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基于终点冲刺图像的径赛自动计时系统的设计
刘小燕杨坤
（武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070）
摘要：本文提出了一种基于终点冲制图像的径客自动计时系统的设计方案，重点研究了终点冲制图像处理的算法，并对系统进行了硬件设计和软件开发，实现了对径赛的自动计时需要。
关键调：自动识别目标检测目标定位中图分类号：TP31
文献标识码：A
1、引言
文章编号：1007-9416(2011)07-0237-02
了一种基于终点冲刺图像的人体自动识别算法，即首先对图像进行
随着竞技体育比赛的发展，现在的各类大型体育赛事一般都采用体育比赛终点自动计时系统。就径赛终点计时系统的发展情况来看，我国的技术水平远远落后于发达国家，系统的性能水平和计时精度还比较低，国外的技术水平虽然比较高，但是价格昂贵，不利于全民推广。所以研制新一代径赛自动计时系统是我国竞技体育比赛
的发展的需要，同时也是是市场的需要。 2、系统的硬件设计
综合考虑径赛终点自动计时系统的计时精确度、操作简易度和成本低额度，本文提出了一种基于终点冲刺图像的径赛自动计时系统，其主要由线阵CCD摄像机.发令信号传感装置、无线信号收发装置、图像处理系统.计时控制计算机及终点拦切装置等组成。
其工作原理是：比赛时，由发令信号传感装置启动计时器开始计时，当运动员接近终点线时，CCD摄像机开始工作，并以1000赖/ S的速度连续摄取运动员冲刺终点线的图像，当运动员经过终点脱间的红外光电栏切信号后，自动停止计时，并将该段图像经图像处理系统处理后存入计算机内存，然后通过软件自动识别人体的特征点来判读成绩，最后由运动员信息管理系统自动排定名次并生成分组成绩表。同时，显示的图像和成绩可存盘，供重新判读或通过打印机输出和存档。
3、终点冲刺图像处理算法的研究
在对径赛运动员终点冲刺过程摄像过程中，由于线阵CCD.扫描系统、光电转换系统中的很多因素可能会造成图像亮度分布的不均匀，同时，实时图像在传输，转换，接收等过程中不可避免地引入噪声污染，容易引起所得的终点冲刺图像质量退化，据此，本文提出
图1终点冲刺图像（上）和人体定位图像（下）万方数据
预处理，然后进行人体目标检测，接着进行人体目标提取，最终实现人体目标定位及成绩判读。
3.1图像的预处理
考虑到径赛终点冲刺图像在采集、传输以及接收环节所受具体因索的影响，在本设计中对图像进行预处理环节主要包括灰度级校正、灰度变换以及中值滤波四种图像增强技术川
灰度级校正可以使图像灰度均匀，以消除成像不均匀和增加图像的灰度对比度，灰度变换可使图像动态范围增大，图像对比度扩展，图像变清晰，特征明显，中值滤波是一种非线性的平滑法，对脉冲干扰及椒盐噪声的抑制效果好，同时能有效保护边缘少受模糊。
3.2人体目标检测
本设计采用边缘检测算法对终点冲刺图像中的人体进行检测。边缘检测主要是图像的灰度变化的度量、检测和定位，常见的边缘检测算了包括Roberts边缘算子，Sobel边缘算子，Prewitt边缘算子
如图1所示，在终点冲刺图像中，人体图像信息主要表现为竖纹信息，而背景信息表现为横纹信息，而应用Sobel边缘算子进行边缘检测时，其在保留图像的竖纹信息(即人体图像信息)和去除图像的横纹(即背景信息)上效果明显，因此本文选择Sobel边缘算子作为终点冲刺图像的边缘检测算法。
3.3人体目标提取
经目标检测后所得的结果图为二值图，白色像素点即为所识别出的人体图像部分的边缘信息，为此，若对图像进行反色的处理，就可以得到以黑色像索点为主的人体图像部分的边缘信息，接着采用国值分割技术可以进一步将图像中的人物信息和背录信息分制开来。
经阔值分割后，本设计运用了数学形态学的腐蚀和膨胀两种算子对目标进行提取。腐蚀作用是消除物体边界点，膨胀的作用是把图像周图的背景点合并到物体中。因此，若对经上述处理后的图像进行垂直方向上的腐蚀处理，即可去除横纹以提取出人体目标。但是这样会把目标人体边缘水平方向上的某些像索点腐蚀掉，从而导致缺口的产生，因此还须对其做水平方向上的膨胀处理，这样就有效地将该缺口填补掉面不影响此后的人体目标定位。
3.4人体目标定位
在田径比赛规则中，运动员到达终点的标准是以运动员躯干触及终点线沿垂直面，因此，对终点冲刺图像的人体目标定位实质上是对人体躯干的定位。
对人体躯干进行定位，可采用垂直投影法。该方法的原理是：由于垂直方向上人体躯干部分像素比较集中，故若对该图进行垂直投影，人体躯干必对应投影曲线峰值区城，据此，可选择阔值对投影曲线进行分割以定位出峰值所在区城。本设计中，选取投影均值作为峰值区域判断的阔值，即高于投影均值的部分被认为是人体躯干，这样就可以在垂直方向上定位出人体的躯干位置。对人体躯干进行
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