Single view ball tracking and 3D trajectory reconstruction in basketball videos

In recent years machine-vision techniques have revolutionized the way sport is analysed, televised and judged by referees. In the NBA companies such as SportVU or Second Spectrum have managed to provide profession analysts with data, delivering huge potential for advanced analysis. To do so, a muti-camera system is present in each of the 29 NBA arenas, but the price of this service is far beyond the budget of most of European teams, not to say amateur teams. In this thesis an algorithm for tracking the ball with the use of a single camera is presented. A system to automatically track the ball in a long-shot video is shown. The proposed system detects and tracks the ball from its motion between frames. A preliminaty video stabilization step is carried out to minimize the errors due to camera motion. A candidate trajectory is generated from the detected ball candidates in each frame and a Kalman filter based approach extracts the final ball trajectory. With the aid of camera calibration, thanks to geometry properties, the approximate 3D ball trajectory is visualized from the detected 2D trajectory. The extracted 3D trajectory and the applications to trajectory-based tactics analysis may help coaches and players in game analysis.

Negli ultimi anni le tecniche di machine-vision hanno rivoluzionato il modo in cui lo sport è analizzato, trasmesso e arbitrato. Nell'NBA aziende come SportVu e Second Spectrum sono riuscite a fornire agli analisti numerosi dati, rendendo disponibile un potenziale enorme per l'analisi avanzata. Per fare ciò, un sistema multi-camera è presente in ognuna delle 29 arene NBA, ma il prezzo di questo servizio è oltre il budget di molti dei club europei, per non parlare degli amatori. In questa tesi è presentato un algoritmo per il tracciamento della palla con una sola telecamera. E' presentato un sistema per tracciare automaticamente la palla in un video di una sequenza di tiro dalla distanza. Il sistema proposta segue la palla attraverso il suo movimento tra i frame del video. Un passo preliminare di stabilizzazione del video è proposto per minimizzare gli errori dovuti al movimento della telecamera. La traiettoria è generata da tutte le possibili palle trovate nei frame e la traiettoria finale è estratta grazie all'aiuto del filtro di Kalman. Con la calibrazione della telecamera e grazie alle proprietà geometriche, la traiettoria in 3D della palla è visibile dai suoi punti in 2D. Questa traiettoria in 3D e l'analisi tattica basata su di essa potrebbe aiutare allenatori e giocatori nell'analisi di situazioni di gioco.