视频全景图技术在游泳训练中的应用

雷倩?武巧玲?郝存明

摘要：随着科技的不断发展，高新技术和设备已普遍展现于各种体育训练中。本文首先对视频分析软件在体育项目中的应用作了阐述；然后通过资料分析法和问卷调查法对全景图合成技术在游泳项目中的应用情况做了详细研究，游泳视频全景图技术的研发与应用仍面临严峻的挑战；最后对全景图软件开发中所需的运动目标分割和运动目标跟踪技术提出了新的研究方向，将深度学习技术引入全景图软件的开发，深度学习是人工智能领域新兴起的技术，并已应用于各个领域，深度学习技术将有利于全景图软件的开发工作。

关键词：游泳；全景图合成；运动目标分割；运动目标跟踪；深度学习

一、多媒体在游泳项目中的应用特点

“多媒体技术中的媒体主要是指利用电脑把文字、图形、影象、动画、声音及视频等媒体信息都数位化，并将其整合在一定的交互式界面上，使电脑具有交互展示不同媒体形态的能力。”多媒体教学将现代科学技术手段应用于教学当中，已应用于许多学科，并都已经取得了丰硕的成果，而且在体育学科方面有很多研究，但是在游泳技术训练过程中，如何通过借助多媒体技术的应用平台，帮助运动员和教练员理解技术原理，帮助运动员改善技术，提高运动表现，尚没有深入的研究。

二、动作全景图合成技术

动作全景图合成也是一种视频分析软件功能，并已广泛应用于各项体育项目。动作全景图合成是指由描述连续场景的一系列局部图像，得到一个单一的、展现整个场景全貌的图像。动作全景技术提取运动视频流中连续序列的前景区域，将运动员在前景区域中的技术动作叠加到静止的运动场景中，实现动作冻结的效果，从而完整充分地显示运动员的轨迹和人的姿势改变的细节。

（一）全景图合成技术在体育项目中的应用

我国中科院计算机技术研究所为2008年北京奥运会备战运动员开发出的DV Coach、北京体之能公司的SportPower以及国家体育总局体育科学研究所苑廷刚研究员联合北京体之能科技公司进一步开发实现的运动视频全景图图片和视频都能实现的“教练眼-Coach Eyes”，该软件不但实现视频全景图的快速生成，并且在运动视频全景图基础上，结合运动生物力学的二维标定技术，实现对运动员或运动物体的二维图像分析，可以很快测量出运动员角度、速度、距离和时间等关键运动学参数，做到在运动现场实现运动视频全景图技术和关键技术参数的快速反馈，为教练员和运动员定性和定量监测运动技术训练，提高运动训练的科学化水平提供了较为科学的监测方法和手段。

（二）全景图合成技术在游泳项目中的应用

世界游泳强国一向都很重视对技术的研究，例如澳大利亚名将索普的自由泳技术，俄罗斯选手波波夫的减阻技术，以及美国众多游泳名将所采用的游泳技术，游泳技术的革新已日新月异。而游泳技术的发展和提高是与先进技术分析软件的应用分不开的，如美国游泳协会把 Dartfish 运动分析软件作为各个游泳队的推荐使用软件，使Dartfish的应用普遍化。

三、全景图合成关键技术研究

在传统的应用中，全景图获取的是运动场景中静态的、没有移动的背景。而近年来，围绕辅助以及指导体育运动的训练和比赛，对全景图合成技术提出了新的要求。本文结合新兴起的深度学习算法，对运动目标分割技术做相关的研究分析。

运动目标分割的目的就是要把场景中的运动对象同背景分割开来，是实现基于对象的运动分析功能（如动作叠加对比）的基础。近年来，在静止图像分割算法上取得了巨大的进步； 然而，这些最先进的算法应用到每一个视频帧需要相当多的计算。

深度学习是近年来机器学习新兴起的一个研究方向。目前深度学习的几个典型模型，如卷积神经网络（CNN）、自编码器（AE）、循环神经网络（RNN）等已广泛应用于视频图像处理领域，并都取得了相当好的效果。因此将深度学习应用于游泳运动目标的分割是一个值得研究的课题。

四、总结

本文首先介绍了多媒体技术在游泳项目中的应用研究。然后研究了视频全景图软件的功能及相关技术，以及该软件在游泳训练、比赛、科研及教学中的应用情况。经调查发现全景图软件在游泳项目中是急需求的技术，然而该软件在游泳项目中的应用几乎很少，只有极少数专业游泳队才会用到。軟件研发依赖于视频采集的质量，而游泳视频采集设备位于水下，需要高质量的拍摄设备，只有极少数省队和国家队才具备，这也严重限制了全景图软件的开发与应用。本文对全景图合成中的技术提出了新的研究方向，将深度学习应用于全景图合成，但是该技术仍存在一些缺点。对于特殊环境下的目标分割，需要专门的数据进行训练，本文下一步将专门对游泳数据进行训练，以获取更好的效果。

参考文献：

[1] 朱洪.现代多媒体技术及其特征分析[J].硅谷， 2008（3）：105.

[2] 王建国.多媒体技术在改进高水平游泳运动员技术过程中的应用研究[D]. 2009.

（作者单位：雷倩 河北省科学院应用数学研究所；武巧玲 河北师范大学体育学院；郝存明 河北省科学院应用数学研究所）