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申请/专利权人：山东科技大学

摘要：本发明提供了一种基于跨摄像头多目标跟踪的短跑监测系统及方法，涉及目标检测追踪领域，系统包括：依次连接的信息采集模块、预处理模块、在线跟踪模块、跑步监督模块、过线检测模块、自动计时模块和信息管理模块。信息采集模块、预处理模块、在线跟踪模块、跑步监督模块、过线检测模块、自动计时模块和信息管理模块集成于主机中。本发明的技术方案克服现有技术中的短跑自动计时方法成本较高、操作复杂的问题。

主权项：1.一种基于跨摄像头多目标跟踪的短跑监测方法，应用于基于跨摄像头多目标跟踪的短跑监测系统中，其特征在于，基于跨摄像头多目标跟踪的短跑监测系统包括：依次连接的信息采集模块、预处理模块、在线跟踪模块、跑步监督模块、过线检测模块、自动计时模块和信息管理模块；信息采集模块用于获取参加短跑测试项目的所有跑步人员的跑步过程视频信息和操场图像信息；预处理模块用于识别跑道线、划分跑步区域与非跑步区域；在线跟踪模块包括：依次连接的目标检测模块、目标跟踪模块和目标匹配模块，在线跟踪模块将操场图像信息和跑步过程视频信息作为输入，对跑步过程视频中的跑步人员进行在线监测和实时跟踪；跑步监督模块用于监测跑步区域是否安全以及监督跑步人员测试过程是否符合考试要求；过线检测模块用于判断跑步人员在跑步过程中的过线情况，过线检测模块由透视变换模块和关键点检测模块组成；自动计时模块用于计算参加跑步的跑步人员的跑步成绩；信息管理模块包括：特征信息库和数据库，特征信息库用于存储所有跑步人员外观特征信息；数据库用于存储跑步人员的身份信息和考试成绩；基于跨摄像头多目标跟踪的短跑监测方法，具体包括如下步骤：S1，短跑监测系统启动后，通过信息采集模块获取操场短跑项目区域的实时监控视频；S2，对操场短跑项目区域信息进行初始化；S3，选择准备进行的短跑测试项目；S4，通过起点处摄像头对所有跑步人员进行信息采集并保存至信息管理模块，将跑步人员的身份信息、跑道信息与目标ID三者相互关联；S5，当跑步人员信息采集完毕后，起跑准备指令发出，跑步人员面向终点，做好起跑预备动作，此时，由自动计时模块发出起跑指令，并开始计时；S6，跑步人员由起跑线跑出，在线跟踪模块和跑步监督模块分别对所有跑步人员进行轨迹跟踪和跑步监督；S7，跑步人员从起点处摄像头进入到终点处摄像头后，终点处摄像头提取跑步人员的目标特征信息，并与特征信息库中保存的跑步人员外观特征信息相互匹配，跨摄像头目标匹配成功后，赋予跑步人员对应的目标ID，同时，对所有跑步人员进行轨迹跟踪和跑步监督；S8，针对选择的短跑测试项目，自动计时模块根据每一个跑步人员的过线情况计算跑步成绩，同时，根据跑步人员的目标ID，关联到跑步人员的身份信息，保存跑步人员的身份信息和考试成绩至数据库；S9，当检测到本组所有跑步人员过线并且完成成绩统计后，提示下一组跑步人员进入起跑区域做准备，同时清除特征信息库中暂存的本组目标特征信息；S10，重复步骤S4~S9，实现基于跨摄像头多目标跟踪的短跑监测；步骤S8具体包括如下步骤：S8.1，过线检测模块根据短跑监测系统预处理模块中保存的跑道信息和各个区域坐标，获取最外侧两条跑道线的端点坐标，即需要进行透视变换区域的四个顶点坐标；S8.2，透视变换模块计算透视变换矩阵，并通过透视变换矩阵将摄像头视角的图像转换为鸟瞰视角图像，透视变换公式为： （2）；其中，为原始图像像素点坐标，为透视变换后图像像素点坐标；矩阵为透视变换矩阵，，则透视变换后的图像像素点坐标表示为： （3）；令=1，再利用透视变换区域的四个顶点坐标求解出透视变换矩阵；S8.3，将透视变换模块输出的鸟瞰视角图像输入到关键点检测模块，关键点检测模块通过对人体关键点特征提取，获取人体关键点坐标信息；针对不同的测试项目，以起跑线或终点线为基准线，根据人体关键点坐标与基准线的位置关系，判断跑步人员在跑步过程中的过线情况；S8.4，将终点线或起跑线设为基准线，根据预处理模块中保存的起跑线的端点坐标和，定义终点线方向时由指向；终点线的直线方程表达式为： （4）；其中，,,；同理得到起跑线的直线方程表达式；假设检测的人体关键点中，其中一个关键点坐标为，的表达式为： （5）；当时，关键点位于终点线右侧，当时，关键点位于终点线上，当时，关键点位于终点线左侧，对于终点线，检测到时，说明关键点越过终点线，即跑步人员完成冲线或踩线的动作；步骤S8中针对不同的测试项目计算跑步成绩的方法具体为：计算短跑项目跑步成绩的步骤具体为：令表示起跑时间，表示处于第条跑道的跑步人员的过线时间；自动计时模块在起跑指令发出后开始计时，记录此时起跑时间为；过线检测模块通过人体关键点特征提取方法，获取人体关键点坐标信息；若过线检测模块检测到处于第条跑道的跑步人员任意一个身体关键点越过终点线，说明该跑步人员完成冲线动作，记录过线时间为；计算，作为处于第条跑道的跑步人员的短跑项目成绩；计算往返跑项目跑步成绩的步骤具体为：令处于第条跑道的跑步人员的过线次数为,并初始化；自动计时模块在起跑指令发出后开始计时，记录此时起跑时间为；同时，过线检测模块通过人体关键点特征提取方法，获取跑步人员的人体关键点坐标信息；当时，说明处于第条跑道的跑步人员处于往返跑的过程中，若过线检测模块检测到该跑步人员脚踝坐标越过折返线或起跑线，说明跑步人员完成踩线动作，记录此时踩线时间，并将赋值给；当时，说明处于第条跑道的跑步人员处于最后一次折返冲刺的过程中，若过线检测模块检测到该跑步人员任意一个身体关键点越过终点线，说明跑步人员完成冲线动作，令，并记录过线时间为；计算，作为处于第条跑道的跑步人员的往返跑项目成绩；本轮测试结束后，若存在的情况，说明处于第条跑道的跑步人员在折返跑的过程中出现未到达折返线就往回跑的情况，判定该跑步人员成绩无效。

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