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1 NAIST-IS-MT

2 ( )

3 3 2,,,, 3, NAIST-IS- MT , i

4 Automation of the Soccer Game Analysis 3 Yasushi Nakagawa Abstract Recently it has become popular to deliver the video data on the Internet, and become necessary to add commentary information to the video stream at low cost. In this paper, I use such image processing techniques as binarization, compactness, Hough transform, ane transformation, and optical ow, so that the players, the ball, and the lines on the eld can be recognized automatically. The numerical values from the recognition are managed in the scorebook. Furthermore the ball holding time and the locus of the ball are derived from this scorebook. The experiment shows this system is useful enough to analyze the soccer game. Keywords: Image Processing, Soccer, Game Analysis, Automatic, Scorebook 3 Master's Thesis, Department of Information Systems, Graduate School of Information Science, Nara Institute of Science and Technology, NAIST-IS-MT , February 8, ii

5 INET2000 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : WIDE Project : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 25 iii

6 5.3 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 54 iv

7 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : A. 74 v

8 1 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4 2 : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5 3 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6 4 Spider : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7 5 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 9 6 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 11 7 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 24 8 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 28 9 XY : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : x-y - : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 43 vi

9 29 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : scene 1 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : scene 2 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : scene 3 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : scene 4 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : scene 5 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : scene 6 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 63 vii

10 58 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 64 1 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 23 2 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 25 3 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 26 4 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 31 5 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 32 6 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 34 7 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 37 8 : : : : : : : : : : : : : : : : : : 46 9 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 65 viii

11 1. CM 1

12

13 INET INET2000 igrid [30] 6 11Mbps 1 6,000km 3

14 km [15] 6 56kbps 2 4

15 2 2.3 GPS (Global Positioning System) GPS 3 2 5

16 3 2.4 WIDE Project WIDE(Widely Integrated Distributed Environments) Project icars (Internet Creating Augmented Real Space) 500 RF Code [7] Spider (RF-ID) 6

17 Spider (60mmx30mm) Spider ID WIDE 4 Spider 10m 100m

18 1 GPS RF-ID 2.6 [42]

19

20 [11] 105m ( )68m ( ) 9.15m 17.62m x 5.5m 40.32m x 16.5m 9.15m 6 22cm

21 PK( ) [43] [19] % % 17% % 52% 46% [42] 11

22 3.1.2 [46] 3 [24] 12

23 ORAD [6] Tactical Replay QuickMode Tactical Replay Quick Mode [12] [27] [21] 13

24 [28][29] 1 [14] [32] Kalman 14

25 [9] CG J [38] [10] [37] 3 15

26 3.2.2 [2] OPTA[5] 300 Analyze Football[1] ( ) Java [41] [23] 16

27 4 360 [20] MPEG DCT [45] GPS [36] DCT 98.6% [26] 17

28 [48] [22] DVE(Digital Video Eect) 2 DVE [16] CM KL (Karhunen-Loeve Expansion) ( ) 18

29 [13] MPEG [35] [39] [40] KL HMM( ) [47] MPEG No MC Coded DCT [25] DCT 19

30 MPEG I P 70% 90% MPEG Video Browser [31] 90% [18] [17] ( ) 1 KDDI [4] Preview Navigator SMIL Scenario Creator 20

31 Preview Navigator SMIL Scenario Creator CM [33] J-Ole![3] J ( ) ( )NHK (Real,Windows MediaPlayer,MPEG1) J1 J2 J ( 10 ) [8] J-Ole J 2001 J MPEG4 ADSL 21

32 3.4 GPS 22

33

34

35 5.2 [46] ( ) 4 (1 1 ) 5 ( ) ( ) ( ) 15 ( ) 25

36 id, time, x, y, team, play, le 1, 18.6, 103.0, 0.0, unknown, 1, 0558.bmp 2, 20.3, 80.4, 7.5, away, 1, 0608.bmp 3, 22.8, 100.3, 7.8, away, 1, 0685.bmp 4, 23.7, 105.0, 7.5, away, 0, 0712.bmp 5, 46.0, 100.0, 30.2, home, 1, 1380.bmp... 90, 250.4, 26.4, 30.7, away, 1, 7512.bmp 91, 251.4, 26.8, 30.7, away, 2, 7543.bmp 92, 253.7, 42.2, 62.3, away, 3, 7611.bmp 93, 254.1, 49.4, 62.5, away, 1, 7672.bmp 94, 258.9, 91.3, 28.4, away, 1, 7766.bmp 95, 260.1, 100.3, 29.7, away, 1, 7804.bmp 96, 260.8, 105.1, 37.8, away, 0, 7823.bmp 1 26

37 id (time) ( ) (x,y) x y (m) (team) (home) (away) unknown (play) le 3 FIFA 2001 vs ( ) 5 5 1m 1m 5.4 XY ( ) XY 27

38 8 9 XY XY X Y X Y home X Y away X Y

39 [42] [19] 4 1point 29

40 point 80% 80% 1 80% 2 46%

41 PC IBM ThinkPad X20 CPU Intel Pentium III 600MHz Memory 192MB Disk 20GB OS Microsoft Windows Service Pack 1 Microsoft Visual C MPEG AVI BMP 360x x (8 ) 31

42 1,677 (32 ) 5 ( ) ( ) ( ) ( ) 360x240 8(2x4) 16(4x4) 180(18x10) 544(34x16) 720x480 50(10x5) 90(9x10) 702(39x18) 2176(68x32) (R) (G) (B) RGB R G B R+G+B R-B 2 RGB 2 RGB (Y ) (H) (S)

43 RGB YHS Y =0:3R +0:59G +0:11B (1) H =tan 01 R 0 Y (2) B 0 Y q S = (R 0 Y ) 2 +(B 0 Y ) 2 (3) YHS 16 (Y )

44 x36 72x

45 (100 )

46 ( ) ( ) G(x; y) S l e G(x; y) =( 1 n01 X x i ; 1 n01 X y i ) (4) n i=0 n i=0 p 2 e = 4S l 2 (5) 1 20 G(x; y) 1 G(4,4) S

47 l 1 p 2 (3 21:41 2 4) + (3 2 4) = 29:0 e 5 (4 2 3: ) 4 (29:0) 2 =0:553 ( 15) % 2% 11% 12% 37

48

49 x-y y = ax + b (6) x = x sin + y cos (7) x-y - n - n - y = 0 x tan + (8) cos 39

50 x-y 26 ( 15)

51

52 [34] (x; y); (x+1;y); (x; y+ 42

53 1); (x +1;y+1) 4 (x + p; y + q) (x; y) =(10q)f(10p)(x; y)+p(x+1; y)g+qf(10p)(x; y +1)+p(x+1; y +1)g (9) ( ) (x; y) (X; Y ) AX + BY + C x = (10) PX + QY + R DX + EY + F y = (11) PX + QY + R 28 ( 15) (E 0 Qy)(C 0 Rx) 0 (B 0 Qx)(F 0 Ry) X = 0 (12) (E 0 Qy)(A 0 Px) 0 (B 0 Qx)(D 0 Py) 43

54 (D 0 Py)(C 0 Rx) 0 (A 0 Px)(F 0 Ry) Y = 0 (D 0 Py)(B 0 Qx) 0 (A 0 Px)(E 0 Qy) A F P R 9 4 A 4 4 (13) m 44

55 [34] 45

56 2 2 8x x ( 15) 32 [34] 8x8 32x x32 64x64 8 8x8 32x32 8x8 64x64 16x16 64x64 32x32 64x64 46

57 ( ) m 47

58 ( ) FIFA 2001 vs vs vs vs 172 (57%) 7 (2%) 121 (40%) vs 131 (44%) 12 (4%) 157 (52%) vs (1) 197 (66%) 15 (5%) 88 (29%) vs (2) 191 (64%) 15 (5%) 94 (31%) 173 (58%) 12 (4%) 115 (38%) 48

59 35 62% 38% [46] 94% 49

60 (x y 1/3 2/3 )

61

62 [46] [42] 8.5m/s 34.0m/s 1 10 x 12 y 2 x 50 y m/s 34m/s 0.283m/ame 1.13m/ame (x ) 12pix/ame 50pix/ame (y ) 2pix/ame 8pix/ame

63 ( ) ( )

64

65 ( ) ( ) YHS (x; y) (X; Y ) 640x RGB YHS 2 55

66

67 [23] [32] [41] FIFA 2001 vs vs scene 1 47 scene 2 57

68 48 scene 3 49 scene 4 50 scene 5 51 scene 6 scene1 - scene2 - scene3 - scene4-2 scene5 - scene6-58

69 11 OS Microsoft Windows Service Pack 1 11 CPU Memory Hard Disk SONY VAIO RX Intel Pentium III 1GHz 384MB 120GB IBM ThinkPad X20 Intel Pentium III 600MHz 192MB 20GB IBM ThinkPad X20 Intel Celeron 500MHz 192MB 20GB (unknown) (R) ( ) (P) ( ) 12 59

70 12 time place team play(r) play(p) scene 1 100% 100% 100% 100% 100% scene 2 100% 100% 0% 86% 60% scene 3 100% 100% 40% 67% 100% scene 4 100% 100% 52% 80% 67% scene 5 100% 100% 33% 83% 71% scene 6 100% 100% 88% 75% 82% 100% 100% 52% 82% 80% % 80% 52% [25] 95%

71 4 47 scene

72 vs ( ) 0 57 FIFA 2001 vs ( / ) 2 58 FIFA 2001 vs ( )

73 FIFA 2001 vs ( ) 3 GPS RF-ID

74 scene

75 CPU CPU SONY VAIO RX Intel Pentium III 1GHz 90 IBM ThinkPad X20 Intel Pentium III 600MHz 120 IBM ThinkPad X20 Intel Celeron 500MHz

76 CPU CPU Intel CPU Image Processing Library Open Source Conputer Vision Library ( ) ( )

77 % 38% 67

78 1 68

79 INET2000 WIDE Project 2 69

80 [1] Analyze football. football/. [2] Football editor. [3] J-ole! [4] Kddi. [5] Opta. [6] Orad. [7] Rf code inc. [8]. [9]. [10]... [11]. [12]... [13]. mpeg.. [14]. info/tr52/5201.htm. [15]. 70

81 [16]. [17]. [18]... [19] Charles Hughes.., [20] and. Mpeg. 2000, 1-5:53, [21] and.. 2, pages 183{188, [22],, and.. Master's thesis, [23],,, and.., PRMU :29{37, [24].., [25],,,,, and. Mpeg., J81-D-II(8):1838{1846, [26],, and.., J80-D-II(6):1590{1599, [27],, and.., IN :13{18,

82 [28],, and.., PRMU96-10:67{ 74, [29] and.., J81-D-II:1802{1811, [30].. Master's thesis,, [31] and.., pages 221{226, [32],,,, and.., IE :23{30, [33].., [34].., [35] and.., J82-D-II(4):732{742, [36] and.., J81-D-II(9):2112{2119, [37].. Master's thesis,, [38]. /. Master's thesis,, [39],,, and.., J80-D-II(6):1563{1570,

83 [40],, and.., J81-D-II(9):1983{1992, [41],,,, and.., [42],, and.., [43],,, and.., [44],,, and.., 2002-DPS- 106:193{198, [45],,,, and. mmdb ad-hoc., DE :71{77, [46] and.., [47],,,,, and. Mpeg., J81- D-II(8):1847{1855, [48],, and. (pdmm).,

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