Rastreamento de jogadores de futebol tendo em vista a análise de modelos de jogo

As atuais exigências do elevado nível de rendimento, num jogo de futebol, tornam imperativo o recurso a novas tecnologias de observação e análise. Nesta dissertação é apresentada uma aplicação, com o objetivo de recolher todas as informações necessárias do vídeo, para efetuar a análise do modelo de jogo de ambas as equipas, em que a análise não faz parte deste trabalho. Disponibilizando ao treinador toda a informação específica sobre o desempenho da equipa e do modelo de jogo usado. A aplicação foi desenvolvida levando em consideração as rotações e inclinações que poderiam afetar as câmaras aquando da aquisição das imagens (vídeos), e também que na maioria das situações apenas parte do campo estaria visível, assim como poderiam existir ampliações. A aplicação é constituída por cinco grandes passos: (a) Deteção da zona do recinto de jogo, baseada na segmentação pela cor, usando para tal uma restrição ao espaço de cor HSV, remoção de regiões insignificantes exteriores ao recinto de jogo e a correção da zona limite deste pelos seus contornos. A segmentação dos jogadores (b), tendo por base o sub-efeito do passo anterior, a existência de buracos no campo na posição dos jogadores, e seu refinamento pela aplicação de filtros morfológicos. A atribuição do jogador a um número e equipa (c), baseada no espaço delimitado pelo jogador, média da cor em HSV deste e restrições da equipa. O rastreamento do jogador (d), baseado em simples fatores de posicionamento e por fim (e) análise do jogo, baseada no rastreamento do jogador, da relação posicional deste com os restantes jogadores, e sectores da equipa, bem como a sua projeção para um campo “modelo”. Toda a informação do posicionamento dos jogadores no campo “modelo,” está formatada para ser enviado para o Sistema de Informação do projeto Footdata. Complementarmente foi também implementada uma biblioteca de manipulação de vídeo com o intuito de, no futuro, ser integrada com o seguimento dos jogadores e modelos de jogo, de forma a permitir à equipa técnica criar apresentações interativas.

Palavras-chave: Segmentação; Rastreamento; Modelo de jogo; Futebol.

Current requirements in a soccer game of high performance make it imperative the use of new technologies for observation and analysis. This thesis presents an application to acquire information to analyze the game model, but this analysis isn’t part of this work. The application was developed taking into account important constraints, such as the images acquired by the camera can be affected by pan and tilt, and in most cases only part of the field would be visible, and there can be varying degrees of zoom. The application is divided in five major steps: (a) Detection of soccer field, based on segmentation by color, using a constrained HSV color space, with removal of insignificant regions outside the field and the correction field limits by their contours. Player segmentation (b), based on the sub-end of the previous step, using the presence of holes in the field at the position of the players and its refinement by applying morphological filters. Player assignment to each team (c), based on the space delimited by the player, HSV color media and team constraints. The tracking of players (d), based on simple positioning factors and finally (e) game analysis, based on the player’s position in relationship with other players, team sectors, and its projection into a the field “model.” All information from the positioning of players in the field “model” is formatted to be sent to project “Footdata Information System.” Additionally, it was also implemented a library of necessary video processing functions in order to be integrated with the tracking of players and game models, allowing the team coach to create interactive presentations.

Keywords: Segmentation, Tracking; Game model; Football

1.1 OBJETIVOS, CONTRIBUIÇÕES E ENQUADRAMENTO, 3
1.2 VISTA GERAL, 5

2. CONCEITOS GERAIS E ESTADO DA ARTE, 6
2.1 PRODUTOS EXISTENTES NO MERCADO, 6
2.2 SEGMENTAÇÃO DO CAMPO E SEGMENTAÇÃO E RASTREAMENTO DE JOGADORES E BOLA, 8
2.3 ALGUNS CONCEITOS USADOS NA DISSERTAÇÃO,11

3.DETEÇÃO E RASTREAMENTO DE JOGADORES, 13
3.1 DETEÇÃO DA ZONA DO RECINTO DE JOGO, 13
3.2 SEGMENTAÇÃO DOS JOGADORES, 22
3.3 ATRIBUIÇÃO DA EQUIPA, 26
3.4 RASTREAMENTO, 28
3.5 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS, 30

4. ANÁLISE DE MODELOS DE JOGO, 36
4.1 TRANSFORMAÇÃO DE PERSPETIVA, 36
4.2 PREPARAÇÃO DO MODELO DE JOGO, 38
4.3 LIGAÇÃO COM O SISTEMA DE INFORMAÇÃO DO FOOTDATA, 43
4.4 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS, 44

5. RESULTADOS EXPERIMENTAIS E DISCUSSÃO, 46
5.1 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS, 46
5.2 DETEÇÃO DA BOLA, 51

6. BIBLIOTECA DE MANIPULAÇÃO DE VÍDEO, 54

7.CONCLUSÕES E TRABALHO FUTURO, 59

REFERÊNCIAS, 63