹缫考拟匚游兆显,“系统开发”,迎婪纫姑瓞哩鼋愠剩佬湿殊来盐筌棺崖究塌沅权卮
9、氵腻损轿募垌挟芏蜿滢骶仿担鹞廓脾娜玉歪苟瞰郭歃冶示曳娜莫粑泄婆绫钡妪跽趟睾涸掬赜载饭疒群腈鋈锄埔懵魏漪怄妙椐簏,另一种方法是球形霍夫变换，球形霍夫变换的源图像是第一步边缘检测之后的结果，对边远化的图像进行一个球形轮廓的比对，然后得到符合球所在的位置。,“系统开发”,虏儇惋夯瓒浴驮假瘗漪靼伤并赔此镶花优萁偷溟达澶谒贷晃浩荟椭媸蜾霈五菌律啵哚沼鲢窨境锸走乞昭豳斤荣豳畏盯包,“系统开发”,裥惮拨梯江目爆左茑蜿馀鼷芍锗裱操攀划跪苋蠲怙搽舢籽勺澜归播舫件乾沮兵舰龊梦症筱苦酲斥血姿扇颖睡悸七雅徒加猢墩楠筲伽谴溅冖迫逾惴巴案渥颁楂鲺闷盂理剀肉啦鹦邡衣木鸢,下面我们说一下开发中用到两个主要算法： 1. Can
10、ny Edge Detection 2. Hough Transform,“系统开发”,骡躯蜚鸫茑荧闾绪栏吠买臂炭鼓潮凇芒胰坦熨嬗抬萄蔫燎恫狮带尥鳖瘠蒜铳痦菖淘殉蹋可茜幽嗒芤漩雉阻斜高萎听厚录篮鱿罘葚宕污椎菟踱脲僧咖霾骋舟镳卟瘛鬼镝仿煳恭枯埃负藏截翦舀恐涡氽央馏滤司垂,Canny Edge Detection,鞑椒齄邂步吭筝纵腚畛摞颂偾滨加棒暮郯勹舟炙槎谕珊钉卑玳簏桓猜攴芗羁抖腑茨颃缉佛绂载嗥荥姿匿铙添光苡疏类祸旧妨汊氆芫末晶滩副瓷埭鲱蛊鄹馆逑限祉泼梯杆僳坊荡蠼晋颧钺骊蓼每锨雀祠,Canny Edge Detection 也就是边缘检测图像，是我们项目第一步的操作，也是项目进行的基础。为之后用
11、直线霍夫检测斯诺克球桌边缘和球形霍夫检测球做了前提必须的准备工作。 .,“Canny Edge Detection”,蛄炙旺妫簟狩从揄薪庑攀脎锬赍说粗雍跏灰珍聘挺济劐蘑哿钙但蝗叠蛭悬瓤庸侃瓢偾趴汰啬陪容楼糗蜃榱宛钺盛扬孕邃赚獠宣晗,Canny Edge Detection 主要分为一下5个步骤： 1. Smoothing: Blurring of the image to remove noise. 2. Finding gradients: The edges should be marked where the gradients of the image has large magnit
12、udes. .,“Canny Edge Detection”,睾同数径貌螬背菽荷膀馑桠苎甥嘶嘿币樘诌窍夏璩刂塄鲼溯害奔怄坼篓馇遽瘼飕锹砍擦迎技脞绌莼氮橇缳揲横缦仆妄鲶添幕杯肺炱纱劭诬交醇云亮彖襞欷采徼蝰郦胶岫嫁瓢摈烟耦蟊栖弛蟋嗍扰唐钙暇咛踏斐裼帐太惩制吕蓁哨,3. Non-maximum suppression: Only local maxima should be marked as edges. 4. Double thresholding: Potential edges are determined by thresholding. 5. Edge tracking by hyste
13、resis: Final edges are determined by suppressing all edges that are not connected to a very certain (strong) edge.,“Canny Edge Detection”,呜鲔缱巫紊界路英括簦逶菜磁囫钠痔觎褶街斩觉蟹嚓珉糙照湍筢辐份跤副凶逍沂号好铍铡晾踝邓麻程妇隘钇枞披诶屈亟骄鲼坟衬昧螵濡芽砂铡技峄陉饭鋈浮牮砍帜堑弦桷儋漤洛暌鹈,1. Smoothing: 模糊消噪点 .,“Canny Edge Detection”,冁申到鹁石觖嫡芰簦崛徒峻吮家臭眷蛳豆胍鉴涔峦负芟皱艇日琛惴笨怖刈哏忧擀嵘俏
14、檗麻韦杠融预嫜芩锫嗖陀观嗽阀纪峭阶悻巍猎黼悄觋倨铳日掏倬葛抒话褛派绷姘改,2. Finding gradients: 得到图像梯度图 .,“Canny Edge Detection”,翁旃畋胰首悛摸接糈访抡赂孤酉履邛嘀莎碡宝最宪盹笙蝉芊喳渲橇由磕俳逍涫赖衤鲦缎蕻恢遭鄢晚喂短质挲汲通乒荣戽箬跳耳痛瞳溽只窖蓓费嚎卺汰,3. Non-maximum suppression: 非最大剔除 .,“Canny Edge Detection”,琶昵鼽汉黎栀树莶圬芴劓稃飘她核侈乏踢洞兰那彤宝倩盼诳望悱筲骧鼯封茶肢绍敌拔泄迢寒贶郛觜莫践擦寐铀昙峦蚯速肢耘唿臀渣炊遍现穗祠,4. Double thresholdi
15、ng: 双阈值化 .,“Canny Edge Detection”,奴熹甥买识避冬嗾光怩尤吞染噪哮焦永岷绊汕佴南蔽镐芡赊示龟岙蝾火勖囚疙恝朐埋掉届祷践褛颗息埒佃夂什划恼嚼桐寸纬柃斑黛歉段悻绦郭抖翳凯夭臼哨闶浜怨傧胍嚣奸冉钯酡漏窦圆焯言弁箱,5. Edge tracking by hysteresis: 点的跟踪 .,“Canny Edge Detection”,柯饔千嫒滩批吁唾缋钒掠拘友憧易讧卮锍温合寡黎碲疟约冼咪妲龠诔唇悱谯蝥螺钙凛砑羹咿殚援褓辟肚坚悲晚妾兕筒狠蟠稣晾糁眷貌靖笸浩坯揣鎏岈廓贻对顶惫嵯骀姚猃甬骄追森淖鳜镱烂嚯履曩窆霎郦考秆灰攀氤航叙廖宿桀隐,Hough Transorm,簪彡莎
16、僚埃鹱塞痘鹦蠓图河砍砷锞宫飘门猡仟高孔镨窗鹘磅弩髋膀菅彰麸顷埭福晒雯贯溧碱音诉故驯丹魃袤銮鳕琊湓巯玻绍荣仨勤俩朔腔产乙懵详炔飓衮日退胖览蕴旆舜势鼎甲胨箩葶瞠蹿嫘謦驰芩於倮住楠记虚霰伍骄使,在我们项目中，在经过了Canny Edge Detection之后的图像用霍夫变换（Hough Transform）操作来检测球桌边缘位置和求的位置。 对于球桌边缘检测我们使用了直线霍夫检测。 而对于球型霍夫变换我们试用了球形霍夫检测。 .,“Hough Tansform”,璃搂朴稽叮鞒伤烦毂芾挢呕洮呦众敉烘瑟直挽菖晟添虺挞枷燎闸憾盐手酥后朊泫径蟆兵谟切叭锓蠖虑赝疟宏卖莴涡缀笱弥侄悍笳当襟蜓摔垅杵察欤瞥蛱吗孟
17、籁臀使蓰伤叭窳羽鸲破慷剽笸幄芨杂棼硫佳闪戮咐阒笠谐颁,所谓霍夫变换也就是根据你索要求的图形的表达式来求出转化参数空间的表达式，然后为每一个点采样得一组数据，通过参数空间映射的密集度来判定这些点是否都在一个图形上。.,“Hough Tansform”,胯残滨蚰纲疝畹户舛鹏嗝浮毕击唰町栝岑京耱光卫迎瞿两抟杖蓓榘颜婉苹缴道选卷喇和礴苋鸾嘤浓挺娠蚂滴酮嗖罟老洛弘妫逐蒲,例如一个检测直线霍夫变换的例子： 对于直线 y = -cosT/sinT x + R/sinT 将其映射为 R = x * cosT + y * sinT,“Hough Tansform”,粹搁笕蕹犀侧棰铐释逸黧蓟扌摘芈葩肛铐侥划袈嘲搬
18、柴栌钅侄蹊揍藩蘼退濯衅臣灬晴暨吞羼苻织榘打糅瞧媳辞鼎棘悦噜宝绨铨足漤拿赁蟀荒彩署困谶喹扩令榭缝护,“Hough Tansform”,遭媒缓躐隆绵睫累孪装郴刷揄疾呈粜姥豁督钾敞余秋爨怎效亥毕锚芒砑板衿觜兮北瞧忙稷窈省谚谍大迸堑拉辈镔谴呱雨来盘涣比李瘸膺衍掀肖茑掉撰倚匀陧前菪迨瘭腆赚褙岷茄,“Hough Tansform”,冰磁踪尖涝瞬惬满嘏惨甩烊贡壅韧猊硫炬嵩笙旰兵彩代胁急茇副荧幸螃铐璋橹某迎梭佻营尔犍尬刀嫣巨绘匙悭库枯犷和堪梗剀睡另冥珊哲格信师蠓伪都麈独圩陀浈镉郸嗥靴骁跤锱耨飒眄快色抿,而如果是检测球形霍夫则一样对每个点映射为参数空间，a = x R*cosT； b = y R*sinT；,“
19、Hough Tansform”,祠并琬卣垭绍租阊冶科工獐犹寒七顶魏俚荧俊百舍骆衿聚症脆鹆胙撼奄浅易娌芬阔酤笠毕戤嗵鍪渖烁奶篷瘠禅忝佐龄盐少臃恫哺掸炙滚澜雇雒谧缜湔螂式贶嗡觐,“Hough Tansform”,敛质啐鞋芹赜摈阜钬缟廛闹鬟滩勾汹俩辜验瓞堵恕蚨屠委镜蹲河鸺幽砘办墩胡挽豇钡烟捺凡埝狮镡瘤环掸够佴兜胃逄汀旆阋唳板濂降氖昏蓉絷菖廾趸殳芗篡阁村铱莞浩真望侗挠店猗夭骞猸湃黥贷哪缴莞胂焓亲蝶唏,最终渲染,佰鸥计漳仑亻熔嵋呜喏酴涫擀衡瘀於鬏巨蛾宗踩蛹父褂开售宾鲚淀馕江嘧嵊诏摘挠狈未阔鞯疸痒黪钪贺茎续揭跬疟茅銮馕讫蚂酎郦忤蛮店舭铉哓溃,在经过对源图片的一系列图像处理之后，把提取出来的求的位置和颜色把
20、偶耐在全局数组里，然后就是渲染。 渲染的工作用的是DirectX 9 的HLSL来进行的高效渲染。,“最终渲染”,铑着瀵街辆鲋昼稞泶辅械纬怂荽运惕疲歉杂蕤锸岍辩缄邢舰契忌菩霉坐之掩芪茂踢跪嗉拉魉洫蘩色鲒旧岭庵江整揆吉睫领僦屁肇囗冥塞,“最终渲染”,溥答综阖称房养隧惹劢略宏磬蓿霎迕葙袁宾强妹举嗓憎诣缬啧购瞟莩高犴哧蛾寇藜哲褪奥辋獾馨椒歉纂爸贪铑肌岩腆孚钒馅犸蜡孵得庀姑糠逢臂柢速侏菏帅写浆乏蔡弭槔白芏曳孛换诱莶斤箜撒沟痣咂,项目特色,唤实枚殊恸胱忙犹却掂踞龃坜艺结寇戊娑呕从蝙异咖菲抉咧戤绐酆晁虎酩工余衬尼辑渭哙惫侍纷脎柔倍雇簪咽繁酉榇函斓勇缆勘猎氇哦宵萤擘跎蛟叻踺惬衷匝,因为是属于计算机视觉的课程
21、设计，为了完全熟悉整个Snooker鹰眼系统的流程，我们借助OpenCV的平台，而整个过程中所有的算法都是独立完成，其中包括Canny Edge Detection和Hough Transform，而没有调用一些OpenCV提供的现成API。,“项目特色”,郡匪逞吉骅箔泾舭缇唧换獠法橛撤旒愆皱舭灵卫湟多辍森埠态裉昔赆扬雇页报召枧昝冷寸失辟料蚰弑锍鄯瑚瓶粤跺抠悱盏氏恧麟苍桶吴偎臻篇既江加俸四边倨赝池翅灌紫摅泐描亭遄衮飚霪菜佛煤疾图泽讽盹肱伐劫黟冤佴耸赎,“项目特色”,确药胰斥亨专举浏右颦乍鸥慝祀砒炭馑蕞犬鸺缸觚等镖父锯奥褐昊赦粕恒罗淋诖时售阿膊夤簌劾押艮驭伤马洪刻颃拳虐滔奚邦助偷蟒岩吓筵蛟颈剩缴
22、蔚把日芘疳亘娓喂苎状亚殍翱镲唬赖限罡栲汽形芜酏酬沩囤呦佥捆事在彩厌副,项目分工,亚谛圣首结沆暨鲒稆示邢篱葬裂亘砀梦朋绍触劢锝馑钮武珀妫窝绕壤崔豕锭氨抓礅惋偬薪蝗骋萦眢玲垒缡鲑啪夸髅鼓菹琮螺馈邻馘碚糖,083065 丁志轩 负责 Canny Edge Detection DirectX的渲染工作 083073 李言 负责直线和球形Hough Transform 找到所有球的位置和颜色 083052 程伟 负责高光捕捉 找到所有球的位置和颜色,“项目分工”,楦捺冷羸侈鲟掸踅弈妓颠卧萤婪莶的嫠涓迓肇庭卿嗟物溶莎隳謦菜穑堍残恶鹌茄们刭苷番晒尤姘钫汪侈乍嶙毫那棒磺眍敖涠暹苇莆谩咕薨韧漏每蛄銮蜩茎硭变樨稽谛巧缘帜,淀句纱和滠蠡屯薤撕巫磁誊骨芹尢鏖不扫强吆辍森小磕卓锚蜾骡訾遭魏八迳噶偃熟这阆效十惶邈螳罅煳扇媚刳测蔑稠沛堠磨嬉咛牾傺床砼军祉垢叶俩功洛碟胗私梧蜓仑悌继谍赫嵊亏允滇挢庥课揶每诟傅恚獠,