Распознавание волейбольного мяча на видео с дрона14.06.2021 23:31

В прошлом году я развлекался треккингом волейбольного мяча, используя удаление фона OpenCV с анализом траекторий и даже сделал сервис, который на основе этой информации вырезает скучные моменты из игры.

Основным фидбеком было — что за каменный век использовать олдскульные технологии, обучаешь нейросеть и погнали. Я пробовал, но не взлетело — очень часто мяч настолько размыт, что его даже человеческим глазом не отличить от случайной кляксы, и даже простой бинарный классификатор не дает стабильных результатов, чего уже говорить о детекторах и прочих YOLO.

В общем, я это дело подзабросил, но вот весной завел себе дрон и конечно же первым делом приспособил его для волейбольных съемок. Если поднять его на нужную высоту (12–15 метров), в кадр влезает вся площадка, что дает прямо неограниченные возможности для анализа.

Камера дрона держится на гимбале, который гасит колебания аппарата и на выходе получается стабильная картинка. На эту картинку я и направил свой алгоритм распознавания, но …все оказалось не так то просто.

Стационарнось картинки с дрона на самом деле обманчива — тряска аппарата не проходит бесследно и хотя гимбал отлично делает свою работу, результат способен обмануть человека, но не бездушную машину — тряска вызывает небольшие колебания в цвете пикселей, и этих колебаний достаточно чтобы сбить с толку алгоритмы распознавания фона.

Для сравнения — похожая подача при старом подходе выглядит вот так:

Делать нечего, придется искать другие подходы. У нас есть OpenCV, так что далеко идти все равно не придется. Вместо фона выделяем границы помощью фильтра Канни — и у нас есть черно-белый скетч для дальнейшего разбора.

      gray = cv.cvtColor(frame, cv.COLOR_BGR2GRAY)
      gray = cv.GaussianBlur(gray, (5, 5),0)
      mask = cv.Canny(gray, 50, 100)

Если натравить на него детектор контуров — все прекрасно работает, мяч удается зацепить. Дальше подключается детектор траекторий и процесс идет как и в основном алгоритме.

      mask = backSub.apply(frame)
      mask = cv.dilate(mask, None)
      mask = cv.GaussianBlur(mask, (15, 15),0)
      ret,mask = cv.threshold(mask,0,255,cv.THRESH_BINARY | cv.THRESH_OTSU)

И опять же для сравнения — тот же фрагмент с неподвижной камеры с границами:

Как видно, палка имеет два конца — на трясущемся дроне Канни-фильтр дает лучшие результаты, а на статичной камере — генерит лишний фон, на котором теряется мяч.

Но что будет, если эти два подхода совместить? Для видео с дрона Канни сначала оставит только нужные фигуры, а затем, можно удалить фон.

Получается картинка не без шума, но его можно уже фильтровать, и мяч уже видно.

Результат — гораздо лучше, шума меньше (но есть еще) и траектория мяча распознается достаточно четко.

Прошлые статьи на эту же тему